巨大地震活動特征及其動力學機制探討

薛 艷

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

（作者電子信箱，薛艷：xueyan5619＠seis．ac．cn）

在天然地震研究中，巨大地震（本文指8級以上地震）占有特別重要的位置，這首先是因為巨大地震具有極大的破壞性，是地震預測的首要對象。2004年以來全球特大地震活動頻繁，地震及其次生災害造成了巨大的人員傷亡和財產損失，因此，開展全球地震活動，特別是巨大地震的預測研究已成為全球地球科學領域關注的焦點。

從科學意義上看，巨大地震的孕育、發生需要特殊的構造環境和條件，包括地質構造環境與構造條件和地球內部物理條件。因此，本文首先從地震活動性方面研究全球巨大地震，再對巨大地震的深部、淺部孕震環境中的一些重要問題進行數值模擬研究。

在地震活動性方面，本文定量計算了全球及主要構造帶地震活動的顯著周期，分析了全球巨大地震活動的空間特征，總結歸納了板內和板緣巨大地震前中強地震活動的共性及差異性特點，研究了1976年以來全球8級以上巨大地震序列演化的統計特征。

數值模擬方面，首先從區域應力應變場特征、動力學發震機制、大震間的黏彈性應力觸發、庫水載荷觸發等方面研究了2008年汶川MS8．0地震；其次，研究了板塊俯沖帶附近區域應力場特征，解釋了逆沖型淺源巨大地震震源區附近俯沖角度比較小的原因，探討了中深源地震的發生對淺源地震的影響。

地震活動性方面的研究結果為：① 全球地震活動的顯著周期為45．5年，其次為32年；環太平洋地震帶的顯著周期為45．5年；低緯度環球剪切帶為30．9年，其次為47．5年。②全球8級以上淺源地震中絕大多數為逆沖型，主要發生在俯沖型板塊邊界帶上，其震源附近Benioff帶傾角較小，俯沖板塊的運動方向與海溝夾角較大；逆沖型巨大地震發生在兩個板塊接觸部位，正斷層型巨大地震發生在洋殼的側坡上。③絕大多數板內和板緣巨大地震前出現兩類地震空區（空段）；板內巨大地震前長期階段中強以上地震形成增強活動環分布區（也稱增強區），主震位于活動環包圍的空區內，增強區內地震分布不均勻，震群活動顯著；板緣巨大地震前長期階段表現為強震的集中活躍或異常平靜；板內巨大地震前中短期階段震群頻度增多，并形成小震活動圖像；中深源地震活動增強、震源深度增大是板緣特大淺源地震前中短期階段的特有現象。④1976年以來全球8級以上地震以逆沖型破裂為主，序列類型以主－余型為主；前－主－余型地震和多震型地震均為逆沖型破裂；全球8．5級以上特大地震中29．4%具有7級前震，明顯高于中強地震中有前震的比例。

數值模擬方面的研究結果為：① 在印度板塊的強烈推擠作用和下地殼軟流層的水平拖拽下，巴顏喀拉地塊向東南的水平運動受到堅硬的四川盆地的阻擋，造成川西高原相對于四川盆地的差異性抬升，這是汶川高角度逆沖型地震發生的重要動力學成因；汶川地震受到的來自巴顏喀拉地塊邊界帶7級以上大震的應力觸發作用很小。地震孕育主要依賴于在背景應力場作用下，孕震斷層自身的能量積累，地震間的觸發作用僅僅是外因。地震強度和空間距離是影響觸發作用的主要因素。本文從應力觸發角度解釋了龍門山南段未破裂的原因；汶川地震的初始破裂點位于紫坪鋪水庫蓄水時庫侖應力的減少區和放水時的庫侖應力的增加區，但引起的庫侖應力變化量非常有限，庫水載荷對汶川地震的發生沒有明顯的觸發作用。②通過庫侖應力計算，得到當俯沖帶傾角為30°時，最容易產生逆沖型破裂；當傾角大于60°和小于10°時，發生逆沖型地震的可能性不大。③ 巖石圈分層結構的水平差異運動（或地幔和巖石圈的水平差異運動）對地形具有非常大的影響。