从郯庐断裂构造演化探讨中国东部6级地震强震区成因机制

梁光河

中国科学院地质与地球物理研究所

本文主体取自2024年1月20-21日第18届青藏高原年会报告内容

摘要：中国东部存在5个地震大于6级的强震区，其成因机制一直存在争议。基于切断郯庐断裂带的两个断距达30km的活动断裂带的分析，研究青藏高原隆升形成的深部地壳流向东挤出的路径，说明环渤海强震区和长三角强震区是由两个东西方向的活动断裂带所引起，表明强震的成因机制是“活动断裂+高温高压地壳流”。

1 引言

从1900-2020年中国>6.0 地震震中分布图可以看出，中国东部有5个强震区，分别是中俄朝、环渤海、长三角、台湾海峡两岸和琼州北部。这些区域也是中国人口密集区和经济命脉区，大于6级的强震会产生巨大的生命和经济损失。特别需要指出的是中俄朝强震区由于是深源地震，因此通常并不会造成很大的破坏。前人的研究认为强震的成因机制是由活动断裂突破应力极限所形成。但由青藏高原隆升在我国东部形成的活动断裂很多，为什么强震集中在这5个地区？并没有给出合理解释。

图1 中国1900-2020年大于6级地震分布图（边界线据地图审图号:GS(2019)1822）

2宏观构造特征

新生代印度欧亚大碰撞产生的挤出构造，造成欧亚东缘发生陆缘裂解，使原拼贴在欧亚大陆东缘的堪察加、日本、海南岛、台湾等陆块裂解漂移（图2），伴随华南左旋北漂，造成郯庐断裂的大规模左旋走滑。在中国东部不同地块挤出速度和方向不一，华南挤出速度大于华北，华北大于阿穆尔，导致陆块存在差异性向东运动，错断了郯庐断裂带（图3）。这两个错断断裂分别是张家口-渤海湾断裂带和宝鸡-蚌埠断裂带（地震局系统称之为秦岭-渭河地震带）。

 图2 东半球大陆漂移尾迹特征及陆块漂移示意图

图3 欧亚东南缘构造挤出模式及郯庐断裂被错断示意图

3地质和地球物理证据

地质图和磁异常图都说明，郯庐断裂带中间存在两个断点，分别在南部的蚌埠地区和中部的渤海湾地区（图4-6）。这两个断裂带分别左旋走滑错断郯庐断裂约30Km,推测它们的活动时间开始在约5Ma至今。地壳流沿断裂优势方向突出。

包括宏观地质构造、磁异常和GPS测量都说明张家口-渤海湾和宝鸡-蚌埠是中国东部东西向最大的活动断裂带（图7，图8）。

        实际上从细节上看，宝鸡-蚌埠断裂（F5）在江苏到南黄海的入海口，也显示出显著的异常特征，那就是著名的南黄海辐射沙脊群（图9）。传统认为，在第四纪晚期，古黄河和古长江都曾经江苏中部海岸注入南黄海，在河海交互作用下形成了该区独特的沉积结构与沉积体系。但从我们上面的证据分析来看，它的形成主要是受大地构造运动控制，那就是受切割郯庐断裂带的F5断裂控制。该区域在F5断裂两侧地块被挤出存在显著的速度差异，致使F5断裂南部比北部海岸线多向海域延伸了至少30km。并在F5断裂中心区域入海口形成了该辐射沙脊群。

图9 错断郯庐断裂带的F5断裂在南黄海入海口形成的辐射沙脊群形态及水深（改自袁洁琼等，2020）

4强震机理探讨

将张家口-渤海湾断裂带和宝鸡-蚌埠断裂带与中国近120年>6级地震强震区图叠合（图10），说明青藏高原下地壳流伴随着挤出构造沿着这两个宽阔的断裂破碎带深部向东流动（图11）。从而与郯庐断裂带的左旋走滑运动一起形成了当前中国东部的环渤海强震区和长三角强震区（图12）。这也说明从构造运动演化推测，中国东部主要地震的震源机制解都应该属于左旋走滑断层所形成。

  图10 两条东西向断裂带与中国1900-2020年大于6级地震分布图（边界线据地图审图号:GS(2019)1822）

 图11 青藏高原地壳流向东沿两条断裂带流向示意图（底图据中国地震烈度分布图）（边界线据地图审图号:GS(2019)1822）

    日本本州岛准克拉通陆块漂移路径琉球岛弧充满断层，且是深大断裂，在欧亚挤出俯冲带地壳流配合下，形成中源地震带至台湾东部。欧亚和台湾碰撞挤压地壳流体沿台湾漂移尾迹活动断层优势方向直达台湾南部，伴随菲律宾北西漂移，形成台湾南部强震带（图12）。而珠江口区域是日本九州四国微陆块漂移区，由于它不是克拉通微陆块而是造山带微陆块，厚度较薄，因此漂移后形成弱震区。

 图12 台湾海峡强震带成因示意图（底图据中国及周边地震震中分布图）（边界线据地图审图号:GS(2019)1822）

琼北强震区是由于从24Ma至今海南岛旋转和当前北东方向漂移所造成的，即在海南岛漂移前方（北东）形成强震区（图13）。海南岛相对于华南发生北东方向漂移，也控制了北部湾盆地反转构造，莺歌海盆地后期伸展构造。

 图13 海南岛旋转漂移示意图及地震带成因示意图

    事实上，全球3个大洋中洋脊附近超过8级地震的区域只有3个。它们都与大陆漂移形成的地壳流挤出和优势断裂密切相关。例如位于太平洋区域的新西兰微陆块向西南方向漂移，地壳流沿优势断裂带挤出形成大洋中的8级强震带。位于大西洋区域的伊比利亚陆块在非洲和欧亚大陆夹持下向西漂移，地壳流挤出沿东西方向断裂形成了大西洋中8级强震带（图14）。

 图14 太平洋和大西洋大于8级强震带成因示意图

其实地震带并不完全集中在洋中脊上，比如印度洋上，大地震更多地分布在开阔大洋上（图15）。说明按照板块构造假说，地震的成因机制目前还没有弄清楚。难道它们是由洋壳走滑断层所形成？但这里为什么会在完整的大洋壳上形成走滑断层？板块构造并没有给出合理解释。而根据我们的新大陆漂移模型，这些强震区主要是由于微陆块（印尼苏门答腊等）漂移前部地壳流沿古老断裂带优势方向运动所形成，而这些古老断裂带是由早期陆块运动切割大洋所形成的断裂破碎带。

 图15印度洋大于8级强震带成因示意图 

5结论

[1]      强震的充分必要条件是活动断裂加高温高压地壳流。

[2]      环渤海和长三角强震区是两个东西方向活动断裂带切割郯庐断裂带形成的。

[3]      台湾海峡两岸的强震区是台湾陆块北西向漂移与华南挤出造成地壳流沿断裂带优势方向突出形成。

[4]      琼北强震区是海南岛旋转和漂移所造成的。

[5]      中俄朝强震区是因堪察加陆块漂移造成的下地壳拆沉形成的，堪察加陆块裂离漂移后，中国东北部又向东漂移覆盖在堪察加初始漂移区，形成了深源地震（具体细节后续再讨论）。