巨大地震活動(dòng)特征及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討

薛 艷

（中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081）

（作者電子信箱，薛艷：xueyan5619＠seis．a(chǎn)c．cn）

在天然地震研究中，巨大地震（本文指8級(jí)以上地震）占有特別重要的位置，這首先是因?yàn)榫薮蟮卣鹁哂袠O大的破壞性，是地震預(yù)測(cè)的首要對(duì)象。2004年以來(lái)全球特大地震活動(dòng)頻繁，地震及其次生災(zāi)害造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此，開展全球地震活動(dòng)，特別是巨大地震的預(yù)測(cè)研究已成為全球地球科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。

從科學(xué)意義上看，巨大地震的孕育、發(fā)生需要特殊的構(gòu)造環(huán)境和條件，包括地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境與構(gòu)造條件和地球內(nèi)部物理?xiàng)l件。因此，本文首先從地震活動(dòng)性方面研究全球巨大地震，再對(duì)巨大地震的深部、淺部孕震環(huán)境中的一些重要問題進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

在地震活動(dòng)性方面，本文定量計(jì)算了全球及主要構(gòu)造帶地震活動(dòng)的顯著周期，分析了全球巨大地震活動(dòng)的空間特征，總結(jié)歸納了板內(nèi)和板緣巨大地震前中強(qiáng)地震活動(dòng)的共性及差異性特點(diǎn)，研究了1976年以來(lái)全球8級(jí)以上巨大地震序列演化的統(tǒng)計(jì)特征。

數(shù)值模擬方面，首先從區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)特征、動(dòng)力學(xué)發(fā)震機(jī)制、大震間的黏彈性應(yīng)力觸發(fā)、庫(kù)水載荷觸發(fā)等方面研究了2008年汶川MS8．0地震；其次，研究了板塊俯沖帶附近區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)特征，解釋了逆沖型淺源巨大地震震源區(qū)附近俯沖角度比較小的原因，探討了中深源地震的發(fā)生對(duì)淺源地震的影響。

地震活動(dòng)性方面的研究結(jié)果為：① 全球地震活動(dòng)的顯著周期為45．5年，其次為32年；環(huán)太平洋地震帶的顯著周期為45．5年；低緯度環(huán)球剪切帶為30．9年，其次為47．5年。②全球8級(jí)以上淺源地震中絕大多數(shù)為逆沖型，主要發(fā)生在俯沖型板塊邊界帶上，其震源附近Benioff帶傾角較小，俯沖板塊的運(yùn)動(dòng)方向與海溝夾角較大；逆沖型巨大地震發(fā)生在兩個(gè)板塊接觸部位，正斷層型巨大地震發(fā)生在洋殼的側(cè)坡上。③絕大多數(shù)板內(nèi)和板緣巨大地震前出現(xiàn)兩類地震空區(qū)（空段）；板內(nèi)巨大地震前長(zhǎng)期階段中強(qiáng)以上地震形成增強(qiáng)活動(dòng)環(huán)分布區(qū)（也稱增強(qiáng)區(qū)），主震位于活動(dòng)環(huán)包圍的空區(qū)內(nèi)，增強(qiáng)區(qū)內(nèi)地震分布不均勻，震群活動(dòng)顯著；板緣巨大地震前長(zhǎng)期階段表現(xiàn)為強(qiáng)震的集中活躍或異常平靜；板內(nèi)巨大地震前中短期階段震群頻度增多，并形成小震活動(dòng)圖像；中深源地震活動(dòng)增強(qiáng)、震源深度增大是板緣特大淺源地震前中短期階段的特有現(xiàn)象。④1976年以來(lái)全球8級(jí)以上地震以逆沖型破裂為主，序列類型以主－余型為主；前－主－余型地震和多震型地震均為逆沖型破裂；全球8．5級(jí)以上特大地震中29．4%具有7級(jí)前震，明顯高于中強(qiáng)地震中有前震的比例。

數(shù)值模擬方面的研究結(jié)果為：① 在印度板塊的強(qiáng)烈推擠作用和下地殼軟流層的水平拖拽下，巴顏喀拉地塊向東南的水平運(yùn)動(dòng)受到堅(jiān)硬的四川盆地的阻擋，造成川西高原相對(duì)于四川盆地的差異性抬升，這是汶川高角度逆沖型地震發(fā)生的重要?jiǎng)恿W(xué)成因；汶川地震受到的來(lái)自巴顏喀拉地塊邊界帶7級(jí)以上大震的應(yīng)力觸發(fā)作用很小。地震孕育主要依賴于在背景應(yīng)力場(chǎng)作用下，孕震斷層自身的能量積累，地震間的觸發(fā)作用僅僅是外因。地震強(qiáng)度和空間距離是影響觸發(fā)作用的主要因素。本文從應(yīng)力觸發(fā)角度解釋了龍門山南段未破裂的原因；汶川地震的初始破裂點(diǎn)位于紫坪鋪水庫(kù)蓄水時(shí)庫(kù)侖應(yīng)力的減少區(qū)和放水時(shí)的庫(kù)侖應(yīng)力的增加區(qū)，但引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化量非常有限，庫(kù)水載荷對(duì)汶川地震的發(fā)生沒有明顯的觸發(fā)作用。②通過庫(kù)侖應(yīng)力計(jì)算，得到當(dāng)俯沖帶傾角為30°時(shí)，最容易產(chǎn)生逆沖型破裂；當(dāng)傾角大于60°和小于10°時(shí)，發(fā)生逆沖型地震的可能性不大。③ 巖石圈分層結(jié)構(gòu)的水平差異運(yùn)動(dòng)（或地幔和巖石圈的水平差異運(yùn)動(dòng)）對(duì)地形具有非常大的影響。