2022年四川蘆山MS6.1地震前應(yīng)力狀態(tài)研究

摘要：為研究2022年6月1日四川蘆山MS6.1地震的孕育和發(fā)生過程，采用CAP方法反演了2013年蘆山MS7.0主震及MS≥5.0余震的震源機(jī)制解，并基于應(yīng)力張量方差與b值時(shí)空分布特征，探討了蘆山MS6.1地震的力學(xué)機(jī)制和震源區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)。結(jié)果表明：2022年蘆山MS6.1地震震源機(jī)制表現(xiàn)出與2013年蘆山MS7.0主震和5級(jí)余震相似的逆沖型破裂特征，壓應(yīng)力軸方位與龍門山斷裂帶南段區(qū)域應(yīng)力場一致。2013年蘆山MS7.0地震后震中及附近的應(yīng)力張量方差和b值長期處于低值狀態(tài)，2022年蘆山MS6.1地震前震中及附近出現(xiàn)了應(yīng)力張量方差和b值的低值異常，表明蘆山余震區(qū)處于較高的應(yīng)力水平。分析認(rèn)為：巴顏喀拉塊體持續(xù)東向運(yùn)動(dòng)受到華南塊體的阻擋，震中所在區(qū)域長期受擠壓逆沖作用，從而使蘆山余震區(qū)長期處于應(yīng)力積累的狀態(tài)，蘆山MS6.1地震也是在這種動(dòng)力學(xué)背景下發(fā)生的。

關(guān)鍵詞：蘆山MS6.1地震；蘆山MS7.0地震；震源機(jī)制解；應(yīng)力張量方差；b值；應(yīng)力狀態(tài)

中圖分類號(hào)：P315.72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2024）04-0483-10

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0061

0引言

據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)測定，2022年6月1日四川省雅安市蘆山縣（30.37°N，102.94°E）發(fā)生MS6.1地震，震源深度17 km。此次地震位于2013年4月20日蘆山MS7.0地震的西北側(cè)，震中僅相距9 km，屬于蘆山MS7.0地震的晚期強(qiáng)余震。

2013年蘆山MS7.0地震發(fā)生后，眾多學(xué)者就蘆山地震序列震源機(jī)制及震區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)開展了相關(guān)研究（單斌等，2013；羅艷等，2015；梁春濤等，2018）。蘆山MS7.0地震震源機(jī)制斷層面走向NE、傾向NW，為NWW-SEE向水平擠壓應(yīng)力作用下發(fā)生的一次逆沖型地震（劉杰等，2013）；蘆山余震區(qū)最大主壓應(yīng)力（S1）方向存在局部空間差異，余震區(qū)南段S1方向總體呈NWW向，而余震區(qū)北段S1方向表現(xiàn)出由NW經(jīng)EW向NE的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（張致偉等，2015a）；單斌等（2013）計(jì)算了蘆山MS7.0地震的同震靜態(tài)庫侖應(yīng)力場變化，發(fā)現(xiàn)主震破裂面附近以及破裂面的東北和西南端為庫侖應(yīng)力增強(qiáng)區(qū)，余震也主要發(fā)生在破裂面附近的庫侖應(yīng)力增強(qiáng)區(qū)；易桂喜等（2013）基于蘆山地震前的資料獲得了龍門山南段的b值圖像，顯示震前在天全—蘆山段應(yīng)力水平相對較高；梁春濤等（2018）利用密集監(jiān)測臺(tái)陣的走時(shí)定位發(fā)現(xiàn)蘆山余震區(qū)東邊的大邑?cái)嗔鸭耙恍╇[伏斷裂上地震比較活躍，認(rèn)為應(yīng)力在這些斷裂上有所積累；張致偉等（2023）研究認(rèn)為2022年蘆山MS6.1地震序列發(fā)生在2013年蘆山MS7.0地震發(fā)震斷層北西側(cè)的一條傾向南東的反沖斷層上，且MS7.0地震對MS6.1地震有顯著的觸發(fā)作用。

地震的發(fā)生與應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)，強(qiáng)震震源區(qū)應(yīng)力狀態(tài)的時(shí)空變化對了解地震過程和預(yù)測地震具有重要意義。震源機(jī)制一致性和b值作為表征區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的參數(shù)，被廣泛應(yīng)用于地震危險(xiǎn)性分析和地震預(yù)測研究中（Wiemer et al，2002；Wyss，Stefansson，2006；易桂喜等，2013；曾憲偉等，2020）。在大地震孕育的過程中，震源區(qū)附近的構(gòu)造應(yīng)力場控制作用會(huì)增強(qiáng)，特別是臨近發(fā)震的時(shí)候，中小地震的震源機(jī)制趨于一致，應(yīng)力張量方差顯著降低，反映了震源區(qū)應(yīng)力水平升高；大震后震源區(qū)應(yīng)變能得以充分釋放，中小地震的震源機(jī)制趨于紊亂，應(yīng)力張量方差明顯升高，表明震源區(qū)應(yīng)力水平降低（Wiemer et al，2002；付虹等，2011；張致偉等，2015b）。b值本質(zhì)上反映的是不同震級(jí)地震之間的比例關(guān)系，代表了介質(zhì)內(nèi)部應(yīng)力水平的高低，其隨著介質(zhì)應(yīng)力水平的增加而減小，介質(zhì)應(yīng)力水平高，在巖石破裂面的邊界上處于高水平的應(yīng)力點(diǎn)所占的比重越大，大破裂的比例也越大，b值越小；介質(zhì)應(yīng)力水平低，破裂面的邊界上就越容易碰上低水平的應(yīng)力點(diǎn)而停止，小破裂所占的比例大，b值越高（Wyss，Wiemer，2000；易桂喜等，2013）。

時(shí)隔9年蘆山MS7.0地震余震區(qū)再次發(fā)生MS6.1地震，震源力學(xué)機(jī)制與震源區(qū)應(yīng)力狀態(tài)是理解蘆山MS6.1地震孕育和發(fā)生的關(guān)鍵問題之一。本文采用CAP方法反演了2013年以來蘆山MS≥5.0地震震源機(jī)制解，基于余震區(qū)應(yīng)力張量方差與b值時(shí)空分布特征，探討了蘆山MS6.1地震前震源區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)。

地震研究47卷第4期張致偉等：2022年四川蘆山MS6.1地震前應(yīng)力狀態(tài)研究1計(jì)算方法

1.1震源機(jī)制反演方法

1.2b值計(jì)算方法

2地震序列特征

3震源機(jī)制和應(yīng)力張量方差特征

3.1蘆山MS≥5.0余震震源機(jī)制特征

3.2應(yīng)力張量方差特征

為了求解空間非均勻震源機(jī)制解的應(yīng)力場特征，Michael（1991）提出了疊加應(yīng)力場反演方法，它通過在均勻應(yīng)力場上疊加擾動(dòng)來模擬非均勻的空間應(yīng)力場，獲得張應(yīng)力軸、中等應(yīng)力軸和壓應(yīng)力軸的方向以及反演方差。應(yīng)力張量方差被定義為單個(gè)地震的滑動(dòng)矢量與在假設(shè)應(yīng)力張量作用下產(chǎn)生的理論滑動(dòng)矢量之間的夾角與其平均數(shù)之差

基于2013年4月20日—2022年5月31日蘆山129次MS≥3.0余震震源機(jī)制解（圖4a），將蘆山余震區(qū)劃分為0.01°×0.01°的網(wǎng)格，選取每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)及其周圍至少8個(gè)地震震源機(jī)制解，采用Michael（1991）提出的應(yīng)力場反演方法計(jì)算了蘆山余震區(qū)的應(yīng)力張量方差（圖4b）。2022年6月1日蘆山MS6.1地震前，余震區(qū)呈現(xiàn)的應(yīng)力張量方差分布特征與早期的研究結(jié)果（張致偉等，2015b）較為一致。蘆山MS7.0地震兩側(cè)的應(yīng)力張量方差存在明顯差異，主震震中及其北側(cè)的應(yīng)力張量方差明顯低于南側(cè)，余震區(qū)北側(cè)的應(yīng)力張量方差小于0.1，說明該區(qū)域的應(yīng)力水平較高，MS6.1地震就發(fā)生在余震區(qū)北側(cè)的應(yīng)力張量方差低值區(qū)。以往研究也有類似的發(fā)現(xiàn)：Wiemer等（2002）分析認(rèn)為1992年蘭德斯MS7.3和大熊MS6.4地震均發(fā)生在應(yīng)力張量方差低值區(qū)；張致偉等（2015b）研究發(fā)現(xiàn)汶川MS≥5.5強(qiáng)余震也發(fā)生在應(yīng)力張量方差低值分布區(qū)或其邊緣附近；李金等（2015）研究認(rèn)為天山中東段地區(qū)的MS≥5.5地震大多發(fā)生在應(yīng)力張量方差相對較低的區(qū)域，新源—和靜MS6.6地震位于低值區(qū)中心。

4余震區(qū)b值時(shí)空變化特征

4.1余震區(qū)b值時(shí)間變化特征

基于2000年1月1日—2022年12月31日蘆山余震區(qū)的地震，采用最大似然法估算了蘆山余震區(qū)整個(gè)時(shí)段的b值（圖5）。鑒于震級(jí)-頻次關(guān)系式中高、低震級(jí)段出現(xiàn)的“擺尾”和“掉頭”現(xiàn)象會(huì)對b值計(jì)算產(chǎn)生影響（曾憲偉等，2020），本文在計(jì)算b值時(shí)同時(shí)考慮了高震級(jí)截?cái)嗟卣鸷妥钚⊥暾哉鸺?jí)的影響。根據(jù)震級(jí)-頻次關(guān)系，選取最小完整性震級(jí)MC為0.8，高震級(jí)的截?cái)嗾鸺?jí)為5.5，扣除高、低震級(jí)段的影響后，計(jì)算獲得的蘆山余震區(qū)的平均b值為0.75±0.06。

以2013年蘆山MS7.0地震序列為研究對象，選取500個(gè)地震樣本作為一個(gè)時(shí)間窗，且步長取為一個(gè)時(shí)間窗，逐步滑動(dòng)樣本窗計(jì)算每個(gè)窗口內(nèi)的b值，繪制了2013年蘆山MS7.0地震以來余震區(qū)的b值時(shí)間進(jìn)程曲線（圖6）。結(jié)果顯示，地震后b值出現(xiàn)短時(shí)間上升，2013年7月達(dá)到最高值0.9后開始下降，2018年下降到最低值0.68后開始緩慢上升直至發(fā)生2022年蘆山MS6.1地震。馬鴻慶（1978）在研究華北地區(qū)大震前的b值異常變化時(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)b值隨時(shí)間先升高后降低，達(dá)到最低值后又回升直至發(fā)震；高雅婧等（2022）研究認(rèn)為臺(tái)灣集集地震發(fā)生后十天至5個(gè)月內(nèi)b值迅速且連續(xù)升高，6～7個(gè)月后b值出現(xiàn)降低趨勢，表明區(qū)域應(yīng)力水平經(jīng)歷了恢復(fù)后又處于積累的狀態(tài)。

2016—2021年蘆山余震區(qū)的b值低于2000年以來的平均b值（0.75）水平，表明蘆山MS7.0地震后余震區(qū)長期處于低b值狀態(tài)。史海霞等（2018）研究發(fā)現(xiàn)汶川震源區(qū)b值從2002年開始至地震前呈現(xiàn)一個(gè)長期趨勢性下降；易桂喜等（2013）分析了龍門山斷裂帶南段應(yīng)力狀態(tài)，認(rèn)為2008年汶川MS8.0地震后，天全—蘆山以及寶興北部地區(qū)b值有較明顯的降低；蔣海昆等（2000）通過花崗巖變形過程中的聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，研究認(rèn)為b值的系統(tǒng)降低表征研究區(qū)所處環(huán)境應(yīng)力的進(jìn)一步增強(qiáng)。分析認(rèn)為，蘆山余震區(qū)長期處于低b值的現(xiàn)象可能源于巴顏喀拉塊體持續(xù)東向運(yùn)動(dòng)受到華南塊體的阻擋，余震區(qū)長期受擠壓逆沖作用所致。

4.2余震區(qū)b值空間分布特征

將蘆山余震區(qū)劃分為0.01°×0.01°的網(wǎng)格，以每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為中心點(diǎn)，搜索半徑逐步增大，當(dāng)?shù)卣饠?shù)達(dá)到200個(gè)時(shí)停止搜索并計(jì)算b值。根據(jù)余震區(qū)b值時(shí)間變化過程，考慮到蘆山MS7.0地震對余震區(qū)b值的影響，本文選取b值相對穩(wěn)定的2016年作為起始時(shí)間，將研究時(shí)段劃分為2016年1月1日至2020年12月31日（第I時(shí)段）、2016年1月1日至2022年5月31日（第II時(shí)段）和2016年1月1日至2022年12月31日（第III時(shí)段）共3個(gè)時(shí)段分析b值空間掃描圖像（圖7）。

余震區(qū)b值在不同時(shí)段的空間圖像顯示，3個(gè)時(shí)段蘆山MS7.0主震震中及附近b值均處于低值（＜0.75）狀態(tài)，表明主震震中及附近長期處于應(yīng)力積累。2022年蘆山MS6.1地震發(fā)生前，震中附近的b值（圖7b）較第I時(shí)段（圖7a）有所下降，地震發(fā)生后短期內(nèi)震源區(qū)仍表現(xiàn)為低b值（圖7c）。易桂喜等（2011）研究發(fā)現(xiàn)龍門山斷裂帶中北段的綿竹—茂縣段與江油—平武段具有異常低b值，這兩個(gè)段落也是汶川5級(jí)以上強(qiáng)余震集中發(fā)生的區(qū)域；Nanjo等（2012）研究發(fā)現(xiàn)2011年日本東北MS9.0和2004年蘇門答臘MS9.1兩次地震前震源區(qū)均存在異常低b值；馮建剛等（2016）研究發(fā)現(xiàn)2013年岷縣漳縣MS6.6地震發(fā)生在臨潭—宕昌斷裂與西秦嶺北緣斷裂之間的低b值區(qū)邊緣。對比前文給出的應(yīng)力張量方差空間分布，可以看出2022年蘆山MS6.1地震前，震源區(qū)的低b值與應(yīng)力張量方差低值區(qū)吻合較好。由此可見，應(yīng)力張量方差和b值均可反映區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)合應(yīng)力張量方差和b值的空間分布可作為識(shí)別強(qiáng)震危險(xiǎn)地點(diǎn)的方法之一。

5結(jié)論

基于四川地震臺(tái)網(wǎng)記錄的觀測資料，采用CAP方法反演了2013年蘆山MS7.0地震及MS≥5.0余震震源機(jī)制解，并基于應(yīng)力張量方差及b值時(shí)空分布特征，探討了2022年蘆山MS6.1地震的力學(xué)機(jī)制及余震區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)。獲得的主要認(rèn)識(shí)如下：

（1）2022年蘆山MS6.1地震發(fā)生在2013年蘆山MS7.0地震余震區(qū)北西側(cè)約9 km處，屬于蘆山MS7.0地震的晚期強(qiáng)余震。蘆山MS6.1地震震源機(jī)制斷層面走向、傾角和滑動(dòng)角分別為22°、52°和78°，P軸方位120°，傾角6°。表現(xiàn)出與蘆山MS7.0主震和5級(jí)余震相似的逆沖型破裂特征，壓應(yīng)力軸方位與龍門山斷裂帶南段區(qū)域應(yīng)力場一致。揭示蘆山MS6.1地震仍是在巴顏喀拉塊體東向擠壓的動(dòng)力學(xué)背景下發(fā)生的。

（2）2013年蘆山MS7.0地震后，主震震中附近始終表現(xiàn)為較低的應(yīng)力張量方差和b值，其中應(yīng)力張量方差小于0.1，b值小于0.75。2016—2021年期間蘆山余震區(qū)的b值均低于2000年以來的平均b值（0.75）水平，反映出蘆山MS7.0地震震中及附近長期處于應(yīng)力積累狀態(tài)。上述現(xiàn)象可能源于巴顏喀拉塊體持續(xù)東向運(yùn)動(dòng)受到華南塊體的阻擋，震中所在區(qū)域長期受擠壓逆沖作用所致。

（3）2022年蘆山MS6.1地震前，震中及附近的應(yīng)力張量方差和b值均呈現(xiàn)低值異常，表明蘆山MS6.1地震前震源區(qū)處于較高的應(yīng)力水平。由此可見，應(yīng)力張量方差和b值均可作為表征區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)的參數(shù)，結(jié)合兩者的空間分布可用于識(shí)別強(qiáng)震危險(xiǎn)地點(diǎn)。

四川地震臺(tái)為本研究提供了地震目錄和波形數(shù)據(jù)，CAP波形反演程序來源于美國圣路易斯大學(xué)的朱露培教授，b值計(jì)算和繪圖程序來自ZMAP程序包。在此一并表示衷心感謝！

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Study on the Stress State before the 2022，Lushan，Sichuan MS6.1 Earthquake

ZHANG Zhiwei1，2，ZENG Xianwei3，WANG Di1，LU Qian1，WANG Weiming1，YANG Peng1，LONG Feng1

（1.Sichuan Earthquake Agency，Chengdu 610041，Sichuan，China）

（2.College of Geophysics，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，Sichuan，China）

（3.Earthquake Agency of Ningxia Hui Autonomous Region，Yinchuan 750001，Ningxia，China）

Abstract

On June 1，2022，an MS6.1 earthquake struck Lushan Country，Yaan City of Sichuan Province.The earthquake is another significant event that occurred in the aftershock zone of the Lushan MS7.0 earthquake on May 20，2013.To figure out the genesis and occurrence of the Lushan MS6.1 earthquake，the CAP inversion method is used to calculate the focal mechanism of the Lushan MS7.0 mainshock and its MS≥5.0 aftershocks.And the mechanical mechanism and the stress state in the source area before the Lushan MS6.1 earthquake are discussed based on the spatial and temporal distribution of the stress tensor variance and b value.The main insights are as follows：The focal mechanism of the Lushan MS6.1 earthquake is featured as a thrust rupture，which is similar to the feature of the focal mechanism of the Lushan MS7.0 earthquake and its MS≥5.0 aftershocks.The direction of the principal compressive stress is consistent with the regional stress field of the southern section of the Longmenshan fault zone.The stress tensor variance and b value around the epicenter of the Lushan MS7.0 earthquake are in a low state in a long period.What is more，shortly before the Lushan MS6.1 earthquake，in its focal area there appeared low-value anomalies of the stress tensor variance and b value，indicating that the Lushan MS7.0 earthquake aftershock zone had been keeping a higher stress level.The continuous eastward movement of the Bayan Har block is blocked by the South China block.Thus，the aftershock zone of the Lushan MS7.0 earthquake is under the action of the horizontal extrusion and thrust，which leads to the long-term stress accumulation in this zone.Hence in this dynamic background，the Lushan MS6.1 earthquake occurred.

Keywords：the Lushan MS6.1 earthquake；the Lushan MS7.0 earthquake；focal mechanism solution；stress tensor variance；b value；stress state