蘆山7.0級地震區域地震活動能量場分析

羅國富，馬小軍，馬禾青，楊明芝

（寧夏回族自治區地震局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

2013年4月20日四川蘆山發生7.0級地震，是繼2008年5月12日四川汶川8.0級大震后，龍門山斷裂帶上的又一次強震。汶川8.0級地震造成龍門山斷裂帶中北段約300km破裂，而蘆山7.0級地震造成龍門山斷裂帶南段約30km左右破裂，這兩震中之間約70km的斷裂帶仍未破裂。這些強震釋放的能量大小，可能導致龍門山斷裂上能量場本身結構的變化。因此本文在以往工作的基礎上，應用自然正交函數展開方法，試圖研究龍門山斷裂上地震能量場的變化，探討蘆山7.0級地震前后龍門山斷裂帶南段地震能量場特征，尋求可能的強震前兆信息，為強震預測提供中短臨異常依據和震例經驗。

楊明芝和趙衛明[1]提出地震能量場，采用自然正交函數展開方法研究了寧夏及鄰區中強以上地震與能量場的關系。羅國富和楊明芝[2]采用同樣方法，研究云南地震區地震活動能量場的時空特征分布特征。近年來在原方法基礎上，引入能量場空間等值線高值異常的映震特征和平均能量場分布特征，取得了一些初步結果。如楊明芝[3-4]研究汶川8.0級地震前能量場變化；羅國富[5-7]研究甘東南、滇西北至滇南強震危險區內能量場變化；馬禾青[8]研究青海玉樹7.1級地震能量場等。筆者引入地震構造，主要針對2013年4月20日四川蘆山7.0級地震開展能量場研究，取得一些新結果可對龍門山斷裂帶南段強震危險性進行重點監測和預測。

1 研究方法

本文研究區域為 101～107oE、29～33.5oN，區域中空間單元取0.5o×0.5o的格子。以經緯度劃分面積網格數n（n=k×L,其中k是按照經度劃分網格，L是按照緯度劃分網格），把n個網格數取m次測值（m按研究時間段的間隔⊿t取值）。每個地震釋放能量為e（其公式e=104.8+1.5Ms），所有地震在不同網格中釋放的地震能量之和近似于地震釋放的能量，并剔除余震和中強以上地震釋放的能量，就是該研究區域在研究時間內的能量分布矩陣，即能量場E0，該矩陣反映了研究區域地震活動能量場分布結構。

本文使用的計算方法見羅國富[5]，研究2008年汶川8.0級地震前地震活動能量場中短期異常對具體計算作了詳細的說明。通過這種計算方法解決研究區域內主要能量場的時空異常提取問題，預期達到不同的時空異常和區域內強震之間的內在關系，以其分析等值線高值異常變化特征。

2 能量場時間因子變化

選擇研究區域（101o～107oE、29o～33.5oN）的原則是，區域范圍應當包括龍門山斷裂帶和其它主要活動斷裂，并能反映其相關斷裂的地震活動區域。地震資料使用中國地震臺網中心提供的弱震目錄，時段取2009年1月至2013年4月。對此期間地震資料進行b值檢驗，該區ML≥2.8地震記錄完整，因此震級下限取ML2.8；考慮到強震發生率很小，其能量對背景場的影響很大，且這些地震已經不屬于區域正常活動狀態，故震級上限取ML5.4級（換算成M震級為5.0級），并用K-K法刪除5.0級以上地震的余震。具體計算步驟為，區域按0.5o×0.5o的網格劃分，時間間隔取Δt=1/3年，計算出n個網格（n=108）的m個時間段（m=13）觀測到的地震能量、能量距平場和平均值（背景場）的值。當t=2時，前2個典型能量場已超過全部能量場的95%如表1。

表1 2013年4月20日蘆山7.0級地震能量場特征值及擬合精度

表1給出展開的前2個特征向量的特征值，展開精度γ2為95.03%，其中第一個典型場的特征值為λ1=2.4355×1011，占總場的88.43%是場的主要部分，可見取前2個典型場就足以相當精確地描述能量場的特征。圖1是這2個典型場時間因子變化曲線，從圖中可以看出，第一個典型能量場時間因子T1長期維持在基值-99.7焦耳附近變化，2012年5～8月出現大幅度上升變化，顯示出明顯的短期異常特征。第二個典型場時間因子T2也長期維持在基值-30.9焦耳附近變化，2011年9～12月也出現大幅度上升變化，也明顯表現出中短期異常特征，這兩次中短期能量場時間因子上升異常，可能是蘆山7.0級地震前的中短期異常指標。

縱觀圖1曲線相對基值呈現較大幅度上升，表明在蘆山7.0級地震前，區域能量場前2個主要典型場時間因子發生顯著的異常變化，其特點表現為，震前2年的時間段內區域能量場的地震總能量有時大于歷年同期平均能量值，地震能量釋放多，弱震活動相對密集或者有顯著中等地震發生。

圖1 2013年4月20日四川蘆山7.0級地震前2個典型能量場時間因子變化曲線Fig.1 The time “weight” coefficient curve the two front of twos main energy fields in the MS 7.0,Lushan earthquake, April 20,2013.

3 能量場空間變化

圖2為2013年4月22日四川蘆山7.0級地震前研究區域中前2個典型地震能量釋放的空間等值線分布。分析等值線的較大變化值，可判斷研究區域強震的危險區域。筆者將曲線等值線的值（或者絕對值）大于0.05×105焦耳的區域定義為危險區，其周圍可能是強震的發生區域。圖2為2009年1月至2013年4月研究區前2個典型能量場等值線區域的空間危險區相對集中，但不能明確那個危險區在那段時期可以對應強震，這說明該方法在預測中強地震區域還存在一定的局限性。

圖2（左）中，龍門山斷裂南段的（30.2oN，102.9oE）周圍區域為一個危險區，也是2009年以來相對一個能量高釋放區，最大能量釋放達0.1×105焦耳，2013年4月20日四川蘆山7.0級地震發生在這一高能量釋放邊緣。另外華容山斷裂中段的（29.2oN，105.3oE）周圍區為另一個危險區，也是另一個能量高釋放區，2010年1月31日四川遂寧與重慶潼南交界5.0級地震發生在該高能量釋放邊緣。圖2（右）中，龍門山斷裂南段與鮮水河斷裂交匯區為強震危險區域，可能與2013年蘆山7.0級地震有關。總之，前2個主要能量場的等值線危險區分別有一些地震活動中短期時空異常變化，顯示出弱震活動與中強地震活動相關的變化特征。

圖2 前2個主要能量場的等值線圖（單位：×105J）Fig.2 The isogram’s charts in the first two main energy fields (unit: ×105J )

圖3 研究區能量場均值等值線圖（單位：×105J）Fig.3 Contour figure of the energy background field (unit: ×105J )

4 結論和討論

由于青藏高原向東推擠和四川盆地的阻擋，龍門山斷裂帶經歷了長期緩慢形變，是應力、應變的積累區，即孕震的閉鎖單元。龍門山斷裂帶活動與地震的分布有密切的關系，閉鎖區周圍應力高度集中，使的沿構造斷裂帶周圍地震能量釋放可能包含有強震的信息。圖3是研究區域不同時段內能量場平均等值線分布圖，分析不同時間能量場均值空間變化，可以進一步判斷高能量釋放危險區的危險程度，以及強震（或者大震）前后能量場的顯著變化特征。

圖3a是2008年汶川8.0級地震前研究區域地震能量場分布；圖3b是汶川8.0級地震后至2013年蘆山7.0級地震前研究區域內地震能量場分布。比較兩者可以看出，汶川8.0級地震前，地震能量在龍門山斷裂帶南段局部、鮮水河斷裂和岷江斷裂帶附近形成局部高能量釋放區，整體上龍門山斷裂帶上地震能量釋放水平較低，表現出汶川8.0級地震前龍門山斷裂帶周圍地震活動相對平靜的狀態。但汶川8.0級地震后，局部高能量釋放區發生顯著變化，如龍門山斷裂帶的南段以及與鮮水河斷裂交匯區周圍形成大面積高能量釋放區，2013年4月20日蘆山7.0級地震就發生在高能量釋放區周邊。另外在蘆山7.0級與汶川8.0級地震震中的兩端，目前形成顯著的高能量釋放區（圖3b），也是這兩次地震后斷裂帶未破裂區，可能是近年需要密切關注的強震發生地區。自2000年1月至2013年4月，龍門山斷裂帶的南段與鮮水河斷裂帶交匯區域是地震高能量釋放區，也是近年來另外一個密切關注強震的區域（圖3c）。比較圖3a、b、c發現，華容山斷裂中段在汶川地震前和蘆山地震前地震能量都偏高，2010年1月31日四川遂寧與重慶潼南交界5.0級地震就發生在該高能量釋放邊緣，考慮到該地震震級偏小，釋放能量不足，因此該危險區周圍未來或稍長時間內仍存在發生中強地震背景。

總之通過研究2013年蘆山7.0級地震前震中區域的地震活動能量場時空特征，得出如下結論：

（1）對2013年蘆山7.0級地震震中區域地震活動能量場的初步研究發現，蘆山7.0級地震前2年內，即2011年9～12月和2012年5～8月，前2個主要典型能量場時間因子分別呈現較大幅度的突升變化，表現出突出的能量場中短期異常，這些異常變化可能是2013年蘆山7.0級地震前的中短期時間異常特征。

（2）分析2013年蘆山7.0級地震震中區域主要能量場的的空間等值線分布，得出過去4年4個月龍門山斷裂帶南部形成一個地震能量高值異常危險區（絕對值大于0.05×105焦耳）周緣，2013年四川蘆山7.0級地震就發生在該高能量釋放區域。另外華容山斷裂周圍區形成一個相對能量高釋放危險區，2010年四川遂寧與重慶潼南交界5.0級地震發生在該高能量釋放邊緣。目前龍門山斷裂南段與鮮水河斷裂交匯區仍為地震能量高釋放區，也是未來可能強震危險區域。

（3）分析研究區域不同時段均值能量場空間等值線分布特征，結果發現2008年汶川8.0級地震前，鮮水河斷裂和岷江斷裂帶附近形成局部高能量釋放區，而整體上龍門山斷裂帶上地震能量釋放水平較低，表現出汶川8.0級地震前龍門山斷裂帶周圍地震活動相對平靜狀態。但汶川8.0級地震后，短時間內龍門山斷裂帶的南段以及與鮮水河斷裂交匯區周圍形成大面積高能量釋放區，2013年蘆山7.0級地震就發生在高能量釋放區周邊。考慮到高能量釋放區域范圍大，汶川和蘆山地震震中有斷裂未破裂區，且蘆山7.0級地震有可能能量釋放不足，因此未來該區域可能會再次發生強震。另外汶川地震前后華容山斷裂中段都形成高能量釋放區域，在該高能量邊緣僅僅發生2010年四川遂寧與重慶潼南交界5.0級地震，比較蘆山7.0級地震前高能量釋放區，分析認為華容山斷裂中段高能量釋放區附近，地震能量釋放不足，未來該高能量區域附近仍存在可能發生中強地震。

[1]楊明芝,趙衛明.寧夏及鄰近地區地震活動能量場的統計分析[J].地震學報, 2004, 26(5): 516-522.

[2]羅國富,楊明芝.云南地區地震活動能量場的時空分布特征[J].中國地震, 2005, 21(3):332-340.

[3]楊明芝,馬禾青.汶川8.0級地震前龍門山斷裂帶能量場變化[J].中國地震, 2011, 27(3): 260-267.

[4]楊明芝,馬禾青.汶川8.0級地震區域地震能量場分析[J].地球物理學進展, 2012, 27(3): 872-877.

[5]羅國富,楊明芝，等.汶川8.0級地震前地震活動能量場中短期異常[J].地震, 2011, 31(3):135-142.

[6]羅國富,屠泓為，等.滇西北至滇西南強震危險區地震活動能量場分析[J].地震研究, 2011, 34(4):435-441.

[7]羅國富,馬禾青，等.甘東南至陜甘寧中強震危險區地震活動能量場時空特征[J].西北地震學報，2012, 34(2):132-137.

[8]馬禾青,楊明芝.2010年青海玉樹7.1級地震能量場研究[J].地震研究, 2012, 35(4): 485-490.