2017年九寨溝7.0級地震前不同級別地震空區(qū)的演化過程分析

張博 張輝 馮建剛 王朋濤

甘肅省地震局，蘭州市東崗西路450號(hào) 730000

0 引言

據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)測定，2017年8月8日四川九寨溝（33.20°N，103.82°E）發(fā)生 7.0級地震，震源深度20km。震中附近100km范圍內(nèi)曾發(fā)生過1879年7月1日武都南8.0級地震及1976年8月16、23日松潘-平武2次7.2級地震。

九寨溝地震震中位于青藏高原巴顏喀拉塊體東緣東昆侖斷裂帶東端塔藏?cái)嗔选⑨航瓟嗔押突⒀罃嗔训慕粎R部位。徐錫偉等（2017）研究了青藏高原東南緣多次中強(qiáng)地震，認(rèn)為目前該區(qū)域塊體主干邊界活動(dòng)斷層處于中等偏高應(yīng)力積累狀態(tài)；易桂喜等（2017）通過CAP方法反演了九寨溝地震主余震的震源機(jī)制解，推斷發(fā)震構(gòu)造為岷江斷裂與塔藏?cái)嗔阎g的隱伏斷裂；楊宜海等（2017）通過近震全波形反演的九寨溝地震主震震源機(jī)制解為以走滑為主；蔣長勝等（2017）利用ETAS模型和R-J模型研究了九寨溝地震序列的衰減情況與余震預(yù)測效果。

九寨溝地震前，甘青川交界地區(qū)存在長達(dá)16年的大范圍5級地震平靜區(qū)，甘東南地區(qū)4級地震大范圍平靜，2016年5月7日甘肅武山ML4.4地震后，甘東南地區(qū)地震活動(dòng)水平極弱，并形成了大范圍的3級地震空區(qū)，空區(qū)持續(xù)453天后被2017年8月4日舟曲ML3.0地震打破，4天后發(fā)生了九寨溝7.0級地震。甘東南3級地震空區(qū)是震前提出的一項(xiàng)地震活動(dòng)性異常，分析人員對該空區(qū)作了詳細(xì)的分析與探討，并于2017年7月25日提交了關(guān)于該空區(qū)的異常分析報(bào)告，鑒于震前提出的異?？焖俚貙?yīng)了地震，故需要對這一異常進(jìn)行清理分析。

1 甘青川交界地區(qū)5級地震空區(qū)

甘青川交界地區(qū)存在大范圍5級地震的平靜區(qū)，該平靜區(qū)自2001年7月17日青海興海5.0級地震后未發(fā)生5級以上地震。2013年岷縣漳縣6.6級地震發(fā)生之后，先后發(fā)生了2014年10月2日青海烏蘭5.2級、2015年10月12日青?，敹?.2級、2015年11月23日青海祁連5.2級、2016年1月21日門源6.4級地震，這些地震位于平靜區(qū)的北邊緣，平靜區(qū)存在向SE方向收縮的跡象，截至2017年底，平靜區(qū)5級地震平靜時(shí)間已經(jīng)超過16年（圖1、2）。

圖1 甘青川交界地區(qū)5級地震大范圍平靜收縮

圖2 甘青川交界地區(qū)5級地震平靜區(qū)內(nèi)地震M-t圖

2 甘東南地區(qū)大范圍4級地震平靜

2013年7月22日岷縣漳縣6.6級地震之后，甘東南地區(qū)ML≥4.0地震在空間上呈現(xiàn)叢集活動(dòng)特征，其活動(dòng)范圍主要集中在岷縣漳縣6.6級地震震中以東、西秦嶺北緣斷裂與禮縣羅家堡斷裂之間附近區(qū)域（圖3）。2016年5月7日武山ML4.4地震后，區(qū)內(nèi)4級地震大范圍平靜，平靜時(shí)間長達(dá)14個(gè)月。2000年以來區(qū)內(nèi)4級平靜超過1年的現(xiàn)象共發(fā)生4次，分別為2008年汶川8.0級地震前429天平靜、2010年玉樹7.1級地震前537天平靜、2013年岷縣漳縣6.6級地震前628天平靜和2017年九寨溝7.0級地震前458天平靜（圖4）。可見超過1年時(shí)間尺度的4級地震平靜對甘東南地區(qū)及巴顏喀拉塊體東部強(qiáng)震有一定預(yù)測意義。

圖3 岷縣漳縣6.6級地震后甘東南地區(qū)4級地震分布

3 甘東南地區(qū)3級地震平靜打破

地震空區(qū)，通常指地震帶上大震破裂空段的第1類空區(qū)以及缺少中小地震的第2類空區(qū)。本文討論的空區(qū)為第2類，即在強(qiáng)震發(fā)生前震源區(qū)及其周圍小震活動(dòng)突然減少的現(xiàn)象，也稱為“孕震空區(qū)”（Mogi，1979；梅世蓉等，1993；陸遠(yuǎn)忠等，1985）。

在4級地震平靜的背景下，甘東南地區(qū)同時(shí)出現(xiàn)了3級地震弱活動(dòng)。2016年5月7日武山ML4.4地震后，區(qū)內(nèi)3級地震大范圍平靜，2017年5月22日徽縣發(fā)生ML3.6地震，使甘東南地區(qū)3級地震圍空最大方位空缺不超過120°，滿足空區(qū)判定條件，據(jù)此判定3級地震空區(qū)形成，空區(qū)長軸約391km，短軸約334km（圖5）。

圖4 2000年以來甘東南地區(qū) ML 4.0地震M-t圖（a）與時(shí)間間隔（b）

圖5 甘東南ML 3.0地震空區(qū)與主震位置

由2000年以來空區(qū)內(nèi)3級地震時(shí)間進(jìn)程分析可知，超過200天以上平靜共出現(xiàn)4次（圖6），其中，汶川8.0級地震前出現(xiàn)280天平靜，岷縣漳縣6.6級地震前的2次平靜時(shí)間分別為305、206天。2017年8月4日舟曲 ML3.0地震，打破了3級地震453天的超長時(shí)間平靜。8月8日發(fā)生九寨溝7.0級地震后，8月12日空區(qū)內(nèi)又發(fā)生隴西ML3.2地震。至此，空區(qū)解體并很快對應(yīng)了空區(qū)邊緣的7級強(qiáng)震。

圖6 2000年以來空區(qū)內(nèi) ML 3.0地震 M-t圖（a）與發(fā)震時(shí)間間隔（b）

在廣泛研究地震空區(qū)的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外學(xué)者對空區(qū)圍空震級、空區(qū)形成時(shí)間、空區(qū)大小等與主震震級等參數(shù)間的關(guān)系歸納出一些經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。王煒等（1989）研究了華北地區(qū)13次中強(qiáng)以上地震前孕震空區(qū)的圍空時(shí)間與圍空長軸間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。曲延軍等（2010）研究了中國大陸5個(gè)區(qū)域空區(qū)形成后發(fā)生的主震與空區(qū)形成持續(xù)時(shí)間、空區(qū)空間分布尺度等之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。呂堅(jiān)等（2016）研究了空區(qū)持續(xù)時(shí)間、起始震級及圍空長軸尺度與主震震級間的關(guān)系。

利用呂堅(jiān)等（2016）給出的中國大陸空區(qū)持續(xù)時(shí)間與主震震級、青藏高原北部地區(qū)空區(qū)圍空震級與主震震級、空區(qū)長軸尺度與主震震級之間的關(guān)系，對主震震級預(yù)測作了回顧性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)公式為

其中，T為空區(qū)圍空時(shí)間，單位為月；L為空區(qū)圍空長軸，單位為km；ML為空區(qū)圍空震級。

據(jù)式（1）～（3），不考慮擬合誤差可得：由空區(qū)持續(xù)時(shí)間預(yù)測的主震震級為5.9級，由空區(qū)圍空震級預(yù)測的為5.9級，由空區(qū)長軸尺度預(yù)測的為6.4級。由此可見，三者預(yù)測的主震震級相差不大，預(yù)測震級約為6級。

4 震源機(jī)制一致性

應(yīng)力張量方差是衡量地震震源釋放應(yīng)力場與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場一致性程度的定量指標(biāo)（Michael，1987）。當(dāng)方差＜0.1時(shí)，意味著可以用1個(gè)統(tǒng)一的應(yīng)力張量來解釋觀測到的震源機(jī)制解，也可以理解為該區(qū)域的應(yīng)力場是均勻的，震源機(jī)制具有很好的一致性；當(dāng)方差＞0.2時(shí)，表明該區(qū)域的應(yīng)力場在時(shí)間和空間上具有非均勻性，或者說該區(qū)域的震源機(jī)制比較紊亂（Lu et al，1997），因此中小地震震源機(jī)制一致性時(shí)空分布能夠反映局部區(qū)域應(yīng)力場應(yīng)力水平的高低（李金等，2015）。

圖7（a）給出了2001年1月～2017年8月甘東南地區(qū)ML≥2.5中小地震的震源機(jī)制解，采用應(yīng)力張量反演方法（Michael，1984、1987）對該地區(qū)進(jìn)行 0.1°×0.1°的網(wǎng)格化反演獲得了該區(qū)域應(yīng)力場的空間分布（圖7（b））。計(jì)算結(jié)果顯示，甘東南地區(qū)中小地震震源機(jī)制一致性程度較高的區(qū)域?yàn)楦蚀ń唤鐓^(qū)，九寨溝7.0級地震震中恰好位于異常區(qū)域高值附近。

圖7 甘東南ML≥2.5中小地震的震源機(jī)制與一致性分布

5 空區(qū)演化過程分析

本文通過對2017年8月8日九寨溝7.0級地震前甘東南地區(qū)地震活動(dòng)圖像特征及震源機(jī)制一致性進(jìn)行分析得到以下初步認(rèn)識(shí)：

（1）預(yù)測強(qiáng)度分析。甘青川交界地區(qū)大范圍的5級地震平靜對震級的預(yù)測可達(dá)7級左右；甘東南地區(qū)4級與3級地震平靜對震級的預(yù)測為6級左右。

（2）預(yù)測地點(diǎn)分析。甘青川交界地區(qū)5級地震空區(qū)震前演化特征為向SE方向收縮，九寨溝7.0級地震位于空區(qū)收縮方向一側(cè)震源機(jī)制一致性參數(shù)較高的區(qū)域。

（3）提出震情跟蹤思路。甘青川交界地區(qū)5級地震平靜作為一項(xiàng)背景異常，在年度學(xué)科會(huì)商中早已提出，可作為6～7級強(qiáng)震的跟蹤地區(qū)重點(diǎn)關(guān)注；而3級、4級小震的空區(qū)時(shí)空演化特征可為發(fā)震緊迫性提供參考。

本文結(jié)合傳統(tǒng)地震學(xué)方法與數(shù)字地震學(xué)方法，綜合分析了九寨溝7.0級地震前甘東南地震活動(dòng)異常的時(shí)空特征，回顧總結(jié)了在日常分析預(yù)報(bào)中有關(guān)此次九寨溝地震的工作，并按照“長—中—短—臨”漸進(jìn)式預(yù)報(bào)思路，梳理了與此次地震發(fā)生有關(guān)的一些中期、短期、臨震異常。研究工作為今后科學(xué)開展甘東南地區(qū)地震趨勢研判與分析提供了經(jīng)驗(yàn)。