海南岛北部为什么地震频发？

1 海南岛地震、火山和温泉概况

1605年7月13日海南岛北端的琼山发生7.5级地震。地震造成陆地沉陷幅度一般在3-4米，陆陷成海的最大幅度在10米以上。震区内除100多平方公里的陆地深入海底外，还有上千平方公里的陆地也有不同程度的下沉。上世纪90年代中期，在北部湾发生过6.1级和6.2级地震。至今，在研究区内，尤其是在北部湾、海南陵水东面海域和东方近海，小震活动仍然频繁，是华南地区强震区之一（谢振福，2006）。

从中国地震震中分布图（图1）上可以看出，华南地区有两个强震和地震密集分布区，一个是中国福建和台湾之间（图中深蓝色框内），其成因机制是台湾陆块向北西方向漂移正与欧亚大陆发生陆陆碰撞的一个造山初期阶段。另一个是海南岛东北部包括雷州半岛的区域（图中蓝色框内），该区域有记载的6级地震有8次，7级地震有1次（赵慈平，2019），而且广泛分布温泉和新生代晚期火山岩（图2），该区陆地5级以上破坏性强震主要分布在琼东北，其次是琼东南的大陆坡和琼西南的盆地边缘等地，总的格局是北强南弱，东强西弱。其成因机制是什么？一直没有得到合理解释。

如果按照海底扩张理论，这里是不应该有强震发生的，因为南海的海底扩张造成中国南海北部属于大西洋型大陆边缘，而大西洋型大陆边缘是没有强震发生的。因此海底扩张假说不能合理解释海南岛东北部区域的强震发生机理。

图1 中国地震震中分布图及海南岛和台湾区域强震带分布图（据中国地震局）

图2 海南北部及雷州半岛火山群分布图（图片来自海南省地震局网站）

2 海南岛成因机制

梁光河（2018）的研究表明，海南岛是65Ma开始从北部湾分离经过逆时针150度旋转漂移到当前位置的（图3）。构造演化史恢复说明65-40Ma海南岛从北部湾裂离伴随微弱旋转， 40-24Ma海南岛发生高强度旋转漂移，24-0Ma海南岛漂移中仅有微弱旋转。

根据海南岛的旋转成因机制结合新大陆漂移模型与地震的关系，可以很容易解释海南岛及其邻区的地震成因机制。

图3 a是海南岛区域地质图,b是复原后的区域地质图,图中地层、断层、岩浆岩吻合良好（改自中国1:500万地质图）

图4以地质图为背景给出了海南岛旋转漂移过程的的三个时间节点及对应的位置，在65-40Ma之间海南岛裂离华南大陆向南漂移，拉出北部湾盆地，40-24Ma向南漂移的同时发生大规模逆时针旋转，24Ma至今向北东方向漂移伴随微弱逆时针旋转。这个过程相当于海南岛陆块正在与华南大陆在北部湾盆地（包括雷东凹陷）区域发生碰撞（造山过程的前期），根据新大陆漂移模型，陆块漂移前部处于挤压环境会发生强震，并挤出地壳流，产生火山爆发和温泉富集。如果这个推论正确，必然在海南岛东北部的北部湾盆地雷东凹陷区域发生构造反转，即前期是拉伸环境下的正断层，后期遭受挤压。研究表明北部湾盆地在新生代晚期的确存在反转构造，刘志峰等（2013）的研究说明，北部湾盆地雷东凹陷东洼背斜构造具有先拉张沉积、后挤压抬升的过程。反转构造形成于晚渐新世（24Ma）期间。

         从GPS测量看，似乎海南岛正向东南方向微弱漂移，其实不然，因为那个GPS测量的参照系是西伯利亚地台，根据新大陆漂移模型，绝对参照系应该是大洋壳不动，而实际上西伯利亚地台相对洋壳也是在向北运动中，因此向北运动的分量和微弱向东南运动的分量的综合运动方向应该是北东方向。

华南地震存在两个奇怪现象，一是除了台湾海峡和海南岛区域华南其他大部分区域为什么几乎没有强震？推测有两个原因，一是四川克拉通盆地阻碍了青藏高原地壳流向华南的挤出，二是由于华南发生大面积上地壳层的侏罗山式褶皱构造，形成相对封闭的圈闭，华南中地壳层相对完整，因此下地壳流难以突破中地壳层发生深大断裂活动。强震发生的两个必要条件（活动深大断裂和高压地壳流）都不具备。另一个奇怪的现象是红河断裂在陆上区域是强地震带，一进入海域就几乎没有强震发生，为什么？推测在陆上区域属于挤压走滑环境，不缺乏深大断裂和地壳流。而进入海域就是宽阔的莺歌海盆地，那是一个拉张走滑盆地，目前海南岛仍在向北东方向运动，使得莺歌海盆地仍处于强烈拉张环境，因此没有强震发生。

图4 海南岛旋转漂移过程的的三个时间节点及对应的位置

3 海南岛及邻区地震成因规律

    从海南岛及邻区的重力异常图和海南岛的旋转漂移过程图上（图5），能够看出海南岛陆块南部密度比较大反映为重力高，推测南部三亚地区地壳厚而北部海口地区地壳薄。从该图也能看出其漂移轨迹，其中红色圆点是海口市，它代表海南岛陆块的最薄区域，它划过的轨迹用黄色曲线表示。而从海南岛及邻区地震活动条带分布图上可以看出，最大的强震分布区域位于海南岛的东北部区域，另一个中等强度地震带位于海口市划过的区域，相当于海口市漂移的路径，它漂移过后产生的深大断裂产生了漂移路径地震带和温泉带。近期海南岛的地震活动规律呈顺时针旋转（胡久常，1994），与海口市旋转轨迹一致。从日本陆块漂移后留下的尾迹特征看，其外侧薄地块漂移经过的区域是强震区。这应该是一个普遍规律。

图5 海南岛区域重力异常图、海南岛漂移过程及地震活动条带分布图

4  结论

正是由于24Ma至今海南岛陆块向北东方向漂移，造成了海南岛北部和邻区的前缘挤压地震带、火山带和温泉带。另一个地震带是海南岛东部和南部的地震带，它是海南岛北端（海口市）65Ma至今的旋转漂移轨迹线。海南岛旋转和当前漂移方向不但产生了海南岛北部的强地震带，也使得北部湾盆地出现反转构造以及莺歌海盆地的后期大规模伸展构造。 

参考文献：

1. 谢振福. 海南岛及邻区地震活动特征研究[J]. 震灾防御技术, 2006(04):46-56.
2. 梁光河.海南岛的成因机制研究[J].中国地质,2018,45(4): 693-705.
3. 刘志峰,梁建设,徐建永,印斌浩.生长地层分析法在研究反转构造形成时间中的应用——以南海北部湾盆地雷东凹陷为例[J].海洋石油,2013,33(01):23-28.
4. 胡久常.海南岛及其邻区地震活动特征分析[J].华南地震,1994,04:29-34.

 

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