徐 晶，邵志剛，馬宏生，張浪平

中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036

1 引 言

鮮水河斷裂帶是位于中國(guó)青藏高原東部的一條晚第四紀(jì)強(qiáng)烈活動(dòng)的大型左旋走滑斷裂，南與安寧河斷裂在康定一帶相接，北與甘孜—玉樹(shù)斷裂斜列，終止于東谷、甘孜一帶［1］（圖1），是中國(guó)大陸境內(nèi)動(dòng)力作用環(huán)境和地殼運(yùn)動(dòng)變形最強(qiáng)烈的斷裂帶之一［2］．該斷裂帶歷史上發(fā)生過(guò)多次強(qiáng)震，自1700年以來(lái)經(jīng)歷了兩個(gè)地震活躍期，分別為1700－1816年以及1893年至今，兩次大的活躍期中均存在強(qiáng)震遷移的特征［3］，且每一期地震都造成了鮮水河斷裂帶大部分?jǐn)鄬佣蔚钠屏眩?］．

圖1 鮮水河斷裂帶的構(gòu)造背景及1700年來(lái)5級(jí)以上地震分布黑線表示鮮水河斷裂帶，灰線表示活動(dòng)斷裂［5］，綠線表示塊體邊界［6］．Fig．1 Sketch map of tectonics background and distribution of earthquakes with M≥5since 1700on Xianshuihe fault zoneThe black line is the Xianshuihe fault zone，the gray lines are the active faults［5］，and the green lines are the boundaries of activity block［6］．

鮮水河斷裂帶上相對(duì)完整的強(qiáng)震記錄為研究地震遷移現(xiàn)象及驗(yàn)證地震靜應(yīng)力觸發(fā)提供基礎(chǔ)．張秋文等［7］研究了鮮水河斷裂帶上包括1973 年?duì)t霍M7．6地震在內(nèi)連續(xù)發(fā)生的4次M6．0以上地震所引起的周邊斷裂上的庫(kù)侖應(yīng)力變化，并認(rèn)為主震后的余震大多發(fā)生于同震庫(kù)侖應(yīng)力增加較高的微破裂上；王輝等［8］采用三維有限元模型研究斷裂帶上1893年以來(lái)M≥6．7地震的相互作用及其對(duì)強(qiáng)震復(fù)發(fā)的影響，發(fā)現(xiàn)該斷裂帶上大地震產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化明顯影響后續(xù)中強(qiáng)地震的發(fā)生．這些研究均關(guān)注同震位錯(cuò)所引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化對(duì)余震和后續(xù)強(qiáng)震間可能的觸發(fā)關(guān)系，但未考慮震后黏滯松弛效應(yīng)在應(yīng)力應(yīng)變調(diào)整中的作用，然而，越來(lái)越多的震例表明，震后黏彈性松弛造成的應(yīng)力變化在幾倍于彈性巖層厚度的遠(yuǎn)場(chǎng)、1至數(shù)倍特征時(shí)間常數(shù)的稍長(zhǎng)時(shí)間尺度上一般比同震形變所造成的應(yīng)力變化大很多［9］，是引起斷層上應(yīng)力應(yīng)變調(diào)整的重要因素［10－13］．另外，斷層上的應(yīng)力狀態(tài)受強(qiáng)地震（同震、震后）的影響過(guò)程較短，而震間構(gòu)造應(yīng)力加載作用則長(zhǎng)期影響斷層上的應(yīng)力應(yīng)變積累［14］，Papadimitriou 等［15］同時(shí)考慮了強(qiáng)震同震位錯(cuò)及震間構(gòu)造應(yīng)力加載，研究了鮮水河—安寧河—?jiǎng)t木河及理塘斷裂的應(yīng)力演化和地震觸發(fā)，雖然該研究同樣未考慮震后黏滯松弛效應(yīng)對(duì)斷層上庫(kù)侖應(yīng)力狀態(tài)的影響，但對(duì)于平均滑動(dòng)速率可達(dá)（15±5）mm/a［16］的鮮水河斷裂帶來(lái)說(shuō)，其震間效應(yīng)顯著，研究構(gòu)造加載引起的斷裂帶的應(yīng)力積累是很有必要的．

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，采用更符合實(shí)際的分層黏彈介質(zhì)模型，分析鮮水河斷裂帶1893年以來(lái)M≥6．7地震間的同震相互觸發(fā)過(guò)程，還考慮了強(qiáng)震震后黏滯松弛效應(yīng)及震間構(gòu)造應(yīng)力加載作用，進(jìn)一步關(guān)注該斷裂帶150余年來(lái)由同震、震后、震間效應(yīng)所引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化隨時(shí)間的演化，討論斷層的應(yīng)力累積狀態(tài)與強(qiáng)震的關(guān)系．

2 計(jì)算原理和方法

庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則被廣泛地應(yīng)用于巖石破裂研究，試驗(yàn)表明受壓巖石的破裂近似遵守庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則［17］．最初，地震學(xué)家們采用彈性半空間模型研究同震引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化與余震空間分布的關(guān)系［18］；通過(guò)分析特定斷層上的應(yīng)力變化研究強(qiáng)震間的相互作用及斷層的危險(xiǎn)性．如1992年6月28日LandersMw7．3地震的同震引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化與余震有很好的對(duì)應(yīng)，并觸發(fā)了后續(xù)發(fā)生在Landers主震破裂以西約20km 處的Big BearMw6．5 地震［18］．由于熱的下地殼和上地幔的黏彈性作用，在外力消失后，不能完全恢復(fù)其原始形狀并存在一定的剩余應(yīng)變，使應(yīng)力傳遞到上地殼的孕震層，黏滯松弛效應(yīng)廣泛地應(yīng)用于震后形變解釋及強(qiáng)震間相互觸發(fā)的研究中［12，19－20］，F(xiàn)reed和Lin［21］利用有限元數(shù)值模擬的方法計(jì)算，認(rèn)為L(zhǎng)anders震后松弛可能最終導(dǎo)致了1999年Hector Mine地震的提前發(fā)生．因地震的發(fā)生而被卸載了的斷層通過(guò)更長(zhǎng)時(shí)間尺度的震間構(gòu)造作用而繼續(xù)積累應(yīng)力應(yīng)變，震間效應(yīng)同樣是影響斷層應(yīng)力狀態(tài)的重要方面，Deng和Sykes以及Nalbant等［22－23］基于負(fù)位錯(cuò)思想［24－26］，綜合考慮了地震和構(gòu)造應(yīng)力加載效應(yīng)來(lái)研究區(qū)域的地震活動(dòng)．而加勒比海東北部250年的庫(kù)侖應(yīng)力演化表明，由同震、震后、震間效應(yīng)引起的斷層上的庫(kù)侖應(yīng)力變化在大小和正負(fù)上均有所差異［27］，研究斷層上的應(yīng)力狀態(tài)，需綜合考慮三方面效應(yīng)的影響．

本文參考已有的研究方法，基于鮮水河斷裂帶1893年以來(lái)M≥6．7強(qiáng)震的同震位錯(cuò)模型，分別計(jì)算了強(qiáng)震同震位錯(cuò)和震后黏滯松弛效應(yīng)引起的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化，包括瞬時(shí)彈性響應(yīng)，呈指數(shù)衰減的短期響應(yīng)，線性增加的長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的綜合影響；同時(shí)，基于負(fù)位錯(cuò)理論計(jì)算得到10個(gè)斷層段震間構(gòu)造應(yīng)力加載引起的應(yīng)力積累（圖2），震間效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力演化計(jì)算中，對(duì)于走滑型斷層的情況，認(rèn)為接近塊體邊界處的深部變形可簡(jiǎn)化為無(wú)應(yīng)變積累的剛性塊體運(yùn)動(dòng)和閉鎖層的反方向均勻位錯(cuò)的聯(lián)合效應(yīng)［26］，即“負(fù)位錯(cuò)理論”．假設(shè)孕震層完全閉鎖，“負(fù)位錯(cuò)”即可用斷層段長(zhǎng)期滑動(dòng)速率和構(gòu)造作用的時(shí)間來(lái)表示，并采用計(jì)算同震庫(kù)侖應(yīng)力變化的方法計(jì)算震間應(yīng)力積累．從而進(jìn)一步研究同震、震后、震間三方面效應(yīng)對(duì)斷層上庫(kù)侖應(yīng)力場(chǎng)的綜合影響及其與后續(xù)強(qiáng)震的關(guān)系．

圖2 應(yīng)力演化計(jì)算中引起庫(kù)侖應(yīng)力變化的強(qiáng)震及主斷層段［4，15］黑色表示走滑型地震，藍(lán)色表示正斷型地震［4，15］；斷層線粗細(xì)代表滑動(dòng)速率大小［4，15］，具體見(jiàn)表2．Fig．2 Strong earthquakes and the major fault segments in stress evolution calculationThe black source ball represents strike，and the red one represents normal［4，15］，the thickness of the fault line represents the slip rate［4，15］，specific content refer to the Table 2．

計(jì)算庫(kù)侖應(yīng)力變化時(shí)，我們需知道源發(fā)地震的斷層幾何參數(shù)和滑動(dòng)矢量，以及我們所關(guān)注的接收斷層的幾何參數(shù)，靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化可表示為：

3 模型的建立

3．1 介質(zhì)模型

本文參考川西地區(qū)的奔子欄—唐克地震人工測(cè)深剖面的結(jié)果，給出地殼與上地幔的速度和密度結(jié)構(gòu)（表1），鮮水河斷裂帶位于剖面中部，測(cè)線在道孚附近穿過(guò)斷裂帶［30］．鮮水河斷裂帶和東昆侖斷裂帶同屬青藏高原中部的“松潘甘孜—羌塘—拉薩”古特提斯復(fù)合地體［31］，作為地體邊界的東昆侖斷裂的南北兩側(cè)在物質(zhì)組成、變形構(gòu)造體制、演化歷史、地球物理異常及現(xiàn)代構(gòu)造地貌特征上均有明顯差異，印度/亞洲碰撞后，其由韌性剪切轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈约羟校蟼?cè)為巨厚的三疊系復(fù)理石巖系；而青藏高原東南緣大量物質(zhì)向南東及南方向逃逸，鮮水河斷裂帶形成并切割了三疊系砂板巖地層［31］．故本文在建立介質(zhì)模型時(shí)，更多地參考了與鮮水河斷裂帶同屬巴顏喀拉地塊邊界、均為青藏高原強(qiáng)烈活動(dòng)的左旋走滑的東昆侖斷裂帶的流變性質(zhì)［10，30］．邵志剛等［32］利用震后短期內(nèi)觀測(cè)數(shù)據(jù)做約束反演給出的東昆侖斷裂南側(cè)的最佳黏滯系數(shù)為5．0×1017Pa·s，沈正康等［12］分析東昆侖斷裂地震間的黏彈性觸發(fā)時(shí)所采用的中下地殼的黏滯系數(shù)為6．3×1018Pa·s，該系數(shù)基于通海、爐霍、共和地震的平均震后形變弛豫時(shí)間計(jì)算得到，這兩個(gè)結(jié)果分別對(duì)應(yīng)本文震后黏滯松弛的短期和長(zhǎng)期效應(yīng)．我們基于Burgers體模型計(jì)算震后庫(kù)侖應(yīng)力演化，下地殼、上地幔黏滯系數(shù)取η1 ＝5．0×1017，η2＝6．3×1018（表1）．

表1 鮮水河斷裂 帶介質(zhì)模型［12，30，32］Table 1 The medium model of Xianshuihe fault zone

人工地震剖面顯示松潘—甘孜地塊20～30km深有厚約10km 的低速層［33］；大地電磁測(cè)深探測(cè)到鮮水河斷裂25km 以下有高導(dǎo)低阻物質(zhì)存在［34］，我們認(rèn)為該斷裂帶孕震層可達(dá)25km，黏彈性作用從這一深度開(kāi)始．由于地震滑動(dòng)量的峰值集中在孕震層中間區(qū)域［18］，且震源深度和地球物理的研究結(jié)果表明中國(guó)大陸西部的平均震源深度為18±8［35］，鮮水河斷裂帶的強(qiáng)震發(fā)生在10～15km 左右深度［30］，故本文以10km 為計(jì)算深度，研究斷層上的庫(kù)侖應(yīng)力演化．

3．2 斷層分段及同震位錯(cuò)模型

計(jì)算斷層段的震間構(gòu)造加載引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化時(shí)，需確定鮮水河斷裂帶的主斷層段劃分，并給定其長(zhǎng)期滑動(dòng)速率．本文主要參考已有的研究結(jié)果［15，36－37］，將該斷裂帶劃分為10個(gè)斷層段，自西向東依次為爐霍、恰叫、道孚、八美、雅拉河、色拉哈、康定、折多塘、磨西，以及處于甘孜玉樹(shù)和鮮水河斷裂帶之間拉分區(qū)的侏倭段．滑動(dòng)速率多為地質(zhì)上給出的長(zhǎng)期平均滑動(dòng)速率，西北段相對(duì)于東南段較高．?dāng)鄬臃侄蔚南嚓P(guān)參數(shù)見(jiàn)表2．

表2 鮮水河斷裂帶斷層分段參數(shù)［15，36，37］Table 2 Parameters of major fault segmentation of Xianshuihe fault zone

鮮水河斷裂帶自1893年以來(lái)共發(fā)生7次M≥6．7 強(qiáng)震，本文主要參考Papadimitriou等［15］和Wen等［4］給出的同震位錯(cuò)及發(fā)震斷層產(chǎn)狀．除1967年侏倭M6．8地震發(fā)生在兩個(gè)大型左旋走滑斷裂之間的拉分區(qū)，屬正斷型地震外，其余六個(gè)地震均以走滑運(yùn)動(dòng)為主．各參數(shù)見(jiàn)表3．

4 計(jì)算結(jié)果

4．1 同震庫(kù)侖應(yīng)力變化

為研究鮮水河斷裂帶相繼發(fā)生的強(qiáng)震間的觸發(fā)作用及程度，我們根據(jù)表3給出的7次強(qiáng)震的同震位錯(cuò)模型，依時(shí)間順序分別計(jì)算了每一次地震（源地震）的同震位錯(cuò)引起的下一次地震（接收斷層）斷層面上的庫(kù)侖應(yīng)力變化．圖3a顯示，1904年道孚M7地震位于由1893年八美M7地震引起的同震庫(kù)侖破裂應(yīng)力顯著增加的區(qū)域，破裂中心處庫(kù)侖應(yīng)力增加0．218MPa；圖3b顯示，1923年?duì)t霍—恰叫M7．3地震同樣位于1904年道孚M7地震引起的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化的高值區(qū)，破裂中心處應(yīng)力增加0．144 MPa．圖3（e、f）顯示，1973年?duì)t霍M7．6地震分布于1967年侏倭M6．8地震同震引起的庫(kù)侖應(yīng)力增加較大的區(qū)域，1981 年道孚M6．9 地震位于1973年?duì)t霍M7．6地震引起的同震庫(kù)侖應(yīng)力明顯增加的區(qū)域，且增加量均超過(guò)觸發(fā)閾值（0．01 MPa）．而1923年?duì)t霍—恰叫M7．3地震僅引起了1955年折多塘M7．5地震的斷層面上的同震庫(kù)侖應(yīng)力略微上升（圖3c），類似的情況，1955年折多塘M7．5地震對(duì)1967年侏倭M6．8 地震的影響甚微（圖3d），其原因可能是同震位錯(cuò)對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)影響不明顯．雖個(gè)別震例未達(dá)觸發(fā)閾值，但總體上，斷裂帶上依時(shí)間順序相鄰的強(qiáng)震間存在觸發(fā)作用．圖4為累積同震庫(kù)侖應(yīng)力變化的計(jì)算結(jié)果，為某地震事件前發(fā)生的所有強(qiáng)地震共同產(chǎn)生的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化．結(jié)果顯示，所有強(qiáng)震破裂中心所在位置的累積同震庫(kù)侖應(yīng)力變化均已達(dá)到觸發(fā)閾值．

圖4 1893年以來(lái)鮮水河斷裂帶先前所有地震的同震位錯(cuò)引起的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化計(jì)算深度10km，紅色震源球表示接收斷層震源機(jī)制．（a）1893年地震的同震引起的1904年地震斷層面上的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（b）1893年地震的同震和1904年地震的同震共同引起的1923年地震斷層面上的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（c）1893年以來(lái)，1955年地震發(fā)生前的所有強(qiáng)震的同震位錯(cuò)共同引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（d）1967年地震的先前所有強(qiáng)震的同震位錯(cuò)共同引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（e）1973年地震的先前所有強(qiáng)震的同震位錯(cuò)共同引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（f）1981年地震的先前所有強(qiáng)震的同震位錯(cuò)共同引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化．Fig．4 Cumulative Coulomb failure stress changes caused by the co－seismic dislocations of previous events on the Xianshuihe fault zone since 1893The calculated depth is 10km，the red source ball represents focal mechanism of the receive fault．（a）Coulomb stress changes on the 1904 event′s fault plane associated with the co－seismic dislocations of the 1893event．（b）Coulomb stress changes associated with the co－seismic dislocations of the 1893event and the 1904event．（c）Cumulative Coulomb stress changes caused by the co－seismic dislocations of previous events just before the 1955event．（d）Coulomb stress changes caused by the co－seismic dislocations of previous events just before the 1967 event．（e）Coulomb stress changes caused by the co－seismic dislocations of previous events just before the 1973event．（f）Coulomb stress changes caused by the co－seismic dislocations of previous events just before the 1981event．

表3 鮮水河斷裂帶的同震位錯(cuò)模型［4，15］Table 3 Co－seismic slip model of the earthquakes occurred on the Xianshuihe fault zone

圖3 鮮水河斷裂帶同震位錯(cuò)引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化計(jì)算深度10km，黑色震源球表示源發(fā)地震震源機(jī)制，紅色震源球表示接收斷層震源機(jī)制．7次強(qiáng)地震用其發(fā)震年份簡(jiǎn)要表示．（a）1893年地震引起的1904年地震斷層面上的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化；（b）1904年地震引起的1923年地震斷層面上的同震庫(kù)侖應(yīng)力變化；（c）1923年地震引起了1955年地震斷層面上的同震庫(kù)侖應(yīng)力略微升高；（d）1955年地震的同震對(duì)1967年地震的影響甚微（＜0．01 MPa）；（e）1967年地震的同震引起了1973年地震破裂中心處的庫(kù)侖應(yīng)力顯著增加；（f）1973年地震的同震引起了1981年地震破裂中心處的庫(kù)侖應(yīng)力增加．Fig．3 Coulomb failure stress changes caused by the co－seismic dislocations on the Xianshuihe fault zoneThe calculated depth is 10km，the black source ball represents focal mechanism of the seismogenic fault，the red one represents mechanism of the receive fault．（a）Coulomb stress changes on the 1904event′s fault plane associated with the co－seismic dislocations of the 1893 event．（b）Coulomb stress changes associated with the co－seismic dislocations of the 1904event．（c）Co－seismic stress changes associated with the 1923event slightly promoted the 1955event．（d）Co－seismic stress changes associated with the 1955event slightly affected the 1967event（＜0．01 MPa）．（e）Coulomb stress changes associated with the co－seismic dislocations of the 1967event．（f）Co－seismic dislocations of the 1973event caused an increase in Coulomb stress state of the 1981event．

4．2 震后庫(kù)侖應(yīng)力變化

強(qiáng)震的震后黏滯松弛引起的庫(kù)侖應(yīng)力演化見(jiàn)圖5（a—f），為某地震事件發(fā)生前的所有強(qiáng)震震后黏滯松弛效應(yīng)所造成的該地震斷層面上的庫(kù)侖應(yīng)力變化．例如，圖5a表示1893年八美M7 地震震后11年的黏滯松弛效應(yīng)在1904年道孚M7地震斷層面上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化；圖5b 表示1893 年八美M7地震震后29．74年以及1904年道孚M7地震震后18．74年的黏滯松弛效應(yīng)在1923年?duì)t霍—恰叫M7．3地震斷層面上共同引起的累積震后庫(kù)侖應(yīng)力變化．結(jié)果表明，鮮水河斷裂帶上強(qiáng)震的震后黏滯松弛效應(yīng)對(duì)后續(xù)地震有重要貢獻(xiàn)，且均已達(dá)到觸發(fā)閾值．下地殼、上地幔的黏滯松弛效應(yīng)使走滑斷層的庫(kù)侖應(yīng)力變化隨時(shí)間逐漸增大．

圖5 鮮水河斷裂帶1893年以來(lái)強(qiáng)震的震后黏滯松弛引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化計(jì)算深度10km，紅色震源球表示接收斷層震源機(jī)制．（a）1893年地震震后11年的黏滯松弛效應(yīng)在1904年地震斷層面上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（b）1923年地震的先前所有強(qiáng)震震后黏滯松弛效應(yīng)共同引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（c）1955年地震發(fā)生前的所有強(qiáng)震震后效應(yīng)共同引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（d）1967年地震的先前所有強(qiáng)震的震后效應(yīng)共同引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（e）1973年地震的先前所有強(qiáng)震的震后效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（f）1981年地震的先前所有強(qiáng)震的震后效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化．Fig．5 Coulomb failure stress changes caused by the post－seismic viscoelastic relaxation on the Xianshuihe fault zone since 1893The calculated depth is 10km，the red source ball represents focal mechanism of the receive fault．（a）Coulomb stress changes on the 1904 event′s fault plane associated with the post－seismic viscoelastic relaxation of the 1893event．（b）Coulomb stress changes on the 1923event′s fault plane associated with the post－seismic viscoelastic relaxation of the 1893event and the 1904event．（c）Cumulative coulomb stress changes caused by the post－seismic viscoelastic relaxation of previous events just before the 1955event．（d）Coulomb stress changes caused by the post－seismic viscoelastic relaxation of previous events just before the 1967event．（e）Coulomb stress changes caused by the post－seismic viscoelastic relaxation of previous events before the 1973event．（f）Coulomb stress changes caused by the post－seismic viscoelastic relaxation of previous events before the 1981event．

圖6則表示某地震事件發(fā)生之前的所有強(qiáng)震的同震和震后黏滯松弛效應(yīng)在該地震斷層面共同引起的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化，反映了前面發(fā)生的所有強(qiáng)震對(duì)后續(xù)地震的影響．結(jié)果顯示所有地震均分布在強(qiáng)震引起的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化高值區(qū)（0．01～1MPa）．

圖6 鮮水河斷裂帶1893年以來(lái)強(qiáng)震（同震＋震后）引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化計(jì)算深度10km，紅色震源球?yàn)榻邮諗鄬诱鹪礄C(jī)制．（a）1893年地震引起的1904年地震斷層面上的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（b）1923年地震發(fā)生前的所有強(qiáng)震引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（c）1955年地震發(fā)生前的所有強(qiáng)震引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（d）1967年地震的先前所有強(qiáng)震引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（e）1973年地震的先前所有強(qiáng)震引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化；（f）1981年地震的先前所有強(qiáng)震引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化．Fig．6 Coulomb failure stress changes caused by the earthquakes（co－seismic＋post－seismic）on the Xianshuihe fault zone since 1893The calculated depth is 10km，the red source ball represents focal mechanism of the receive fault．（a）Coulomb stress changes on the 1904 event′s fault plane associated with the 1893event．（b）Coulomb stress changes on the 1923event′s fault plane associated with the 1893 event and the 1904event．（c）Cumulative coulomb stress changes caused by previous events just before the 1955event．（d）Coulomb stress changes caused by previous events before the 1967event．（e）Coulomb stress changes caused by previous events before the 1973event．（f）Coulomb stress changes caused by previous events before the 1981event．

4．3 震間庫(kù)侖應(yīng)力變化

本節(jié)基于負(fù)位錯(cuò)理論，計(jì)算1893年八美M7地震后鮮水河斷裂帶10個(gè)斷層段的震間長(zhǎng)期構(gòu)造加載作用在各地震破裂面產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化，主斷層段設(shè)置見(jiàn)表2，計(jì)算結(jié)果如圖7．整體上，長(zhǎng)期構(gòu)造作用加載了該斷裂帶，并對(duì)強(qiáng)震的發(fā)生有重要貢獻(xiàn)．結(jié)果顯示，同為走滑型的接收斷層的應(yīng)力分布圖像較為相似．而圖7d為1893—1967年震間應(yīng)力加載引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化，其接收斷層為正斷型的1967年侏倭M6．8地震的斷層面，應(yīng)力分布圖像顯示了和其他走滑型斷層面不同的特征，說(shuō)明接收斷層產(chǎn)狀的不同會(huì)造成應(yīng)力分布圖像的差異，盡管如此，長(zhǎng)期構(gòu)造作用仍對(duì)正斷型的侏倭段起加載作用．圖7（f—h）分別為1893年起，截至1981、2012、2050 年震間效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累，接收斷層均參考1981年道孚M6．9 地震的斷層面，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移，長(zhǎng)期的構(gòu)造作用未改變對(duì)相應(yīng)斷層段的加載或卸載性質(zhì)，只是使斷裂帶及鄰近區(qū)的正庫(kù)侖應(yīng)力變化在范圍和強(qiáng)度上有所增加，而這種上地殼的震間應(yīng)力積累最終會(huì)被后續(xù)發(fā)生的地震所釋放．

圖7 1893年起鮮水河斷裂帶構(gòu)造應(yīng)力加載引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累計(jì)算深度10km，紅色震源球?yàn)榻邮諗鄬诱鹪礄C(jī)制．（a）1893—1904年的長(zhǎng)期震間構(gòu)造應(yīng)力加載引起的1904年斷層面上的庫(kù)侖應(yīng)力積累；（b）1893—1923年的震間效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累；（c）1893—1955年的震間效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累；（d）1893—1967年的震間效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累；（e）1893—1973年的震間效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累；（f）1893—1981年的震間效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累；（g）1893—2012 年的震間效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累；（h）1893—2050年的震間效應(yīng)引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累，（g、h）中接收斷層的震源機(jī)制仍參考1981年地震的震源機(jī)制．Fig．7 Accumulation of Coulomb failure stress caused by tectonic loading on the Xianshuihe fault zone since 1893The calculated depth is 10km，the red source ball represents focal mechanism of the receive fault．（a）Inter－seismic Coulomb stress accumulation caused by tectonic stress loading just before the 1904event，since 1893．（b）Inter－seismic Coulomb stress accumulation just before the 1923event．（c）Inter－seismic Coulomb stress accumulation before the 1955event．（d）Inter－seismic Coulomb stress accumulation before the 1967event．（e）Inter－seismic Coulomb stress accumulation before the 1973event．（f）Inter－seismic Coulomb stress accumulation before the 1981event．（g）Inter－seismic Coulomb stress accumulation until just before 2012．（h）Inter－seismic Coulomb stress accumulationtill 2050，using the focal mechanism of the 1981event for the receive fault．

4．4 累積庫(kù)侖應(yīng)力變化

為考慮強(qiáng)震及構(gòu)造應(yīng)力加載引起的庫(kù)侖應(yīng)力變化對(duì)后續(xù)地震的綜合影響，我們計(jì)算了最近一活躍期，即1893年以來(lái)，強(qiáng)震同震、震后黏滯松弛效應(yīng)以及10個(gè)斷層段震間構(gòu)造應(yīng)力加載引起的累積庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化，結(jié)果見(jiàn)圖8．圖8（a—f）表明，鮮水河斷裂帶的強(qiáng)震均發(fā)生在同震、震后、震間三方面效應(yīng)引起的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化的高值區(qū)．其中，圖8c為1893年八美M7、1904年道孚M7和1923年?duì)t霍—恰叫M7．3地震的同震位錯(cuò)和震后黏滯松弛效應(yīng)以及1893—1955年的震間構(gòu)造應(yīng)力加載作用在1955年折多塘M7．5地震斷層面上引起的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化量，1955年折多塘M7．5地震發(fā)生在累積庫(kù)侖應(yīng)力顯著增加的區(qū)域；而在同震庫(kù)侖應(yīng)力觸發(fā)的計(jì)算中，單獨(dú)考慮1923年?duì)t霍—恰叫M7．3地震的作用，其同震位錯(cuò)僅引起1955年折多塘M7．5地震的斷層面上的庫(kù)侖應(yīng)力略微上升（圖3c）．類似的情況，1955年折多塘M7．5 地震的同震位錯(cuò)對(duì)1967年侏倭M6．8地震的影響甚微（圖3d），但從同震、震后以及震間構(gòu)造應(yīng)力加載引起的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化 結(jié) 果 看，1955 年 折 多 塘M7．5 地 震 和1967 年 侏倭M6．8地震則被其前面發(fā)生的強(qiáng)震及構(gòu)造加載作用觸發(fā)（圖8d）．圖8顯示，若考慮三方面效應(yīng)對(duì)斷層上庫(kù)侖應(yīng)力狀態(tài)的影響，鮮水河斷裂帶上所有強(qiáng)震，不僅是強(qiáng)震破裂中心，甚至強(qiáng)震的破裂段均位于累積庫(kù)侖應(yīng)力顯著增加的區(qū)域（圖8（a—f））．

圖8 1893年以來(lái)鮮水河斷裂帶累積庫(kù)侖應(yīng)力演化（同震＋震后＋震間）計(jì)算深度10km，紅色震源球?yàn)榻邮諗鄬诱鹪礄C(jī)制，綠色線段為發(fā)震斷層位置．（a）1893年地震（同震＋震后）以及1893—1904年震間長(zhǎng)期構(gòu)造應(yīng)力加載引起的1904年地震斷層面上的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化；（b）1923年地震發(fā)生前的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化；（c）1955年地震發(fā)生前的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化；（d）1967年地震發(fā)生前的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化；（e）1973年地震發(fā)生前的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化；（f）1981年地震發(fā)生前的累積庫(kù)侖應(yīng)力變化．Fig．8 The evolution of cumulative Coulomb failure stress changes on the Xianshuihe fault zone since 1893The calculated depth is 10km，the red source ball represents focal mechanism of the receive fault，the green solid line represents the location of seismogenic fault．（a）Coulomb stress evolution until just before the 1904event，stress changes associated with the 1893 earthquake as well as tectonic stress changes on the fault segments since 1893are included．（b）Cumulative Coulomb stress changes until just before the 1923event．（c）State of Coulomb stress just before the 1955event．（d）State of Coulomb stress before the occurrence of the 1967event．（e）Cumulative Coulomb stress changes just before the 1973event．（f）Cumulative Coulomb stress changes before the 1981event．

5 結(jié)論與討論

1893年以來(lái)，鮮水河斷裂帶的庫(kù)侖應(yīng)力變化隨時(shí)間演化的結(jié)果表明，鮮水河斷裂帶的強(qiáng)震均在前面發(fā)生的一系列強(qiáng)震及構(gòu)造應(yīng)力加載的驅(qū)使下發(fā)生．該斷裂帶上強(qiáng)震間存在觸發(fā)作用，強(qiáng)震的震后黏滯松弛效應(yīng)對(duì)后續(xù)地震影響顯著，即大地震（同震、震后）產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力增加，有利于后續(xù)地震的發(fā)生．另外，震間的長(zhǎng)期構(gòu)造應(yīng)力加載作用對(duì)斷裂帶上強(qiáng)震的發(fā)生有重要貢獻(xiàn)，且隨著時(shí)間的推移，長(zhǎng)期的構(gòu)造作用增大了庫(kù)侖應(yīng)力變化正影響區(qū)的范圍和強(qiáng)度．若考慮強(qiáng)震的同震、震后以及震間效應(yīng)的綜合影響，所有后續(xù)強(qiáng)震，不僅強(qiáng)震破裂中心，甚至強(qiáng)震的破裂段均分布于三方面效應(yīng)引起的累積庫(kù)侖應(yīng)力顯著增加的區(qū)域．

前人的研究多考慮同震引起的應(yīng)力變化，震后黏滯松弛及震間構(gòu)造加載效應(yīng)則很少涉及，然而，我們的演化結(jié)果顯示，同震、震后、震間三方面效應(yīng)均引起了鮮水河斷裂帶不可忽略的庫(kù)侖應(yīng)力變化．我們對(duì)這三方面效應(yīng)在后續(xù)強(qiáng)震破裂中心產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化大小進(jìn)行分析．結(jié)果顯示（表4），震前1817—1892年的長(zhǎng)期構(gòu)造加載作用顯著，在1893年后的這個(gè)活躍期里，各斷層段持續(xù)受構(gòu)造應(yīng)力加載作用影響，有的強(qiáng)震破裂中心的庫(kù)侖應(yīng)力變化受同震或震后效應(yīng)影響為主．具體的影響程度可能與同震位錯(cuò)大小、地震間的時(shí)間間隔及空間分布相關(guān)．

1893年以來(lái)，強(qiáng)震引起的沿?cái)鄬幼呦蚍较虻膸?kù)侖應(yīng)力演化結(jié)果顯示（圖9a），強(qiáng)震的同震滑動(dòng)使其破裂段的庫(kù)侖應(yīng)力顯著降低，而使破裂段兩側(cè)的庫(kù)侖應(yīng)力增加，從而觸發(fā)后續(xù)地震，如1893 年八美M7地震的同震引起了1904年道孚M7的破裂段的庫(kù)侖應(yīng)力升高，觸發(fā)了道孚地震；1967年侏倭M6．8地震的同震造成了1973年?duì)t霍M7．6地震的破裂面的庫(kù)侖應(yīng)力大幅度增加，且范圍有所擴(kuò)大，觸發(fā)了爐霍地震，這與表4中同震庫(kù)侖應(yīng)力變化對(duì)1904年道孚M7、1973年?duì)t霍M7．6地震的發(fā)生有主要貢獻(xiàn)的結(jié)果一致．震后黏滯松弛效應(yīng)對(duì)斷層段起加載作用，其中，各地震的震后效應(yīng)造成1981 年道孚M6．9 地震破裂段的庫(kù)侖應(yīng)力逐漸升高，抵消了1904年道孚M7地震的同震滑動(dòng)的影響，并于1973年?duì)t霍M7．6地震后，庫(kù)侖應(yīng)力變化轉(zhuǎn)為正值，最終觸發(fā)了1981年道孚M6．9地震，而震后黏滯松弛效應(yīng)在該地震破裂中心位置造成的庫(kù)侖應(yīng)力增量超過(guò)了同震和震間效應(yīng)引起的應(yīng)力增量（表4）．圖9b為綜合考慮強(qiáng)震和1893—2050年構(gòu)造應(yīng)力加載作用得到的斷層上的累積庫(kù)侖應(yīng)力演化．隨著時(shí)間的推移，鮮水河斷裂帶各斷層段由構(gòu)造應(yīng)力的加載作用引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累有不同程度的增強(qiáng)．加入震間構(gòu)造加載效應(yīng)的應(yīng)力演化結(jié)果顯示，與強(qiáng)震的影響相比（圖9a），1923 年 爐 霍—恰叫M7．3 和1955 年折多塘M7．5、1967年侏倭M6．8地震的破裂段的庫(kù)侖應(yīng)力有顯著增加，而這三次強(qiáng)震破裂中心的庫(kù)侖應(yīng)力增加也主要依賴于構(gòu)造加載作用（表4），體現(xiàn)了震間效應(yīng)對(duì)這三次強(qiáng)震的重要影響．

圖9 1893—2050年沿鮮水河斷裂帶走向的庫(kù)侖應(yīng)力演化（a）強(qiáng)震（同震＋震后）引起的庫(kù)侖應(yīng)力演化；（b）累積庫(kù)侖應(yīng)力演化（同震＋震后＋震間）．Fig．9 The evolution of cumulative coulomb failure stress along the Xianshuihe fault zone from 1893to 2050（a）The evolution of Coulomb stress changes caused by earthquakes（co－seismic＋post－seismic），（b）The evolution of cumulative Coulomb failure stress changes（co－seismic＋post－seismic＋inter－seismic）．

表4 鮮水河斷裂帶1893年以后同震、震后、震間效應(yīng)在強(qiáng)震破裂中心產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化量（單位：MPa）Table 4 Coulomb stress changes caused by the effects of co－seismic，post－seismic and inter－seismic at the strong earthquake rupture center on the Xianshuihe fault zone since 1893（Unit：MPa）

1981年道孚M6．9地震后，鮮水河斷裂帶至今未發(fā)生6．7級(jí)以上地震，將庫(kù)侖應(yīng)力演化計(jì)算持續(xù)到2050年，假設(shè)期間無(wú)強(qiáng)震發(fā)生．計(jì)算結(jié)果顯示，鮮水河南段S10 磨西段的庫(kù)侖應(yīng)力始終處于較高的水平，庫(kù)侖應(yīng)力增加最為顯著，該段上一次強(qiáng)震發(fā)生于1786年，地震危險(xiǎn)性值得關(guān)注；受構(gòu)造應(yīng)力作用的影響，S5八美段庫(kù)侖應(yīng)力正影響區(qū)的范圍逐漸增加，至2050 年，S4 道 孚 段、S7 色 拉 哈 段、S8 康 定段的庫(kù)侖應(yīng)力顯著增加，鑒于上一活躍期（1700—1816年）有兩個(gè)斷層段聯(lián)合破裂的歷史［4，15］，若S4、S5段或S7、S8段的庫(kù)侖應(yīng)力增加區(qū)聯(lián)合起來(lái)，將有觸發(fā)大地震的可能；另外S6 雅拉河段同樣屬于累積庫(kù)侖應(yīng)力增加段．本文斷層段庫(kù)侖應(yīng)力變化的結(jié)果 與Papadimitriou 等［15］和Wen 等［4］的 研 究 結(jié) 果有一定可比性．

本文在應(yīng)力計(jì)算中仍有不確定性存在，這種不確定性源于演化參數(shù)設(shè)置、分層地殼模型的參數(shù)選取、斷層物理參數(shù)的確定等．本文取有效摩擦系數(shù)μ′為0．4，研究表明μ′選取可能與斷層類型［27，38］及斷層滑動(dòng)速率相關(guān)［38－40］．我們分別采用有效摩擦系數(shù)為0．2、0．4、0．8進(jìn)行敏感性分析，破裂中心的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化結(jié)果顯示，對(duì)于以走滑為主、高滑動(dòng)速率的鮮水河斷裂帶來(lái)說(shuō)，有效摩擦系數(shù)的選取對(duì)應(yīng)力演化結(jié)果影響不顯著，認(rèn)為有效摩擦系數(shù)取0．4較為合理．除了黏滯松弛效應(yīng)，震后余滑和孔隙回彈也是震后應(yīng)力調(diào)整的一個(gè)方面，只是其理論尚未統(tǒng)一，在各研究中很少涉及；另外，震間庫(kù)侖應(yīng)力變化計(jì)算中，斷層段完全閉鎖是一種理想的近似，實(shí)際上震間的滑動(dòng)速率相對(duì)于地質(zhì)上的長(zhǎng)期滑動(dòng)速率要低．另外，在庫(kù)侖應(yīng)力演化結(jié)果的基礎(chǔ)上，如何結(jié)合背景地震發(fā)生率明確各斷層段的地震危險(xiǎn)性也是需關(guān)注的重要問(wèn)題，在今后的深入研究中，有待進(jìn)一步改進(jìn)和解決．

致 謝 感謝聞學(xué)澤老師對(duì)本研究提出的建設(shè)性意見(jiàn)和有益的討論．

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