鮮水河斷裂帶斷層活動“協同化”的演化特征

劉冠中 馬 瑾

1）中國地震局地質研究所，地震動力學國家重點實驗室，北京 100029

2）中國地震局地殼應力研究所，北京 100085

1997 年11 月8 日瑪尼7.5 級地震前約1 年的時間里，鮮水河斷裂帶北西段5 個跨斷層蠕變測點的走滑方式均為左行錯動，走滑速率相差不大，活動比較規律（暫稱為“協同化”），而在其他時段，各測點的旋性和速率差異都比較明顯。通過考察鮮水河斷裂帶的走滑速率在瑪尼地震前的細微動態演化過程，結合地震活動性的變化，研究該現象的演化特征。

使用小波變換方法去除年變和其他干擾，計算各測點的日走滑速率，采用有序聚類和趨勢偏離角兩種定量的數學方法提取瑪尼地震前斷層走滑速率、地震活動性的趨勢轉折點。

根據提取出的趨勢轉折點，將斷層活動與地震活動的演化劃分成不同的階段，分別考察不同時期斷層走滑速率、斷層活動最大主應力軸方向、地震活動空間分布、地震活動蠕變曲線、地震活動b 值，以及斷層走滑速率趨勢偏離角熵值的變化特點。

利用上述方法，在1997 年瑪尼地震前提取出兩個明顯的準同步趨勢轉折時間：1995 年1 月1 日附近及1996 年5 月1 日附近（圖1 中藍線A 與綠線B，紅線O 為瑪尼地震發生日期）。巧合的是，地震活動蠕變曲線也提取出時間上非常接近的趨勢轉折點，分別為1994-12-27、1996-07-27、1997-10-18。據此，將瑪尼地震前后的時間劃分為-A（1995 年1 月1 日之前）、AB（1995 年1 月1 日至1996 年1 月1 日）、BO(1996年1 月1 日至1997 年11 月8 日)、O+(1997 年11 月8 日之后)4 個時段。對于不同時期斷層活動與地震活動的演化特征有：

-A 時段：斷裂各部位的活動較獨立，地震空間分布均勻，地震能量釋放率較低，地震活動b 值和斷層走滑熵值較大。

AB 時段：斷層不同部位的活動向著有序的方向發展，走滑速率出現準同步變化，主應力方向集中且發生偏轉，在斷裂帶易于應力積累的部位出現小震密集分布，地震能量顯示為加速釋放，b 值和熵值減小。

BO 時段：再次出現準同步趨勢轉折，斷層活動具有相對一致的演進方向，各點的主應力方向進一步集中，地震能量釋放率達到最大，b 值和熵值先降后升。

O+階段：斷層走滑速率同步減弱，主應力方向離散，地震活動密集分布消失，地震能量釋放率減小，b 值和熵值維持在較高水平。

由上述分析可見，1997 年瑪尼地震前，鮮水河斷裂帶的斷層活動與地震活動在不同時期具有明顯的演化特性，表現為：①斷層走滑速率出現準同步轉折形態，具有相對一致的演進方向，并伴有階段性的漲落。②在斷裂帶易于應力積累的部位出現小震的密集分布，區域主應力方向發生偏轉，地震能量加速釋放。③地震活動b 值與斷裂走滑速率熵值先降后升，區域應力水平及斷裂帶不同部位活動的有序度先增后減。

在巖石摩擦滑動的構造物理實驗中，也曾觀測到亞失穩階段斷層不同部位的協同化及聲發射的加速釋放過程，與本研究結果十分相似。如果將活動斷裂帶視為一個開放系統，外部驅動力的漲落將引起該開放系統內部狀態的改變。參考斷層動力學模型，并結合構造物理實驗結果，將1995 年1月1 日至1997 年11 月8 日期間定義為斷層活動“協同化”時期，并認為“協同化”現象可能與1997 年瑪尼地震或亞太地區大地震的孕育發生有關。

圖1 各測點日走滑速率及使用有序聚類、趨勢偏離角方法判別的趨勢轉折時間（正值表示左行）