青藏高原東北緣強(qiáng)震數(shù)值模擬

楊興悅（甘肅省地震局，蘭州 730000）

青藏高原東北緣強(qiáng)震數(shù)值模擬

楊興悅
（甘肅省地震局，蘭州 730000）

青藏高原東北緣強(qiáng)震活動(dòng)頻繁，過去百年時(shí)間里在該地區(qū)共發(fā)生了18次7級(jí)以上強(qiáng)震。以青藏高原東北緣為主要目標(biāo)建立3D黏彈性有限元模型，研究系列強(qiáng)震發(fā)生后應(yīng)力場(chǎng)的演化過程，嘗試為地震預(yù)測(cè)研究提供一種具有力學(xué)含義的輔助支撐技術(shù)。

以青藏高原東北緣及鄰區(qū)為目標(biāo)建立模型，采用1°×1°全球地殼模型參數(shù)，模型分為上、中、下地殼，模型厚度分別為10.2～36.1 km、11.2～23.8 km、5.9～18.8 km。模型上地殼采用彈性體，中下地殼采用黏彈性體，根據(jù)全球地殼模型參數(shù)將地殼各層分成的小塊體假定為彈性各向同性介質(zhì)，依據(jù)巖石密度、橫波速度及縱波速度，推算出泊松比及楊氏模量。計(jì)算出上、中、下地殼泊松比和楊氏模量分別為0.24～0.25、0.24～0.26和0.25～0.26和8.34E+10-8.59E+10Pa、9.24E+10-9.80E+10Pa和1.04E+11-1.18E+11Pa。建立模型時(shí)大型斷層寬度為20 km，位于甘東南及鄰區(qū)的小斷層寬度為10 km。斷層楊氏模量為周圍塊體的1/3，泊松比比周圍區(qū)域高0.02。黏滯系數(shù)采用石耀霖等研究結(jié)果，中地殼黏滯系數(shù)為1021-5*1022Pa﹒s，下地殼黏滯系數(shù)為5*1020-1022Pa﹒s。采用四面體自由劃分網(wǎng)格，選擇單元平均長(zhǎng)度為20 km，劃分網(wǎng)格后模型共生成310 681個(gè)單元，452 751個(gè)節(jié)點(diǎn)。汶川地震為走滑兼逆沖型，將模型中的龍門山斷裂帶上地殼分為上下兩層，深度分別為7.3～13.1 km和5 km，上層傾角為70°，下層傾角為30°。蘆山地震所在斷層傾角定為39°，其余為垂直斷層。以歐亞大陸為參考系施加了10萬年的位移邊界條件，在模擬計(jì)算時(shí)通過降剛法降低震源所在斷層的楊氏模量模擬強(qiáng)震的發(fā)生，經(jīng)多次嘗試使降剛后與降剛前產(chǎn)生的斷層位錯(cuò)與強(qiáng)震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的位錯(cuò)一致，即模擬震源區(qū)部分地質(zhì)體喪失承載能力而引起區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整變化。

模擬結(jié)果表明：①青藏高原東北緣區(qū)域水平構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征大致呈從西向東遞減，從南向北變化幅度較小；青藏高原東北緣區(qū)域內(nèi)水平構(gòu)造應(yīng)力明顯高于青藏高原塊體邊界構(gòu)造帶應(yīng)力。②模擬了1900年以來發(fā)生在該區(qū)的12次MS7.0以上強(qiáng)震,除第1次地震無法判斷外，在等效應(yīng)力增加的區(qū)域發(fā)生5次地震，減小的區(qū)域發(fā)生4次地震，增加與減小的過渡區(qū)域發(fā)生地震2次。③歷史強(qiáng)震序列對(duì)1970年以來地震的影響：康定地震加速觸發(fā)了爐霍地震的發(fā)生；康定、爐霍地震對(duì)松潘地震無加速觸發(fā)作用；康定、爐霍、松潘地震對(duì)共和地震無加速觸發(fā)作用；爐霍、松潘、共和地震對(duì)汶川地震的影響較小。

上述強(qiáng)震研究結(jié)果是扣除背景場(chǎng)應(yīng)力后由地震引起的等效應(yīng)力變化，認(rèn)為強(qiáng)震發(fā)生在應(yīng)力加載、卸載和加卸載過渡區(qū)域都存在，但是發(fā)生在等效應(yīng)力減小、增加與減小過渡區(qū)域的幾次強(qiáng)震震源區(qū)都曾出現(xiàn)過地震引起的應(yīng)力急劇加載的狀態(tài)，只是后續(xù)幾次強(qiáng)震使其震源區(qū)應(yīng)力具有卸載作用，通過模擬還發(fā)現(xiàn)青藏高原東北緣地區(qū)背景場(chǎng)應(yīng)力長(zhǎng)期處于持續(xù)加載狀態(tài)，背景場(chǎng)應(yīng)力增量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地震引起的應(yīng)力增量。因此討論上述強(qiáng)震引起震源區(qū)應(yīng)力變化的同時(shí)，還要充分考慮背景場(chǎng)等效應(yīng)力變化情況。除蘆山地震外，在背景場(chǎng)和強(qiáng)震共同作用下，上述強(qiáng)震震源區(qū)應(yīng)力都處于長(zhǎng)期加載狀態(tài)。區(qū)域等效應(yīng)力增大有利于介質(zhì)失穩(wěn)加速孕育地震，說明強(qiáng)震容易發(fā)生在等效應(yīng)力加載的斷層上。