瑪多MS7.4 地震對(duì)周邊斷層的應(yīng)力影響分析

岳 沖 屈春燕 牛安福 趙德政 趙 靜 余懷忠 王亞麗

1)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所， 地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100029 2)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心， 北京 100045

0 引言

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定： 2021年5月22日2時(shí)4分在青海省果洛藏族自治州瑪多縣(34.59°N， 98.34°E)發(fā)生了MS7.4 地震， 震源深度17km， 震源機(jī)制解結(jié)果顯示此次地震為一次以走滑型為主的地震破裂事件(全球地震矩張量解(Global CMT)給出的矩震級(jí)為MW7.4 ， 節(jié)面Ⅰ的走向?yàn)?3°、 傾角為81°、 滑動(dòng)角為-173°， 節(jié)面Ⅱ的走向?yàn)?82°、 傾角為83°、 滑動(dòng)角為-9°)(1)https: ∥www.globalcmt.org/。。截至2021年5月30日的主震和余震空間分布顯示， 此次瑪多7.4級(jí)地震破裂的長(zhǎng)度約達(dá)170km。然而， 震源位置顯示此次瑪多7.4級(jí)地震的發(fā)震斷層并不是傳統(tǒng)意義上的巴顏喀拉塊體北邊界， 而是位于巴顏喀拉塊體內(nèi)部一條與東昆侖斷裂帶主斷裂近平行的次級(jí)斷層上， 距離北部的東昆侖斷裂帶約70km。1970年以來， 巴顏喀拉塊體周邊發(fā)生了一系列MS7.0 以上地震(圖1a中橙色圓點(diǎn))， 尤其是1996年2月3日麗江MS7.0 地震以后， 中國(guó)大陸MS7.0 以上地震(圖1a中的震源機(jī)制解)均發(fā)生在巴顏喀拉塊體邊界上(震源機(jī)制解源自GCMT結(jié)果)， 證明巴顏喀拉塊體作為二級(jí)塊體， 在整個(gè)印度板塊持續(xù)NE向推擠過程帶來的能量分配中起到較主導(dǎo)的作用(鄧起東等， 2010， 2014； 聞學(xué)澤等； 2011)。作為巴顏喀拉塊體北邊界的東昆侖斷裂帶于2001年11月14日發(fā)生昆侖山口西MS8.1 強(qiáng)震， 造成了近426km長(zhǎng)的地表破裂帶(任金衛(wèi)等， 2005)， 據(jù)庫(kù)侖破裂應(yīng)力準(zhǔn)則和震源參數(shù)計(jì)算得出昆侖山口西地震對(duì)巴顏喀拉塊體東邊界的龍門山斷裂帶南段起到了庫(kù)侖應(yīng)力加載作用， 對(duì)2008年汶川MS8.0 、 2013年蘆山MS7.0 地震的發(fā)生具有一定的促進(jìn)作用(任天翔等， 2018)； 此次瑪多地震雖未發(fā)生在巴顏喀拉塊體主邊界帶， 但其震源機(jī)制解顯示的左旋走滑特征與東昆侖斷裂帶的左旋走滑特征一致， 且在塊體內(nèi)部發(fā)生， 針對(duì)該地震對(duì)巴顏喀拉塊體主邊界帶尤其是東昆侖斷裂帶東段造成的地震危險(xiǎn)性影響亟待開展進(jìn)一步的研究工作。

圖 1 歷史地震及瑪多主、 余震分布圖Fig. 1 Distribution map of historical earthquakes and Maduo main and aftershocks.a 巴顏喀拉塊體自1970年以來MS>7.0歷史地震的分布圖(橙色圓點(diǎn)為1970年1月1日—1996年2月3日間的地震； 震源機(jī)制解為1996年2月4日—2021年5月21日間的地震； 紅色五角星為2021年5月22日瑪多地震的震中； 紅色實(shí)線為一級(jí)塊體邊界， 黑色實(shí)線為二級(jí)塊體邊界， 黑色箭頭為印度板塊的推擠方向)； b 瑪多地震的主震、 余震分布圖(截至2021年5月30日)

本文針對(duì)瑪多7.4級(jí)地震， 利用更加符合巖石圈實(shí)際變形過程的Burgers流變模型(Hetlandetal.， 2006； 邵志剛等， 2008)， 結(jié)合基于升、 降軌InSAR形變場(chǎng)及余震精定位結(jié)果反演得到的同震滑動(dòng)模型計(jì)算瑪多地震引起的震源區(qū)及周邊斷層的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化， 并計(jì)算庫(kù)侖應(yīng)力變化>0.01MPa的斷層段在震后的黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力變化， 為未來進(jìn)一步跟蹤周邊斷層的地震危險(xiǎn)性提供參考依據(jù)。

1 發(fā)震構(gòu)造及周邊主要斷層的活動(dòng)特征

通過對(duì)比已知的活動(dòng)斷層跡線和位置， 結(jié)合地質(zhì)資料、 實(shí)地野外考察以及InSAR地表破裂跡線， 認(rèn)為此次瑪多地震的發(fā)震斷層為昆侖山口-江錯(cuò)斷裂。此前對(duì)于該斷層的研究相對(duì)較少， 斷層跡線顯示其與東昆侖主斷裂近平行， 余震分布等結(jié)果顯示瑪多地震東端朝東昆侖斷裂帶的方向擴(kuò)展， 但破裂區(qū)是否與東昆侖斷裂帶相連目前還有待進(jìn)一步研究； 此次瑪多地震發(fā)生在巴顏喀拉塊體內(nèi)部， 該地震的發(fā)生將首先對(duì)塊體內(nèi)部斷層及塊體的主要邊界斷層產(chǎn)生應(yīng)力加載、 卸載影響。

首先， 在巴顏喀拉塊體的次級(jí)塊體——阿壩塊體內(nèi)， 瑪多地震的發(fā)震斷層南、 北兩側(cè)發(fā)育有一系列大型左旋走滑斷層， 其北部的瑪多-甘德斷裂(MD-F)是全新世活動(dòng)的左旋走滑斷層， 熊仁偉等(2010)認(rèn)為其晚更新世以來的水平滑動(dòng)速率可達(dá)6～8mm/a； 南部的達(dá)日斷裂(DR-F)于1947發(fā)生7級(jí)地震， 仍可觀測(cè)到該地震造成的近70km的地表破裂帶， 達(dá)日斷裂南部的五道梁-長(zhǎng)沙貢瑪斷裂(WDL-F)也被認(rèn)為具有與達(dá)日斷裂相當(dāng)?shù)淖笮瑒?dòng)速率(梁明劍等， 2020)， 但其歷史地震等研究程度較低； 作為塊體東南邊界的鮮水河斷裂帶(XSH-F)的活動(dòng)性最為顯著， 其中， 鮮水河斷裂的地質(zhì)和GPS測(cè)量結(jié)果表明， 西北段的左旋走滑速率為(15±5)mm/a， 東南段為5～9mm/a(Allenetal.， 1991； Ganetal.， 2007)， 自1700年以來鮮水河斷裂帶共計(jì)發(fā)生了22次MS>6.0地震， 其中7級(jí)以上地震多達(dá)8次(國(guó)家地震局震害防御司， 1995； 中國(guó)地震局震害防御司， 1999； 聞學(xué)澤， 2000)。

其次， 瑪多地震北側(cè)及東側(cè)為東昆侖斷裂帶(DKL-F)東段及其尾端發(fā)育形成 “馬尾狀”的一系列次級(jí)走滑、 逆沖斷裂(Zhangetal.， 2006， Renetal.， 2013a； 鄭文俊等， 2013； 任俊杰等， 2017)。其中， 東昆侖斷裂帶作為巴顏喀拉塊體北邊界， 在青藏塊體NE向擠壓的應(yīng)力分配中起到重要作用， 其走滑速率由昆侖山口西8.1級(jí)地震破裂段的11mm/a向E至塔藏?cái)嗔迅浇饾u減小至1mm/a以下(Kirbyetal.， 2007)； 走滑的岷江斷裂(MJ-F)、 虎牙斷裂(HY-F)以及2017年發(fā)生九寨溝地震的樹正斷裂(SZ-F)(易桂喜等， 2017)等吸收了東昆侖東段的部分走滑分量， 而上述斷層自1970年以來陸續(xù)發(fā)生了多次7.0級(jí)以上地震(圖1a)； 與此同時(shí)， 岷山隆起以及周邊逆沖型的龍日壩斷裂(LRB-F)、 龍門山斷裂(LMS-F)等進(jìn)一步吸收了東昆侖斷裂東段的走滑分量(Kirbyetal.， 2000； Zhangetal.， 2006)； 龍門山斷裂帶的擠壓速率和右旋走滑速率較低， 分別為1.5～2mm/a和1.1mm/a(馬保起等， 2005)， 但即使在如此低的速率下， 龍門山斷裂帶于2008年和2013年陸續(xù)發(fā)生汶川8.0級(jí)和蘆山7.0級(jí)2次以逆沖為主的強(qiáng)震事件； 而作為巴顏喀拉塊體內(nèi)阿壩次級(jí)塊體和龍門山次級(jí)塊體分界線的龍日壩斷裂帶， 分解并轉(zhuǎn)換了來自巴顏喀拉地塊朝E—SEE方向的水平擠出運(yùn)動(dòng)， 其右旋走滑速率為(5.4±2.0)mm/a， 縮短速率約為0.55mm/a(Renetal.， 2013b， c)， Ren等(2013b， c)認(rèn)為斷裂帶本身具備發(fā)生MW>7.0強(qiáng)震的能力且存在2條斷層同時(shí)破裂的可能， 而最新地震事件的離逝時(shí)間已超過5000a。因此， 瑪多地震對(duì)上述斷層的影響將作為本文重點(diǎn)研究對(duì)象。

此外， 北部的柴達(dá)木塊體以及祁連塊體內(nèi)部存在大量與巴顏喀拉塊體構(gòu)造相關(guān)的斷層構(gòu)造， 結(jié)合1970年以來MW>4.7歷史地震的分布(圖 2 中的圓圈)， 本文挑選了巴顏喀拉塊體內(nèi)部及邊界部分?jǐn)鄬?圖 2 中的黑色加粗?jǐn)鄬?參與瑪多地震的同震庫(kù)侖應(yīng)力計(jì)算， 斷層的具體信息見表2。

圖 2 1970年以來MW>4.7歷史地震及部分震源機(jī)制解分布圖Fig. 2 Distribution of historical earthquakes above MW4.7 and part of focal mechanism solutions since 1970.KLSK-F 昆侖山口-江錯(cuò)斷裂； MD-F 瑪多-甘德斷裂； XZDG-F 西藏大溝-昌馬河斷裂； DGN-F 甘德南緣斷裂； YK-F 玉科斷裂； DR-F 達(dá)日斷裂； BRKL-F 巴顏喀拉主峰斷裂； WDL-F 五道梁-長(zhǎng)沙貢瑪斷裂； XSH-F 鮮水河斷裂； LRB-F 龍日壩斷裂； MEG-F 毛爾蓋斷裂； FBH-F 撫邊河斷裂； LMS 龍門山斷裂； HY-F 虎牙斷裂； SZ-F 樹正斷裂； MJ-F 岷江斷裂； TZ-F 塔藏?cái)嗔眩?XS-F 雪山梁子斷裂； DKL 東昆侖斷裂； KZ-F 昆中斷裂； CDM-F 柴達(dá)木南緣隱伏斷裂； ZT-F 中鐵斷裂； MQ-F 瑪曲斷裂； BLJ-F 白龍江斷裂； GGS-F 光蓋山斷裂； HN-F 哈南-稻畦子斷裂； WX-F 文縣斷裂； QC-F 青川斷裂； LY-F 略陽(yáng)-勉縣斷裂； KX-F 康縣-勉略斷裂； LT-F 臨潭-宕昌斷裂； LX-F 禮縣-羅家堡斷裂； XQL-F 西秦嶺北緣； ZLH-F 莊浪河斷裂； DTH-F 倒淌河-臨夏斷裂； RYS-F 日月山斷裂； LJS-F 拉脊山斷裂； ELS-F 鄂拉山斷裂； MXS-F馬銜山斷裂。圓圈為震源位置； 紅色五角星為2021年5月22日瑪多 MS7.4 地震的震中； 黑色實(shí)線為斷層； 黑色加粗實(shí)線為本文計(jì)算斷層；震源機(jī)制解按震級(jí)大小分為綠色 MW4 ～5、 藍(lán)色 MW5 ～6、 紅色MW>6

2 計(jì)算模型及方法

2.1 庫(kù)侖應(yīng)力的計(jì)算及黏彈性松弛

根據(jù)物理機(jī)制的差異， 地震引起的庫(kù)侖應(yīng)力大致分為靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力、 動(dòng)態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力和黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力3種類型(Layetal.， 1995； Cottonetal.， 1997； Freedetal.， 1998， 2001； Freed， 2005)。其中， 靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力指震源破裂錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生的永久性應(yīng)力變化； 動(dòng)態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力則主要指地震波在通過某一區(qū)域時(shí)產(chǎn)生較強(qiáng)的即時(shí)應(yīng)力變化， 靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力和動(dòng)態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力的作用時(shí)間相對(duì)較短(Cottonetal.， 1997； Kilb， 2003)； 而黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力則指在較長(zhǎng)時(shí)間尺度下， 黏彈性的地殼和地幔的震后遷移或弛豫形變?cè)斐傻膮^(qū)域地殼應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整， 進(jìn)而持續(xù)作用于周邊斷層， 使得庫(kù)侖應(yīng)力作用在廣度和強(qiáng)度上得到更大程度的增強(qiáng)。以往的研究結(jié)果顯示， 在震后地殼變形過程中巖石圈的黏彈性引起的應(yīng)力變化不可忽視， 甚至可以達(dá)到與靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力同等量級(jí)(Freedetal.， 1998； 沈正康等， 2003； Johnsonetal.， 2007； 萬(wàn)永革等， 2007； Diaoetal.， 2010； Ryderetal.， 2011； 雷興林等， 2013)。

根據(jù)庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則， 地震位錯(cuò)在特定斷層上引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化(ΔCFS)的計(jì)算公式為(石耀霖等， 2010)

ΔCFS=Δτ+μ(Δσn+ΔP)

(1)

其中， Δτ為斷層上的剪切應(yīng)力變化(以沿?cái)鄬踊瑒?dòng)方向?yàn)檎?， Δσn為正應(yīng)力變化(以使斷層解鎖為正)， ΔP為斷層孔隙壓力變化(以壓縮為正)，μ是摩擦系數(shù)(取值范圍為0～1)。當(dāng)庫(kù)侖應(yīng)力ΔCFS結(jié)果為正值時(shí)，表明促進(jìn)該斷層上的破裂發(fā)生； 當(dāng)ΔCFS為負(fù)值時(shí)， 表明阻礙該斷層上的破裂。在實(shí)際計(jì)算過程中， 通常引入“有效”摩擦系數(shù)μ′(包含了孔隙流體和斷層面上的介質(zhì)特性)而將式(1)后半部分進(jìn)行合并(解朝娣等，2010； 雷興林等，2013； 熊維等，2015)，進(jìn)而計(jì)算公式變?yōu)?/p>

ΔCFS=Δτ+μ′Δσn

(2)

本文將利用瑪多7.4級(jí)地震同震破裂模型，結(jié)合Burgers流變模型重點(diǎn)計(jì)算此次地震對(duì)震源區(qū)以及周邊斷層產(chǎn)生的同震及震后黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力變化的結(jié)果。

2.2 巖石圈結(jié)構(gòu)分層

本文使用中國(guó)大陸巖石圈統(tǒng)一地震速度模型USTClitho1.0結(jié)果對(duì)巖石圈進(jìn)行分層， 該模型是由Xin等(2018)基于中國(guó)大陸數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)(1294個(gè)臺(tái)站)記錄的區(qū)域地震走時(shí)數(shù)據(jù)， 利用雙差地震層析成像方法計(jì)算得到的中國(guó)大陸巖石圈高分辨率三維地震縱波速度(VP)和橫波速度(VS)結(jié)構(gòu)模型。計(jì)算結(jié)果顯示， 此次瑪多地震震中附近區(qū)域在20～30km深度范圍存在約10km厚的地殼低速帶， 這與Huang等(2006)、 Yao等(2006， 2008)、 Zhang等(2010)、 Liu等(2014)和詹艷等(2021)提出的在20km深度下存在5～10km厚的低阻低速層的結(jié)論較為一致。穿過該低速層后， 縱波波速由5.75km/s增加到6.1km/s， 橫波速度由3.4km/s增加到3.55km/s。模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如表1 所示， 重點(diǎn)突出上、 中、 下地殼以及上地幔之間波速、 地殼密度參數(shù)的差異特征。模型中地殼及地幔采用能夠綜合協(xié)調(diào)瞬態(tài)變形和長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)變形的Burgers體模擬瑪多地震的同震及震后庫(kù)侖應(yīng)力演化， 其中Kelvin體黏滯系數(shù)(ηk)表征瞬態(tài)變形， Maxwell體黏滯系數(shù)(ηm)表征長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)變形。Hilley等(2005)結(jié)合地震復(fù)發(fā)周期方法計(jì)算得到青藏高原區(qū)域下地殼的黏滯系數(shù)為1018～1021Pa·s量級(jí)； 石耀霖等(2008)利用實(shí)驗(yàn)室流變實(shí)驗(yàn)結(jié)果估算青藏高原下地殼的等效黏滯系數(shù)約為1019～1020Pa·s量級(jí)； 程佳等(2018)研究巴顏喀拉塊體周邊區(qū)域地殼和上地幔的黏滯系數(shù)ηk為6.3×1018～1.0×1021Pa·s。 結(jié)合上述研究成果資料，本文研究區(qū)巖石圈分層結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)取值如表1所示。利用Wang等(2006)給出的PSGRN/PSCMP程序計(jì)算同震及震后黏彈性松弛變形對(duì)斷層的庫(kù)侖應(yīng)力作用，程序通過傳播算法計(jì)算譜格林函數(shù)，并利用反混淆技術(shù)在快速FFT變換中獲取空間域的格林函數(shù)，將地震的破裂面離散成許多離散的點(diǎn)位錯(cuò)，最終利用線性疊加的方法計(jì)算研究區(qū)同震以及黏彈性巖體震后變形。

表1 巖石圈分層結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)Table1 Parameters of the lithospheric layered structure model

2.3 滑動(dòng)分布模型及接收斷層的參數(shù)

基于升、 降軌InSAR數(shù)據(jù)得到的最大視線向(Line of Sight， LOS)形變量約為0.9m(華俊等， 2021)， 結(jié)合InSAR形變場(chǎng)及余震精定位數(shù)據(jù)， 以GCMT結(jié)果作為構(gòu)建斷層模型的先驗(yàn)證值， 其中發(fā)震斷層傾向NE， 初始傾角為90°， 滑動(dòng)角為-50°～50°， 最大滑動(dòng)量為15m， 使用SDM(Steepest Descent Method)反演程序(Wangetal.， 2008)， 將斷層面劃分成尺寸為5km×5km的子斷層， 利用彈性半空間介質(zhì)模型(Okada， 1985)對(duì)瑪多地震進(jìn)行滑動(dòng)分布反演， 最終獲得模型與觀測(cè)數(shù)據(jù)擬合均方差最小的滑動(dòng)分布， 反演得到的滑動(dòng)分布模型如圖 3 所示。模型結(jié)果顯示此次瑪多地震的同震滑動(dòng)以左旋走滑為主， 斷層走向?yàn)?76°， 傾角為80°， 最大滑移量約為5.1m， 平均滑動(dòng)角為4°， 主體破裂區(qū)主要集中在0～15km深度， 破裂帶東段的同震滑動(dòng)量大于西段。

圖 3 同震滑動(dòng)量分布模型Fig. 3 Co-seismic sliding distribution model.

針對(duì)圖 2 中的研究斷層， 結(jié)合研究區(qū)以往歷史地震震源機(jī)制解結(jié)果(圖 2)以及研究區(qū)內(nèi)的已有成果(程佳等， 2018)確定主要接收斷層的破裂參數(shù)(主要為斷層的傾角和滑動(dòng)角， 斷層的走向參數(shù)則結(jié)合斷層地表出露的結(jié)果計(jì)算獲得)， 其中確定斷層破裂參數(shù)的原則是： 若斷層周邊發(fā)生多次地震， 則以震級(jí)最大的地震作為參考； 選取距離最近且走向較為一致的斷層面為發(fā)震斷層； 如斷層附近未發(fā)生地震， 則以相鄰且具有相似運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的斷層的震源機(jī)制參數(shù)作為替代。大陸巖石圈的研究結(jié)果顯示， 巴顏喀拉塊體內(nèi)部20～30km深度范圍存在約10km厚的地殼低阻低速層(Xinetal.， 2018； 詹艷等， 2021)， 而脆韌轉(zhuǎn)換帶的存在往往在地震孕育中起到重要的作用(Cattinetal.， 2000)； 此外， 此次瑪多地震的主體破裂區(qū)域集中在淺于15km深度范圍內(nèi)， 瑪多地震的發(fā)生對(duì)周邊不同深度斷層的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化的影響是否相同？針對(duì)計(jì)算深度的影響， 本文進(jìn)一步計(jì)算了瑪多7.4級(jí)地震對(duì)12.5km和25km 2個(gè)深度處的震源區(qū)及周邊斷層的同震及震后庫(kù)侖應(yīng)力變化結(jié)果(有效摩擦系數(shù)取0.4)。

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 同震庫(kù)侖應(yīng)力結(jié)果

本文分別計(jì)算了12.5km和25km深度處的震源區(qū)附近及各條主要斷層的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化結(jié)果， 其中震源區(qū)接收斷層的參數(shù)為走向276°、 傾角80°、 滑動(dòng)角4°， 計(jì)算結(jié)果如圖4c、 4d所示。 隨著深度的增加， 沿?cái)鄬用嫘纬傻耐饚?kù)侖應(yīng)力變化為正值的區(qū)域逐步增加， 即隨著深度增加， 瑪多MS7.4 主震對(duì)主斷層面上余震的觸發(fā)能力越強(qiáng)； 震源區(qū)的同震庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū)除沿破裂面分布外， 在發(fā)震斷層西端、 東端分別有3處明顯的庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū)， 其中西端存在1處， 朝向破裂斷層的NW向， 東端存在2處， 分別朝向發(fā)震斷層的北部以及東部區(qū)域， 震源區(qū)庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū)與周邊斷層同震庫(kù)侖應(yīng)力變化為正值段的分布具有較好的一致性。斷層同震庫(kù)侖應(yīng)力變化為正值的斷層主要為GDN-F、 DR-F、 BYKL-F、 WDL-F西北段， BYKL-F、 WDL-F中段， DKL-F近震源區(qū)段， KZ-F東段， MQ-F、 LRB-F以及西秦嶺構(gòu)造區(qū)內(nèi)大部分?jǐn)鄬樱?其中DKL-F近震源區(qū)段、 KZ-F東段、 GDN-F西北段和WDL-F中段的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化>0.01MPa閾值(Freedetal.， 1998)， 在12.5km深度處最大同震庫(kù)侖應(yīng)力的變化分別達(dá)到了0.165MPa、 0.022MPa、 0.102MPa和0.012MPa， 證明瑪多MS7.4 地震對(duì)上述斷層的地震觸發(fā)具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用， 上述斷裂未來發(fā)生地震危險(xiǎn)性的可能將進(jìn)一步增大。相較之下， 瑪多MS7.4 地震對(duì)學(xué)者們較為關(guān)注的LRB-F中段、 XSH-F南段以及LMS-F北段的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化結(jié)果同樣為正值， 但影響量級(jí)相對(duì)較小(<0.01MPa)， 其中LRB-F中段的同震庫(kù)侖應(yīng)力增加數(shù)千Pa， 而XSH-F南段以及LMS-F北段的同震庫(kù)侖應(yīng)力僅增加幾十至幾百Pa。瑪多地震東南部的GDN-F、 DR-F、 BYKL-F、 WDL-F中東段， YK-F， XSH-F中北段， LRB-F南段以及LMS-F中南段的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化結(jié)果均為負(fù)值， 說明瑪多地震的發(fā)生對(duì)上述斷層的地震觸發(fā)起到抑制作用， 瑪多地震的發(fā)生進(jìn)一步減緩了上述斷層地震發(fā)生的可能性； 此外， 對(duì)瑪多地震北部的DKL-F和KZ-F影響更多集中在近震源區(qū)以及東段區(qū)域， 此次地震對(duì)上述斷層西段同震庫(kù)侖應(yīng)力變化同樣為較強(qiáng)的卸載作用。經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)， 斷層深度對(duì)近震源區(qū)斷層的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化存在一定的影響， 如隨計(jì)算深度增加， GDN-F近震源區(qū)段的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化為正值段的范圍出現(xiàn)向E擴(kuò)展的現(xiàn)象； 而計(jì)算深度對(duì)遠(yuǎn)離震源區(qū)的斷層同震庫(kù)侖應(yīng)力變化的影響較小， 斷層上同震庫(kù)侖應(yīng)力變化的正值段與負(fù)值段僅在量級(jí)上出現(xiàn)而很少出現(xiàn)正、 負(fù)值轉(zhuǎn)換。

3.2 震后黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力結(jié)果

黏彈性中、 下地殼以及上地幔在震后的遷移或弛豫形變會(huì)進(jìn)一步造成震中附近區(qū)域的地殼應(yīng)力場(chǎng)調(diào)整， 對(duì)瑪多地震周邊斷層產(chǎn)生持續(xù)影響， 進(jìn)而造成震后庫(kù)侖應(yīng)力的進(jìn)一步變化。因此， 針對(duì)上文中提到的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化>0.01MPa的斷層段(圖4a， b中標(biāo)注名稱的斷層段)， 分別計(jì)算12.5km深度處部分區(qū)域震后50a內(nèi)的黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力變化， 結(jié)果如圖 5 所示。其中， 4條曲線按量級(jí)大小依次為DKL-F(紅色)、 GDN-F(淺藍(lán)色)、 KZ-F(黑色)和WDL-F(綠色)， 4條斷層段上的震后黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力變化均呈現(xiàn)隨時(shí)間增加而增大的趨勢(shì)， 即在瑪多MS7.4 地震發(fā)生后， 巖石圈的黏彈性松弛作用使得上述斷層的應(yīng)力觸發(fā)作用逐年增強(qiáng)， 未來上述斷層發(fā)生地震的危險(xiǎn)性將進(jìn)一步增加； DKL-F與GDN-F距離震中較近， 同震庫(kù)侖應(yīng)力變化結(jié)果較大， 而震后黏彈性松弛引起的黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力增加量同樣較大， 其中DKL-F在震后50a將增加0.038MPa， GDN-F增加約0.024MPa， 即DKL-F與GDN-F近震源區(qū)段受瑪多MS7.4 地震震后的影響更大； 采用更加符合巖石圈實(shí)際變形過程的Burgers流變模型進(jìn)行震后黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力計(jì)算， 瞬態(tài)變形的Kelvin體黏滯系數(shù)(ηk)的影響主要集中在震后約10a內(nèi)， 上述時(shí)段內(nèi)， 震后黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力增加較快， 而相較之下10a后區(qū)域殼幔變形更多受到長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)變形的Maxwell體控制， 斷層上的黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力增加則相對(duì)平穩(wěn)。

圖 4 震源區(qū)及周邊斷層的同震庫(kù)侖應(yīng)力結(jié)果Fig. 4 Co-seismic Coulomb stress change in the source area and surrounding faults.a、 c分別為震源區(qū)及周邊斷層的結(jié)果， 計(jì)算深度為12.5km； b、 d分別為震源區(qū)及周邊斷層的結(jié)果， 計(jì)算深度為25km。紅色五角星為瑪多主震的位置； 黑色虛線框?yàn)閳Dc與圖d所示區(qū)域； 有效摩擦系數(shù)取0.4

圖 5 瑪多震后50a間黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力累積變化時(shí)序曲線圖(μ′=0.4)Fig.5 Time series curve of cumulative viscoelastic Coulomb stress change in 50 years after the Maduo(Qinghai)earthquake(μ′=0.4).

4 討論

式(2)中有效摩擦系數(shù)的取值將直接影響到正應(yīng)力在庫(kù)侖應(yīng)力中的權(quán)重。針對(duì)有效摩擦系數(shù)的變化， 雷興林等(2013)等認(rèn)為當(dāng)斷層中存在超孔隙壓或者含大量黏土成分的斷層泥時(shí)， 有效摩擦系數(shù)將降至0.2以下； Ali等(2008)認(rèn)為走滑斷層的有效摩擦系數(shù)可以取為0.2， 正斷層的有效摩擦系數(shù)可以取為0.6。在實(shí)際計(jì)算過程中， 無法直接獲取斷層面每個(gè)區(qū)域的有效摩擦系數(shù)， 在實(shí)際分析過程中需要結(jié)合更多地震數(shù)據(jù)、 斷層結(jié)構(gòu)等資料對(duì)計(jì)算結(jié)果做進(jìn)一步驗(yàn)證。本文首先采用0.4的有效摩擦系數(shù)計(jì)算瑪多7.4級(jí)地震對(duì)震源區(qū)及周邊斷層的庫(kù)侖應(yīng)力變化， 結(jié)果顯示DKL-F近震源區(qū)段、 KZ-F東段、 GDN-F西北段、 WDL-F中段的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化>0.01MPa閾值， 且震后黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力隨時(shí)間增加不斷增強(qiáng)。因此， 為進(jìn)一步對(duì)比有效摩擦系數(shù)的改變對(duì)斷層同震庫(kù)侖應(yīng)力變化的影響， 本文針對(duì)DKL-F計(jì)算其在有效摩擦系數(shù)分別為0.2、 0.4、 0.6情況下的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化結(jié)果。圖 6 展示了DKL-F在94°E以東、 30km深度以上斷層段的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化結(jié)果。

圖 6 不同有效摩擦系數(shù)下東昆侖斷裂帶的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化結(jié)果Fig. 6 Co-seismic Coulomb stress changes in the DKL-F under different effective friction coefficients.a 有效摩擦系數(shù)為0.2； b 有效摩擦系數(shù)為0.4； c 有效摩擦系數(shù)為0.6

有效摩擦系數(shù)的改變會(huì)對(duì)斷層面上同震庫(kù)侖應(yīng)力變化的量級(jí)產(chǎn)生一定影響， 但對(duì)斷層上同震庫(kù)侖應(yīng)力變化正值段與負(fù)值段的分布影響較小； 瑪多7.4級(jí)地震對(duì)DKL-F近震源區(qū)段、 東段以及西段產(chǎn)生由淺至深的庫(kù)侖應(yīng)力加載作用， 進(jìn)一步增加了DKL-F上述斷層段的地震危險(xiǎn)性， 尤其是DKL-F近震源段接近70km深度的范圍， 隨著深度的增加同震庫(kù)侖應(yīng)力變化加載的量級(jí)和范圍逐漸增大， 且有效摩擦系數(shù)越大、 同震庫(kù)侖應(yīng)力變化越顯著； 與此同時(shí)， DKL-F近震源區(qū)段與東段同震庫(kù)侖應(yīng)力變化正值區(qū)段并未直接相連， 其間的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化為負(fù)值的段更多與瑪多7.4級(jí)地震在該區(qū)域產(chǎn)生的應(yīng)力釋放密切相關(guān)(圖4c， d中發(fā)震斷層?xùn)|端的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化負(fù)值區(qū))。當(dāng)然， 該負(fù)值段的存在對(duì)未來地震在DKL-F上孕育和發(fā)生的影響還需要做更深一步的工作， 隨著對(duì)瑪多7.4級(jí)地震同震滑動(dòng)分布模型、 余震精定位等結(jié)果的不斷完善， 瑪多地震對(duì)DFL-F不同斷層段的影響的相關(guān)研究也將更加深入。

5 結(jié)論

本文結(jié)合基于升、 降軌InSAR形變場(chǎng)及余震精定位結(jié)果反演得到的同震滑動(dòng)模型， 利用Burgers流變模型計(jì)算了2021年5月22日瑪多MS7.4 地震引起的同震及震后黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力變化， 結(jié)論如下：

(1)根據(jù)已有的活動(dòng)斷層跡線位置， 結(jié)合地質(zhì)資料、 實(shí)地野外考察以及InSAR地表破裂跡線， 分析認(rèn)為此次瑪多地震的發(fā)震斷層為昆侖山口-江錯(cuò)斷裂， 同震滑動(dòng)模型顯示此次地震滑動(dòng)以左旋走滑為主， 斷層走向?yàn)?76°， 傾角為80°， 最大滑移量約為5.1m， 平均滑動(dòng)角為4°， 主體破裂區(qū)主要集中在0～15km深度；

(2)瑪多MS7.4 地震震源區(qū)的同震庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū)除沿破裂面分布外， 在發(fā)震斷層西端、 東端分別存在3處庫(kù)侖應(yīng)力正值區(qū)， 其中西端朝向發(fā)震斷層NW方向， 東端存在2個(gè)庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū)， 分別朝向發(fā)震斷層的北部以及東部區(qū)域； 周邊斷層同震庫(kù)侖應(yīng)力正值段的分布與震源區(qū)庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū)的分布較為一致； 瑪多地震對(duì)GDN-F、 DR-F、 BYKL-F、 WDL-F西北段， BYKL-F、 WDL-F中段， DKL-F近震源區(qū)段， KZ-F東段， MQ-F、 LRQ以及西秦嶺地區(qū)大部分?jǐn)鄬悠鸬搅藥?kù)侖應(yīng)力加載作用；

(3)瑪多地震對(duì)DKL-F近震源區(qū)段、 KZ-F東段、 GDN-F西北段、 WDL-F中段同震庫(kù)侖應(yīng)力變化>0.01MPa， 且震后巖石圈黏彈性松弛作用進(jìn)一步增加上述斷層段的黏彈性庫(kù)侖應(yīng)力累積， 未來應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注上述斷層段的地震危險(xiǎn)性；

(4)有效摩擦系數(shù)的變化對(duì)斷層面上同震庫(kù)侖應(yīng)力變化的量級(jí)產(chǎn)生一定的影響， 但對(duì)斷層上同震庫(kù)侖應(yīng)力變化正值段與負(fù)值段的分布特征影響較小。

致謝中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心宋金博士、 臧陽(yáng)博士在文章寫作方面給予了指導(dǎo)和建議； 審稿專家對(duì)本文進(jìn)行了詳細(xì)審閱并提出了寶貴的意見； 本文圖件使用GMT軟件繪制。在此一并表示感謝!