基于余震分析的宏觀震中、地震影響場方向和極震區(qū)初步修正＊

孫艷萍 張?zhí)K平 朱 瑞 馬小平 劉岸果

（甘肅省地震局，蘭州 730000）

引言

地震發(fā)生后，政府需要第一時間開展應(yīng)急響應(yīng)工作，采取相應(yīng)的抗震救災(zāi)對策，盡可能的降低地震災(zāi)害帶來的損失。地震應(yīng)急快速評估是指在地震現(xiàn)場調(diào)查之前，按照震級和當(dāng)?shù)氐牧叶人p關(guān)系劃出烈度分布范圍，利用當(dāng)?shù)胤课萁ㄖ?、人口?jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)初步評估此次地震的損失[1-2]。地震烈度影響場的評估是地震應(yīng)急初期評估的基礎(chǔ)，在得到現(xiàn)場調(diào)查烈度之前，宏觀震中、影響場方向和極震區(qū)的判斷準(zhǔn)確與否，對評估結(jié)果準(zhǔn)確性和政府及有關(guān)部門的救援工作有很大的影響。

宏觀震中是地震中受災(zāi)最嚴(yán)重區(qū)域的中心，而微觀震中是地震破裂初始點(diǎn)在地表的投影，兩者之間可能存在偏離。一般來說，地震震級越大，破裂尺度也越大，造成宏觀震中和微觀震中的偏離也可能隨之增大[3-4]。地震發(fā)生的初期，我們無法迅速獲得宏觀震中的位置，地震災(zāi)害評估中通常將微觀震中作為初始震中進(jìn)行影響場評估，這將影響重災(zāi)區(qū)位置的判定和后續(xù)的抗震救災(zāi)工作[5-6]。

地震影響場長軸的方向決定著地震災(zāi)害范圍的空間分布，進(jìn)一步影響著災(zāi)后應(yīng)急指揮和決策，地震影響場的方向一般與發(fā)震構(gòu)造一致，通過分析震中位置附近主要斷層展布方向來判斷[7]。當(dāng)只有一個方向的斷裂通過地震震中時，活動斷裂的走向一般與地震影響場長軸的方位一致。但是，當(dāng)影響場方向與現(xiàn)有活動斷裂走向有較大的夾角、震中或者影響場范圍內(nèi)沒有斷層分布、震中附近有多條斷層交錯分布等情況時，可能導(dǎo)致影響場方向判定出現(xiàn)偏差，影響地震應(yīng)急評估和救援工作。

地震發(fā)生后，快速準(zhǔn)確的判斷宏觀震中烈度和位置、地震影響場方向和極震區(qū)的范圍，對于實(shí)施科學(xué)合理的應(yīng)急救援決策具有至關(guān)重要的意義。本文收集整理了甘肅及周邊近幾年MS6.5 以上地震12 h內(nèi)余震序列、震源機(jī)制解信息和居民點(diǎn)等數(shù)據(jù)，對宏觀震中、地震影響場長軸方向、極震區(qū)范圍等要素的修正方法進(jìn)行了初步研究，為地震應(yīng)急救援工作的快速有效開展提供依據(jù)。

1 宏觀震中位置

李閩峰等[5]對南北地震帶上66 個震例與斷層關(guān)系進(jìn)行了研究，得出了由微觀震中確定宏觀震中的方法。

在以上宏觀震中烈度判定的基礎(chǔ)上，隨著余震信息的不斷獲得，將余震引入宏觀震中位置的判定[2]，選取余震的質(zhì)心來修正宏觀震中的位置。質(zhì)量中心簡稱質(zhì)心，描述與質(zhì)點(diǎn)系有關(guān)的某一空間點(diǎn)的位置，在一個N維空間中的質(zhì)量中心，其坐標(biāo)系計(jì)算公式為：

式中，X表示某一坐標(biāo)軸；mi表示物質(zhì)系統(tǒng)中i質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量；xi表示i質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)。

收集了近年來甘肅及周邊MS6.5 以上地震的宏觀震中和微觀震中，并計(jì)算兩者之間的偏離距離（表1）。

表1 近年來甘肅及周邊MS6.5 以上地震宏觀震中和微觀震中及其差異Table 1 Macro epicenters，micro epicenters and their deviation distances of recent MS6.5 earthquakes in Gansu and surrounding areas

如表2，對研究震例12 h 內(nèi)的余震按照2 h 的時間間隔計(jì)算質(zhì)心，隨著時間的推后和余震數(shù)量的增多，余震質(zhì)心的位置變化不大。在震后2 h 余震質(zhì)心位置已趨于穩(wěn)定，可以據(jù)此修正宏觀震中位置。

表2 各震例12 h 內(nèi)余震質(zhì)心與宏觀震中距離Table 2 The distance between the centroid of aftershocks and the macro-epicenter within 12 hours of each case

另有研究表明[4]：①逆沖斷層和走滑斷層地震的微觀震中和宏觀震中偏離距離較小，本研究的震例中，蘆山地震和九寨溝地震分別屬于逆沖和走滑型地震，兩個地震的宏觀震中和微觀震中相距分別為5 km 和4 km，符合此類情況；②逆沖走滑型地震具有兩種類型地震的性質(zhì)，偏離距離變化范圍較大，如汶川地震，微、宏觀震中相差110 km；③實(shí)際地震烈度判別是根據(jù)建筑物的破壞程度來判斷的，因此，宏觀震中總是向居民地偏離的，如岷縣漳縣地震微、宏觀震中和居民點(diǎn)分布（圖1）。微觀震中、宏觀震中的偏離方向和偏離距離與地震臺網(wǎng)密度、斷層破裂方式、地震震源深度等因素有關(guān)，還需要進(jìn)一步研究。

圖1 岷縣漳縣地震宏、微觀震中與居民點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution of macro and micro epicentre and settlements of Minxian-Zhangxian earthquake

2 地震影響場長軸方向

地震影響場初期評估時，首先采用離震中位置附近最近的主要斷層展布方向判斷地震影響場長軸走向，隨時間推移，通過反演地震破裂過程，獲得震源機(jī)制解，也會接收到越來越多的余震信息，我們將綜合震源機(jī)制解和余震信息重新判定影響場方向，為震后應(yīng)急救援工作提供參考。以岷縣漳縣MS6.6 地震為例，根據(jù)中國地震局地球物理研究所（IGPCEA）、中國地震局地質(zhì)研究所（IGCEA）、美國地質(zhì)勘探局（USGS）、中國地震局蘭州地震研究所（GSSB）等機(jī)構(gòu)的研究結(jié)果（表3），岷縣漳縣地震發(fā)震斷層面走向?yàn)?01°—324°，與極震區(qū)所在的臨潭—宕昌斷裂的走向一致。

表3 不同機(jī)構(gòu)對岷縣漳縣MS6.6 地震震源機(jī)制解的研究結(jié)果Table 3 The research results of the focal mechanism solution of the Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake by different institutions

在收集到一定數(shù)量的余震信息后，采用一元線性回歸模型建立影響場方向與余震的時空關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型[8]。一元線性回歸分析是根據(jù)自變量xi和因變量yi的相關(guān)關(guān)系，建立線性回歸方程進(jìn)行預(yù)測的方法?；貧w模型如下：

其中，yi為因變量；xi為自變量；α和β是回歸系數(shù)；εi是不可觀測的隨機(jī)變量。

將各震例分時間段后的余震坐標(biāo)分別作為變量和自變量，用上述方法建模，即得到各組數(shù)據(jù)的一元線性回歸方程，擬合得到相應(yīng)的直線，即可判定為影響場的方向。

收集岷縣漳縣MS6.6 地震12 h 內(nèi)余震數(shù)據(jù)，采用一元線性回歸模型建立地震影響場長軸方向與余震的時空關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型（圖2），余震呈WN—ES分布，從主震向WN 叢集展布，分布方向與附近北西走向的臨潭—宕昌斷裂帶基本一致。2 h 內(nèi)，余震判定的方向與現(xiàn)場調(diào)查地震影響場方向之間的差異最小，4 h 以后，特別是達(dá)到8 h 的時候，余震判定的方向與調(diào)查影響場方向差異變化不大，達(dá)到穩(wěn)定。

圖2 岷縣漳縣MS6.6 地震12 h 內(nèi)余震一元線性回歸擬合結(jié)果Fig.2 One-variable linear regression fitting results of aftershocks within 12 hours of the Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake

3 極震區(qū)修正

地震極震區(qū)是通過地震烈度調(diào)查評估后確定的，地震現(xiàn)場烈度調(diào)查視地震破壞規(guī)模大小一般在震后3—10 d 內(nèi)完成。由于地震發(fā)生后的短時間內(nèi)，能夠獲取的判斷災(zāi)情的信息非常有限，基于地震快速應(yīng)急救援的目的，利用震后可以快速獲取的余震信息，分時段分析短時間內(nèi)余震活動的空間分布與震后實(shí)際考察所得烈度分布圖的重災(zāi)區(qū)位置關(guān)系。九寨溝7.0 級地震余震以2 h 為單位，分別繪制震后12 h 的余震分布圖（圖3），從余震動態(tài)分布可以看出，主要在Ⅸ度區(qū)西南端擴(kuò)展較多，東北段擴(kuò)展較少。此后余震隨時間變化沿斷層破裂展布方向向西北和東南擴(kuò)展到Ⅷ度區(qū)范圍，即從震后2 h 余震分布的集中區(qū)可大致估計(jì)地震重災(zāi)區(qū)范圍（Ⅷ度區(qū)和Ⅸ度區(qū)）。

圖3 四川九寨溝MS7.0 地震12 h 余震分布圖Fig.3 12-hour aftershock distribution of the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake in Sichuan

另有研究表明，震源過程和破裂方式與地震烈度分布之間存在著一定的相關(guān)性，這種相關(guān)性在過去發(fā)生的地震中基本得到證實(shí)[9-10]。以蘆山MS7.0 地震和九寨溝MS7.0 為例，蘆山地震震源深度13 km，破裂長度35—40 km，持續(xù)時間30 s，九寨溝地震震源深度20 km，破裂長度33—35 km，持續(xù)時間15 s。根據(jù)中國地震局發(fā)布的烈度長短軸及面積（表4），除Ⅵ度區(qū)外，其他烈度區(qū)面積和長短軸蘆山地震均大于九寨溝地震，因此，在進(jìn)行地震極震區(qū)烈度修正時，應(yīng)考慮上述因素的影響。

表4 蘆山MS7.0 地震和九寨溝MS7.0 地震長短軸及面積Table 4 Long and short axes and area of the MS7.0 Lushan earthquake and the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake

4 結(jié)論與討論

收集研究震例12 h 余震序列、震源機(jī)制解、居民點(diǎn)等數(shù)據(jù)，通過分時間段計(jì)算余震質(zhì)心、趨勢回歸、分析震源機(jī)制解的影響等，初步得到以下結(jié)論：

（1）震后隨著時間的推移和余震數(shù)量的增多，各時間段余震質(zhì)心的位置變化不大，在震后2 h 余震質(zhì)心位置已趨于穩(wěn)定，可以據(jù)此判斷宏觀震中位置，斷層性質(zhì)和居民點(diǎn)分布也對宏觀震中判定有較大影響；

（2）2 h 內(nèi)，余震判定的方向與現(xiàn)場調(diào)查地震影響場方向之間的差異差別最小，4 h 以后，特別是達(dá)到8 h 的時候，余震判定的方向與調(diào)查影響場方向差異變化不大，達(dá)到穩(wěn)定。

（3）震后2 h 至4 h 余震分布集中區(qū)位于重災(zāi)區(qū)，此后余震范圍隨時間變化規(guī)律不明顯，即震后2 h至4 h 余震分布可大致估計(jì)地震重災(zāi)區(qū)范圍；震源深度和震源破裂方式對極震區(qū)烈度分布也有較大影響。