青海瑪多M7.4地震前洞體應(yīng)變異常分析

李 英,王維歡,高永國(guó)

(甘肅省地震局,甘肅 蘭州 730000)

0 引言

2021年5月22日,02時(shí)04分,中國(guó)青海省瑪多縣發(fā)生了M7.4地震,震中位置在98.34°E,34.59°N,震源深度17 km。近年來(lái),這一區(qū)域發(fā)生了幾次中強(qiáng)地震,2016年10月17日,青海雜多縣發(fā)生了M6.2地震,2018年5月6日青海稱(chēng)多縣發(fā)生了M5.3地震;2018年8月3日青海治多縣發(fā)生了M5.1地震;還有鄰近區(qū)域甘肅夏河縣在2019年10月28日發(fā)生M5.7地震(http://www.ceic.ac.cn)。瑪多M7.4地震發(fā)生在巴顏喀拉塊體,在其東北側(cè)為柴達(dá)木塊體,南側(cè)為羌塘塊體[1-3]。震中附近分布有北西走向的東昆侖斷裂、瑪多—甘德斷裂,甘德南緣斷裂和達(dá)日斷裂,震中東北側(cè)還分布有近東西走向的中鐵斷裂[4]。洞體應(yīng)變觀測(cè)是監(jiān)測(cè)地殼運(yùn)動(dòng)、變形的重要手段之一,地震的孕育和發(fā)生是彈性應(yīng)變能在局部區(qū)域逐步積累和應(yīng)力、應(yīng)變逐步演變的結(jié)果[5]。2013年岷縣—漳縣M6.6地震前,附近洞體應(yīng)變臺(tái)站就觀測(cè)到一些異常變化[6-7]。本文試圖基于震中周邊的洞體應(yīng)變臺(tái)的觀測(cè)記錄,了解震前區(qū)域地殼的形變特征,并借以探討與這次地震的關(guān)系。

圖1 采用臺(tái)站、地震震中及附近斷裂帶分布圖Fig.1 Distribution of used stations,main shock and nearby fault zones

1 資料處理與結(jié)果

小波分解是一種較為成熟的數(shù)據(jù)處理方法,適合于非平穩(wěn)信號(hào)特征的提取。其數(shù)學(xué)定義為:

(1)

圖2 四個(gè)洞體應(yīng)變臺(tái)資料小波分解結(jié)果Fig.2 The wavelet decomposition results of cave strain data from four stations

圖3 四個(gè)洞體應(yīng)變臺(tái)形變矢量軌跡比較Fig.3 Comparison of deformation vector trajectories of four stations

作為對(duì)照,采用大武地磁臺(tái)和合作地磁臺(tái)的垂直向數(shù)據(jù),同樣進(jìn)行了多尺度小波分解,在尺度18也得到了類(lèi)似的結(jié)果,如圖4所示。

圖4 大武地磁臺(tái)和合作地磁臺(tái)垂直分量及小波分解結(jié)果Fig.4 Vertical components and wavelet decomposition results of Dawu and Hezuo stations

2 討論與結(jié)論

對(duì)四個(gè)洞體應(yīng)變臺(tái)的北南向觀測(cè)資料進(jìn)行多尺度小波分解后,在尺度11時(shí),明顯的特征是震中距越小幅度越大,而震中距較近的同仁臺(tái)和宕昌臺(tái)在震前顯示較明顯的幅度增大現(xiàn)象(圖2)。震前兩個(gè)時(shí)段形變矢量軌跡比較可見(jiàn),在5月10—14日期間,距離震中較近的同仁臺(tái)顯示“8”字形的軌跡,而稍遠(yuǎn)的宕昌臺(tái)、武都臺(tái)和姑咱臺(tái)則顯示為近似的逆進(jìn)橢圓;在臨近地震的5月16—20日,四個(gè)臺(tái)的矢量軌跡均為線(xiàn)性(圖3)。大武地磁臺(tái)和合作地磁臺(tái)垂直分量多尺度小波分解的結(jié)果也顯示,在尺度18,震前振幅也明顯增大。由此可以認(rèn)為這些振幅增大不是偶然現(xiàn)象,很可能與其后在5月22日發(fā)生的青海瑪多M7.4地震有關(guān)。這次地震發(fā)生在巴顏喀拉地塊,其北部有柴達(dá)木地塊、祁連山地塊,青藏高原向NE方向的推擠過(guò)程中遇到北部阿拉善地塊的阻擋,使得地塊邊界和內(nèi)部強(qiáng)烈變形,這是引起該區(qū)域地殼形變的動(dòng)力背景。有研究表明這一區(qū)域應(yīng)變場(chǎng)的主要特征是東西向擠壓,NS向拉伸[10],這也解釋了圖2結(jié)果中NS向震前變化明顯,而EW向變化不明顯的原由。另外,基于GPS的研究結(jié)果也表明,該區(qū)域以NNW—SSE方向的拉伸運(yùn)動(dòng)為主[11],這也與本項(xiàng)研究的結(jié)果相吻合。應(yīng)用區(qū)域重力場(chǎng)小波多尺度分析和反演結(jié)果表明,震中附近區(qū)域在等效層52 km深度存在低密度擾動(dòng)[12]。這一區(qū)域泊松比的分布研究顯示,震中區(qū)域處于地殼高低泊松比梯度帶附近(以北泊松比小于0.25,以南泊松比大于0.27),較高的泊松比意味著地殼物質(zhì)富含流體或具有較高的部分熔融狀態(tài)[15]。對(duì)該區(qū)域大地電磁探測(cè)結(jié)果表明,震中下方18～30 km深度存在高導(dǎo)層,而瑪多主震震源深度為17 km,可見(jiàn)發(fā)震部位處于地殼上部高阻層和下部高導(dǎo)層的交界區(qū)域[4]。對(duì)近年一些地震(例如2013年岷縣—漳縣地震,2017年九寨溝地震)發(fā)震環(huán)境的研究也表明發(fā)震部位處于類(lèi)似部位的情形[14-15]。一些研究指出,斷裂帶形變,為流體的存在和運(yùn)移提供了條件,斷裂帶的相互連通有利于流體的運(yùn)動(dòng),是導(dǎo)電性增加的因素之一[16]。大武地磁臺(tái)和合作地磁臺(tái)垂直分量在多尺度小波分解(尺度18)震前振幅的增大意味著介質(zhì)導(dǎo)電性的增加,也印證了洞體應(yīng)變?cè)谡鹎凹觿∵@一現(xiàn)象與地震的關(guān)聯(lián)性。結(jié)合上述其他學(xué)者的研究結(jié)果,我們推測(cè)該區(qū)域高導(dǎo)層的存在可能為這次地震能量的積累和運(yùn)移提供了條件,也是驅(qū)動(dòng)上地殼形變可能的力源背景。震中區(qū)下方高導(dǎo)層的存在及運(yùn)動(dòng)是這次地震形成的重要構(gòu)造背景,但揭示其確切的物性狀態(tài),運(yùn)動(dòng)形式以及對(duì)地震孕育的動(dòng)力機(jī)理尚需更多的觀測(cè)和研究。