2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震序列的時空演化

王凱英 金明培 黃 雅 黨文杰李文濤 卓燕群 何昌榮

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)云南省地震局，昆明 650011

0 引言

漾濞6.4級地震破裂區的E側出露晚第四紀活動的維西-喬后斷裂，斷層傾向NW，活動性質兼具右旋走滑與正斷，該斷裂晚更新世晚期以來的右旋水平滑動速率為1.8～2.4mm/a，垂直滑動速率為0.30～0.35mm/a(常祖峰等，2016)。 本次地震序列主要沿NW向展布，整體破裂長約27km，長軸的走向近平行于E側NW走向的維西-喬后斷裂，二者相距約10km，主震震中與該斷裂的距離為8～10km。 中國地震局地球物理研究所(2)http: ∥www.cea-igp.ac.cn/kydt/278248.html。、 USGS(3)https: ∥earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000e532/executive。等通過網站公布的主震震源機制顯示，該地震為SN向擠壓、 節面傾角近直立的走滑錯動，結合地震序列沿NW-SE向呈條帶狀分布的特點，判斷破裂面為NW走向的高傾角斷層。 根據節面直立特征、 主震震中與維西-喬后斷裂的距離初步分析，本次漾濞地震的主震空間位置和維西-喬后斷裂帶不對應，應和破裂區平行伴生的高傾角隱伏斷層(龍鋒等，2021； 王志偉等，2021)活動相關。

1 數據與分析

1.1 短周期測震臺網獲得的地震序列時空分布

圖1 漾濞地震序列的震中分布Fig. 1 Distribution of Yangbi earthquake sequence.橢圓為本文選取的NW向密集條帶地震事件的范圍，左下為臺站分布圖(三角形為短周期臺站，五角星為區域臺站)。 地震活動階段劃分如圖2所示，活動斷層數據來自云南省地震局

圖2 漾濞地震序列的震級與累積頻次的時間過程Fig. 2 Time process of magnitude and cumulative frequency of Yangbi earthquake sequence.0時為主震發生的時刻，P1～3分別對應圖1中的3個階段

為了解不同時段的地震事件在主震破裂帶位置的遷移特點，本文主要針對事件密集分布的NW向地震條帶展開分析，事件選取范圍如圖 1 所示。 本次漾濞地震序列在時間上呈明顯的3階段分布(圖 2)： 5月21日21時6.4級主震前約3d內出現2次時空相對獨立的前震叢集(圖 1)，其中第1階段的地震叢集主體區域位于主震SE向約6km處，最大震級約為4.8級(MS4.4)，震源深度約8km； 第2階段的前震空間分布在第1階段的基礎上向NW遷移，破裂邊緣緊鄰主震，最大震級及最大深度與前一階段相似； 而在第3階段中，在主震發生前較短時間內(約1h)爆發了約60個前震(圖 2)，最大震級達5.9級(MS5.6)，時空分布顯示第3階段前震從破裂區中心開始向兩端快速對稱擴展(圖 3)。 與前2個階段的前震叢集特點不同，這些前震呈彌散狀分布。 隨后主震發生在破裂區北西端(龍鋒等，2021)，余震向SE遷移，并伴隨多次4.5級以上強余震，表現出單側傳播的破裂特征(圖 3)。

圖3 漾濞地震序列的時空演化過程Fig. 3 Temporal and spatial evolution of the Yangbi earthquake sequence.P1～3分別對應圖 1中的3個階段(圖b為圖a藍色虛線框范圍的放大圖，顯示主震前后1h的時空分布)

1.2 震前破裂擴展過程

震前成核過程是地震研究的熱點問題，級聯模型、 預滑模型(Ellsworthetal.，1995； Berozaetal.，1996)及在此基礎上提出的合成模型(Nodaetal.，2013)被廣泛應用于相關的實驗、 數值模擬及地震研究。 地震起始及擴展階段的實驗研究(McLaskeyetal.，2014； Keetal.，2018； McLaskey，2019)觀察到斷層上的脆性凹凸體破裂會引起局部斷層滑動的加速及動態破裂的快速擴展，是級聯模型的典型特征； 而預滑模型則假設各自獨立的小預滑區經歷擴展、 連接并突破一定的成核尺度后形成動態失穩。 由于斷層物質與結構及所施加應力的非均勻程度不同，強震前是否有前震發生及前震的時空分布特征也呈現出復雜的多樣性(茂木清夫，1994)。 同時，內陸地震的震前過程尤其復雜，如1975年海城7.3級地震前20多天震源區附近就開始出現豐富的地震活動(章光月等，1983)，而2008年汶川M8.0地震前卻幾乎沒有觀測到前震的發生(Xiangetal.，2017)。 Ellsworth等(2018)觀測到1999年伊茲米特MW7.6地震的前震形成了一系列連續的破裂，系統地從西向東發展到位于前震東部邊緣的主震震源處，認為伊茲米特前震和主震序列局部斷層破裂對鄰近斷層段加載導致的級聯觸發過程。

從漾濞地震前豐富的中小地震的時空演化情況可以看出主震前該區經歷了復雜的破裂擴展與預滑過程(圖 3)： 2次前震叢集空間密集、 時間間隔短，第2次叢集的區域在前一次叢集的基礎上向NW擴展，推測可能與局部凹凸體的破裂、 未來主斷層不同應變釋放區域的遷移及應力相互作用相關，符合級聯模型和傳染型余震活動(Ogata，1999)的基本特征； 而緊臨主震約1h內發生的前震分散于破裂帶附近的較大范圍，事件之間彼此獨立，與預滑模型的描述相似，即離散分布的前震有利于斷層的應力均勻化并降低斷層的強度，促使主震發生。

Kato等(2012，2014)對2011年日本MW9.0地震前約24d及智利MW8.1地震前約17d時段內發生的前震的時空遷移分布開展了研究，發現2次強震前分別存在2～5km/d與2～10km/d的擴展過程，展現了震前預滑區在準靜態滑動驅動下的小地震活動特征。 然而對于大陸地震而言，由于加載速率緩慢，前震較少(如汶川地震)(Lietal.，2011)，很難看到這種小地震慢速擴張的情況(4)https: ∥doi.org/10.6084/m9.figshare.c.5337635.v1。。 根據本次漾濞地震近3d的前震時空分布(圖 3)可估算階段1和階段2的2次局部前震叢集過程存在約5km/d的小地震遷移，清晰地顯示了震前破裂擴展與遷移的現象； 臨震前較大范圍的擴展速度約達96km/d，可能與斷層進入準動態破裂階段相關。

1.3 震區b值的時間過程

圖4 漾濞地區2018年4月11日—2021年5月23日期間的b值變化Fig. 4 Variance of b value in Yangbi area from April 11，2018 to May 23，2021.

2 結論

漾濞6.4級地震序列的前震活動顯示了破裂擴展與加速過程。 震前約3d內主震震中附近的2次前震叢集時間間隔短、 分布區域相鄰，可用地震成核級聯模型的局部凹凸體破裂及相互作用來解釋； 臨近主震前1h的短臨階段小地震時空遷移顯示出從破裂區中部向兩端擴展的震前加速階段，地震事件彌散分布于破裂面附近的較大范圍內，這一階段的前震演化更加符合預滑模型，預滑過程將伴隨著斷層強度降低，導致發生后續主震。 余震時空分布顯示了本次地震的單向傳播特征。 漾濞地區的b值時間過程顯示該區近3a時段內的b值平穩，在2021年5月21日漾濞地震發生前b值持續異常下降，反映了震前局部區域存在明顯的應力增加過程。

3 討論

地震短臨前兆和必震信息識別是地震預報研究的焦點問題之一。 在實驗成果的基礎上，馬瑾等(2012，2014)以巖石實驗的載荷應力達峰值后下降及相關物理場的相應變化為特征，提出了地震亞失穩階段的理論，認為斷層活動協同化程度是判定斷層所處應力狀態的標志。 當斷層活動由亞失穩前期應力釋放點的擴展和增多轉為亞失穩后期釋放段之間相互連接，即準動態失穩階段時，斷層上的應力釋放將出現加速，加速的機制是斷層段間出現強相互作用。 在不能直接了解宏觀應力狀態的前提下，“亞失穩”試驗區建立的初衷是試圖在實際斷層的孕震過程中，通過斷層的形變信息、 小地震活動信息等捕捉符合實驗現象所描述的亞失穩階段特征信號。 然而，如前文所述，實際斷層物質與結構等多種因素的復雜性導致強震前是否有前震發生及前震的時空分布特征呈現出復雜的多樣性，且亞失穩階段對應實際孕震過程中的時間占比并不清楚，與加載速率相關的斷層預滑速率在滑動速率小的內陸斷層是否可監測也未可知，因此普適性的亞失穩現象在天然地震中很難觀測到。 可明確的一點是，在這個階段斷層理論上會產生預滑區的持續擴展(5)https: ∥doi.org/10.6084/m9.figshare.c.5337635.v1。，且較小規模的斷層在臨失穩前會進入到慢速的破裂擴展，這一情況在本次地震的前震過程中具有非常明顯的體現，形成如前文所述的小地震快速遷移現象。 從目前對成核過程亞失穩階段的認識可知，發震斷層在這一階段處于整體應力釋放狀態，而非應力持續升高狀態。 因此，上述震前b值的降低顯示地震活動開始在局部斷層上活躍，表明地震斷層已經活化并進入到成核過程的最后階段。 這種中強地震(對應于規模較小的孕震斷層)在震前由小地震活動顯示的準動態擴展現象可以作為一類地震前兆來識別。

致謝云南省地震局馬紅虎、 程旭東、 龍志強等多位同志參與了在地形復雜、 環境艱苦的滇西北山區建設亞失穩短周期測震臺網的野外工作； 李雷、 田建慧、 黎朕靈、 張天繼等參與了大量前期數據處理工作； 數據分析使用了雷興林研究員提供的GeoTaos軟件； 作者與中國地震局地質研究所構造物理研究室的同事們進行了有益的討論； 審稿專家提出了合理意見。 在此一并表示感謝!