2013年8月31日香格里拉MS5.9地震震后趨勢判定

楊義煊，李瑩甄

(1.甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000；2.防災科技學院，河北 三河 065201)

0 引言

地震作為地球內部運動最主要的表現(xiàn)形式和能量釋放方式，它的發(fā)生是不以人的意志為轉移的客觀存在規(guī)律。由于我國地處特殊的地質構造區(qū)域中，太平洋板塊、歐亞板塊、印度洋板塊等對我國的地震活動都有著觸發(fā)作用，并且環(huán)太平洋地震帶及無數(shù)小地震帶的存在致使我國是全球地震頻率最高、地震災害最大、受災面積最廣的國家之一，因此我國地震活動具有了“多、大、廣、頻、重”的特征。經過對歷史震例的分析，我國大陸地震頻發(fā)的地區(qū)主要集中在受印度板塊作用較大的西藏、云南、四川及新疆等地。本文研究的香格里拉處于四川和云南兩省交匯的人口密集地帶，并且該區(qū)域的地震主要集中在川滇南北向構造帶附近，2013年8月31日云南香格里拉MS5.9地震就發(fā)生在該區(qū)域內。

震后趨勢預測是在震后幾十分鐘至幾天內，快速判定地震序列的類型，對可能發(fā)生的強余震進行預測，屬于特定時空條件下的地震預測問題[1-2]，也是地震短臨預測的重要內容，對于地震搶險救援、恢復與穩(wěn)定社會秩序有重要意義。作者根據(jù)全國應力分布、云南省地區(qū)歷史震例、區(qū)域地質構造背景、云南地區(qū)應力分布、地震活動性、b值等，結合震源機制解資料，對2013年8月31日云南香格里拉MS5.9地震震后趨勢進行判定。

1 地震震區(qū)構造、應力環(huán)境及動力來源

1.1 地震動力來源

地震動力來源主要說明地震發(fā)生時受到的相應板塊及塊體所施加的動力作用，這種動力來源有直接的動力來源也有間接的動力來源，而本文探討的香格里拉MS5.9地震的動力來源主要是間接動力來源。

圖1 中國大陸及周邊地震應力T軸分布Fig.1 Distribution of seismic stress T-axis in mainland China and its surrounding area

圖2 中國大陸及周邊地震應力P軸分布Fig.2 Distribution of seismic stress P-axis in mainland China and its surrounding area

如圖1、圖2所示，印度板塊和太平洋板塊對中國大陸有應力推擠作用，印度板塊應力NE方向傳播過程中，在四川盆地碰到硬度較大的巖石，因此T軸(拉張軸)沿著巴顏喀拉塊體順時針旋轉，在云南地區(qū)與喜馬拉雅山脈T軸方向交織[3]。新疆天山山脈震區(qū)T軸受到歐亞板塊的作用拉張力較小，主要是壓縮，而內蒙古、華北、華中、華南地區(qū)應力比較均勻，呈南北向拉張，主要是受歐亞板塊的作用[4-5]。如圖2所示，P軸在全國分布較為規(guī)整，青藏高原受壓縮力較小，新疆天山由于受多個小板塊應力推擠作用，所以P軸分布較為復雜，同時華北地區(qū)受到東西向壓縮小[6]。整體來說，中國大陸青藏高原震區(qū)和新疆天山地區(qū)應力分布較復雜外其他區(qū)域受力較均勻。

因而本次地震動力傳播路徑主要是印度板塊向北東推擠運動將地震動力施加給西藏板塊，西藏板塊向北東方向傳播的過程中遇到巖石硬度較高的四川盆地，導致能量向南旋回最后傳遞到云南地震區(qū)。

1.2 震區(qū)地震地質環(huán)境

云南省香格里拉縣位于云南省西北部，毗鄰四川省、西藏藏族自治區(qū)兩省、正好處于川、滇、藏三省的交界地區(qū)，地處青藏高原東南邊緣，地殼結構非常不穩(wěn)定，新構造運動比較活躍，由于常年受到印度板塊及歐亞板塊擠壓變形作用，極容易發(fā)生滑坡、崩塌、地震、泥石流等自然災害，因此在云南地區(qū)形成強烈變形地帶，導致云南省地形參差不齊、縱橫交錯，同時該區(qū)域的地質構造非常復雜，活動斷裂很是發(fā)育，諸多因素導致川滇地塊成為我國最活躍的地震構造區(qū)之一和強震活動重點監(jiān)視區(qū)。近30年來云南地區(qū)經歷了兩個強震活躍時期，期間發(fā)生了通海MS7.7、大關MS7.1、龍陵MS7.3、瀾滄MS7.4、孟連MS7.3和麗江MS7.0強震，并且發(fā)生了多次MS6.0～6.9級的強震。

圖3 震中附近斷裂帶分布情況Fig.3 Distribution of fault zone around the epicenter

如圖3所示，震中附近有2條活動斷裂帶，通過單純型法地震定位和地質學特征很難判斷本次地震的發(fā)震斷裂帶，因此利用地震精定位的手段和震源機制解分析對發(fā)震斷層進行判定。

在深度剖面上地震由下向上破裂，顯示出主余型地震破裂特征，存在未來發(fā)生較大余震的可能性。本次地震穿過德欽—中甸斷裂帶，主震為走滑型[7-8]，與斷層的走向和傾向符合。因此判定本次地震發(fā)生在德欽—中甸斷裂上，地震帶具體數(shù)據(jù)詳見表1、表2。

表1 德欽—中甸斷裂帶地震地質學特征

表2 奔馬欄—中甸段斷裂帶地震地質學特征

1.3 震區(qū)構造應力場分布

表3 2013年8月31日香格里拉MS 5.9地震震源機制解

本部分用 “以場求源”的思路，這種思路中的“場”指的是應力場。思路的核心是認為在大震孕育過程中，震源區(qū)及周圍一定范圍內應力顯著增強，各種前兆異常都是應力增強的表現(xiàn)[9-11]。越是震源區(qū)及附近應力增強越為顯著，異常應最發(fā)育、最集中、出現(xiàn)最早和異常的幅度最大；遠離震源區(qū)，異常的數(shù)量逐漸減少，持續(xù)時間和變化幅度逐漸減小,因此在云南地區(qū)存在高應力區(qū)域，大震發(fā)生的風險較高，同時云南北部地區(qū)受到青藏高原巴顏喀拉塊體和太平洋板塊的作用，在云南北部和四川南部發(fā)生的地震多并且震級高。于是，通過各種異常的時空強的分布來“反演”應力場的變化及其空間分布特征，進而確定未來可能發(fā)生的大震的震源區(qū)。

通過對云南地區(qū)最大主應變的年變化特征分析發(fā)現(xiàn)，云南地區(qū)的最大主應變具有明顯的西強東弱、北高南低的特征[12]。最大主應變主要分布在滇西地區(qū)、安寧河斷裂帶兩側及小江斷裂北段，而川西盆地、紅河斷裂與鎮(zhèn)遠-普洱斷裂帶之間的區(qū)域最大主應變較小[13](圖4)。滇南地區(qū)的差應力相對較高，而最大主應力則處于張性狀態(tài)。

圖4 震區(qū)地震應力場分布Fig.4 Distribution of seismic stress field in study area

2 震源基本情況

川滇地區(qū)主要以走滑型斷層為主，部分地區(qū)有正斷型斷層，并且發(fā)生地震的區(qū)域比較集中，震級一般在4～6級之間，且發(fā)震頻率較高。此次地震發(fā)生在青藏高原東南緣、川滇菱形地塊西邊界的中段，震中位于斷層搓動性質右旋的德欽—中甸—大具斷裂帶附近區(qū)域。根據(jù)中國地震局地球物理研究所韓立波等提供的矩張量反演結果，此次地震為正斷層型，震源數(shù)據(jù)見表3。

2.1 發(fā)震機理

本次地震主要受到印度板塊向北東推擠運動以及太平洋板塊向北西方向的運動將地震動力施加給西藏板塊和川滇板塊，地震能量在西藏板塊向北東方向傳播的過程中遇到巖石硬度較高的四川盆地時向南旋回最后傳遞到云南地震區(qū)，與此同時來自太平洋板塊的動力一直向川滇地塊方向傳播，最終來自印度板塊的太平洋板塊的能量匯聚于川滇交界處，也就是作者研究的香格里拉所在的區(qū)域的一個過程。

由于香格里拉所屬區(qū)域地下構造極其復雜，斷裂帶在該區(qū)域的分布較為密集，并且本次發(fā)生地震的德欽—中甸斷裂帶為一條較為活躍的斷裂帶，在受到上述兩個方向的力之后最終形成了NE-SW方向分布的斷裂帶，因此導致本次地震發(fā)生的最主要原因是受到印度板塊的推擠作用。

圖6 云南地區(qū)2.0～7.8級地震M-T、b值Fig.6 M-T and b values of MS2.0～7.8 earthquakes in Yunnan area

2.2 震源機制

由圖5可以看出云南香格里拉MS5.9地震為正斷拉張型破裂，發(fā)震構造為德欽-中甸斷裂(右旋正走滑)，顯示川滇塊體正受到加強的近水平拉張作用。

圖5 震源機制解結果Fig.5 Focal mechanism solution result of Shangri-la MS5.9 Earthquake

2.3 發(fā)震構造

香格里拉MS5.9地震的發(fā)震斷裂帶為德欽—中甸斷裂，斷層走向310°～320°，傾向NE，右旋正走滑，并且斷層傾角較陡峭。該斷裂帶為先存活動斷層，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2013年8月28日，震源區(qū)曾發(fā)生MS5.1地震，兩次地震位置接近、震源機制解較為一致。并且震源附近有頻繁的地震活動，自1900年1月1日0時0分0秒至2013年8月31日23時59分59秒震中附近(21°～30°N,97°～107°E)發(fā)生過的Mw5.0～Mw7.9地震，從歷史資料來看，該區(qū)域未發(fā)生過Mw8.0以上地震。

3 震后震例時空活動特征

該部分主要是通過時空特征以及蠕變值、b值的分析來進行判定。時空特征最主要是M-T圖，M-T圖可以分析地震活動的增強與平靜，通過一系列的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)對一個完整的地震事件進行定量分析，其中包含震級-頻度logN=a-bM的計算方法以及數(shù)值模擬結果。

通過分析歷史震例顯示，1976年發(fā)生了一次MS7.4地震(圖6)，從整體趨勢來看，頻度同樣也有周期，大約15年一個周期，最近一次周期起始時間為2014年。并且從b值來看，1989年b值達到了最低值，因為1989年發(fā)生了MS7.4級地震，釋放的能量較多所以導致b值較低，從整體趨勢來看，b值的變化趨勢呈對稱型，b值在近幾年仍會下降[14]。

本次地震產生了一次MS5.2前震(圖7)，按照通常統(tǒng)計的情況來看，一個完整地震序列中主震震級與第二高震級相差△M滿足不等式0.6<△M≤2.4。前震MS5.2與主震MS6.0地震的震級差為0.8，即ΔM=0.8，滿足不等式，判定為前震-主震-余震型。在震區(qū)范圍內發(fā)生了數(shù)量較多的中小地震，最大前震為MS5.2，最大余震為MS4.7，震級差為0.5，判定該地震類型為非震群型[15]。

圖7 地震序列類型判斷Fig.7 Judgment for earthquake sequence type

圖8 M-T、累計頻度及蠕變Fig.8 M-T, cumulative frequency and creep

如圖8所示，累計頻度曲線和蠕變曲線在主震發(fā)生后迅速轉平，應變能無進一步加速釋放，反映主震能量釋放充分。

圖9 最大強余震發(fā)震時間判定—2級以上地震增強-平靜Fig.9 Determination of the occurrence time of the largest strong aftershock—enhancement and quiescence of MS≥2 earthquakes

圖9為完整的地震序列。2013年8月31日香格里拉發(fā)生MS5.9地震之后60天接連發(fā)生余震，10月底地震頻率再一次升高，并且最大震級MS3.2，直到11月初，連續(xù)13天內沒有記錄到任何地震事件，形成了一個地震平靜期，通常情況在這種平靜期過后會發(fā)生級別較高的地震，因此在11月中旬發(fā)生震級為MS4.7的強余震。

圖10 最大強余震震級判定—1.5級以上地震G-R關系式Fig.10 Determination of the magnitude of the largest strong aftershock—G-R relation for MS≥1.5 earthquakes

由圖10 N-M變化曲線可見，發(fā)震開始到2014年12月31日，隨著時間的推移和記錄到的余震事件來看，N-M為反比例函數(shù)圖像，通過求算LgN，圖像呈現(xiàn)處負斜率，川滇區(qū)域的地震活動性為下降趨勢，為典型的“主余”型地震事件[16-17]，其中LgN為地震次數(shù)的對數(shù)值，在橫軸(震級)上的交點為5.2，因此判斷最大強余震為MS5.2，發(fā)震時間大約為M-T圖中對應時間，即2014年11月左右。

線性最小二乘法擬合的計算方法為：

b值是震級和頻度關系式中的比例系數(shù)，代表一定區(qū)域內不同大小地震頻數(shù)的比例關系，它與其所對應區(qū)域應力狀態(tài)、地殼破裂強度有關。研究表明，蠕變值在發(fā)震初期的變化幅度極大，而隨著時間的延長蠕變值的斜率越來越小，因此觀測到的地殼蠕變速率越來越小，逐漸形成一個恢復的狀態(tài)，直至2014年2月之后基本成為直線狀態(tài)。而b值的變化恰恰相反，隨著時間的變化，b值的變化越來越大，震級和頻率的比值越來越大，說明大震的發(fā)生概率越來越小，和蠕變值的變化相對應，對震后趨勢判定也有一定的幫助。

4 結論

綜合以上數(shù)據(jù)分析，結果表明研究區(qū)域最大主應力主要分布在斷裂帶沿線及其交匯處，而最大主應變則具有明顯的西高東低、北強南弱的特征，活動地塊內部及川西盆地應變相對較小，這說明云南地區(qū)現(xiàn)今構造變形主要受控于印度板塊的強烈碰撞。通過對蠕變值、b值、震后趨勢及震源機制解數(shù)據(jù)的分析和評估，理論上云南省香格里拉MS5.9地震發(fā)生后德欽—中甸斷裂帶發(fā)生MS5.2強余震的危險性較高，但是在完整的地震序列中存在MS4.7強余震記錄，和預判的MS5.2有0.5級的誤差，屬于正常誤差范圍，因此判定香格里拉MS5.9地震之后該區(qū)域的強震危險性減弱，但必須加強地震監(jiān)測力度。