基于余震分析的宏觀震中、地震影響場方向和極震區初步修正＊

孫艷萍 張蘇平 朱 瑞 馬小平 劉岸果

（甘肅省地震局，蘭州 730000）

引言

地震發生后，政府需要第一時間開展應急響應工作，采取相應的抗震救災對策，盡可能的降低地震災害帶來的損失。地震應急快速評估是指在地震現場調查之前，按照震級和當地的烈度衰減關系劃出烈度分布范圍，利用當地房屋建筑、人口經濟等數據初步評估此次地震的損失[1-2]。地震烈度影響場的評估是地震應急初期評估的基礎，在得到現場調查烈度之前，宏觀震中、影響場方向和極震區的判斷準確與否，對評估結果準確性和政府及有關部門的救援工作有很大的影響。

宏觀震中是地震中受災最嚴重區域的中心，而微觀震中是地震破裂初始點在地表的投影，兩者之間可能存在偏離。一般來說，地震震級越大，破裂尺度也越大，造成宏觀震中和微觀震中的偏離也可能隨之增大[3-4]。地震發生的初期，我們無法迅速獲得宏觀震中的位置，地震災害評估中通常將微觀震中作為初始震中進行影響場評估，這將影響重災區位置的判定和后續的抗震救災工作[5-6]。

地震影響場長軸的方向決定著地震災害范圍的空間分布，進一步影響著災后應急指揮和決策，地震影響場的方向一般與發震構造一致，通過分析震中位置附近主要斷層展布方向來判斷[7]。當只有一個方向的斷裂通過地震震中時，活動斷裂的走向一般與地震影響場長軸的方位一致。但是，當影響場方向與現有活動斷裂走向有較大的夾角、震中或者影響場范圍內沒有斷層分布、震中附近有多條斷層交錯分布等情況時，可能導致影響場方向判定出現偏差，影響地震應急評估和救援工作。

地震發生后，快速準確的判斷宏觀震中烈度和位置、地震影響場方向和極震區的范圍，對于實施科學合理的應急救援決策具有至關重要的意義。本文收集整理了甘肅及周邊近幾年MS6.5 以上地震12 h內余震序列、震源機制解信息和居民點等數據，對宏觀震中、地震影響場長軸方向、極震區范圍等要素的修正方法進行了初步研究，為地震應急救援工作的快速有效開展提供依據。

1 宏觀震中位置

李閩峰等[5]對南北地震帶上66 個震例與斷層關系進行了研究，得出了由微觀震中確定宏觀震中的方法。

在以上宏觀震中烈度判定的基礎上，隨著余震信息的不斷獲得，將余震引入宏觀震中位置的判定[2]，選取余震的質心來修正宏觀震中的位置。質量中心簡稱質心，描述與質點系有關的某一空間點的位置，在一個N維空間中的質量中心，其坐標系計算公式為：

式中，X表示某一坐標軸；mi表示物質系統中i質點的質量；xi表示i質點的坐標。

收集了近年來甘肅及周邊MS6.5 以上地震的宏觀震中和微觀震中，并計算兩者之間的偏離距離（表1）。

表1 近年來甘肅及周邊MS6.5 以上地震宏觀震中和微觀震中及其差異Table 1 Macro epicenters，micro epicenters and their deviation distances of recent MS6.5 earthquakes in Gansu and surrounding areas

如表2，對研究震例12 h 內的余震按照2 h 的時間間隔計算質心，隨著時間的推后和余震數量的增多，余震質心的位置變化不大。在震后2 h 余震質心位置已趨于穩定，可以據此修正宏觀震中位置。

表2 各震例12 h 內余震質心與宏觀震中距離Table 2 The distance between the centroid of aftershocks and the macro-epicenter within 12 hours of each case

另有研究表明[4]：①逆沖斷層和走滑斷層地震的微觀震中和宏觀震中偏離距離較小，本研究的震例中，蘆山地震和九寨溝地震分別屬于逆沖和走滑型地震，兩個地震的宏觀震中和微觀震中相距分別為5 km 和4 km，符合此類情況；②逆沖走滑型地震具有兩種類型地震的性質，偏離距離變化范圍較大，如汶川地震，微、宏觀震中相差110 km；③實際地震烈度判別是根據建筑物的破壞程度來判斷的，因此，宏觀震中總是向居民地偏離的，如岷縣漳縣地震微、宏觀震中和居民點分布（圖1）。微觀震中、宏觀震中的偏離方向和偏離距離與地震臺網密度、斷層破裂方式、地震震源深度等因素有關，還需要進一步研究。

圖1 岷縣漳縣地震宏、微觀震中與居民點分布圖Fig.1 Distribution of macro and micro epicentre and settlements of Minxian-Zhangxian earthquake

2 地震影響場長軸方向

地震影響場初期評估時，首先采用離震中位置附近最近的主要斷層展布方向判斷地震影響場長軸走向，隨時間推移，通過反演地震破裂過程，獲得震源機制解，也會接收到越來越多的余震信息，我們將綜合震源機制解和余震信息重新判定影響場方向，為震后應急救援工作提供參考。以岷縣漳縣MS6.6 地震為例，根據中國地震局地球物理研究所（IGPCEA）、中國地震局地質研究所（IGCEA）、美國地質勘探局（USGS）、中國地震局蘭州地震研究所（GSSB）等機構的研究結果（表3），岷縣漳縣地震發震斷層面走向為301°—324°，與極震區所在的臨潭—宕昌斷裂的走向一致。

表3 不同機構對岷縣漳縣MS6.6 地震震源機制解的研究結果Table 3 The research results of the focal mechanism solution of the Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake by different institutions

在收集到一定數量的余震信息后，采用一元線性回歸模型建立影響場方向與余震的時空關系的統計模型[8]。一元線性回歸分析是根據自變量xi和因變量yi的相關關系，建立線性回歸方程進行預測的方法。回歸模型如下：

其中，yi為因變量；xi為自變量；α和β是回歸系數；εi是不可觀測的隨機變量。

將各震例分時間段后的余震坐標分別作為變量和自變量，用上述方法建模，即得到各組數據的一元線性回歸方程，擬合得到相應的直線，即可判定為影響場的方向。

收集岷縣漳縣MS6.6 地震12 h 內余震數據，采用一元線性回歸模型建立地震影響場長軸方向與余震的時空關系的統計模型（圖2），余震呈WN—ES分布，從主震向WN 叢集展布，分布方向與附近北西走向的臨潭—宕昌斷裂帶基本一致。2 h 內，余震判定的方向與現場調查地震影響場方向之間的差異最小，4 h 以后，特別是達到8 h 的時候，余震判定的方向與調查影響場方向差異變化不大，達到穩定。

圖2 岷縣漳縣MS6.6 地震12 h 內余震一元線性回歸擬合結果Fig.2 One-variable linear regression fitting results of aftershocks within 12 hours of the Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake

3 極震區修正

地震極震區是通過地震烈度調查評估后確定的，地震現場烈度調查視地震破壞規模大小一般在震后3—10 d 內完成。由于地震發生后的短時間內，能夠獲取的判斷災情的信息非常有限，基于地震快速應急救援的目的，利用震后可以快速獲取的余震信息，分時段分析短時間內余震活動的空間分布與震后實際考察所得烈度分布圖的重災區位置關系。九寨溝7.0 級地震余震以2 h 為單位，分別繪制震后12 h 的余震分布圖（圖3），從余震動態分布可以看出，主要在Ⅸ度區西南端擴展較多，東北段擴展較少。此后余震隨時間變化沿斷層破裂展布方向向西北和東南擴展到Ⅷ度區范圍，即從震后2 h 余震分布的集中區可大致估計地震重災區范圍（Ⅷ度區和Ⅸ度區）。

圖3 四川九寨溝MS7.0 地震12 h 余震分布圖Fig.3 12-hour aftershock distribution of the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake in Sichuan

另有研究表明，震源過程和破裂方式與地震烈度分布之間存在著一定的相關性，這種相關性在過去發生的地震中基本得到證實[9-10]。以蘆山MS7.0 地震和九寨溝MS7.0 為例，蘆山地震震源深度13 km，破裂長度35—40 km，持續時間30 s，九寨溝地震震源深度20 km，破裂長度33—35 km，持續時間15 s。根據中國地震局發布的烈度長短軸及面積（表4），除Ⅵ度區外，其他烈度區面積和長短軸蘆山地震均大于九寨溝地震，因此，在進行地震極震區烈度修正時，應考慮上述因素的影響。

表4 蘆山MS7.0 地震和九寨溝MS7.0 地震長短軸及面積Table 4 Long and short axes and area of the MS7.0 Lushan earthquake and the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake

4 結論與討論

收集研究震例12 h 余震序列、震源機制解、居民點等數據，通過分時間段計算余震質心、趨勢回歸、分析震源機制解的影響等，初步得到以下結論：

（1）震后隨著時間的推移和余震數量的增多，各時間段余震質心的位置變化不大，在震后2 h 余震質心位置已趨于穩定，可以據此判斷宏觀震中位置，斷層性質和居民點分布也對宏觀震中判定有較大影響；

（2）2 h 內，余震判定的方向與現場調查地震影響場方向之間的差異差別最小，4 h 以后，特別是達到8 h 的時候，余震判定的方向與調查影響場方向差異變化不大，達到穩定。

（3）震后2 h 至4 h 余震分布集中區位于重災區，此后余震范圍隨時間變化規律不明顯，即震后2 h至4 h 余震分布可大致估計地震重災區范圍；震源深度和震源破裂方式對極震區烈度分布也有較大影響。