新疆于田兩次7.3級地震之后南北地震帶Benioff應(yīng)變比分布特征研究

楊文 周龍泉 劉杰 程佳

1)中國地震臺網(wǎng)中心，北京市西城區(qū)三里河南橫街5號 100045

2)中國地震局地質(zhì)研究所活動構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

0 引言

2014年2月12日新疆于田發(fā)生MS7.3地震，震中位于晚新生代以來較為活躍的康西瓦斷裂附近。該斷裂在地表表現(xiàn)為一條顯著的線性構(gòu)造，沿WNW-ESE向延伸近700km(付碧宏等，2006)，晚第四紀(jì)以來地震活動強(qiáng)烈(王萍等，2006)。2008年3月21日在2014年MS7.3地震震中的西南方向約100km處曾發(fā)生7.3級強(qiáng)震。根據(jù)震后高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)解譯結(jié)果，2014年2月12日于田地震的地表破裂帶長約9km，走向NEE。地表破裂帶沿多個洪積扇中后緣斷續(xù)延伸，在最新的洪積物上形成斷層陡坎①http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/984/100061/20140224142549767628025/。

康西瓦斷裂位于巴顏喀拉塊體與塔里木塊體之間的大型走滑斷裂帶——阿爾金斷裂帶西南端部地區(qū)。作為巴顏喀拉塊體的西邊界斷裂，在康西瓦斷裂發(fā)生的2014年于田7.3級地震與巴顏喀拉塊體的整體地震活動有緊密關(guān)系(鄧起東等，2010;程佳等，2014)。巴顏喀拉塊體東側(cè)位于我國南北地震帶的中間部位，南北地震帶的強(qiáng)震活動受控于活動地塊的運(yùn)動與變形，地震活動在空間上具有分區(qū)、分帶的特征(張培震等，2013)。從歷史地震的統(tǒng)計結(jié)果看，新疆于田地區(qū)6.0級以上地震對南北地震帶的地震活動有一定影響，如:1920年10月12日新疆策勒6.3級地震后，1920年12月16日寧夏海原發(fā)生8.5級地震;2008年3月21日新疆于田7.3級地震后，2008年5月12日四川汶川發(fā)生8.0級地震。2008年新疆于田7.3級地震后，該年度內(nèi)南北地震帶5級以上地震較為活躍(圖1)，這表明2008年于田7.3級強(qiáng)震的發(fā)生使得南北地震帶應(yīng)力發(fā)生明顯調(diào)整?；谏鲜稣J(rèn)識，2014年于田7.3級地震發(fā)生后，南北地震帶的強(qiáng)震危險性可能會發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整，對于這一問題的研究在該地區(qū)的地震危險性分析中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 青藏塊體及其周邊運(yùn)動示意圖(據(jù)張培震等(2013)文獻(xiàn)修改)

本文通過對比新疆于田2014年、2008年7.3級地震前后南北地震帶Benioff應(yīng)變比的空間分布特征，結(jié)合2008年于田7.3級地震后南北地震帶中強(qiáng)地震的分布，將于田地震作為一個外部觸發(fā)條件，探討2014年于田7.3級地震對南北地震帶不同區(qū)帶的影響，為研究南北地震帶可能的強(qiáng)震活動區(qū)提供參考。

1 研究區(qū)資料和方法

南北地震帶(圖1)北起鄂爾多斯地塊西緣，穿過龍門山，再沿安寧河-小江斷裂帶向南延至緬甸境內(nèi)，是分隔中國大陸東部相對穩(wěn)定的鄂爾多斯高原、四川盆地和華南地塊與西部強(qiáng)烈隆升的青藏高原之間的邊界活動構(gòu)造帶(張培震，2008)。本文選取南北地震帶作為研究范圍對不同構(gòu)造分區(qū)分別進(jìn)行了分析。

加卸載響應(yīng)比是一個定量反映地殼系統(tǒng)不穩(wěn)定程度的參數(shù)(尹祥礎(chǔ)等，1994)，該參數(shù)可以判定引潮力對斷層是加載還是卸載。目前該方法已經(jīng)取得了很大發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于地震預(yù)測中(劉桂萍等，1994;zhang et al，2004;張浪平等，2006;余懷忠等，2010)。類似于固體潮汐對斷層面的加卸載，大地震對周圍地震斷層有正或者負(fù)的影響(Das et al，1981;Toda et al，1998)，同樣也可以作為一種外界的擾動因素。而Benioff應(yīng)變作為一個區(qū)域中滑動速率的量度(趙袆喆等，2008)，可比較好地刻畫外界擾動引起的地震活動變化。本文通過計算兩次于田地震前后的Benioff應(yīng)變比，對于田地震后該地區(qū)應(yīng)變比分布特征進(jìn)行了研究。

1.1 資料和最小完整性震級的選取

根據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心提供的統(tǒng)一快報目錄②http://10.5.202.22/bianmu/，本文采用了2008年1月1日～2014年3月14日南北地震帶(20°～44°N，94°～108°E)的微震目錄。由于最小完整性震級Mc可能具有不同的時空分布特征，本文參考韓立波等(2012)給出的南北地震帶Mc空間分布結(jié)果，將南北地震帶分成 A 區(qū)(34°～39.5°N，99°～105°E)、B 區(qū)(30°～34°N，101.5°～106°E)、C區(qū)(23°～30°N，97°～105°E)等 3 個Mc分區(qū)特征明顯的區(qū)域(圖 1)，并利用震級-頻度關(guān)系計算各分區(qū)整體的Mc(圖2)。最小二乘法計算結(jié)果表明，A、B、C等3個分區(qū)的最小完整性震級Mc約為ML1.8、ML1.5、ML1.3?？紤]到不同的計算方法得到的結(jié)果之間可能存在差異，本文采用適當(dāng)提高M(jìn)c數(shù)值的方式以減小計算結(jié)果的誤差。最終將這3個區(qū)域的Mc分別確定為ML1.9、ML1.6、ML1.4。

圖2 南北地震帶不同區(qū)域震級-頻度關(guān)系

1.2 大震前后地震應(yīng)變比的計算

本文使用地震釋放能量的1/2次方，即Benioff應(yīng)變作為響應(yīng)參數(shù)。定義Benioff應(yīng)變比R為在某一區(qū)域震后所有地震的能量的開方和與震前所有地震的能量的開方和之比。Benioff應(yīng)變比計算方法為(Benioff，1951)

具體計算過程為:對不同地區(qū)以0.5°的間距分別進(jìn)行網(wǎng)格化，以每個網(wǎng)格點(diǎn)為中心，挑選網(wǎng)格內(nèi)、經(jīng)緯度方向窗長均為0.5°的矩形框內(nèi)的地震。對于每個矩形框，分別計算每個單元在于田地震前后n天的Bennioff應(yīng)變，兩者比值作為該矩形框中心點(diǎn)的應(yīng)變比。利用插值方法繪制區(qū)域內(nèi)R值的空間場分布圖。如果R＜1，說明該區(qū)域應(yīng)變能釋放減速;如果R＞1，說明該區(qū)域應(yīng)變能釋放加速;如果R=1，說明該區(qū)域應(yīng)變能釋放無變化。

2 2008年、2014年于田兩次7.3級地震前后南北地震帶Benioff應(yīng)變比分布特征

本文使用新疆于田2008年3月21日7.3級、2014年2月12日7.3級地震前后30天的地震目錄資料，分別計算兩個時間段內(nèi)南北地震帶不同區(qū)域的應(yīng)變比，兩次7.3級地震前后不同區(qū)域應(yīng)變比空間分布如圖3所示。

圖3 于田兩次7.3級地震后南北地震帶不同分區(qū)應(yīng)變比空間分布

2.1 A區(qū)應(yīng)變比分布特征

2008年于田7.3級地震后在祁連山北緣斷裂附近出現(xiàn)應(yīng)變比增強(qiáng)現(xiàn)象，而2008年3月30日甘肅肅南5.0級地震震中正位于應(yīng)變比高值異常區(qū)域附近(圖3(a))。此外，在甘青交界南部的拉雞山斷裂、老虎山斷裂、西秦嶺北緣斷裂北段應(yīng)變比也有明顯增強(qiáng)，但范圍較小。2014年于田7.3級地震之后在祁連山北緣斷裂附近也出現(xiàn)應(yīng)變比增強(qiáng)現(xiàn)象(圖3(b))，但比2008年于田7.3級地震之后應(yīng)變比高值異常區(qū)的范圍稍小。

2.2 B區(qū)應(yīng)變比分布特征

兩次地震后B區(qū)應(yīng)變比空間分布具有相似的特征，均在龍門山斷裂附近出現(xiàn)高值異常。2008年于田7.3級地震之后在龍門山斷裂帶上的汶川-茂汶斷裂、映秀-北川斷裂附近出現(xiàn)高值異常，而2008年5月12日汶川8.0級地震震中正位于該地區(qū)的高、低值異常區(qū)交界處。2014年于田7.3級地震之后，該區(qū)域應(yīng)變比高值區(qū)位于2008年高值區(qū)南邊，分別沿NE和NW向展布。

2.3 C區(qū)應(yīng)變比分布特征

2008年于田7.3級地震之后，C區(qū)應(yīng)變比高值異常區(qū)域范圍較大(圖3(e))，主要分布在小金河斷裂、則木河斷裂、安寧河斷裂、大盈江斷裂、南汀河斷裂附近，而2008年8月20、21日云南盈江5.0級、5.9級地震以及2008年8月30日四川攀枝花6.1級地震均位于高值區(qū)附近或者高、低值交界區(qū)域。2014年于田7.3級地震之后該區(qū)高值異常區(qū)分布范圍與2008年相比明顯縮小(圖3(e)、3(f))，主要分布在大盈江斷裂、南汀河斷裂、元謀-綠汁斷裂、安寧河斷裂附近，在小金河斷裂附近未出現(xiàn)高值異常區(qū)。

3 分析與討論

2008年3月21日新疆于田7.3級地震后，南北地震帶地震活動明顯增強(qiáng)，1年內(nèi)先后發(fā)生2008年3月30日甘肅肅南5.0級地震，2008年5月12日四川汶川8.0級地震，2008年8月20、21日云南盈江5.0級、5.9級地震以及2008年8月30日四川攀枝花6.1級地震。從應(yīng)變比空間分布可以看出，上述強(qiáng)震均發(fā)生在2008年于田地震后應(yīng)變比高值異常區(qū)域附近或者高、低值交界區(qū)域。應(yīng)變比高值反映了這些地區(qū)應(yīng)力水平較高，在2008年于田7.3級地震后這種應(yīng)力高值區(qū)容易發(fā)生一些小震。

南北地震帶的應(yīng)變比在于田2014年7.3級地震后與2008年7.3級地震后具有一定的相似性。應(yīng)變比高值區(qū)主要分布在祁連山北緣斷裂、映秀-北川斷裂、大盈江斷裂、南汀河斷裂、元謀-綠汁斷裂、安寧河斷裂附近地區(qū)。

地震應(yīng)力的突然變化可以引起其周邊地震活動性的顯著變化，隨著應(yīng)力增加或者降低，地震活動性相應(yīng)地增強(qiáng)或者減弱(Stein，1999)。本文通過計算兩次于田地震前后不同區(qū)域的應(yīng)變比，對應(yīng)力增強(qiáng)區(qū)域進(jìn)行了研究。已有研究結(jié)果表明，在引起地震活動性變化方面應(yīng)變比與反映地下介質(zhì)改變的波速變化和庫侖破裂應(yīng)力變化能吻合地較好(楊文等，2013)。本文采用了相對容易獲取的地震目錄資料進(jìn)行研究，故可以更方便地為地震危險性分析提供參考。