2017年九寨溝7.0級(jí)地震前不同級(jí)別地震空區(qū)的演化過(guò)程分析

張博 張輝 馮建剛 王朋濤

甘肅省地震局，蘭州市東崗西路450號(hào) 730000

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，2017年8月8日四川九寨溝（33.20°N，103.82°E）發(fā)生 7.0級(jí)地震，震源深度20km。震中附近100km范圍內(nèi)曾發(fā)生過(guò)1879年7月1日武都南8.0級(jí)地震及1976年8月16、23日松潘-平武2次7.2級(jí)地震。

九寨溝地震震中位于青藏高原巴顏喀拉塊體東緣東昆侖斷裂帶東端塔藏?cái)嗔选⑨航瓟嗔押突⒀罃嗔训慕粎R部位。徐錫偉等（2017）研究了青藏高原東南緣多次中強(qiáng)地震，認(rèn)為目前該區(qū)域塊體主干邊界活動(dòng)斷層處于中等偏高應(yīng)力積累狀態(tài)；易桂喜等（2017）通過(guò)CAP方法反演了九寨溝地震主余震的震源機(jī)制解，推斷發(fā)震構(gòu)造為岷江斷裂與塔藏?cái)嗔阎g的隱伏斷裂；楊宜海等（2017）通過(guò)近震全波形反演的九寨溝地震主震震源機(jī)制解為以走滑為主；蔣長(zhǎng)勝等（2017）利用ETAS模型和R-J模型研究了九寨溝地震序列的衰減情況與余震預(yù)測(cè)效果。

九寨溝地震前，甘青川交界地區(qū)存在長(zhǎng)達(dá)16年的大范圍5級(jí)地震平靜區(qū)，甘東南地區(qū)4級(jí)地震大范圍平靜，2016年5月7日甘肅武山ML4.4地震后，甘東南地區(qū)地震活動(dòng)水平極弱，并形成了大范圍的3級(jí)地震空區(qū)，空區(qū)持續(xù)453天后被2017年8月4日舟曲ML3.0地震打破，4天后發(fā)生了九寨溝7.0級(jí)地震。甘東南3級(jí)地震空區(qū)是震前提出的一項(xiàng)地震活動(dòng)性異常，分析人員對(duì)該空區(qū)作了詳細(xì)的分析與探討，并于2017年7月25日提交了關(guān)于該空區(qū)的異常分析報(bào)告，鑒于震前提出的異常快速地對(duì)應(yīng)了地震，故需要對(duì)這一異常進(jìn)行清理分析。

1 甘青川交界地區(qū)5級(jí)地震空區(qū)

甘青川交界地區(qū)存在大范圍5級(jí)地震的平靜區(qū)，該平靜區(qū)自2001年7月17日青海興海5.0級(jí)地震后未發(fā)生5級(jí)以上地震。2013年岷縣漳縣6.6級(jí)地震發(fā)生之后，先后發(fā)生了2014年10月2日青海烏蘭5.2級(jí)、2015年10月12日青海瑪多5.2級(jí)、2015年11月23日青海祁連5.2級(jí)、2016年1月21日門源6.4級(jí)地震，這些地震位于平靜區(qū)的北邊緣，平靜區(qū)存在向SE方向收縮的跡象，截至2017年底，平靜區(qū)5級(jí)地震平靜時(shí)間已經(jīng)超過(guò)16年（圖1、2）。

圖1 甘青川交界地區(qū)5級(jí)地震大范圍平靜收縮

圖2 甘青川交界地區(qū)5級(jí)地震平靜區(qū)內(nèi)地震M-t圖

2 甘東南地區(qū)大范圍4級(jí)地震平靜

2013年7月22日岷縣漳縣6.6級(jí)地震之后，甘東南地區(qū)ML≥4.0地震在空間上呈現(xiàn)叢集活動(dòng)特征，其活動(dòng)范圍主要集中在岷縣漳縣6.6級(jí)地震震中以東、西秦嶺北緣斷裂與禮縣羅家堡斷裂之間附近區(qū)域（圖3）。2016年5月7日武山ML4.4地震后，區(qū)內(nèi)4級(jí)地震大范圍平靜，平靜時(shí)間長(zhǎng)達(dá)14個(gè)月。2000年以來(lái)區(qū)內(nèi)4級(jí)平靜超過(guò)1年的現(xiàn)象共發(fā)生4次，分別為2008年汶川8.0級(jí)地震前429天平靜、2010年玉樹(shù)7.1級(jí)地震前537天平靜、2013年岷縣漳縣6.6級(jí)地震前628天平靜和2017年九寨溝7.0級(jí)地震前458天平靜（圖4）。可見(jiàn)超過(guò)1年時(shí)間尺度的4級(jí)地震平靜對(duì)甘東南地區(qū)及巴顏喀拉塊體東部強(qiáng)震有一定預(yù)測(cè)意義。

圖3 岷縣漳縣6.6級(jí)地震后甘東南地區(qū)4級(jí)地震分布

3 甘東南地區(qū)3級(jí)地震平靜打破

地震空區(qū)，通常指地震帶上大震破裂空段的第1類空區(qū)以及缺少中小地震的第2類空區(qū)。本文討論的空區(qū)為第2類，即在強(qiáng)震發(fā)生前震源區(qū)及其周圍小震活動(dòng)突然減少的現(xiàn)象，也稱為“孕震空區(qū)”（Mogi，1979；梅世蓉等，1993；陸遠(yuǎn)忠等，1985）。

在4級(jí)地震平靜的背景下，甘東南地區(qū)同時(shí)出現(xiàn)了3級(jí)地震弱活動(dòng)。2016年5月7日武山ML4.4地震后，區(qū)內(nèi)3級(jí)地震大范圍平靜，2017年5月22日徽縣發(fā)生ML3.6地震，使甘東南地區(qū)3級(jí)地震圍空最大方位空缺不超過(guò)120°，滿足空區(qū)判定條件，據(jù)此判定3級(jí)地震空區(qū)形成，空區(qū)長(zhǎng)軸約391km，短軸約334km（圖5）。

圖4 2000年以來(lái)甘東南地區(qū) ML 4.0地震M-t圖（a）與時(shí)間間隔（b）

圖5 甘東南ML 3.0地震空區(qū)與主震位置

由2000年以來(lái)空區(qū)內(nèi)3級(jí)地震時(shí)間進(jìn)程分析可知，超過(guò)200天以上平靜共出現(xiàn)4次（圖6），其中，汶川8.0級(jí)地震前出現(xiàn)280天平靜，岷縣漳縣6.6級(jí)地震前的2次平靜時(shí)間分別為305、206天。2017年8月4日舟曲 ML3.0地震，打破了3級(jí)地震453天的超長(zhǎng)時(shí)間平靜。8月8日發(fā)生九寨溝7.0級(jí)地震后，8月12日空區(qū)內(nèi)又發(fā)生隴西ML3.2地震。至此，空區(qū)解體并很快對(duì)應(yīng)了空區(qū)邊緣的7級(jí)強(qiáng)震。

圖6 2000年以來(lái)空區(qū)內(nèi) ML 3.0地震 M-t圖（a）與發(fā)震時(shí)間間隔（b）

在廣泛研究地震空區(qū)的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)空區(qū)圍空震級(jí)、空區(qū)形成時(shí)間、空區(qū)大小等與主震震級(jí)等參數(shù)間的關(guān)系歸納出一些經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。王煒等（1989）研究了華北地區(qū)13次中強(qiáng)以上地震前孕震空區(qū)的圍空時(shí)間與圍空長(zhǎng)軸間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。曲延軍等（2010）研究了中國(guó)大陸5個(gè)區(qū)域空區(qū)形成后發(fā)生的主震與空區(qū)形成持續(xù)時(shí)間、空區(qū)空間分布尺度等之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。呂堅(jiān)等（2016）研究了空區(qū)持續(xù)時(shí)間、起始震級(jí)及圍空長(zhǎng)軸尺度與主震震級(jí)間的關(guān)系。

利用呂堅(jiān)等（2016）給出的中國(guó)大陸空區(qū)持續(xù)時(shí)間與主震震級(jí)、青藏高原北部地區(qū)空區(qū)圍空震級(jí)與主震震級(jí)、空區(qū)長(zhǎng)軸尺度與主震震級(jí)之間的關(guān)系，對(duì)主震震級(jí)預(yù)測(cè)作了回顧性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)公式為

其中，T為空區(qū)圍空時(shí)間，單位為月；L為空區(qū)圍空長(zhǎng)軸，單位為km；ML為空區(qū)圍空震級(jí)。

據(jù)式（1）～（3），不考慮擬合誤差可得：由空區(qū)持續(xù)時(shí)間預(yù)測(cè)的主震震級(jí)為5.9級(jí)，由空區(qū)圍空震級(jí)預(yù)測(cè)的為5.9級(jí)，由空區(qū)長(zhǎng)軸尺度預(yù)測(cè)的為6.4級(jí)。由此可見(jiàn)，三者預(yù)測(cè)的主震震級(jí)相差不大，預(yù)測(cè)震級(jí)約為6級(jí)。

4 震源機(jī)制一致性

應(yīng)力張量方差是衡量地震震源釋放應(yīng)力場(chǎng)與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)一致性程度的定量指標(biāo)（Michael，1987）。當(dāng)方差＜0.1時(shí)，意味著可以用1個(gè)統(tǒng)一的應(yīng)力張量來(lái)解釋觀測(cè)到的震源機(jī)制解，也可以理解為該區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)是均勻的，震源機(jī)制具有很好的一致性；當(dāng)方差＞0.2時(shí)，表明該區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)在時(shí)間和空間上具有非均勻性，或者說(shuō)該區(qū)域的震源機(jī)制比較紊亂（Lu et al，1997），因此中小地震震源機(jī)制一致性時(shí)空分布能夠反映局部區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力水平的高低（李金等，2015）。

圖7（a）給出了2001年1月～2017年8月甘東南地區(qū)ML≥2.5中小地震的震源機(jī)制解，采用應(yīng)力張量反演方法（Michael，1984、1987）對(duì)該地區(qū)進(jìn)行 0.1°×0.1°的網(wǎng)格化反演獲得了該區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的空間分布（圖7（b））。計(jì)算結(jié)果顯示，甘東南地區(qū)中小地震震源機(jī)制一致性程度較高的區(qū)域?yàn)楦蚀ń唤鐓^(qū)，九寨溝7.0級(jí)地震震中恰好位于異常區(qū)域高值附近。

圖7 甘東南ML≥2.5中小地震的震源機(jī)制與一致性分布

5 空區(qū)演化過(guò)程分析

本文通過(guò)對(duì)2017年8月8日九寨溝7.0級(jí)地震前甘東南地區(qū)地震活動(dòng)圖像特征及震源機(jī)制一致性進(jìn)行分析得到以下初步認(rèn)識(shí)：

（1）預(yù)測(cè)強(qiáng)度分析。甘青川交界地區(qū)大范圍的5級(jí)地震平靜對(duì)震級(jí)的預(yù)測(cè)可達(dá)7級(jí)左右；甘東南地區(qū)4級(jí)與3級(jí)地震平靜對(duì)震級(jí)的預(yù)測(cè)為6級(jí)左右。

（2）預(yù)測(cè)地點(diǎn)分析。甘青川交界地區(qū)5級(jí)地震空區(qū)震前演化特征為向SE方向收縮，九寨溝7.0級(jí)地震位于空區(qū)收縮方向一側(cè)震源機(jī)制一致性參數(shù)較高的區(qū)域。

（3）提出震情跟蹤思路。甘青川交界地區(qū)5級(jí)地震平靜作為一項(xiàng)背景異常，在年度學(xué)科會(huì)商中早已提出，可作為6～7級(jí)強(qiáng)震的跟蹤地區(qū)重點(diǎn)關(guān)注；而3級(jí)、4級(jí)小震的空區(qū)時(shí)空演化特征可為發(fā)震緊迫性提供參考。

本文結(jié)合傳統(tǒng)地震學(xué)方法與數(shù)字地震學(xué)方法，綜合分析了九寨溝7.0級(jí)地震前甘東南地震活動(dòng)異常的時(shí)空特征，回顧總結(jié)了在日常分析預(yù)報(bào)中有關(guān)此次九寨溝地震的工作，并按照“長(zhǎng)—中—短—臨”漸進(jìn)式預(yù)報(bào)思路，梳理了與此次地震發(fā)生有關(guān)的一些中期、短期、臨震異常。研究工作為今后科學(xué)開(kāi)展甘東南地區(qū)地震趨勢(shì)研判與分析提供了經(jīng)驗(yàn)。