2022年四川瀘定MS6．8地震前后庫侖應力變化分析

冉喜陽，朱 航，龍 鋒，李雷豪，王 迪

（1．四川省地震局，四川成都 610041；2．四川省地質調查研究院，四川成都 610031）

據中國地震臺網正式測定，2022年9月5日12時52分，四川省甘孜藏族自治州瀘定縣發生MS6．8地震，震源深度16 km，震中位置（29．59°N，102．08°E）。截至2022年10月9日8時共記錄到MS≥3．0余震17次，其中MS4．0～4．9地震2次，MS3．0～3．9地震15次，最大余震為9月7日2時42分發生在雅安石棉縣的MS4．5地震。中國地震局四川瀘定MS6．8地震科學考察隊給出的這次MS6．8地震的震中位置位于鮮水河斷裂帶，破裂總長度達40 km，破裂方向與鮮水河斷裂方向基本一致，最大滑動量達1．84 m，根據震源機制解和斷層分布推測發震斷層面走向、傾角和滑動角分別為343°、79°和9°，地震破裂以走滑運動為主，帶部分逆沖分量（中國地震局科技與國際合作司，2022）。

1973年以來，四川地區一共發生14次MS≥6．5地震，其中在巴顏喀拉塊體南邊界、東邊界上的有10次，包括1973年2月6日爐霍MS7．6地震，1973年8月11日松潘MS6．5地震，1976年8月16、22和23日松潘MS7．2、MS6．7和MS7．2地震，1981年1月24日道孚MS6．9地震，2008年5月12日汶川MS8．0地震，2013年4月20日蘆山MS7．0地震，2017年8月8日九寨溝MS7．0地震，2022年9月5日瀘定MS6．8地震。上述10次地震共同構成了1973—2022年巴顏喀拉塊體南、東邊界強震序列。

巴顏喀拉塊體南、東邊界的地震趨勢變化一直備受關注。國內外學者對大地震引起的靜態庫侖應力變化對周邊斷層的強震起到觸發或減震作用已有許多研究（Kinget al，1994；Steinet al，1997；沈正康等，2003；Papadimitriouet al，2004；Todaet al，2005；吳小平等，2007；朱航等，2009；聞學澤等，2011；解朝娣等，2014；屈勇等，2017；朱航等，2017；劉博研等，2022）。解朝娣等（2014）研究了2008年汶川MS8．0地震與2013年蘆山MS7．0地震之間的觸發關系，其結果顯示蘆山地震的震源斷層位于汶川地震的庫侖應力增加區，且變化峰值超過0．1 MPa，依此認為汶川地震與蘆山地震之間存在觸發關系，蘆山地震的震源斷層在應力積累逐漸接近臨界狀態的某一特定時期內，受到了汶川地震的應力觸發作用，進而蘆山地震提前破裂。屈勇等（2017）分析了1973—2014年巴顏喀拉塊體東—南邊界斷裂帶上9次顯著地震引起的庫侖應力變化，認為鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶和龍門山斷裂帶交匯的三岔口區域位于應力增加區，需要重點關注其發生強震的可能。朱航等（2017）研究了1973—2013年巴顏喀拉塊體東邊界6次MS≥6．5地震引起的靜態庫侖應力變化圖像，認為先發生的6次地震對2017年九寨溝MS7．0地震具有觸發作用，指出九寨溝MS7．0地震及先前的6次強震使東昆侖斷裂帶東段及龍日壩斷裂帶的庫侖應力水平升高，具有觸發作用，對庫侖應力減少區域的岷江斷裂帶具有減震效應。本文研究1973年以來巴顏喀拉塊體南、東邊界MS≥6．5地震引起的瀘定MS6．8地震發震斷層的庫侖應力變化，以及瀘定地震發生后對周圍斷層疊加的庫侖應力變化影響，為大震后震情趨勢發展的快速判斷提供參考。

1 研究方法

當斷層積累應力大小超過斷層面的滑動阻抗強度時，斷層面將會滑動和破裂。通常認為超過0．01 MPa的微小庫侖應力變化就會影響斷層的應力分布狀態，從而增加或縮短斷層發生潛在破裂所需的時間（Kinget al，1994）。研究斷層趨于破裂的過程可以使用庫侖應力變化Δσf進行數值描述：

式中，Δτs為斷層面的剪切應力變化（沿滑動方向為正），Δσn為正應力變化（張應力為正），μ'為斷層面的摩擦系數。

當地震發生后，發震斷層的應力將在一定程度得以釋放，同時，地震時的同震位錯會引起附近區域的斷層靜態應力變化，即應力轉移。當引起的相鄰斷層段上的庫侖應力變化為正值時，該斷層段重新發生粘滑的可能性增大，可能會很快發生另一次地震，這種情況即地震的應力觸發作用；當引起的相鄰斷層段上的庫侖應力變化為負值時，該斷層段重新發生粘滑的可能性降低。一般稱庫侖應力變化的正值區域為應力觸發區，負值區域為應力影區（Kinget al，1994）。引起應力變化的地震被稱為“源地震”，破裂面被稱為“源斷層”，區域中的其它先存斷層稱為“接收斷層”。根據Okada（1992）提出的均勻各向同性彈性半空間模型，可由源斷層的同震位錯計算接收斷層的庫侖應力變化量。

本文采用King等（1994）推導的庫侖應力變化公式以及發展的相關算法，并使用Toda等（2011）開發的Coulomb3．3軟件分別計算1973—2022年間巴顏喀拉南、東邊界強震序列引起的靜態庫侖應力變化，分析可能存在的觸發作用，并進一步研究該強震序列對周邊地區中、強地震活動的影響。用Coulomb3．3軟件計算接收斷層上的靜態庫侖應力變化量需要用到源斷層產狀、同震位錯、震級、震源深度等參數，以及接收斷層的幾何特征及斷層摩擦系數（Kinget al，1994）。

2 發震構造與位錯模型

印度洋板塊與歐亞板塊碰撞后繼續向北推進形成了青藏高原，同時青藏高原的若干構造塊體分別沿大型走滑斷裂帶向東和南東方向滑移（聞學澤等，2011）。位于青藏高原中北部的巴顏喀拉塊體是這些活動塊體之一。巴顏喀拉塊體北邊界主要由東昆侖斷裂帶構成，南邊界的南東段主要由鮮水河、甘孜—玉樹斷裂帶構成，東邊界主要由龍門山斷裂帶、虎牙斷裂帶和樹正斷裂構成（圖1）。震源機制解反映巴顏喀拉塊體北部與南部的邊界斷裂表現出左旋走滑為主，而東邊界以逆沖斷層占優勢。東昆侖斷裂帶、甘孜—玉樹斷裂帶和鮮水河斷裂帶的滑動速率明顯高于龍門山斷裂帶的滑動速率（陳長云等，2013）。本文以巴顏喀拉塊體南、東邊界為主體，選取1973—2022年MS≥6．5地震作為研究對象。

圖1顯示了1973—2022年發生在研究區內主體活動斷裂的MS6．5以上地震的震中位置及鄰近斷層情況。1973年8月11日的松潘MS6．5地震發生在NW 走向的樹正斷裂，震源機制為左旋剪切破裂；1976年8月16和23日的松潘MS7．2地震發生在NNW 向的虎牙斷裂帶，震源機制為左旋走滑兼逆沖型；1976年8月22日的松潘MS6．7地震發生在NE向葉塘斷裂，震源機制為逆沖型；2008年汶川MS8．0地震和2013年蘆山MS7．0地震發生在龍門山斷裂帶，震源機制為逆沖型；2017年九寨溝MS7．0地震發生在NW 向樹正斷裂，震源機制為左旋走滑型（朱航等，2017）；這些地震均發生在巴顏喀拉塊體東邊界。四川境內的巴顏喀拉塊體南邊界主要是NW 向鮮水河斷裂帶，1973年2月6日爐霍MS7．6地震與1981年1月24日道孚MS6．9地震都發生在鮮水河斷裂帶，震源機制為左旋走滑型；2022年瀘定MS6．8地震發生在鮮水河斷裂帶南段，位于鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶和龍門山斷裂帶交匯的三岔口地區，震源機制為左旋走滑。

圖1 研究區域主體活動斷裂及1973年以來MS≥6．5地震震中分布

為了構建Coulomb3．3軟件計算目標區域庫侖應力變化所需要的模型，我們收集了巴顏喀拉塊體南、東邊界強震序列10次事件震中位置，發震斷層產狀及同震位錯量等資料（見表1），其中1973年2月6日爐霍MS7．6地震和1973年8月11日松潘MS6．5地震的震源資料參考成爾林（1981）的結果；1976—2022年巴顏喀拉塊體東邊界強震序列8次事件的震中位置和部分震源機制解參考中國地震臺網中心的結果。1976年8月3次地震事件的平均位錯參考Jones等（1984）的結果；2008汶川MS8．0地震和2013蘆山MS7．0地震的同震位錯量則分別參考自王衛民等（2008）和劉成利等（2013）的結果；其余地震事件的同震位錯量由聞學澤（1995）建立的走滑型地震斷層的經驗公式為：

表1 巴顏喀拉塊體南、東邊界10次強震事件發震斷層產狀及同震位錯參數

式中，MS是面波震級，u×l是同震平均位錯（u）與破裂長度（l）的乘積。

3 庫侖應力變化分析

本文采用King等（1994）根據不同地區計算的庫侖應力變化得出的經驗值，地殼的剪切模量取3．3×1010Pa，泊松比取0．25，斷層面摩擦系數取0．4。在庫侖應力變化的計算中，將斷層面深度范圍取地表至地下15 km處，但根據Coulomb3．3軟件的算法原理，僅計算地表以下8 km 的水平二維庫侖應力變化圖像。計算中，將第一次強震即1973年2月6日爐霍MS7．6地震發生前的庫侖應力變化量歸為零。如果已發生2次破裂，則為2次圖像的線性疊加，以此類推。

3．1 巴顏喀拉塊體南、東段先發生地震對瀘定MS6．8地震的觸發作用

圖2是巴顏喀拉塊體南、東邊界1973—2017年發生的9次MS≥6．5地震共同引起的以鮮水河斷裂帶南段為接收斷層的庫侖破裂應力變化圖像，由圖可知鮮水河斷裂帶南段和龍門山斷裂帶南段的庫侖應力水平顯著升高，而瀘定MS6．8地震發生在應力觸發區內，因此認為巴顏喀拉塊體南、東邊界先發地震對瀘定地震具有一定的觸發作用。

圖2 1973—2017年研究區域9次MS≥6．5地震共同引起的以鮮水河斷裂南段為接收斷層的庫侖應力變化

3．2 巴顏喀拉塊體南、東邊界強震序列對鄰近斷裂的應力轉移

瀘定MS6．8地震是巴顏喀拉塊體南、東邊界斷裂帶自1973年以來發生的第10次MS≥6．5地震，巴顏喀拉塊體南、東邊界強震序列對四川地區的震情形勢有著什么樣的影響？本文研究了巴顏喀拉南、東邊界1973—2022年發生的10次MS≥6．5地震共同引起的瀘定地震震中西北、東北、南面3條斷裂帶的近場庫侖應力變化情況。

鮮水河斷裂位于青藏高原東南部，走向NW，以左旋走滑為主。西起甘孜爐霍，西北與五道梁—長沙貢瑪斷裂東南段相鄰，大致沿道孚、康定、瀘定到石棉結束，長約400 km（徐錫偉等，2003）。鮮水河斷裂帶是四川地區地震活躍帶，自1725年以來的MS≥7．0地震共8次，平均每38年一遇，最近的一次為1973年爐霍MS7．6地震，距今已有49年，從頻率上看，鮮水河斷裂帶已具備發生MS≥7．0地震的應力積累。圖3a是巴顏喀拉塊體南、東邊界1973—2022年發生的10次MS≥6．5地震共同引起的以鮮水河斷裂道孚—康定段為接收斷層的庫侖破裂應力變化圖像，可見鮮水河斷裂帶道孚—康定段處于應力增強區范圍內，即巴顏喀拉南、東邊界強震序列對鮮水河斷裂帶道孚—康定段具有觸發作用。

圖3 巴顏喀拉南、東邊界1973—2022年發生的10次MS≥6．5地震共同引起的庫侖應力變化圖像

龍門山斷裂帶位于巴顏喀拉塊體東邊界，以右旋走滑與逆沖為主（徐錫偉等，2003），長約500 km。圖3b是巴顏喀拉塊體南、東邊界1973—2022年發生的10次MS≥6．5地震共同引起的以龍門山斷裂帶南段為接收斷層的庫侖應力變化圖像，由圖可見該斷裂帶有2段處于應力觸發區范圍內，即南、東邊界強震序列對龍門山斷裂帶南端以及汶川—蘆山段具有強震觸發作用。

安寧河斷裂帶北接巴顏喀拉塊體東南部的鮮水河斷裂帶南段，走向NS，以左旋傾滑為主（徐錫偉，2003）。圖3c是巴顏喀拉塊體東邊界1973—2022年發生的10次MS≥6．5地震共同引起的以安寧河斷裂帶為接收斷層的庫侖應力變化圖像，由圖可見該斷裂帶處于應力觸發區范圍內，即南、東邊界強震序列對安寧河斷裂帶具有強震觸發作用。

4 結論

（1）2022年9月5日瀘定MS6．8地震是四川地區巴顏喀拉塊體南、東邊界自1973年以來發生的第10次MS≥6．5地震。通過對該區域進行庫侖應力變化計算分析，結果表明先前發生的9次地震對瀘定MS6．8地震具有觸發作用。（2）在巴顏喀拉塊體南、東邊界10次MS≥6．5地震的共同作用下，鮮水河斷裂帶道孚—康定段、龍門山斷裂帶南端、汶川—蘆山段及安寧河斷裂帶庫侖應力水平升高，可能導致這些斷裂已積累的應變能提前釋放，即具有觸發作用。

由于本文主要是了解瀘定MS6．8地震發生前后的震源區庫侖應力變化情況，并作出快速、大致的震后震情趨勢研判，故采用單一模型計算各斷層的庫侖應力，其計算結果可能會不夠精確。