ESPL:黄土高原历史疑难强震研究的同震滑坡制图方法

青藏高原东北缘在地貌上处于黄土高原与青藏高原两大地貌单元的交汇部位,同时是印度板块与欧亚板块板间碰撞作用导致板块内部的强烈变形区,是我国南北地震带中北段的重要组成部分(图1)。这一区域内的活动断裂发育,历史上发生过多次强震,并触发滑坡,加剧地震损失。由于这一区域活动断层众多、历史强震频发、变形地貌多样、且有较详细的文字记载,并处于干旱半干旱环境,大量丰富的地质地貌变形现象得以保存。因此,该区是开展地震地质学研究的理想研究区域。  地震次生灾害作为极震区内的重要致灾因素,同时是评估震源参数的重要途径.借鉴新技术、新方法,深入发掘历史文献,在黄土高原地区开展若干历史强震的次生灾害研究,一方面可以提高对单个震例震害特征的系统认识,将不同文献记载中的灾情信息转换为科学表述,去伪存真,进而探讨其震源参数校核及修订工作,同时可以对区域上多个历史强震之间的空间关系开展探索;另一方面对历史强震的研究结果,结合活动断层的晚第四纪活动特征,可对区域地震危险性评价提供新认识,如历史地震的极震区分布范围及宏观震中位置,对活动断裂分段及发震能力评估具有重要参考价值。

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图1 天水市及周边三次历史强震出发滑坡的空间分布范围

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图2  734年天水,1654年礼县,1718年通渭等3次历史强震触发滑坡空间密集分布差异

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图3 三次历史强震触发同震滑坡的面密度及点密度的空间分布特征

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图4 不同地震事件触发滑坡的面积区间分布与降雨滑坡的对比分布图

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图5  历史地震触发滑坡制图缺失中小同震滑坡但保留较为完整的大滑坡

综合利用历史地震文献记录的同震滑坡信息,结合高分辨率卫星遥感影像的详细历史地震滑坡制图,可以得到天水市周边三次历史强震触发滑坡的空间分布,进而可以定量分析历史强震的震源参数特征。研究结果显示, 1)研究发现1654年礼县地震、1718年通渭地震及1920年海原地震并未在734年天水地震的震中区触发滑坡,它们具有各自的滑坡密集分布区(图2,图3);2)现今可解译获得的734年天水地震滑坡的数量超过~5,000处,这些滑坡主要集中在西秦岭断裂甘谷至天水市附近,覆盖断层长度~70 km,根据破裂尺度经验公式(Wells和Coppersmith,1994)计算得到震级为Mw=7.2,礼县地震触发的滑坡数量较少,其计算得到的震级Mw=7.0要远小于之前给定的M=8.0;3)历史强震触发滑坡的现今解译必然损失规模较小的部分(滑坡面积<10m2),但是这些保留至今的规模较大部分的同震滑坡的空间密集仍然可以作为一种有效的判别手段确认历史强震的定量参数信息(图4,图5),从而降低仪器记录之前历史强震震级估计的不确定性。

基于以上研究结果,我们提出黄土高原地区历史疑难强震震源参数修订的密集滑坡解译方法,即利用非完整的历史强震滑坡制图(损失了规模较小部分的同震滑坡)可以用来确定历史强震的破裂尺度,从而对其震源参数进行重新评定,也可以对震中距较近的多个历史强震进行有效区分。即现今强震触发滑坡的制图方法也可以推广至历史强震滑坡制图研究。

该研究成果以“Understanding historical earthquakes by mapping coseismic landslides in the Loess Plateau, Northwest China”为题在线发表在英国地貌学会(British Society for Geomorphology, BSG)会刊、地学国际学术期刊《Earth Surface Processes and Landforms》(IF=4.133,中科院地学2区)。中国地震局地震预测研究所徐岳仁研究员(Email: xuyr@ief.ac.cn)为第一作者及通讯作者,合作者包括天津大学地球系统科学学院刘静教授,英国杜伦大学地球科学系Mark Allen教授,中国地震局地震预测研究所2020届硕士研究生杜朋、2018届硕士研究生张伟恒、李文巧高级工程师和田勤俭研究员。论文第一署名单位为中国地震局地震预测研究所地震预测重点实验室。该项研究获得国家自然科学基金(42072248, 42041006),国家重点研发计划(2019YFE0108900,2021YFC3000601-3)等项目的联合资助。

论文信息:Yueren Xu*, Jing Liu-Zeng, Mark B. Allen, Peng Du, Weiheng Zhang, Wenqiao Li, Qinjian Tian. 2022. Understanding historical earthquakes by mapping coseismic landslides in the Loess Plateau, Northwest China. Earth Surface Processes and Landforms. 2022, https://doi.org/10.1002/esp.5375.

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/esp.5375