2022年四川瀘定MS6．8地震前后庫侖應(yīng)力變化分析

冉喜陽，朱 航，龍 鋒，李雷豪，王 迪

（1．四川省地震局，四川成都 610041；2．四川省地質(zhì)調(diào)查研究院，四川成都 610031）

據(jù)中國地震臺網(wǎng)正式測定，2022年9月5日12時52分，四川省甘孜藏族自治州瀘定縣發(fā)生MS6．8地震，震源深度16 km，震中位置（29．59°N，102．08°E）。截至2022年10月9日8時共記錄到MS≥3．0余震17次，其中MS4．0～4．9地震2次，MS3．0～3．9地震15次，最大余震為9月7日2時42分發(fā)生在雅安石棉縣的MS4．5地震。中國地震局四川瀘定MS6．8地震科學(xué)考察隊(duì)給出的這次MS6．8地震的震中位置位于鮮水河斷裂帶，破裂總長度達(dá)40 km，破裂方向與鮮水河斷裂方向基本一致，最大滑動量達(dá)1．84 m，根據(jù)震源機(jī)制解和斷層分布推測發(fā)震斷層面走向、傾角和滑動角分別為343°、79°和9°，地震破裂以走滑運(yùn)動為主，帶部分逆沖分量（中國地震局科技與國際合作司，2022）。

1973年以來，四川地區(qū)一共發(fā)生14次MS≥6．5地震，其中在巴顏喀拉塊體南邊界、東邊界上的有10次，包括1973年2月6日爐霍MS7．6地震，1973年8月11日松潘MS6．5地震，1976年8月16、22和23日松潘MS7．2、MS6．7和MS7．2地震，1981年1月24日道孚MS6．9地震，2008年5月12日汶川MS8．0地震，2013年4月20日蘆山MS7．0地震，2017年8月8日九寨溝MS7．0地震，2022年9月5日瀘定MS6．8地震。上述10次地震共同構(gòu)成了1973—2022年巴顏喀拉塊體南、東邊界強(qiáng)震序列。

巴顏喀拉塊體南、東邊界的地震趨勢變化一直備受關(guān)注。國內(nèi)外學(xué)者對大地震引起的靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化對周邊斷層的強(qiáng)震起到觸發(fā)或減震作用已有許多研究（Kinget al，1994；Steinet al，1997；沈正康等，2003；Papadimitriouet al，2004；Todaet al，2005；吳小平等，2007；朱航等，2009；聞學(xué)澤等，2011；解朝娣等，2014；屈勇等，2017；朱航等，2017；劉博研等，2022）。解朝娣等（2014）研究了2008年汶川MS8．0地震與2013年蘆山MS7．0地震之間的觸發(fā)關(guān)系，其結(jié)果顯示蘆山地震的震源斷層位于汶川地震的庫侖應(yīng)力增加區(qū)，且變化峰值超過0．1 MPa，依此認(rèn)為汶川地震與蘆山地震之間存在觸發(fā)關(guān)系，蘆山地震的震源斷層在應(yīng)力積累逐漸接近臨界狀態(tài)的某一特定時期內(nèi)，受到了汶川地震的應(yīng)力觸發(fā)作用，進(jìn)而蘆山地震提前破裂。屈勇等（2017）分析了1973—2014年巴顏喀拉塊體東—南邊界斷裂帶上9次顯著地震引起的庫侖應(yīng)力變化，認(rèn)為鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶和龍門山斷裂帶交匯的三岔口區(qū)域位于應(yīng)力增加區(qū)，需要重點(diǎn)關(guān)注其發(fā)生強(qiáng)震的可能。朱航等（2017）研究了1973—2013年巴顏喀拉塊體東邊界6次MS≥6．5地震引起的靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化圖像，認(rèn)為先發(fā)生的6次地震對2017年九寨溝MS7．0地震具有觸發(fā)作用，指出九寨溝MS7．0地震及先前的6次強(qiáng)震使東昆侖斷裂帶東段及龍日壩斷裂帶的庫侖應(yīng)力水平升高，具有觸發(fā)作用，對庫侖應(yīng)力減少區(qū)域的岷江斷裂帶具有減震效應(yīng)。本文研究1973年以來巴顏喀拉塊體南、東邊界MS≥6．5地震引起的瀘定MS6．8地震發(fā)震斷層的庫侖應(yīng)力變化，以及瀘定地震發(fā)生后對周圍斷層疊加的庫侖應(yīng)力變化影響，為大震后震情趨勢發(fā)展的快速判斷提供參考。

1 研究方法

當(dāng)斷層積累應(yīng)力大小超過斷層面的滑動阻抗強(qiáng)度時，斷層面將會滑動和破裂。通常認(rèn)為超過0．01 MPa的微小庫侖應(yīng)力變化就會影響斷層的應(yīng)力分布狀態(tài)，從而增加或縮短斷層發(fā)生潛在破裂所需的時間（Kinget al，1994）。研究斷層趨于破裂的過程可以使用庫侖應(yīng)力變化Δσf進(jìn)行數(shù)值描述：

式中，Δτs為斷層面的剪切應(yīng)力變化（沿滑動方向?yàn)檎?，Δσn為正應(yīng)力變化（張應(yīng)力為正），μ'為斷層面的摩擦系數(shù)。

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，發(fā)震斷層的應(yīng)力將在一定程度得以釋放，同時，地震時的同震位錯會引起附近區(qū)域的斷層靜態(tài)應(yīng)力變化，即應(yīng)力轉(zhuǎn)移。當(dāng)引起的相鄰斷層段上的庫侖應(yīng)力變化為正值時，該斷層段重新發(fā)生粘滑的可能性增大，可能會很快發(fā)生另一次地震，這種情況即地震的應(yīng)力觸發(fā)作用；當(dāng)引起的相鄰斷層段上的庫侖應(yīng)力變化為負(fù)值時，該斷層段重新發(fā)生粘滑的可能性降低。一般稱庫侖應(yīng)力變化的正值區(qū)域?yàn)閼?yīng)力觸發(fā)區(qū)，負(fù)值區(qū)域?yàn)閼?yīng)力影區(qū)（Kinget al，1994）。引起應(yīng)力變化的地震被稱為“源地震”，破裂面被稱為“源斷層”，區(qū)域中的其它先存斷層稱為“接收斷層”。根據(jù)Okada（1992）提出的均勻各向同性彈性半空間模型，可由源斷層的同震位錯計(jì)算接收斷層的庫侖應(yīng)力變化量。

本文采用King等（1994）推導(dǎo)的庫侖應(yīng)力變化公式以及發(fā)展的相關(guān)算法，并使用Toda等（2011）開發(fā)的Coulomb3．3軟件分別計(jì)算1973—2022年間巴顏喀拉南、東邊界強(qiáng)震序列引起的靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化，分析可能存在的觸發(fā)作用，并進(jìn)一步研究該強(qiáng)震序列對周邊地區(qū)中、強(qiáng)地震活動的影響。用Coulomb3．3軟件計(jì)算接收斷層上的靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化量需要用到源斷層產(chǎn)狀、同震位錯、震級、震源深度等參數(shù)，以及接收斷層的幾何特征及斷層摩擦系數(shù)（Kinget al，1994）。

2 發(fā)震構(gòu)造與位錯模型

印度洋板塊與歐亞板塊碰撞后繼續(xù)向北推進(jìn)形成了青藏高原，同時青藏高原的若干構(gòu)造塊體分別沿大型走滑斷裂帶向東和南東方向滑移（聞學(xué)澤等，2011）。位于青藏高原中北部的巴顏喀拉塊體是這些活動塊體之一。巴顏喀拉塊體北邊界主要由東昆侖斷裂帶構(gòu)成，南邊界的南東段主要由鮮水河、甘孜—玉樹斷裂帶構(gòu)成，東邊界主要由龍門山斷裂帶、虎牙斷裂帶和樹正斷裂構(gòu)成（圖1）。震源機(jī)制解反映巴顏喀拉塊體北部與南部的邊界斷裂表現(xiàn)出左旋走滑為主，而東邊界以逆沖斷層占優(yōu)勢。東昆侖斷裂帶、甘孜—玉樹斷裂帶和鮮水河斷裂帶的滑動速率明顯高于龍門山斷裂帶的滑動速率（陳長云等，2013）。本文以巴顏喀拉塊體南、東邊界為主體，選取1973—2022年MS≥6．5地震作為研究對象。

圖1顯示了1973—2022年發(fā)生在研究區(qū)內(nèi)主體活動斷裂的MS6．5以上地震的震中位置及鄰近斷層情況。1973年8月11日的松潘MS6．5地震發(fā)生在NW 走向的樹正斷裂，震源機(jī)制為左旋剪切破裂；1976年8月16和23日的松潘MS7．2地震發(fā)生在NNW 向的虎牙斷裂帶，震源機(jī)制為左旋走滑兼逆沖型；1976年8月22日的松潘MS6．7地震發(fā)生在NE向葉塘斷裂，震源機(jī)制為逆沖型；2008年汶川MS8．0地震和2013年蘆山MS7．0地震發(fā)生在龍門山斷裂帶，震源機(jī)制為逆沖型；2017年九寨溝MS7．0地震發(fā)生在NW 向樹正斷裂，震源機(jī)制為左旋走滑型（朱航等，2017）；這些地震均發(fā)生在巴顏喀拉塊體東邊界。四川境內(nèi)的巴顏喀拉塊體南邊界主要是NW 向鮮水河斷裂帶，1973年2月6日爐霍MS7．6地震與1981年1月24日道孚MS6．9地震都發(fā)生在鮮水河斷裂帶，震源機(jī)制為左旋走滑型；2022年瀘定MS6．8地震發(fā)生在鮮水河斷裂帶南段，位于鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶和龍門山斷裂帶交匯的三岔口地區(qū)，震源機(jī)制為左旋走滑。

圖1 研究區(qū)域主體活動斷裂及1973年以來MS≥6．5地震震中分布

為了構(gòu)建Coulomb3．3軟件計(jì)算目標(biāo)區(qū)域庫侖應(yīng)力變化所需要的模型，我們收集了巴顏喀拉塊體南、東邊界強(qiáng)震序列10次事件震中位置，發(fā)震斷層產(chǎn)狀及同震位錯量等資料（見表1），其中1973年2月6日爐霍MS7．6地震和1973年8月11日松潘MS6．5地震的震源資料參考成爾林（1981）的結(jié)果；1976—2022年巴顏喀拉塊體東邊界強(qiáng)震序列8次事件的震中位置和部分震源機(jī)制解參考中國地震臺網(wǎng)中心的結(jié)果。1976年8月3次地震事件的平均位錯參考Jones等（1984）的結(jié)果；2008汶川MS8．0地震和2013蘆山MS7．0地震的同震位錯量則分別參考自王衛(wèi)民等（2008）和劉成利等（2013）的結(jié)果；其余地震事件的同震位錯量由聞學(xué)澤（1995）建立的走滑型地震斷層的經(jīng)驗(yàn)公式為：

表1 巴顏喀拉塊體南、東邊界10次強(qiáng)震事件發(fā)震斷層產(chǎn)狀及同震位錯參數(shù)

式中，MS是面波震級，u×l是同震平均位錯（u）與破裂長度（l）的乘積。

3 庫侖應(yīng)力變化分析

本文采用King等（1994）根據(jù)不同地區(qū)計(jì)算的庫侖應(yīng)力變化得出的經(jīng)驗(yàn)值，地殼的剪切模量取3．3×1010Pa，泊松比取0．25，斷層面摩擦系數(shù)取0．4。在庫侖應(yīng)力變化的計(jì)算中，將斷層面深度范圍取地表至地下15 km處，但根據(jù)Coulomb3．3軟件的算法原理，僅計(jì)算地表以下8 km 的水平二維庫侖應(yīng)力變化圖像。計(jì)算中，將第一次強(qiáng)震即1973年2月6日爐霍MS7．6地震發(fā)生前的庫侖應(yīng)力變化量歸為零。如果已發(fā)生2次破裂，則為2次圖像的線性疊加，以此類推。

3．1 巴顏喀拉塊體南、東段先發(fā)生地震對瀘定MS6．8地震的觸發(fā)作用

圖2是巴顏喀拉塊體南、東邊界1973—2017年發(fā)生的9次MS≥6．5地震共同引起的以鮮水河斷裂帶南段為接收斷層的庫侖破裂應(yīng)力變化圖像，由圖可知鮮水河斷裂帶南段和龍門山斷裂帶南段的庫侖應(yīng)力水平顯著升高，而瀘定MS6．8地震發(fā)生在應(yīng)力觸發(fā)區(qū)內(nèi)，因此認(rèn)為巴顏喀拉塊體南、東邊界先發(fā)地震對瀘定地震具有一定的觸發(fā)作用。

圖2 1973—2017年研究區(qū)域9次MS≥6．5地震共同引起的以鮮水河斷裂南段為接收斷層的庫侖應(yīng)力變化

3．2 巴顏喀拉塊體南、東邊界強(qiáng)震序列對鄰近斷裂的應(yīng)力轉(zhuǎn)移

瀘定MS6．8地震是巴顏喀拉塊體南、東邊界斷裂帶自1973年以來發(fā)生的第10次MS≥6．5地震，巴顏喀拉塊體南、東邊界強(qiáng)震序列對四川地區(qū)的震情形勢有著什么樣的影響？本文研究了巴顏喀拉南、東邊界1973—2022年發(fā)生的10次MS≥6．5地震共同引起的瀘定地震震中西北、東北、南面3條斷裂帶的近場庫侖應(yīng)力變化情況。

鮮水河斷裂位于青藏高原東南部，走向NW，以左旋走滑為主。西起甘孜爐霍，西北與五道梁—長沙貢瑪斷裂東南段相鄰，大致沿道孚、康定、瀘定到石棉結(jié)束，長約400 km（徐錫偉等，2003）。鮮水河斷裂帶是四川地區(qū)地震活躍帶，自1725年以來的MS≥7．0地震共8次，平均每38年一遇，最近的一次為1973年?duì)t霍MS7．6地震，距今已有49年，從頻率上看，鮮水河斷裂帶已具備發(fā)生MS≥7．0地震的應(yīng)力積累。圖3a是巴顏喀拉塊體南、東邊界1973—2022年發(fā)生的10次MS≥6．5地震共同引起的以鮮水河斷裂道孚—康定段為接收斷層的庫侖破裂應(yīng)力變化圖像，可見鮮水河斷裂帶道孚—康定段處于應(yīng)力增強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)，即巴顏喀拉南、東邊界強(qiáng)震序列對鮮水河斷裂帶道孚—康定段具有觸發(fā)作用。

圖3 巴顏喀拉南、東邊界1973—2022年發(fā)生的10次MS≥6．5地震共同引起的庫侖應(yīng)力變化圖像

龍門山斷裂帶位于巴顏喀拉塊體東邊界，以右旋走滑與逆沖為主（徐錫偉等，2003），長約500 km。圖3b是巴顏喀拉塊體南、東邊界1973—2022年發(fā)生的10次MS≥6．5地震共同引起的以龍門山斷裂帶南段為接收斷層的庫侖應(yīng)力變化圖像，由圖可見該斷裂帶有2段處于應(yīng)力觸發(fā)區(qū)范圍內(nèi)，即南、東邊界強(qiáng)震序列對龍門山斷裂帶南端以及汶川—蘆山段具有強(qiáng)震觸發(fā)作用。

安寧河斷裂帶北接巴顏喀拉塊體東南部的鮮水河斷裂帶南段，走向NS，以左旋傾滑為主（徐錫偉，2003）。圖3c是巴顏喀拉塊體東邊界1973—2022年發(fā)生的10次MS≥6．5地震共同引起的以安寧河斷裂帶為接收斷層的庫侖應(yīng)力變化圖像，由圖可見該斷裂帶處于應(yīng)力觸發(fā)區(qū)范圍內(nèi)，即南、東邊界強(qiáng)震序列對安寧河斷裂帶具有強(qiáng)震觸發(fā)作用。

4 結(jié)論

（1）2022年9月5日瀘定MS6．8地震是四川地區(qū)巴顏喀拉塊體南、東邊界自1973年以來發(fā)生的第10次MS≥6．5地震。通過對該區(qū)域進(jìn)行庫侖應(yīng)力變化計(jì)算分析，結(jié)果表明先前發(fā)生的9次地震對瀘定MS6．8地震具有觸發(fā)作用。（2）在巴顏喀拉塊體南、東邊界10次MS≥6．5地震的共同作用下，鮮水河斷裂帶道孚—康定段、龍門山斷裂帶南端、汶川—蘆山段及安寧河斷裂帶庫侖應(yīng)力水平升高，可能導(dǎo)致這些斷裂已積累的應(yīng)變能提前釋放，即具有觸發(fā)作用。

由于本文主要是了解瀘定MS6．8地震發(fā)生前后的震源區(qū)庫侖應(yīng)力變化情況，并作出快速、大致的震后震情趨勢研判，故采用單一模型計(jì)算各斷層的庫侖應(yīng)力，其計(jì)算結(jié)果可能會不夠精確。