2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震序列的時空演化

王凱英 金明培 黃 雅 黨文杰李文濤 卓燕群 何昌榮

1)中國地震局地質(zhì)研究所，地震動力學(xué)國家重點實驗室，北京 100029 2)云南省地震局，昆明 650011

0 引言

漾濞6.4級地震破裂區(qū)的E側(cè)出露晚第四紀(jì)活動的維西-喬后斷裂，斷層傾向NW，活動性質(zhì)兼具右旋走滑與正斷，該斷裂晚更新世晚期以來的右旋水平滑動速率為1.8～2.4mm/a，垂直滑動速率為0.30～0.35mm/a(常祖峰等，2016)。 本次地震序列主要沿NW向展布，整體破裂長約27km，長軸的走向近平行于E側(cè)NW走向的維西-喬后斷裂，二者相距約10km，主震震中與該斷裂的距離為8～10km。 中國地震局地球物理研究所(2)http: ∥www.cea-igp.ac.cn/kydt/278248.html。、 USGS(3)https: ∥earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000e532/executive。等通過網(wǎng)站公布的主震震源機制顯示，該地震為SN向擠壓、 節(jié)面傾角近直立的走滑錯動，結(jié)合地震序列沿NW-SE向呈條帶狀分布的特點，判斷破裂面為NW走向的高傾角斷層。 根據(jù)節(jié)面直立特征、 主震震中與維西-喬后斷裂的距離初步分析，本次漾濞地震的主震空間位置和維西-喬后斷裂帶不對應(yīng)，應(yīng)和破裂區(qū)平行伴生的高傾角隱伏斷層(龍鋒等，2021； 王志偉等，2021)活動相關(guān)。

1 數(shù)據(jù)與分析

1.1 短周期測震臺網(wǎng)獲得的地震序列時空分布

圖1 漾濞地震序列的震中分布Fig. 1 Distribution of Yangbi earthquake sequence.橢圓為本文選取的NW向密集條帶地震事件的范圍，左下為臺站分布圖(三角形為短周期臺站，五角星為區(qū)域臺站)。 地震活動階段劃分如圖2所示，活動斷層數(shù)據(jù)來自云南省地震局

圖2 漾濞地震序列的震級與累積頻次的時間過程Fig. 2 Time process of magnitude and cumulative frequency of Yangbi earthquake sequence.0時為主震發(fā)生的時刻，P1～3分別對應(yīng)圖1中的3個階段

為了解不同時段的地震事件在主震破裂帶位置的遷移特點，本文主要針對事件密集分布的NW向地震條帶展開分析，事件選取范圍如圖 1 所示。 本次漾濞地震序列在時間上呈明顯的3階段分布(圖 2)： 5月21日21時6.4級主震前約3d內(nèi)出現(xiàn)2次時空相對獨立的前震叢集(圖 1)，其中第1階段的地震叢集主體區(qū)域位于主震SE向約6km處，最大震級約為4.8級(MS4.4)，震源深度約8km； 第2階段的前震空間分布在第1階段的基礎(chǔ)上向NW遷移，破裂邊緣緊鄰主震，最大震級及最大深度與前一階段相似； 而在第3階段中，在主震發(fā)生前較短時間內(nèi)(約1h)爆發(fā)了約60個前震(圖 2)，最大震級達5.9級(MS5.6)，時空分布顯示第3階段前震從破裂區(qū)中心開始向兩端快速對稱擴展(圖 3)。 與前2個階段的前震叢集特點不同，這些前震呈彌散狀分布。 隨后主震發(fā)生在破裂區(qū)北西端(龍鋒等，2021)，余震向SE遷移，并伴隨多次4.5級以上強余震，表現(xiàn)出單側(cè)傳播的破裂特征(圖 3)。

圖3 漾濞地震序列的時空演化過程Fig. 3 Temporal and spatial evolution of the Yangbi earthquake sequence.P1～3分別對應(yīng)圖 1中的3個階段(圖b為圖a藍色虛線框范圍的放大圖，顯示主震前后1h的時空分布)

1.2 震前破裂擴展過程

震前成核過程是地震研究的熱點問題，級聯(lián)模型、 預(yù)滑模型(Ellsworthetal.，1995； Berozaetal.，1996)及在此基礎(chǔ)上提出的合成模型(Nodaetal.，2013)被廣泛應(yīng)用于相關(guān)的實驗、 數(shù)值模擬及地震研究。 地震起始及擴展階段的實驗研究(McLaskeyetal.，2014； Keetal.，2018； McLaskey，2019)觀察到斷層上的脆性凹凸體破裂會引起局部斷層滑動的加速及動態(tài)破裂的快速擴展，是級聯(lián)模型的典型特征； 而預(yù)滑模型則假設(shè)各自獨立的小預(yù)滑區(qū)經(jīng)歷擴展、 連接并突破一定的成核尺度后形成動態(tài)失穩(wěn)。 由于斷層物質(zhì)與結(jié)構(gòu)及所施加應(yīng)力的非均勻程度不同，強震前是否有前震發(fā)生及前震的時空分布特征也呈現(xiàn)出復(fù)雜的多樣性(茂木清夫，1994)。 同時，內(nèi)陸地震的震前過程尤其復(fù)雜，如1975年海城7.3級地震前20多天震源區(qū)附近就開始出現(xiàn)豐富的地震活動(章光月等，1983)，而2008年汶川M8.0地震前卻幾乎沒有觀測到前震的發(fā)生(Xiangetal.，2017)。 Ellsworth等(2018)觀測到1999年伊茲米特MW7.6地震的前震形成了一系列連續(xù)的破裂，系統(tǒng)地從西向東發(fā)展到位于前震東部邊緣的主震震源處，認為伊茲米特前震和主震序列局部斷層破裂對鄰近斷層段加載導(dǎo)致的級聯(lián)觸發(fā)過程。

從漾濞地震前豐富的中小地震的時空演化情況可以看出主震前該區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的破裂擴展與預(yù)滑過程(圖 3)： 2次前震叢集空間密集、 時間間隔短，第2次叢集的區(qū)域在前一次叢集的基礎(chǔ)上向NW擴展，推測可能與局部凹凸體的破裂、 未來主斷層不同應(yīng)變釋放區(qū)域的遷移及應(yīng)力相互作用相關(guān)，符合級聯(lián)模型和傳染型余震活動(Ogata，1999)的基本特征； 而緊臨主震約1h內(nèi)發(fā)生的前震分散于破裂帶附近的較大范圍，事件之間彼此獨立，與預(yù)滑模型的描述相似，即離散分布的前震有利于斷層的應(yīng)力均勻化并降低斷層的強度，促使主震發(fā)生。

Kato等(2012，2014)對2011年日本MW9.0地震前約24d及智利MW8.1地震前約17d時段內(nèi)發(fā)生的前震的時空遷移分布開展了研究，發(fā)現(xiàn)2次強震前分別存在2～5km/d與2～10km/d的擴展過程，展現(xiàn)了震前預(yù)滑區(qū)在準(zhǔn)靜態(tài)滑動驅(qū)動下的小地震活動特征。 然而對于大陸地震而言，由于加載速率緩慢，前震較少(如汶川地震)(Lietal.，2011)，很難看到這種小地震慢速擴張的情況(4)https: ∥doi.org/10.6084/m9.figshare.c.5337635.v1。。 根據(jù)本次漾濞地震近3d的前震時空分布(圖 3)可估算階段1和階段2的2次局部前震叢集過程存在約5km/d的小地震遷移，清晰地顯示了震前破裂擴展與遷移的現(xiàn)象； 臨震前較大范圍的擴展速度約達96km/d，可能與斷層進入準(zhǔn)動態(tài)破裂階段相關(guān)。

1.3 震區(qū)b值的時間過程

圖4 漾濞地區(qū)2018年4月11日—2021年5月23日期間的b值變化Fig. 4 Variance of b value in Yangbi area from April 11，2018 to May 23，2021.

2 結(jié)論

漾濞6.4級地震序列的前震活動顯示了破裂擴展與加速過程。 震前約3d內(nèi)主震震中附近的2次前震叢集時間間隔短、 分布區(qū)域相鄰，可用地震成核級聯(lián)模型的局部凹凸體破裂及相互作用來解釋； 臨近主震前1h的短臨階段小地震時空遷移顯示出從破裂區(qū)中部向兩端擴展的震前加速階段，地震事件彌散分布于破裂面附近的較大范圍內(nèi)，這一階段的前震演化更加符合預(yù)滑模型，預(yù)滑過程將伴隨著斷層強度降低，導(dǎo)致發(fā)生后續(xù)主震。 余震時空分布顯示了本次地震的單向傳播特征。 漾濞地區(qū)的b值時間過程顯示該區(qū)近3a時段內(nèi)的b值平穩(wěn)，在2021年5月21日漾濞地震發(fā)生前b值持續(xù)異常下降，反映了震前局部區(qū)域存在明顯的應(yīng)力增加過程。

3 討論

地震短臨前兆和必震信息識別是地震預(yù)報研究的焦點問題之一。 在實驗成果的基礎(chǔ)上，馬瑾等(2012，2014)以巖石實驗的載荷應(yīng)力達峰值后下降及相關(guān)物理場的相應(yīng)變化為特征，提出了地震亞失穩(wěn)階段的理論，認為斷層活動協(xié)同化程度是判定斷層所處應(yīng)力狀態(tài)的標(biāo)志。 當(dāng)斷層活動由亞失穩(wěn)前期應(yīng)力釋放點的擴展和增多轉(zhuǎn)為亞失穩(wěn)后期釋放段之間相互連接，即準(zhǔn)動態(tài)失穩(wěn)階段時，斷層上的應(yīng)力釋放將出現(xiàn)加速，加速的機制是斷層段間出現(xiàn)強相互作用。 在不能直接了解宏觀應(yīng)力狀態(tài)的前提下，“亞失穩(wěn)”試驗區(qū)建立的初衷是試圖在實際斷層的孕震過程中，通過斷層的形變信息、 小地震活動信息等捕捉符合實驗現(xiàn)象所描述的亞失穩(wěn)階段特征信號。 然而，如前文所述，實際斷層物質(zhì)與結(jié)構(gòu)等多種因素的復(fù)雜性導(dǎo)致強震前是否有前震發(fā)生及前震的時空分布特征呈現(xiàn)出復(fù)雜的多樣性，且亞失穩(wěn)階段對應(yīng)實際孕震過程中的時間占比并不清楚，與加載速率相關(guān)的斷層預(yù)滑速率在滑動速率小的內(nèi)陸斷層是否可監(jiān)測也未可知，因此普適性的亞失穩(wěn)現(xiàn)象在天然地震中很難觀測到。 可明確的一點是，在這個階段斷層理論上會產(chǎn)生預(yù)滑區(qū)的持續(xù)擴展(5)https: ∥doi.org/10.6084/m9.figshare.c.5337635.v1。，且較小規(guī)模的斷層在臨失穩(wěn)前會進入到慢速的破裂擴展，這一情況在本次地震的前震過程中具有非常明顯的體現(xiàn)，形成如前文所述的小地震快速遷移現(xiàn)象。 從目前對成核過程亞失穩(wěn)階段的認識可知，發(fā)震斷層在這一階段處于整體應(yīng)力釋放狀態(tài)，而非應(yīng)力持續(xù)升高狀態(tài)。 因此，上述震前b值的降低顯示地震活動開始在局部斷層上活躍，表明地震斷層已經(jīng)活化并進入到成核過程的最后階段。 這種中強地震(對應(yīng)于規(guī)模較小的孕震斷層)在震前由小地震活動顯示的準(zhǔn)動態(tài)擴展現(xiàn)象可以作為一類地震前兆來識別。

致謝云南省地震局馬紅虎、 程旭東、 龍志強等多位同志參與了在地形復(fù)雜、 環(huán)境艱苦的滇西北山區(qū)建設(shè)亞失穩(wěn)短周期測震臺網(wǎng)的野外工作； 李雷、 田建慧、 黎朕靈、 張?zhí)炖^等參與了大量前期數(shù)據(jù)處理工作； 數(shù)據(jù)分析使用了雷興林研究員提供的GeoTaos軟件； 作者與中國地震局地質(zhì)研究所構(gòu)造物理研究室的同事們進行了有益的討論； 審稿專家提出了合理意見。 在此一并表示感謝!