郭安寧，郭增建，張 津，趙乘程，張煒超

（中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

地震安全性評價是《中華人民共和國防震減災法》確定的一項法律制度。國家標準（GB 17741－2005）《工程場地地震安全性評價》規(guī)范規(guī)定了其技術操作標準。在（GB 17741－2005）中，概率性地震危險性方法（PSHA）是規(guī)范所規(guī)定的確定各級地震安全評價，包括地震動參數區(qū)劃圖的基礎方法。在其中國化后的概率性地震危險性方法（CPSHA）中，增加了地震帶內各震級檔對不同潛在震源采取不同概率賦值的方法，即考慮地震活動的空間不均勻性，具體方法是在地震帶內最終歸一概率的基礎上，對各個不同潛在震源區(qū)賦予不同的概率發(fā)生值，而賦值依據則是基于多種地震預測方法和地震觀測研究的結果作為綜合因子來確定。認為危險性大的潛在震源，對其整個帶的地震危險性的概率值貢獻就大一些，反之則小一點。在綜合因子指標判斷中，地震帶內發(fā)震構造發(fā)生大地震后，影響對方再發(fā)震的問題是需要考慮的因素之一［1－2］。

通常對大地震發(fā)生后對周邊發(fā)震構造再發(fā)震的影響，從一個區(qū)域的能量釋放角度出發(fā)都認為是減震作用。而筆者認為，一般大地震發(fā)生后對大區(qū)域是呈現減震的情況，但是當發(fā)震構造在近范圍內相互影響時，且發(fā)震構造之間為復雜的幾何關系時，一個地震發(fā)生后，相連兩發(fā)震構造塊體之間力的作用會呈復雜的空間作用關系，因而加與減震會呈現不同的情況。從力學機理上分析會呈現復雜的能量疊加與加減震關系。

本文以2008年5月12日汶川8級大震為例來討論這個問題。以“垂震底繼”的幾何相互關系研究思路，對這次大地震前，幾次發(fā)生在龍門山斷裂帶上的大地震影響汶川地震發(fā)生的關系進行了研究。

對汶川M8地震的發(fā)震有影響的周邊大地震事件，一個是1933年8月25日 疊溪7．5級大震（發(fā)震構造是岷江斷裂）和1976年8月16日和8月22日兩次松潘7．2級地震（發(fā)震構造是虎牙斷裂）。這兩次地震的發(fā)震構造與龍門山斷裂呈近似正交關系，從力學機理分析，這兩次7級地震對龍門山斷裂是施加的能量疊加作用，認為對汶川地震是加震作用，而不是減震作用。

另外，針對汶川地震的孕震模式，研究指出了某些研究者用巴顏喀拉塊體東移造成汶川地震逆沖發(fā)震所包含的矛盾問題。具體就一些研究者鑒于2001年昆侖山口西發(fā)生的8．1級地震以走滑為主，向東錯動的南盤重合于巴顏喀拉塊體北緣，該塊體向東南方向延伸其東邊緣就是龍門山，于是認為汶川大震的逆沖性是巴顏喀拉塊體向東南方向運動時受阻于四川穩(wěn)定地塊，從而積累了能量形成了汶川地震。然而這個解釋會產生很多矛盾，最典型的即巴顏喀拉塊體向東南方向整體運動后，就與巴顏喀拉塊體西南緣的鮮水河斷裂錯動方向產生了矛盾。若巴顏喀拉整體向東南方向運動，其塊體西南緣的鮮水河斷裂必定是右旋，但實際觀測結果卻是左旋。本研究表明了汶川地震發(fā)震機理中存在著更復雜的機理。

1 大地震發(fā)生后對發(fā)震構造彼此影響機理及在CPSHA空間分布函數fi，mj的意義

概率地震危險性分析方法（Probabilisyic Seismic Hazard Analysis，PSHA）首先由美國人Cornell提出［3］，已成為世界上進行概率性分析地震危險性最常用的方法。而中國現今使用的概率地震危險性分析方法，是在Cornell提出的方法框架基礎上，結合我國地震活動時空不均勻的特點，吸收我國中長期預測的大量科研成果，經過改進提出的稱為“考慮地震時空不均勻性概率地震危險性分析方法”（CPSHA）［1－2］。中國的CPSHA 方法一個顯著的特點就是對潛在震源區(qū)內對潛在震源的空間不均勻性進行了處理，引入了空間分布函數這一概念。在同一地震帶內對不同震級檔的地震再進行不均勻性加權處理，每一潛在震源對不同震級檔的地震年平均發(fā)生率所得到的權重是有區(qū)別的。而這個權重是根據多種因素確定的，地震發(fā)生后對后續(xù)地震的作用是一項很重要的因素和考慮的指標。

在國內，首先提出大地震發(fā)生后對周邊發(fā)震構造加與減震的研究觀點見文獻［4］，文中指出了兩種斷層呈不同幾何形式后的加與減震的關系：當處于相互平行狀況時，加與減震的情況要取決于兩個斷層的旋性。而對于相交匯幾何關系呈的斷層來說，一個相當于垂線，可稱垂斷層，另一個相當于底線，可稱底斷層。如果底斷層發(fā)生了大震，則垂斷層上就減震了，簡稱“底震垂減”；如果垂斷層發(fā)生了大震，則底斷層上可能還會相繼發(fā)生大震，可稱“垂震底繼”。文中還總結了加與減震的定量關系，強震造成的減震距離，對于一個走滑震源斷層，在其垂直方向上位移衰減至0．5m的距離為

式中R為減震距離；D為斷層錯動位移。

文獻［5－7］又深入研究減震關系，對減震關系的公式進行了簡化。得到以下公式［5］：

式中R為減震距離，單位：km；MS為震級。以此式得以下數據：

表1 不同震級地震與減震距離的關系Table 1 Different earthquake magnitude and earthquake reduction distance relationship

作為法規(guī)教材的文獻［2］中指出，在近場強震分析中必須要考慮大地震減震作用的影響，以此作為各震級檔地震的空間函數賦值依據。要求在近場區(qū)內有M＞7歷史大地震發(fā)生的，則應分析是否可能有大地震的減震作用，因為這對近場地震危險性評價有較大影響。鄢家全［8］總結了我國華北地區(qū)1303年以來發(fā)生的8級、7級和6級地震的減震作用，研究結果表明：

（1）對于震級大小不同的地震，減震作用的范圍也是不同的。在相似的情況下，8級地震的減震范圍比7級和6級地震的減震作用范圍大。這個減震作用范圍既包括了時間的含義，也包括了空間的含義。時間間隔的長短和空間距離的遠近是相互制約的，且具有互成反比的關系。

（2）對于7級和8級大地震來說，當不考慮晚期強余震時，在大地震發(fā)生后的短時間內（10～30年），6級以上的地震發(fā)生在距大地震較遠的地方（100km以外）；在大地震發(fā)生后的較長時間內（100年以后），6級以上地震逐漸向大震震中靠近。僅從分布的密度看，大多數地震是發(fā)生在大震后50年之后，在距大震200km以遠的地區(qū)。

7級以上地震發(fā)生后的100km范圍內，50年內幾乎不發(fā)生6．0級以上的強震，在100年內的發(fā)生情況也很少，隨著時間的推移，7級以上強震的震中附近發(fā)生6級以上地震逐漸增多。

另外，雷建成等［9］按50年和50km為間隔得到了7級以上強地震發(fā)生后，地震帶內各震級檔地震續(xù)發(fā)的累積頻率分布，其結果具有相似性。

鄢與雷的研究結果［8－9］與郭安寧等［4－7］的研究結果的區(qū)別是，除了研究時間的前后及選取研究地域的區(qū)別外，前者多從能量觀點來研究地震發(fā)生后對區(qū)域能量釋放來說減震作用；而后者則是通過對力學機理深入研究后表明，當斷層處于復雜的幾何關系時，其加與減震的作用是不一樣。當兩個斷層呈基本正交的關系時，當垂斷層發(fā)生大震后，底斷層還處于能量累積方式，從而不僅不利于減震，而且還更利于積累能量而發(fā)生大地震。即“垂震底繼”。

2 由復雜幾何“垂震底繼”關系對疊溪和松潘地震對汶川大震的能量疊加的分析

在行政轄屬的四川省內，在大地震構造上屬于巴顏喀拉地塊內的東南部，在不到100年的時間內發(fā)生了三次著名地震，分別為1933年疊溪M7．5地震、1976年松潘MS7．2地震、2008年汶川8．0地震。

根據付碧宏等的研究［10］，1933年疊溪地震的發(fā)震構造——岷江斷裂和1976年松潘大震的發(fā)震構造－虎牙斷裂與2008年汶川大震的發(fā)震構造—龍門山斷裂系之間的關系如圖1所示。

根據圖1，岷江斷裂和虎牙斷裂其東南端大致垂直于龍門山斷裂系，基本呈正交的彼此關系，按照文獻［4－5］的研究，符合于的“垂震底繼”和“底震垂減”的幾何與力學關系。龍門山斷裂為底斷層，岷江斷裂和虎牙斷裂為垂斷層。聞學澤等［11］指出，圖1中岷江斷裂的南端是1933年疊溪大震的極震區(qū)。該極震區(qū)長軸為南偏東走向，向茂縣地區(qū)延伸，也大致垂直于龍門山斷裂系。另外文獻［11］中還有1987年以來的弱震分布圖，明顯發(fā)映出1976年松潘大震極震區(qū)的弱震密集帶，此帶走向亦為南偏東，大致垂直于龍門山斷裂帶。

圖1 岷江斷裂和虎牙斷裂與龍門山斷裂的關系Fig．1 The relationship between the Minjiang fault，the Huya fault and the Longmen Mountain Fault．

通過岷江斷裂和虎牙斷裂與龍門山大斷裂的近似呈正交的空間位置關系，就說明1933年疊溪M7．5地震、1976年松潘MS7．2地震，是把能量疊加給了龍門山孕震構造、也就是增加了龍門山大震斷裂帶的地震發(fā)生可能性，而不是降低。從加震的分析來說，只要垂斷層上發(fā)生的大地震其震源斷層端部距底斷層的距離小于垂斷層上大震斷層長度L（km）的2～3倍，則就可能起加震作用。這是對加與減震量化的表述，震源斷層長度L與震級M的關系式為

在這里就引出一個值得重視的問題，即一個地區(qū)在過去不長時間發(fā)生過幾個大地震后，不要簡單認為這個地區(qū)今后不致再發(fā)生大地震，而要具體根據發(fā)震構造之間幾何關系研究后確定，可能會“加震”也會“減震”。

反過來，2008年汶川8級地震發(fā)生后，按“底震垂減”的關系，今后很長時間內岷江斷裂和虎牙斷裂東南端再不會發(fā)生大震了。按照文獻［6］，不同震級減震范圍R的公式為

據此式可以算得8．5級地震由發(fā)震斷層向兩側各減162km，8級減93km，7．5級減54km，7級減31km。由于汶川地震是8．0級，由其地震斷層向虎牙斷裂和岷江斷裂所在一側減90km地段，今后很長時間在該地段內不會發(fā)生大震（指7級和7級以上）。

歷史上1933年疊溪大震和1976年松潘大震其間距已達60km，這也與上述減震距離相符。即松潘大震發(fā)生在疊溪大震的減震距離之外。因而1933年疊溪地震發(fā)生對1976年松潘地震的發(fā)生沒有影響。

基于這三個震例的發(fā)震關系，證明了發(fā)震構造呈復雜空間關系下彼此影響對發(fā)震構造機理的多樣性與復雜性。從而為概率危險性分析計算時空間函數的賦值的分配提供了一個考慮的物理因子。

3 關于巴顏喀拉地塊東移與汶川大震的逆沖性的復雜機理

自2008年后巴顏喀拉塊體發(fā)生了活躍性的變化，在塊體邊緣發(fā)生了一系列的強震，沿著這個塊體不僅發(fā)生了2008年汶川地震，也發(fā)生了2010年青海玉樹地震，其成因及預測問題成為研究的熱點［12－14］。在一系列的研究中，汶川地震的力學成因是涉及到巴顏喀拉塊體的。但更重要的是對于汶川地震的逆沖性有來自印度板塊向北擠壓青藏高原并在高原內部向東偏移施加來的EW向水平壓力，也有青藏高原塊體與四川盆地的垂直差異運動分量疊加［15］。

我們與其他研究者的研究都認為2001年昆侖口8．1級大震和2008年汶川8級地震都是青藏板塊受印度板塊擠壓后的統(tǒng)一表現?，F在尚無充分根據認為是其他的情況。這可由李延興等的大地測量結果佐證［16］（圖2）。圖2中的2001年昆侖山口西8．1級地震的走滑錯動符合速度矢量的后果。即與李延興等所得速度矢量是一致的。其東端對應著汶川8級地震的那個長條形塊體就是巴顏喀拉塊體。該塊體西南緣的東南段就是鮮水河斷裂，該斷裂是左旋走滑，它的巴顏喀拉地塊一側是向NW錯動的，這與某些作者認為的汶川大震的逆沖錯動與巴顏喀拉塊體向SE方向移動產生了矛盾。換句話說，圖2所示龍門山是受著青藏高原傳來的近EW向的擠壓，它既能形成2008年汶川大震的右旋走滑錯動分量，也就不可能形成鮮水河斷裂帶的左旋走滑錯動。但實際上鮮水河斷裂帶是呈左旋走滑的，這與作為巴顏喀拉塊體東移（鮮水河斷裂帶的上盤東北盤即為巴顏喀拉塊體）的運動方向產生了矛盾。

圖2 1999－2007年期間青藏高原相對于華南塊體的速度場Fig．2 The Velocity field of Tibetan Plateau relative to South China block in 1999－2007．

作為巴顏喀拉塊體向東南方向受阻四川塊體形成汶川地震的孕震模式的思路來源是鑒于2001年昆侖山口西發(fā)生的8．1級地震以走滑為主，向東錯動的南盤重合于巴顏喀拉塊體北緣，該塊體向東南方向延伸其東邊緣就是龍門山，于是認為汶川大震的逆沖性是巴顏喀拉塊體向東南方向運動受阻于四川穩(wěn)定地塊形成的。然而這個解釋與汶川大震的走滑分量相應于巴顏喀拉塊體一側是向NE方向錯動相矛盾，且與作為巴顏喀拉塊體西南緣的鮮水河斷裂錯動方向相矛盾。這個矛盾的出現，與文獻［17］中所闡述的兩種情況是需要思考的，即認為印度板塊向NNE方向的擠壓使中國地殼大范圍受壓，而這個大范圍被壓的區(qū)域內有許多大小不等、形狀不一和物性各異的構造塊體，它們是整體連結在一起傳遞應力供給震源能量，還是通過中間某個塊體的運動來傳遞應力供給震源能量？對于后者必須在塊體向前運動的兩側邊界上有平行異旋的走滑錯動（大震震源機制證明或地質構造指標的證明），對于巴顏喀拉塊體實際情況卻是平行同旋的走滑錯動。這一矛盾，構成了巴顏喀拉塊體作為孕震力源的復雜性所在，很可能存在深部復雜力源的作用。

4 結論

對發(fā)震構造呈復雜幾何關系（發(fā)震構造在平面投影呈非平行關系）下的發(fā)震影響的機理進行了研究，研究表明，不能簡單認為大震發(fā)生后對周邊發(fā)震斷裂都是“免疫”性的減震作用。在一些情況下的還是加震作用。

從發(fā)震的“垂震底繼”影響關系研究了1933年疊溪M7．5地震和1976年松潘MS7．2地震對后來發(fā)生汶川M8地震的龍門山發(fā)震構造的孕震能量疊加的加震作用。同時也指出汶川8級地震對周邊斷裂的減震作用，相應計算并指出了其影響減震的距離。

強震本身樣本少，尤其是具備彼此影響的發(fā)震構造關系中的強震樣本更少，因而本文通過并不多見的三個發(fā)震構造能呈相互影響的強震實例，增加了一個研究樣本的實例，同時也證明了發(fā)震構造呈復雜空間關系下，彼此影響對發(fā)震構造機理的多樣性與復雜性。從而為概率危險性分析中計算時空間函數的賦值的分配提供了一個考慮的物理因子。

另外，研究與指出了某些作者用巴顏喀拉塊體東移造成汶川大震逆沖分量的矛盾，從而表明汶川地震孕震的復雜性所在。為進一步深入研究提出了問題所在。

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