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台湾岛是怎样震起来的?

已有 598 次阅读 2024-5-8 09:17 |个人分类:地震地质|系统分类:科普集锦

台湾岛是怎样震起来的?

据中国地震台网正式测定,202443758分在台湾花莲县海域发生7.3级地震,震源深度12公里,震中位于北纬23.81度,东经121.74度,距台湾岛约14公里(图1)。随后一个月内,附近区域发生20多个5级以上余震,其中4次余震达到6级。这次地震共造成台湾岛上花莲县超过10人死亡,过千人受伤,建筑损毁、滑坡等次生灾害多起。

岛内更具代表性的地震发生在1999921日,台湾岛上20世纪以来最大地震的地震震中位于南投集集,震级达到7.6级,造成2千多人死亡,8千多人受伤,经济损失更是超过百亿美元。

难道台湾岛也处于长期受地震困扰的境地?地质历史记录显示,美丽的宝岛台湾苦地震久矣!让我们从地质学的角度看看,台湾岛是怎样震起来的?

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1 台湾花莲7.3级地震震中位置及附近历史地震震中分布

一、台湾岛的特殊地理与地质位置

李白有诗句道“不识庐山真面目,只缘身在此山中”。古人已经告诉我们,从不同的时间和空间角度去确定目标的位置、认识目标的特征是多么重要。

从地理位置上看,台湾岛在亚洲大陆与太平洋的边缘带,是环太平洋地震带的一个节点(图2)。没错,图中被最密集的地震震中覆盖的就是环太平洋地震带,它是太平洋板块向四周大陆俯冲形成的俯冲地震带,发生着地球上最多分量的地震。2011311日的日本9级地震同样发生在这个地震带上。与这个太平洋西侧俯冲地震带紧邻的日本、琉球、台湾、吕宋等,形成一个岛链。

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2 台湾岛的地理位置及其与全球地震带的空间关系

(地震震中数据自1960年到2016年)

从更近一点的视角看,在菲律宾海与华南大陆之间,台湾岛就位于琉球岛弧与吕宋岛弧的犄角上(图3)。从地质位置上看,菲律宾海板块以每年8-9cm的速度向华南运动,并俯冲到大陆之下,在琉球-台湾-吕宋抬升形成岛弧(图4),台湾岛就是这样被慢慢捧起来的。捧得有多高呢?台湾岛中部中央山脉的玉山,主峰海拔高度3952米,竟然是中国东部最高峰!

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3 台湾岛的大地构造学位置(李占东等,2019

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4 台湾岛及周边板块运动

(据网络图片,该模型改自Angelier, 1986

二、台湾岛的活动构造与地震

在地质学者的眼里,没有一座高耸的山峰是静静地一直矗立在那里。它秀丽的外表后面是支离破碎的岩石,支撑它的深处暗藏着躁动不安的断裂。

如果跨过台湾岛切一个剖面来看岛下的地质与构造,台湾岛被菲律宾海板块挤压成南北走向的条状,可以分成西部的平原、中部的中央山脉和东部的海岸山脉等地质单元,地质单元之间就是重要的构造变形带(图5)。这样的地质格局当然不是一蹴而就的,是中生代白垩纪以来逐步演变到现今这个状态(图6)。

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5 跨过台湾岛的东西向地质剖面(据Conand等,2020

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7 台湾岛构造演化过程(李占东等,2019

地质工作者对台湾岛岀露的活动断裂开展了详细的调查,基本摸清了台湾岛内发育的45条断层(图7)。这些活动断层具有不同大小的平均滑动速率,也并不是老老实实在菲律宾海板块的挤压下做匀速运动,大部分断层是在数百年,甚至数千年处于闭锁状态,然后在一数十秒时间内滑移几米,甚至十几米的距离,如此循环往复。断层短时间内的大位移运动,使岩体内积累的部分应变能快速转换成地震动以地震波形式传播出去,形成地震。这些活动断层中的任何一条产生快速错动,都可能让台湾岛不同程度震起来!

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6 台湾岛岀露的活动断裂(据Shyu等,2020

(不同断层具有不同的滑动速率和强震复发间隔)

两个重要的构造变形带是台湾岛产生地震的根源。台湾岛西部平原与中央山脉之间是褶皱-冲断带,断层众多。其中,车轮埔断层是一条低角度的逆断层,具有复杂的三维结构。1999年南投7.6级地震就是这个构造带内车轮埔断层快速断错造成的。

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7 台湾岛南投19997.6级地震车轮埔断层滑移(据Lee等,2006

中央山脉与滨海山脉之间是台东(又称花东)纵谷断裂带,2024年花莲7.3级地震正是该断裂带突然剧烈变形的结果。这次地震震源位于断裂带内向东倾斜的断层上,形成地表断层岀露和强地表变形带在震动西侧的现象。同时,强烈的震动在台湾岛东部平原海滨地区地基失效和山地滑坡等次生灾害。此前,19511021日、20031210日、201826日、2019418日、2022917日曾经发生多次6级以上地震。纵谷断裂带似乎具有非常复杂的结构(图8),变形特征相对复杂,可能是其发生众多不同震级地震的重要原因。

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8 台湾岛台东纵谷断裂带复杂的结构(据Huang等,2022

秀美山川很大程度上得益于强大的深部构造变形塑造和剧烈的地表流水剥蚀刻画,不可避免地伴随着惊心的地震和无情的洪水等灾害。

 

参考文献及延伸阅读

Angelier, J. (1986). Geodynamics of the Eurasia-Philippine Sea Plate Boundary: preface. vol. 125, issue 1-3, pp. IX-X. Tectonophysics.

Conand, C., Mouthereau, F., Ganne, J., Lin, A. T. S., Lahfid, A., Daudet, M., ... & Bonzani, M. (2020). Strain partitioning and exhumation in oblique Taiwan collision: Role of rift architecture and plate kinematics. Tectonics, 39(4), e2019TC005798.

Huang, H. H., & Wang, Y. (2022). Seismogenic structure beneath the northern Longitudinal Valley revealed by the 2018–2021 Hualien earthquake sequences and 3-D velocity model. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences, 33(1), 17.

Shyu, J. B. H., Yin, Y. H., Chen, C. H., Chuang, Y. R., & Liu, S. C. (2020). Updates to the on-land seismogenic structure source database by the Taiwan Earthquake Model (TEM) project for seismic hazard analysis of Taiwan. Terr Atmos Ocean Sci, 31(4), 469.

李占东,赵佳彬,张日新等.  2019. 台湾大地构造格局及其对油气的地质意义. 地球物理学进展, 34(5): 1776-1784.



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