蘆山Ms7.0地震產(chǎn)生的靜態(tài)庫侖應(yīng)力影響研究

趙烽帆，魏志恒

(中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045)

2013年4月20日08時02分四川蘆山發(fā)生 Ms7.0地震(30.3°N，102.99°E)，本次地震距2008年汶川8.0級地震約85 km，蘆山地震基本完成了龍門山斷裂帶西南段(約120 km)中段的破裂，在汶川地震破裂區(qū)最西南端至蘆山地震破裂區(qū)的最北端，尚有20～30 km長的空段尚未破裂。蘆山地震發(fā)震斷層為龍門山斷裂帶南段的前山斷裂附近，是龍門山斷裂帶繼汶川地震之后的1次強(qiáng)震活動［1，2］。截至2013年11月30日，蘆山地震余震區(qū)已記錄到 ML3.0～3.9級余震290次，ML4.0～4.9級余震46次，ML5.0～5.9級余震12次，其中最大余震為4月21日17時05分發(fā)生在蘆山縣和邛崍市交界的ML5.7(Ms5.4)級地震。

蘆山地震震中100 km范圍內(nèi)1900年至2008年汶川地震發(fā)生前共發(fā)生5級以上地震7次，其中6～6.9級地震2次，分別為1941年寶興康定Ms6.0地震和1970年大邑的Ms6.2地震，2013年蘆山地震發(fā)生前最大的地震為2008年汶川Ms8.0地震，蘆山地震和汶川地震的余震分布區(qū)中間存在一個20～30 km的破裂空段，1970年大邑地震即分布在該空段上(中國地震臺網(wǎng)中心，2013;圖1)。汶川地震發(fā)生后，Parsons等于2008年7月6日在Nature雜志官網(wǎng)上發(fā)表文章，通過計算2008年汶川地震震后庫侖破裂應(yīng)力的影響，指出對四川盆地及其周邊地區(qū)應(yīng)力變化的情況，其中應(yīng)力增加的斷層即包含蘆山地震附近的雅安段［3］。實際上，針對汶川地震對龍門山斷裂帶南段的影響，一直是地球物理學(xué)界在汶川地震發(fā)生后關(guān)注的熱點問題之一［4，5］。

本研究應(yīng)用Coulomb3.3軟件計算蘆山地震發(fā)生后對周圍靜態(tài)庫侖應(yīng)力的影響，主要針對蘆山地震和汶川地震余震分布區(qū)中間的破裂空段及川滇交界地區(qū)。為明確汶川地震對蘆山地震的影響，首先計算汶川地震對蘆山地震發(fā)震斷層所施加的靜態(tài)庫倫應(yīng)力;進(jìn)一步計算蘆山地震對周圍的靜態(tài)庫侖應(yīng)力;最后計算汶川地震和蘆山地震周圍的靜態(tài)庫侖應(yīng)力的綜合影響。

圖1 蘆山地震主震位置及周圍發(fā)震構(gòu)造

2 方法與計算結(jié)果

地震的發(fā)生主要由地下巖石的錯動造成，地震發(fā)生前后較短時間內(nèi)實現(xiàn)了彈性能的快速釋放，假設(shè)地球介質(zhì)為半無限空間且空間內(nèi)各向同性，若已知地震位錯的幾何參數(shù)和錯動大小，即可求出半無限空間內(nèi)部的位移場和應(yīng)變場?；趲靵龆桑瑪鄬用嫔蠋靵銎屏褢?yīng)力變化的表達(dá)式為:

上式中Δτ為剪切應(yīng)力變化，Δσn為正應(yīng)力變化，f為斷層面介質(zhì)摩擦系數(shù)，Δp為孔隙壓力變化，實際上Δp調(diào)節(jié)著斷層面上的有效正應(yīng)力，Δp減少摩擦系數(shù)的效應(yīng)可以用f’=f(1-B)表示，其中B為Skemptons系數(shù)，取值范圍(0～1)，當(dāng)巖石應(yīng)力的改變遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于巖石中Δp的擴(kuò)散，則Δp可以通過B值在式(1)中得到體現(xiàn)，且轉(zhuǎn)換為:

f’包含了孔隙流體和斷層面上介質(zhì)的特性，一般取值為 0.2～0.8［6］。

本文基于式(1)和(2)，采用Coulomb3.3軟件進(jìn)行庫侖破裂應(yīng)力變化的計算。計算過程中地殼的剪切模量取3.3 ×104MPa，泊松比取值 0.25，此外 f’取值 0.4，該值為 King等［6］通過不同f’取值相應(yīng)庫侖破裂應(yīng)力圖像變化情況給出的經(jīng)驗取值。本文針對汶川地震和蘆山地震應(yīng)用的相關(guān)計算參數(shù)詳見表1。圖2中給出了汶川地震產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化及蘆山地震的震中位置分布情況，可以看出，蘆山地震位處汶川地震震后庫侖應(yīng)力加載區(qū)，同震庫侖應(yīng)力變化上升了0.3～0.4 bar，這一結(jié)果與已有的研究成果一致程度較高［3～5］。

圖3為蘆山地震產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化，蘆山地震和汶川地震余震分布區(qū)中間存在的破裂空段處在蘆山地震的同震應(yīng)力加載區(qū)，庫侖應(yīng)力變化超過+0.1 bar。由于蘆山地震發(fā)生在汶川地震5年之后，且二者同處于龍門山斷裂帶上，可以認(rèn)為二者是龍門山斷裂帶上較短時間段上兩個有關(guān)聯(lián)的破裂事件［1］，再者汶川地震震后產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力對蘆山地震產(chǎn)生了明顯的觸發(fā)作用。因此，綜合考慮蘆山地震和汶川地震對周圍庫侖破裂應(yīng)力的影響具備一定的必要性。

圖2 汶川地震產(chǎn)生的靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化及蘆山地震主震位置，蘆山地震及ML3.0級及以上余震震中分布，截至2013年11月30日，圖中靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化的單位為bar

表1 蘆山地震和汶川地震震源參數(shù)

圖4中給出蘆山地震和汶川地震產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化情況分布。可以看出，二者對川滇交界東部的應(yīng)力加載作用是明確的，對中間存在的20～30 km空段也存在一定的應(yīng)力加載影響。對比圖3和圖4，二者相同之處在于對川滇交界東部地區(qū)明顯的應(yīng)力加載作用，圖4中對二者余震分布區(qū)中間的破裂空段的應(yīng)力影響較圖3中有所變化，且部分范圍的應(yīng)力加載現(xiàn)象仍然存在。

圖3 蘆山地震產(chǎn)生的靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化及蘆山地震主震位置，蘆山地震及ML3.0級及以上余震震中分布，截至2013年11月30日，圖中靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化的單位為bar

圖4 蘆山地震和汶川地震共同產(chǎn)生的靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化，圖中靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化的單位為bar

3 結(jié)論與討論

2013年4月20日蘆山地震發(fā)生后，關(guān)于蘆山地震和汶川地震的關(guān)聯(lián)性立即引起了學(xué)術(shù)界的廣泛討論，從構(gòu)造背景的角度出發(fā)，蘆山地震和汶川地震的發(fā)震位置均位于巴顏喀拉塊體的邊界上，蘆山地震和汶川地震的震中位置距離約85 km，且蘆山地震和汶川地震均發(fā)生在龍門山斷裂帶上，受到整個龍門山斷裂帶總體走向和運(yùn)動特征的影響，兩個地震的震源機(jī)制解也較為一致，均為逆沖型地震。本文通過對汶川地震震后對周圍靜態(tài)庫侖應(yīng)力影響的計算，明確了汶川地震對蘆山地震的應(yīng)力加載及觸發(fā)作用。

近些年來，國際地震界廣泛關(guān)注強(qiáng)震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化及對周圍斷層的影響，主要涉及后續(xù)地震的發(fā)震位置和時間。某一斷層發(fā)生地震時，不僅在該發(fā)震斷層上產(chǎn)生應(yīng)力降及應(yīng)變能的釋放，同時應(yīng)力還會被傳遞至其周圍的斷層上，進(jìn)而使得這些斷層發(fā)生應(yīng)力的改變和調(diào)整。萬永革等［7］針對中國大陸發(fā)生的4次大震震后應(yīng)力變化情況指出，后續(xù)破裂事件均受到前面發(fā)生的地震事件的影響，即前面的地震事件對后續(xù)地震事件均存在某種程度的觸發(fā)作用。斷層之間的相互作用不僅可以通過觸發(fā)來體現(xiàn)，而且當(dāng)某一斷層發(fā)生地震時，對其周圍斷層應(yīng)力的影響既有增加也有減少，即加速或者延緩地震的發(fā)生，產(chǎn)生觸震和緩震效應(yīng)［6］。例如，已發(fā)表的針對2008年汶川地震震后對周邊斷層地震活動性影響的研究中指出，汶川地震的發(fā)生使得鮮水河斷裂道孚—康定段及則木河斷裂的庫侖破裂應(yīng)力增加，金沙江斷裂的庫侖破裂應(yīng)力減?。?，5］。

致謝:本文在成稿過程中，周龍泉研究員和孟令媛博士給予了有益的指導(dǎo)與幫助，作者謹(jǐn)表謝意。

［1］陳運(yùn)泰，楊智嫻，張勇，等.從汶川地震到蘆山地震［J］.中國科學(xué):地球科學(xué)，2013，43(6):1064-1072.

［2］劉杰，易桂喜，張致偉，等.2013年4月20日四川蘆山M7.0級地震介紹［J］.地球物理學(xué)報，2013，56(4):1404-1407.

［3］Parsons T，Ji C and Kirby E.2008.Stress changes from the 2008 Wenchuan earthquake and increased hazard in the Sichuan basin.Nature，454(7023):509-510.

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［5］邵志剛，周龍泉，蔣長勝，等.2008年汶川Ms 8.0地震對周邊斷層地震活動的影響［J］.地球物理學(xué)報，2010，53(8):1784-1795.

［6］King G C P，Stein R S and Lin J.Static stress changes and the triggering of earthquakes.Bull.Seismol.Soc.Amer.，1994，84(3):935-953.

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