2014年康定MS6.3級地震前后的重力變化特征

鄭 兵，楊 洋，馬伶俐，易天陽，李菲菲，廖明輝，溫軍軍，王偉力，高麗君

(四川省地震局測繪工程院，四川 雅安 625000)

圖1 四川測區(qū)流動重力測網(wǎng)圖

2014年11月22日16時55分發(fā)生了康定MS6.3級地震(震中位置：101.7°E，30.3°N)，該地震發(fā)生在折多山西側(cè)、鮮水河斷裂帶中南段，結(jié)束了該斷裂近30年來沒有較大地震發(fā)生的歷史(易桂喜等，2015；李大虎等，2015)。該地震為走滑型地震，震源深度約18 km，震中位于四川流動重力測網(wǎng)監(jiān)測范圍(如圖1)內(nèi)。由于地震在孕育過程中震區(qū)地殼內(nèi)部物質(zhì)遷移而使密度變化，這種密度變化使地表重力值發(fā)生變化(祝意青等，2001，2003，2005；陳運泰等，1980)，而這些變化能夠被流動重力所監(jiān)測到，根據(jù)這些變化所繪制的重力場變化圖是研究地震的孕育、發(fā)生以及進行預(yù)報的主要依據(jù)(賈民育等，1995；李瑞浩等，1997；李輝等，2009；祝意青等，2009)。康定MS6.3級地震發(fā)生在四川流動重力2014年第二期完成后一個多月，重力資料能夠反映出其孕育過程中的重力變化，研究孕震過程中的重力變化對地震的預(yù)測預(yù)報和震例的總結(jié)有一定的現(xiàn)實意義和參考價值。

1 四川測區(qū)概況及重力資料的處理

四川測區(qū)在2010年下半年進行了流動重力網(wǎng)的改造，將原來支線眾多、獨立的、難以滿足6級以上強震監(jiān)測預(yù)報需要(祝意青等，2001，2003，2005；陳運泰等，1980)的成都、甘孜和西昌測網(wǎng)改造成完整覆蓋川西龍門山斷裂、鮮水河斷裂、安寧河—則木河斷裂三大主要斷裂的區(qū)域性大網(wǎng)，具有較高的監(jiān)測能力(鄭兵等，2014；胡敏章等，2015)，在2014年4月20日蘆山MS7.0級地震的孕震過程中就反映出了較為明顯的重力變化特征(祝意青等，2013，2015；郝洪濤等，2015)，可以說，四川測網(wǎng)現(xiàn)在具有覆蓋面積大、網(wǎng)型較好、監(jiān)測能力較強的特點。在康定MS6.3級地震的孕震過程中也反映出了重力變化特征，本文將通過分析重力變化圖像展示出這些特征。本文使用2010年四川測網(wǎng)改造以后的流動重力網(wǎng)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)做如下處理:(1)采用“LGADJ”程序進行擬穩(wěn)平差，以獲得統(tǒng)一起算基準(zhǔn)下的重力變化；(2)選用點位穩(wěn)定、受周圍環(huán)境和外界影響較小、盡可能處于相對穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造單元中(祝意青等，1999)的且分布較為合理的22個點位作為擬穩(wěn)點(如圖1)；(3)將得出的數(shù)據(jù)用Kringing網(wǎng)格化方法對重力觀測數(shù)據(jù)進行擬合推估，做出重力變化等值線圖用于分析重力變化特征。

2 康定MS6.3級地震前后的重力變化特征分析

利用擬合推估后的數(shù)據(jù)作出重力累積變化等值線圖、一年尺度變化等值線圖和半年尺度變化等值線圖，進而分析康定MS6.3級地震孕震過程中的重力變化特征。

2.1 重力累積變化等值線圖反映出的特征

圖2 四川測區(qū)重力累積變化等值線圖(2012.08-2015.03)(單位：10-8m·s-2)

以2010年下半年為基礎(chǔ)，作出2012年下半年到2015年上半年的累積重力變化等值線圖(如圖2)，從圖上可以看出：(1)在2013年蘆山MS7.0級地震以前，在四川測區(qū)馬爾康—康定—石棉—西昌形成了正值變化的重力變化高梯度帶，這個重力變化高梯度帶基本上持續(xù)到2015年上半年，四川測區(qū)重力正值變化異常區(qū)域主要集中在這個高梯度帶及其東北側(cè)的三岔口(三岔口指的是北西向的鮮水河斷裂帶、北東向的龍門山斷裂帶和南北向的安寧河斷裂帶復(fù)合交會的部位)和龍門山斷裂中段部分區(qū)域。(2)2013年蘆山MS7.0級地震以后到2015年上半年，重力正值變化區(qū)域基本上維持在爐霍—康定—石棉—西昌一線東北區(qū)域，在此期間重力正負值變化的主要區(qū)域的面積和形狀還是大同小異。(3)三岔口地區(qū)始終是重力正值變化高危區(qū)域，以雅安為中心出現(xiàn)重力正值變化高梯度帶，重力變化等值線畸變、彎曲多出現(xiàn)在其附近區(qū)域。(4)在2014年上半年(如圖2d)，即康定MS6.3級地震發(fā)震前的半年，爐霍—康定—石棉—西昌重力正值變化高梯度帶向東北小金方向收縮，在小金及其附近形成小塊數(shù)值較小的負值變化區(qū)域；在爐霍—馬爾康—小金—康定形成四象限區(qū)域；0值線在康定—小金—丹巴—爐霍出現(xiàn)轉(zhuǎn)折、畸變。(5)在康定MS6.3級地震發(fā)震的前一個月(如圖2e)，重力正值變化高梯度帶回調(diào)，主要集中在丹巴—康定—石棉，三岔口地區(qū)重力正值變化異常區(qū)高度集中；0值線在康定附近出現(xiàn)轉(zhuǎn)折、畸變，康定MS6.3級地震發(fā)生在0值線轉(zhuǎn)折處附近的重力負值變化梯度帶，震中區(qū)重力變化數(shù)值回調(diào)增大。(6)在康定MS6.3級地震后約半年(如圖2f)，震中區(qū)重力變化數(shù)值已經(jīng)回調(diào)為正值變化區(qū)域，測區(qū)重力正值變化異常區(qū)域面積減小，數(shù)值減小，等值線密度降低。

圖3 四川測區(qū)一年尺度變化等值線圖(2010.08-2014.08)(單位：10-8m·s-2)

2.2 重力1年尺度變化等值線圖反映出的特征

為了能夠有更豐富的數(shù)據(jù)資料來研究重力1年尺度變化的特征，本文選取了從2010年下半年到2014年下半年的數(shù)據(jù)作出重力等值線變化圖(如圖3)，圖3反映出了如下特征：(1)測區(qū)重力正負值變化區(qū)域基本上是以雅江—康定—石棉一線為分界線或該分界線附近區(qū)域，呈現(xiàn)出正-負-正交替變化特征，只有在2013年蘆山MS7.0級地震前(如圖3b)，測區(qū)負值變化區(qū)域較大，分界線推移至九龍—石棉—西昌一線。(2)在測區(qū)重力正負值變化區(qū)域的交替變化過程中，三岔口地區(qū)有部分或者大部分區(qū)域保持重力正值變化，在2013年蘆山MS7.0級地震前(如圖3b)重力正值變化區(qū)域三岔口正值變化區(qū)域僅有石棉地區(qū)。(3)在康定MS6.3級地震前(如圖3d)，在雅安—康定—石棉形成了一小塊負值變化區(qū)域，該區(qū)域被重力正值變化區(qū)包圍，重力正值變化區(qū)在雅安—小金、雅安—石棉—九龍形成重力正值變化異常區(qū)，0值線在上述正負變化區(qū)域出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折、畸變，并在上述區(qū)域形成四象限區(qū)域。(4)康定MS6.3級地震發(fā)生在兩條畸變的0值線轉(zhuǎn)折處附近，該處重力正值變化值較小。(4)2010年3月至2014年8月，震中區(qū)重力變化數(shù)值呈“減小-加速減小-回調(diào)增加”，康定地震發(fā)生在數(shù)值的回調(diào)過程中。

2.3 重力半年尺度變化等值線圖反映出的特征

選取2013年上半年至2015年上半年兩年的數(shù)據(jù)，分析康定MS6.3級地震前后的半年尺度重力變化特征(如圖4)。圖4反映出了如下重力變化特征：(1)圖4a以雅江—康定—石棉—雅安一線為界，北部是重力正值變化區(qū)，沒有大面積的重力變化高梯度帶，以南除德昌—攀枝花是正值變化外，其它區(qū)域基本上都是負值變化區(qū)域。(2)圖4b的重力變化情況則與圖4a大致相反，在九龍—石棉—雅安一線以北是負值變化，以南則是正值變化區(qū)域，也沒有大面積的重力變化高梯度帶。(3)圖4c是康定MS6.3級地震前的變化圖，在九龍—石棉—康定—雅安—成都—綿陽—廣元及其以北區(qū)域出現(xiàn)大面積的重力正值變化高梯度帶，在三岔口地區(qū)高梯度帶更為集中；在石棉—金口河—康定—雅安重力變化0值線出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折、畸變，康定地震就發(fā)生在0值線拐彎處附近；震中附近等值線形成類似四象限區(qū)域圖形。(4)圖4d是康定地震后的圖像，在九龍—冕寧—石棉—康定—爐霍形成重力正值變化高梯度帶，與圖4c相比較，高梯度帶的面積和數(shù)值均減小；震中區(qū)域重力正值變化數(shù)值回調(diào)增加；0值線在冕寧、西昌、茂縣、都江堰等多處出現(xiàn)明顯的畸變、轉(zhuǎn)折；三岔口地區(qū)是重力正值變化高梯度帶區(qū)域。(5)康定地震震中重力變化值呈“減小-加速減小-回調(diào)增加-加速增加”，地震發(fā)生在回調(diào)增加的時候。

圖4 四川測區(qū)半年尺度變化等值線圖(2013.03-2015.03)(單位：10-8n·s-2)

3 討論和結(jié)論

重力變化與構(gòu)造應(yīng)力之間有著密切的聯(lián)系(向文等，1999)，四川測區(qū)的地殼活動頻繁，處于不斷的調(diào)整過程中，雖然在較短的時間內(nèi)擠壓和伸張交替進行，但是在從較長時間來看，主要是由于龍門山斷裂帶地殼受到擠壓、同時鮮水河斷裂南段—安寧河—則木河斷裂附近地殼也受到擠壓，使地下物質(zhì)向三者交匯的三岔口地區(qū)運動，從而使該處地下物質(zhì)密度增加，形成的重力上升變化特征最為顯著(祝意青等，2015)，這個變化特征持續(xù)多年，即使在2013年蘆山MS7.0級地震以后三岔口地區(qū)的重力變化仍然保持了較高的異常和高梯度帶。在康定地震前后，其重力變化雖然與唐山地震、于田地震、蘆山地震等較大震級的地震重力變化特征具有一定的相似性(陳運泰等，1980；李瑞浩等，1997；祝意青等，2013，2008，2015； 賈民育等，2000；盧造勛等，1978；朱岳清等，1985；申重陽等，2009，2010)，但是又有其自身特點，那就是在康定地震前后三岔口地區(qū)的累積重力變化等值線重力正值異常區(qū)變化并不是特別明顯，變化幅度不如上述地震大。雖然這與地震的震級大小有關(guān)，但這可能也與發(fā)震斷裂位于色拉哈強震破裂空段這個低速區(qū)，地震破裂尺度小(易桂喜等，2015；李大虎等，2015)有關(guān)，應(yīng)力僅釋放了部分，在地震序列上則表現(xiàn)為除了在11月25日發(fā)生的MS5.8級地震(震中位置：101.7°E，30.2°N)外，MS3.0級以上的余震都沒有，這說明該區(qū)域的斷裂活動情況仍然值得關(guān)注。綜上所述，康定MS6.3級地震前后重力變化具有如下特征：(1)三岔口地區(qū)長期保持區(qū)域性重力正值變化異常及重力變化高梯度帶。(2)在康定MS6.3級地震前后三岔口地區(qū)的區(qū)域性重力正值變化異常及重力變化高梯度帶變化并不是特別顯著。(3)在康定MS6.3級地震前震區(qū)重力變化等值線出現(xiàn)四象限區(qū)域或者類似于四象限區(qū)域的分布特征。(4)康定MS6.3級地震發(fā)震位置處于0值線附近且0值線在此處發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)折、畸變。(5)康定MS6.3級地震發(fā)生在重力減小后回調(diào)增加的過程中，震后重力繼續(xù)回調(diào)增加。