蘆山Ms7.0地震產生的靜態庫侖應力影響研究

趙烽帆，魏志恒

(中國地震臺網中心，北京 100045)

2013年4月20日08時02分四川蘆山發生 Ms7.0地震(30.3°N，102.99°E)，本次地震距2008年汶川8.0級地震約85 km，蘆山地震基本完成了龍門山斷裂帶西南段(約120 km)中段的破裂，在汶川地震破裂區最西南端至蘆山地震破裂區的最北端，尚有20～30 km長的空段尚未破裂。蘆山地震發震斷層為龍門山斷裂帶南段的前山斷裂附近，是龍門山斷裂帶繼汶川地震之后的1次強震活動［1，2］。截至2013年11月30日，蘆山地震余震區已記錄到 ML3.0～3.9級余震290次，ML4.0～4.9級余震46次，ML5.0～5.9級余震12次，其中最大余震為4月21日17時05分發生在蘆山縣和邛崍市交界的ML5.7(Ms5.4)級地震。

蘆山地震震中100 km范圍內1900年至2008年汶川地震發生前共發生5級以上地震7次，其中6～6.9級地震2次，分別為1941年寶興康定Ms6.0地震和1970年大邑的Ms6.2地震，2013年蘆山地震發生前最大的地震為2008年汶川Ms8.0地震，蘆山地震和汶川地震的余震分布區中間存在一個20～30 km的破裂空段，1970年大邑地震即分布在該空段上(中國地震臺網中心，2013;圖1)。汶川地震發生后，Parsons等于2008年7月6日在Nature雜志官網上發表文章，通過計算2008年汶川地震震后庫侖破裂應力的影響，指出對四川盆地及其周邊地區應力變化的情況，其中應力增加的斷層即包含蘆山地震附近的雅安段［3］。實際上，針對汶川地震對龍門山斷裂帶南段的影響，一直是地球物理學界在汶川地震發生后關注的熱點問題之一［4，5］。

本研究應用Coulomb3.3軟件計算蘆山地震發生后對周圍靜態庫侖應力的影響，主要針對蘆山地震和汶川地震余震分布區中間的破裂空段及川滇交界地區。為明確汶川地震對蘆山地震的影響，首先計算汶川地震對蘆山地震發震斷層所施加的靜態庫倫應力;進一步計算蘆山地震對周圍的靜態庫侖應力;最后計算汶川地震和蘆山地震周圍的靜態庫侖應力的綜合影響。

圖1 蘆山地震主震位置及周圍發震構造

2 方法與計算結果

地震的發生主要由地下巖石的錯動造成，地震發生前后較短時間內實現了彈性能的快速釋放，假設地球介質為半無限空間且空間內各向同性，若已知地震位錯的幾何參數和錯動大小，即可求出半無限空間內部的位移場和應變場。基于庫侖定律，斷層面上庫侖破裂應力變化的表達式為:

上式中Δτ為剪切應力變化，Δσn為正應力變化，f為斷層面介質摩擦系數，Δp為孔隙壓力變化，實際上Δp調節著斷層面上的有效正應力，Δp減少摩擦系數的效應可以用f’=f(1-B)表示，其中B為Skemptons系數，取值范圍(0～1)，當巖石應力的改變遠遠快于巖石中Δp的擴散，則Δp可以通過B值在式(1)中得到體現，且轉換為:

f’包含了孔隙流體和斷層面上介質的特性，一般取值為 0.2～0.8［6］。

本文基于式(1)和(2)，采用Coulomb3.3軟件進行庫侖破裂應力變化的計算。計算過程中地殼的剪切模量取3.3 ×104MPa，泊松比取值 0.25，此外 f’取值 0.4，該值為 King等［6］通過不同f’取值相應庫侖破裂應力圖像變化情況給出的經驗取值。本文針對汶川地震和蘆山地震應用的相關計算參數詳見表1。圖2中給出了汶川地震產生的庫侖應力變化及蘆山地震的震中位置分布情況，可以看出，蘆山地震位處汶川地震震后庫侖應力加載區，同震庫侖應力變化上升了0.3～0.4 bar，這一結果與已有的研究成果一致程度較高［3～5］。

圖3為蘆山地震產生的庫侖應力變化，蘆山地震和汶川地震余震分布區中間存在的破裂空段處在蘆山地震的同震應力加載區，庫侖應力變化超過+0.1 bar。由于蘆山地震發生在汶川地震5年之后，且二者同處于龍門山斷裂帶上，可以認為二者是龍門山斷裂帶上較短時間段上兩個有關聯的破裂事件［1］，再者汶川地震震后產生的庫侖破裂應力對蘆山地震產生了明顯的觸發作用。因此，綜合考慮蘆山地震和汶川地震對周圍庫侖破裂應力的影響具備一定的必要性。

圖2 汶川地震產生的靜態庫侖應力變化及蘆山地震主震位置，蘆山地震及ML3.0級及以上余震震中分布，截至2013年11月30日，圖中靜態庫侖應力變化的單位為bar

表1 蘆山地震和汶川地震震源參數

圖4中給出蘆山地震和汶川地震產生的庫侖應力變化情況分布。可以看出，二者對川滇交界東部的應力加載作用是明確的，對中間存在的20～30 km空段也存在一定的應力加載影響。對比圖3和圖4，二者相同之處在于對川滇交界東部地區明顯的應力加載作用，圖4中對二者余震分布區中間的破裂空段的應力影響較圖3中有所變化，且部分范圍的應力加載現象仍然存在。

圖3 蘆山地震產生的靜態庫侖應力變化及蘆山地震主震位置，蘆山地震及ML3.0級及以上余震震中分布，截至2013年11月30日，圖中靜態庫侖應力變化的單位為bar

圖4 蘆山地震和汶川地震共同產生的靜態庫侖應力變化，圖中靜態庫侖應力變化的單位為bar

3 結論與討論

2013年4月20日蘆山地震發生后，關于蘆山地震和汶川地震的關聯性立即引起了學術界的廣泛討論，從構造背景的角度出發，蘆山地震和汶川地震的發震位置均位于巴顏喀拉塊體的邊界上，蘆山地震和汶川地震的震中位置距離約85 km，且蘆山地震和汶川地震均發生在龍門山斷裂帶上，受到整個龍門山斷裂帶總體走向和運動特征的影響，兩個地震的震源機制解也較為一致，均為逆沖型地震。本文通過對汶川地震震后對周圍靜態庫侖應力影響的計算，明確了汶川地震對蘆山地震的應力加載及觸發作用。

近些年來，國際地震界廣泛關注強震產生的庫侖破裂應力變化及對周圍斷層的影響，主要涉及后續地震的發震位置和時間。某一斷層發生地震時，不僅在該發震斷層上產生應力降及應變能的釋放，同時應力還會被傳遞至其周圍的斷層上，進而使得這些斷層發生應力的改變和調整。萬永革等［7］針對中國大陸發生的4次大震震后應力變化情況指出，后續破裂事件均受到前面發生的地震事件的影響，即前面的地震事件對后續地震事件均存在某種程度的觸發作用。斷層之間的相互作用不僅可以通過觸發來體現，而且當某一斷層發生地震時，對其周圍斷層應力的影響既有增加也有減少，即加速或者延緩地震的發生，產生觸震和緩震效應［6］。例如，已發表的針對2008年汶川地震震后對周邊斷層地震活動性影響的研究中指出，汶川地震的發生使得鮮水河斷裂道孚—康定段及則木河斷裂的庫侖破裂應力增加，金沙江斷裂的庫侖破裂應力減小［4，5］。

致謝:本文在成稿過程中，周龍泉研究員和孟令媛博士給予了有益的指導與幫助，作者謹表謝意。

［1］陳運泰，楊智嫻，張勇，等.從汶川地震到蘆山地震［J］.中國科學:地球科學，2013，43(6):1064-1072.

［2］劉杰，易桂喜，張致偉，等.2013年4月20日四川蘆山M7.0級地震介紹［J］.地球物理學報，2013，56(4):1404-1407.

［3］Parsons T，Ji C and Kirby E.2008.Stress changes from the 2008 Wenchuan earthquake and increased hazard in the Sichuan basin.Nature，454(7023):509-510.

［4］Wan Y and Shen Z K.2010.Static Coulomb stress changes on faults caused by the 2008 Mw 7.9 Wenchuan，China earthquake.Tectonophysics，491(1/4):105-118.

［5］邵志剛，周龍泉，蔣長勝，等.2008年汶川Ms 8.0地震對周邊斷層地震活動的影響［J］.地球物理學報，2010，53(8):1784-1795.

［6］King G C P，Stein R S and Lin J.Static stress changes and the triggering of earthquakes.Bull.Seismol.Soc.Amer.，1994，84(3):935-953.

［7］萬永革，吳忠良，周公威，等.幾次復雜地震中不同破裂事件之間的“應力觸發”問題［J］.地震學報，2002，22(6):568-576.