祝意青， 劉芳， 李鐵明， 鄭兵， 王青華

1 中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心, 西安 710054 2 中國(guó)地震局地質(zhì)研究所， 北京 100029 3 四川省地震局測(cè)繪工程院， 四川雅安 625000 4 云南省地震局， 昆明 650224

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川滇地區(qū)重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化及其強(qiáng)震危險(xiǎn)含義

祝意青1， 劉芳1， 李鐵明2， 鄭兵3， 王青華4

1 中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心, 西安 710054 2 中國(guó)地震局地質(zhì)研究所， 北京 100029 3 四川省地震局測(cè)繪工程院， 四川雅安 625000 4 云南省地震局， 昆明 650224

基于川滇地區(qū)2011—2014年的重力復(fù)測(cè)資料，系統(tǒng)分析了區(qū)域重力場(chǎng)時(shí)-空動(dòng)態(tài)變化及其與2012年云南彝良MS5.7、2013年四川蘆山MS7.0、2014年云南魯?shù)镸S6.5和四川康定MS6.3地震發(fā)生的關(guān)系.結(jié)合GPS、水準(zhǔn)觀測(cè)成果和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造動(dòng)力環(huán)境，進(jìn)一步研究了區(qū)域重力場(chǎng)變化的時(shí)空分布特征及其機(jī)理，討論了近期區(qū)域重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化的強(qiáng)震危險(xiǎn)含義.結(jié)果表明：①重力變化與川滇地區(qū)斷裂構(gòu)造活動(dòng)存在密切空間聯(lián)系，重力變化較好地反映了伴隨活動(dòng)斷層的物質(zhì)遷移和構(gòu)造變形引起的地表重力變化效應(yīng).②重力資料對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)2012年以來(lái)發(fā)生的4次MS5.7以上強(qiáng)震均有較好反映，地震前震中區(qū)及其附近觀測(cè)到明顯的區(qū)域性重力異常及重力變化高梯度帶，可能是地震孕育過(guò)程中觀測(cè)到的重力前兆信息.③區(qū)域重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)演化大體反映了青藏高原物質(zhì)東流的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，龍門山斷裂帶地殼受擠壓隆起、面壓縮率和重力上升變化的特征最為顯著.④重力場(chǎng)的空間分布及其隨時(shí)間變化與地殼垂直與水平運(yùn)動(dòng)及地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)等觀測(cè)結(jié)果有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)震易發(fā)生在重力變化四象限分布中心地帶或正、負(fù)異常區(qū)過(guò)渡的高梯度帶上，研究區(qū)的一些重力異常部位仍存在中-長(zhǎng)期大震危險(xiǎn)背景.

川滇地區(qū)； 重力場(chǎng)變化； 構(gòu)造活動(dòng)； 蘆山地震； 魯?shù)榈卣穑?中-長(zhǎng)期地震危險(xiǎn)背景

1 引言

川滇地區(qū)地處青藏高原東南部，是中國(guó)大陸地殼運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)烈、地震活動(dòng)頻度最高、強(qiáng)度最大的地區(qū)之一.特殊的構(gòu)造部位和強(qiáng)烈而頻繁地震活動(dòng)，以及地震與構(gòu)造的各種典型而復(fù)雜的關(guān)系,使這里成為研究地殼運(yùn)動(dòng)變化及其與地震活動(dòng)規(guī)律關(guān)系的熱點(diǎn)地區(qū).為了監(jiān)測(cè)川滇地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)變化、發(fā)現(xiàn)可能的地震中短期前兆，四川和云南地震局自20世紀(jì)80年代分別在該地區(qū)建立了川西和滇西地區(qū)地震重力監(jiān)測(cè)網(wǎng).以往的監(jiān)測(cè)研究都是針對(duì)各單位獨(dú)立監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行的(Zhu et al.,2011;徐云馬等,2008),這種按各個(gè)省區(qū)監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行的分散研究，由于觀測(cè)信息的空間密度嚴(yán)重不足，所得到的信息是殘缺不全的，不能捕捉到川滇地區(qū)孕震過(guò)程中出現(xiàn)的完整前兆信息，這直接制約著我們進(jìn)行地震分析預(yù)報(bào)的能力(祝意青等，2004；Zhu et al., 2011;徐云馬等,2008).2008年中國(guó)大陸發(fā)生四川汶川8.0級(jí)巨大地震，造成數(shù)萬(wàn)人死亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失.汶川地震后，中國(guó)地震局通過(guò)震后總結(jié)與反思，認(rèn)為重力觀測(cè)資料在震前提出的危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)意見(jiàn)基本符合地震三要素預(yù)測(cè)的要求(祝意青等，2008；Zhu et al.,2010).因此，汶川地震后，中國(guó)地震局進(jìn)一步加強(qiáng)了流動(dòng)重力觀測(cè)工作， 2011年起四川和云南地震局分別對(duì)各自的重力監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化改造, 并對(duì)兩個(gè)省局自成體系的重力測(cè)網(wǎng)進(jìn)行有效連接，形成新的川滇地區(qū)整體重力監(jiān)測(cè)網(wǎng).新的重力聯(lián)測(cè)路線覆蓋了川滇地區(qū)主要的活動(dòng)構(gòu)造帶龍門山、鮮水河、安寧河斷裂帶和川滇菱形塊體的活動(dòng)斷裂帶(圖1)，測(cè)網(wǎng)圖形的控制能力較強(qiáng)，能夠監(jiān)測(cè)川滇地區(qū)的主要構(gòu)造帶的活動(dòng)，并可以輻射到鄰近區(qū)域.

本文主要對(duì)2011年以來(lái)，川滇地區(qū)的重力觀測(cè)資料，結(jié)合區(qū)域水準(zhǔn)、GPS測(cè)量資料與活動(dòng)構(gòu)造分析，探討地面重力變化與地殼運(yùn)動(dòng)及構(gòu)造活動(dòng)和強(qiáng)震孕育發(fā)生的關(guān)系，這有助于該地區(qū)地震危險(xiǎn)性研究.

圖1 川滇地區(qū)重力測(cè)量路線、區(qū)域構(gòu)造與地震活動(dòng)示意圖Fig.1 Sketch map of gravity monitoring network and tectonic structure and earthquake activity in Sichuan-Yunnan region

2 測(cè)區(qū)概況及資料處理

本文研究的川滇地區(qū)，位于99.0°E—105.0°E和23.5°N—32.0°N之間、大體以川滇菱形塊體為中心的區(qū)域.自2011年對(duì)該地區(qū)進(jìn)行流動(dòng)重力觀測(cè)優(yōu)化改造以來(lái)，在測(cè)區(qū)內(nèi)及其附近已連續(xù)發(fā)生2012年9月云南彝良5.7級(jí)、2013年4月四川蘆山7.0級(jí)、2014年8月云南魯?shù)?.5級(jí)和11月四川康定6.3級(jí)等破壞性地震(圖1).研究區(qū)的相對(duì)重力聯(lián)測(cè)由四川地震局測(cè)繪工程院和云南地震局形變測(cè)量中心聯(lián)合完成，每個(gè)測(cè)量小組采用2臺(tái)高精度重力儀作業(yè).每年觀測(cè)2期，每期的測(cè)量路線和測(cè)量點(diǎn)重合, 復(fù)測(cè)時(shí)間相對(duì)固定在同季節(jié)進(jìn)行，以便盡量減少不同季節(jié)的水文等影響；重力聯(lián)測(cè)的段差精度均優(yōu)于10×10-8m·s-2.

對(duì)資料的處理：①采用《LGADJ》程序進(jìn)行擬穩(wěn)平差，以獲得統(tǒng)一起算基準(zhǔn)下的重力變化.②平差計(jì)算時(shí)，先對(duì)多期重力觀測(cè)資料計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整體分析，初步了解各臺(tái)儀器的觀測(cè)精度后，合理確定各臺(tái)儀器的先驗(yàn)方差，再重新平差計(jì)算，以得到最佳合理解算結(jié)果(祝意青等，2004; Zhu et al.，2012).③利用統(tǒng)一基準(zhǔn)解算的重力平差計(jì)算結(jié)果較好，2011—2014年的點(diǎn)值平均精度均優(yōu)于10-8m·s-2.④用Kriging對(duì)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合推估，以便突出顯示構(gòu)造因素的重力效應(yīng).

3 區(qū)域重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化圖像

蘆山地震前的重力變化筆者曾做過(guò)研究(祝意青等，2013)，前期的研究是利用川西地區(qū)2010—2012年重力資料獨(dú)立計(jì)算分析的，本文的重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化圖像是利用川滇地區(qū)2011—2014年重力資料聯(lián)合計(jì)算獲得的新研究成果.

3.1 年際重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化

對(duì)2011年以來(lái)川滇地區(qū)獲得的多期重力資料，進(jìn)行年際重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化分析(圖2).

(1) 2011年3月—2012年3月期間(圖2a)，測(cè)區(qū)重力變化比較復(fù)雜，川滇地區(qū)有三個(gè)重力變化顯著區(qū)，其一，測(cè)區(qū)南部楚雄附近出現(xiàn)-60×10-8m·s-2的重力變化異常區(qū)，重力變化在自南向北由負(fù)向正的變化過(guò)程中沿元謀、武定一帶出現(xiàn)重力變化高梯度帶；其二，測(cè)區(qū)中部的川滇交界地區(qū)，重力變化自西向東出現(xiàn)由正向負(fù)的趨勢(shì)性變化，并在巧家、大關(guān)附近出現(xiàn)重力變化高梯度帶，2012年9月7日云南彝良5.7級(jí)地震發(fā)生在重力變化高梯度上；其三，康定、雅安以北地區(qū)出現(xiàn)了一對(duì)范圍較大的+60×10-8m·s-2和-30×10-8m·s-2變化的局部重力異常區(qū)，并沿北北西向的馬爾康(或稱撫邊河)斷裂帶和北東向的龍門山斷裂帶南段出現(xiàn)重力變化高梯度帶(祝意青等，2013).

(2) 2011年9月—2012年9月期間(圖2b)，重力變化具有分區(qū)特征.其一，測(cè)區(qū)南部地區(qū)重力變化較為復(fù)雜, 重力變化在-20×10-8～+60×10-8m·s-2之間，云南地區(qū)仍主要表現(xiàn)為自南向北由負(fù)向正的變化；其二，川滇交界地區(qū)總體表現(xiàn)為重力正值變化，美姑、大關(guān)一帶出現(xiàn)自西向東逐漸增加的重力變化高梯度帶， 重力變化趨勢(shì)與上期相反，2012年9月云南彝良5.7級(jí)(震中位置：27.5°N，104.0°E)發(fā)生在重力變化高梯度上，重力場(chǎng)的變化對(duì)這次地震有較好的反映.其三，測(cè)區(qū)北部主要表現(xiàn)為自西向東由負(fù)向正的趨勢(shì)性變化，在康定和都江堰出現(xiàn)一負(fù)一正兩個(gè)局部重力異常區(qū)，并沿北北西向的馬爾康斷裂帶及北東向的龍門山斷裂帶出現(xiàn)重力變化高梯度帶，2013年4月20日四川蘆山7.0級(jí)地震發(fā)生于與斷裂構(gòu)造走向基本一致的重力變化高梯度帶及梯度=帶的拐彎部位(祝意青等，2013).

圖2 川滇地區(qū)年際尺度重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化圖(單位：10-8m·s-2)Fig.2 Maps of the interannual gravity changes in Sichuan-Yunnan area(Contours are in 10-8m·s-2)

(3) 2012年9月—2013年9月期間(圖2c)，研究區(qū)以26°N為界(即以洱源、永仁為界)，測(cè)區(qū)南部地區(qū)重力變化較為平緩, 重力變化在-40×10-8～+10×10-8m·s-2之間，重力變化由上一期的自南向北由負(fù)向正的趨勢(shì)性變化轉(zhuǎn)為由正向負(fù)的趨勢(shì)性變化，出現(xiàn)了一定的反向變化現(xiàn)象.測(cè)區(qū)北部重力變化較為劇烈，其一，九龍、雅安地區(qū)出現(xiàn)了一對(duì)范圍較大的-60×10-8m·s-2和+60×10-8m·s-2變化的局部重力異常區(qū)，并沿鮮水河斷裂帶及成都—德陽(yáng)斷裂帶出現(xiàn)重力變化高梯度帶，2014年11月22日康定6.3級(jí)地震發(fā)生在沿鮮水河斷裂帶出現(xiàn)的重力變化高梯度上；其二，攀枝花、大關(guān)地區(qū)出現(xiàn)了一對(duì)范圍較大的+20×10-8m·s-2和-50×10-8m·s-2變化的局部重力異常區(qū)，并在西昌至巧家沿則木河斷裂帶出現(xiàn)重力變化高梯度帶，2014年8月3日魯?shù)?.5級(jí)地震發(fā)生在重力變化高梯度帶上；其三，以冕寧、西昌為中心重力變化出現(xiàn)四象限分布特征.

(4) 2013年9月—2014年9月期間(圖2d)，以26°N為界(即以洱源、永仁為界)，測(cè)區(qū)南部地區(qū)重力變化較為平緩, 重力變化在-30×10-8～0×10-8m·s-2之間，沒(méi)有明顯的規(guī)律性；測(cè)區(qū)北部重力變化較為復(fù)雜，重力變化在-20×10-8～+70×10-8m·s-2之間，重力變化具有以下特征：其一，九龍、冕寧、美姑一帶重力變化劇烈，并出現(xiàn)與上期反向的重力變化特征；其二，蘆山震中附近出現(xiàn)一正一負(fù)的局部重力異常區(qū)，并在蘆山震中形成重力變化高梯度帶；其三，魯?shù)榈卣鸢l(fā)生于重力變化異常區(qū)伴生的重力變化高梯度帶上的零值線附近；其四，康定、九龍、冕寧、西昌、巧家、美姑、石棉一帶重力變化非常劇烈，形成多個(gè)局部區(qū)及四象限變化分布特征.

3.2 累積重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化

為了分析研究區(qū)較長(zhǎng)時(shí)段的區(qū)域重力場(chǎng)累積變化特征，我們以2011年9月觀測(cè)資料為時(shí)間基準(zhǔn)，繪制了2013年9月和2014年9月相對(duì)2011年9月的區(qū)域重力場(chǎng)累積變化動(dòng)態(tài)圖像(圖3).

圖3 川滇地區(qū)重力場(chǎng)累積變化動(dòng)態(tài)圖像(單位：10-8m·s-2)Fig.3 Maps showing dynamic changes of gravity relative to 201109 in Sichuan-Yunnan area(Contours are in 10-8m·s-2)

(1)2011年9月—2013年9月期間(圖3a)，2年尺度的累計(jì)重力變化以26°N為界(即以洱源、永仁為界)，測(cè)區(qū)南部地區(qū)重力變化較為平緩, 重力變化在-30×10-8～+10×10-8m·s-2之間；測(cè)區(qū)北部重力變化非常劇烈，其一，雅江—九龍、雅安地區(qū)出現(xiàn)了一對(duì)范圍較大的-80×10-8m·s-2和+40×10-8m·s-2變化的局部重力異常區(qū)，并沿鮮水河斷裂帶、龍門山斷裂帶南段出現(xiàn)重力變化高梯度帶，2013年4月四川蘆山7.0級(jí)地震發(fā)生于與斷裂構(gòu)造走向基本一致的重力變化高梯度帶的拐彎部位，2014年11月康定6.3級(jí)地震發(fā)生于與沿鮮水河斷裂帶走向基本一致的重力變化高梯度上；其二，攀枝花、美姑地區(qū)出現(xiàn)了一對(duì)更大的+40×10-8m·s-2和-50×10-8m·s-2變化的局部重力異常區(qū)，并在西昌—巧家—大關(guān)沿則木河—小江斷裂及昭通—魯?shù)閿嗔褞С霈F(xiàn)重力變化高梯度帶，2014年8月魯?shù)?.5級(jí)地震發(fā)生在沿北西向則木河—小江斷裂帶以及沿北北東向昭通—魯?shù)閿嗔殉霈F(xiàn)的重力變化高梯度帶的匯合區(qū)附近，即在攀枝花和美姑兩個(gè)重力正、負(fù)變化異常區(qū)過(guò)渡帶之間的重力高梯度帶拐彎部位附近；其三，重力變化等值線畸變、彎曲、匯交于安寧河斷裂帶的冕寧、西昌附近，并形成顯著的重力變化四象限分布特征，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的左旋走滑引起的重力變化.

(2)2011年9月—2014年9月期間(圖3b),3年尺度累積重力變化仍以26°N為界(即以洱源、永仁為界)，測(cè)區(qū)南部地區(qū)重力變化較為平緩, 重力變化在-40×10-8～0×10-8m·s-2之間；測(cè)區(qū)北部重力變化更加劇烈，①出現(xiàn)汶川震中、蘆山震中區(qū)域局部重力正值變化異常區(qū)，這可能是汶川、蘆山震后恢復(fù)調(diào)整的反映.但是，如此強(qiáng)烈的持續(xù)恢復(fù)調(diào)整可能有利于周鄰地區(qū)未來(lái)強(qiáng)震的發(fā)生；②魯?shù)?.5級(jí)地震發(fā)生在重力變化異常區(qū)伴生的重力變化高梯度帶的零值線上，康定6.3級(jí)地震發(fā)生在鮮水河斷裂附近的重力變化高梯度帶上；③鮮水河南段斷裂兩側(cè)重力差異運(yùn)動(dòng)顯著，重力差異運(yùn)動(dòng)達(dá)150×10-8m·s-2以上；④康定、九龍、冕寧、西昌、巧家、美姑、石棉一帶重力變化非常劇烈，形成多個(gè)局部區(qū)及四象限變化分布特征；⑤川滇交界的攀枝花附近出現(xiàn)80×10-8m·s-2以上的重力差異運(yùn)動(dòng).

總的來(lái)說(shuō)，川滇地區(qū)近年的多時(shí)空尺度重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像均出現(xiàn)了較顯著的相對(duì)重力異常變化，隨著累計(jì)時(shí)間的增長(zhǎng)，震中附近的重力異常變化更為顯著.

4 重力變化與地震

流動(dòng)重力測(cè)量反映的是區(qū)域重力場(chǎng)的非潮汐變化信息，地殼內(nèi)部的物質(zhì)遷移、地殼構(gòu)造和地震的形成過(guò)程等都可以在流動(dòng)重力復(fù)測(cè)結(jié)果中反映出來(lái).研究重力場(chǎng)的時(shí)空動(dòng)態(tài)演化特征可為探討現(xiàn)今的地殼構(gòu)造與強(qiáng)震孕育、發(fā)生的相互聯(lián)系提供一定的根據(jù)(Chen et al.,1979; Imanishi et al., 2004；Kuo et al.,1999).因此，系統(tǒng)而深入地研究區(qū)域重力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)演化特征，有利于地震預(yù)測(cè)研究探索.4.1 重力場(chǎng)時(shí)變與彝良5.7、蘆山7.0、魯?shù)?.5和康定6.3級(jí)地震活動(dòng)關(guān)系

分析年際重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像(圖2)可以發(fā)現(xiàn)，重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化對(duì)彝良5.7、蘆山7.0、魯?shù)?.5和康定6.3級(jí)地震均有較好的反映.①2012年9月7日云南彝良5.7級(jí)地震前測(cè)區(qū)中部的川滇交界地區(qū)，重力變化自西向東出現(xiàn)由正向負(fù)的趨勢(shì)性變化，并在巧家、大關(guān)附近出現(xiàn)重力變化高梯度帶(圖2a)，地震發(fā)生在重力場(chǎng)反向恢復(fù)變化過(guò)程中，重力變化高梯度上(圖2b)；②2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震前康定和都江堰出現(xiàn)一負(fù)一正兩個(gè)局部重力異常區(qū)，并沿北北西向的馬爾康斷裂帶及北東向的龍門山斷裂帶出現(xiàn)重力變化高梯度帶，蘆山7.0級(jí)地震發(fā)生在重力變化高梯度帶拐彎的龍門山斷裂帶上 (圖2b)，重力場(chǎng)反向恢復(fù)變化過(guò)程中(圖2c)；③2014年8月3日魯?shù)?.5級(jí)地震前攀枝花、美姑地區(qū)出現(xiàn)一正一負(fù)兩個(gè)局部重力異常區(qū)，并在西昌至巧家沿則木河斷裂帶出現(xiàn)重力變化高梯度帶(圖2c)，魯?shù)镸S6.5地震發(fā)生在重力變化等值線拐彎的昭通—魯?shù)閿嗔褞Ц浇?，重力變化高梯度帶?圖2d)；④2014年11月22日康定6.3級(jí)地震前震中附近自西向東出現(xiàn)由負(fù)向正的趨勢(shì)性變化，并沿鮮水河斷裂帶出現(xiàn)重力變化高梯度帶，康定6.3級(jí)地震發(fā)生在沿鮮水河斷裂帶出現(xiàn)的重力變化高梯度上、重力變化零等值線附近(圖2c)，臨震前出現(xiàn)局部異常變化特征(圖2d).

分析累積重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)圖像(圖3)可以看出，隨著累積時(shí)間的增長(zhǎng)，川滇地區(qū)的重力變化更加復(fù)雜和劇烈，累積重力變化更為顯著，2013年蘆山7.0級(jí)、2014年魯?shù)?.5級(jí)和康定6.3級(jí)地震均發(fā)生在與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)聯(lián)的重力變化高梯度帶上，重力變化等值線的拐彎附近.

4.2 近期重力變化分析

分析累積重力場(chǎng)變化(圖3)可以看出，川滇地區(qū)近期重力變化十分劇烈，表現(xiàn)出了區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)增強(qiáng)引起的大范圍的顯著重力變化，重力變化具有以下幾個(gè)特征：一是沿龍門山斷裂帶南段出現(xiàn)的重力變化異常區(qū)及其伴生的重力變化高梯度帶上發(fā)生了2013年四川蘆山7.0級(jí)地震，在重力變化劇烈的、沿鮮水河斷裂帶出現(xiàn)的高梯度帶上發(fā)生了2014年康定6.3級(jí)地震；二是2014年魯?shù)?.5級(jí)地震震中位于正、負(fù)重力異常區(qū)伴生的與昭通—魯?shù)閿嗔褞ё呦蚧疽恢碌闹亓ψ兓咛荻葞?、重力變化等值線拐彎的地區(qū)；三是重力變化等值線畸變、彎曲、匯交于安寧河斷裂帶的冕寧、西昌附近，并形成顯著的重力變化四象限分布特征，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的左旋走滑引起的重力變化(祝意青等，2014，2015)；四是川滇交界的攀枝花附近出現(xiàn)了一定的重力差異運(yùn)動(dòng).

分析地表重力變化對(duì)深部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)信息的反映，應(yīng)分析地表變形運(yùn)動(dòng)對(duì)地表重力變化的影響.一般來(lái)講，地表重力變化直接受地表垂直運(yùn)動(dòng)的影響，每抬升(或下降)1 cm， 將引起測(cè)點(diǎn)約3.086×10-8m·s-2的下降(或上升)重力變化.目前高精度垂直運(yùn)動(dòng)觀測(cè)主要通過(guò)水準(zhǔn)觀測(cè)來(lái)獲取，但因其觀測(cè)周期長(zhǎng)，與重力觀測(cè)不同步，故只能利用有關(guān)水準(zhǔn)測(cè)量成果粗略估算地表垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)重力變化的影響(申重陽(yáng)等，2009).1970—2011年期間垂直形變速度場(chǎng)圖(圖4)表明，相對(duì)于穩(wěn)定的華南地臺(tái)，川滇地區(qū)現(xiàn)今總體上呈現(xiàn)差異性的隆升運(yùn)動(dòng)(郝明，2012；王雙緒等，2013).其中：①四川盆地表現(xiàn)為-2.0～1.0 mm·a-1的下降運(yùn)動(dòng).②龍門山斷裂帶西部高原地區(qū)處于快速隆升階段，速率達(dá)2 mm·a-1以上， 尤其是龍門山斷裂帶東、西兩側(cè)垂直差異運(yùn)動(dòng)顯著，2013年蘆山7.0級(jí)地震就發(fā)生在龍門山斷裂垂直差異運(yùn)動(dòng)高梯度帶上.③川滇菱形地塊及其附近的垂直差異運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為西北部的上升運(yùn)動(dòng)明顯大于東南部，其隆升最為顯著的貢嘎山上升速率達(dá)5 mm·a-1；在鮮水河斷裂帶上發(fā)生的2014年康定6.3級(jí)地震震中附近隆起速率為4 mm·a-1；鮮水河斷裂南段與安寧河斷裂兩側(cè)垂直差異運(yùn)動(dòng)最為顯著，形成垂直差異運(yùn)動(dòng)高梯度帶，該地區(qū)也是重力場(chǎng)變化最為劇烈的地方.總的來(lái)說(shuō)，川滇地區(qū)垂直形變年速率不超過(guò)6 mm·a-1，地表垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)年際重力變化的貢獻(xiàn)一般低于2×10-8m·s-2，對(duì)2至3年的累積重力變化來(lái)說(shuō)，垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)其影響一般在觀測(cè)精度范圍內(nèi).因此，圖2和圖3所展示的重力場(chǎng)變化主要反映了地殼深部介質(zhì)密度變化效應(yīng)和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程.

圖4 川滇地區(qū)垂直形變速率(1970—2011)

圖5 川滇地區(qū)面膨脹率分布(2011—2014)(單位：10-9a-1)Fig.5 Distribution of surface expansion rate in Sichuan-Yunnan area for the period from 2011 to 2014 (unit: 10-9a-1)

GPS測(cè)量顯示，由于青藏地塊東部向東推擠華南地塊，GPS站速度矢量呈現(xiàn)明顯的南北分異. 川滇菱形地塊的側(cè)向擠出滑移變形，使得川滇地區(qū)差異運(yùn)動(dòng)顯著(江在森等，2009；王雙緒等，2013).在鮮水河與龍門山斷裂的北側(cè)，GPS水平運(yùn)動(dòng)偏向北東；在川滇菱形塊體內(nèi)部，GPS水平運(yùn)動(dòng)偏向南東.重力變化也表現(xiàn)為：在鮮水河與龍門山斷裂的北側(cè)呈現(xiàn)自南西向北東由負(fù)向正的重力變化；在川滇菱形塊體內(nèi)部呈現(xiàn)自北西向南東由負(fù)向正的重力變化(圖3).即沿GPS水平運(yùn)動(dòng)的方向重力增加，說(shuō)明重力變化受地下致密作用(密度增加)比地表隆升作用更占優(yōu)勢(shì)地位(申重陽(yáng)等，2009).由2011—2014年面膨脹率分布(圖5)進(jìn)一步反映出川滇地區(qū)呈現(xiàn)擠壓收縮的特征，在龍門山斷裂帶的中北段面收縮率達(dá)到峰值(-70×10-9a-1)，沿鮮水河斷裂南段和安寧河斷裂帶走向在川滇塊體內(nèi)部向東呈現(xiàn)出面收縮率逐漸降低的趨勢(shì)，在滇西的麗江、洱源、大理、姚安一帶則存在一定的膨脹拉張變形，面膨脹率最大達(dá)20×10-9a-1.

為便于對(duì)比分析川滇地區(qū)重力和GPS觀測(cè)反映的面應(yīng)變情況，我們把2011—2014年期間準(zhǔn)同步觀測(cè)的重力變化與面膨脹率繪制在同一張圖上，將重力變化等值線標(biāo)示在面膨脹率彩色圖上，得到較為直觀的重力變化和面膨脹率變化圖像(圖6).

分析對(duì)比圖6所示的川滇地區(qū)2011—2014年期間的重力變化與面膨脹率圖像可以看出，重力上升變化強(qiáng)烈的地帶面收縮率也顯著(圖6中的藍(lán)、綠色范圍)，二者具有一定的共生性特征(如： 區(qū)域北部的龍門山附近，區(qū)域中南部的川滇交界的攀枝花至巧家附近等)；同樣，在重力下降變化地帶呈現(xiàn)面膨脹(如：川滇菱形塊體南部的洱源—姚安—峨山一帶).這些反映了青藏高原東緣物質(zhì)東流的動(dòng)力環(huán)境下(滕吉文等，2008)， 龍門山斷裂帶地殼受擠壓隆起、地下物質(zhì)密度增加形成的重力上升變化特征最為顯著，其次為鮮水河斷裂南段——安寧河—?jiǎng)t木河斷裂附近的擠壓隆升與重力變化高梯度帶.

圖6 川滇地區(qū)重力變化(等值線表示，單位：10-8m·s-2)與面膨脹率(色標(biāo)表示，單位：10-9a-1)對(duì)照?qǐng)DFig.6 The comparisons between the gravity changes (contours, unit: 10-8m·s-2) and the surface expansion rate (color bar: unit: 10-9a-1) in Sichuan-Yunnan area

綜合上述分析認(rèn)為，川滇地區(qū)近期顯著的重力變化是該地區(qū)深部殼、幔物質(zhì)運(yùn)移作用(滕吉文等，2008；祝意青等，2009；陳運(yùn)泰等，2013；李德威等，2013)下引起的地表重力變化效應(yīng).蘆山7.0、魯?shù)?.5和康定6.3級(jí)等強(qiáng)震后，鮮水河斷裂南段、安寧河、則木河—小江斷裂帶地區(qū)仍存在顯著的重力異常變化，說(shuō)明蘆山、魯?shù)楹涂刀ǖ卣鸬陌l(fā)生并沒(méi)有顯著地緩解該地區(qū)的強(qiáng)震危險(xiǎn)性.2014年魯?shù)?.5級(jí)地震發(fā)生在安寧河—?jiǎng)t木河—小江斷裂東側(cè)北東向昭通—蓮峰斷裂內(nèi)(聞學(xué)澤等，2013)，與發(fā)生過(guò)蘆山7.0級(jí)地震破裂的龍門山斷裂帶和康定6.3級(jí)地震的鮮水河斷裂帶南北呼應(yīng).2013年蘆山7.0級(jí)、2014年魯?shù)?.5級(jí)和康定6.3級(jí)地震的相繼發(fā)生可能進(jìn)一步增加鮮水河斷裂南段、安寧河、則木河—小江斷裂帶地區(qū)的地震危險(xiǎn)性.聞學(xué)澤(2000),聞學(xué)澤等(2008)通過(guò)綜合分析區(qū)域地震活動(dòng)圖像隨時(shí)間的演變、沿?cái)嗔训臍v史強(qiáng)震背景以及精定位的小震時(shí)-空分布特征，結(jié)合已有的地震活動(dòng)性參數(shù)(易桂喜等，2004)分析結(jié)果認(rèn)為，冕寧以北段和冕寧—西昌段具有強(qiáng)震或大地震的中-長(zhǎng)期潛勢(shì).近期重力變化和GPS及水準(zhǔn)觀測(cè)成果表明，冕寧—西昌地區(qū)是重力變化四象限分布特征的中心地帶，也是面膨脹率變化過(guò)渡帶和垂直形變高梯度帶的地區(qū).已有研究表明，強(qiáng)震易發(fā)生在與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)聯(lián)的重力變化四象限中心地帶或正、負(fù)異常區(qū)過(guò)渡的高梯度帶上(Zhu et al.,2015)，也易發(fā)生在沿活動(dòng)性斷裂的斷塊垂直差異運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈或兼有強(qiáng)走滑運(yùn)動(dòng)的地方(江在森等，2009；郝明，2012).因此，2013年蘆山7.0級(jí)、2014年魯?shù)?.5級(jí)和康定6.3級(jí)地震的相繼發(fā)生有可能在重力變化四象限分布特征的中心地帶冕寧—西昌地區(qū)及其附近觸發(fā)另一個(gè)強(qiáng)震/大震，該地區(qū)具有7級(jí)大震中-長(zhǎng)期危險(xiǎn)性.

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)重力觀測(cè)資料的整體平差計(jì)算，本文系統(tǒng)研究了川滇地區(qū)2011年以來(lái)的重力場(chǎng)演化圖像，并初步分析了重力場(chǎng)的異常變化與構(gòu)造活動(dòng)、未來(lái)強(qiáng)震危險(xiǎn)性的關(guān)系.主要結(jié)果如下：

(1) 近年來(lái)，川滇地區(qū)重力變化劇烈，出現(xiàn)多個(gè)局部重力變化異常區(qū)以及與主要活動(dòng)斷裂帶展布基本一致的重力變化高梯度帶和重力變化四象限分布特征,反映該地區(qū)出現(xiàn)了顯著的重力異常變化.

(2) 沿鮮水河—安寧河斷裂帶的西側(cè)發(fā)生大幅度的相對(duì)重力負(fù)值變化、其東側(cè)出現(xiàn)相對(duì)重力正值變化，斷裂帶兩側(cè)的重力差異運(yùn)動(dòng)達(dá)150×10-8m·s-2以上；沿則木河—小江斷裂西側(cè)發(fā)生較大幅度的相對(duì)重力正值變化、其東側(cè)出現(xiàn)相對(duì)重力負(fù)值變化，斷裂帶兩側(cè)的重力差異運(yùn)動(dòng)均達(dá)100×10-8m·s-2以上；反映沿鮮水河—安寧河—?jiǎng)t木河—小江斷裂帶的構(gòu)造活動(dòng)顯著，構(gòu)造活動(dòng)斷裂帶由于其差異運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈而構(gòu)造變形非連續(xù)性最強(qiáng)，有利于應(yīng)力的高度積累而孕育強(qiáng)震.

(3) 2013年蘆山7.0級(jí)、2014年魯?shù)?.5級(jí)和康定6.3級(jí)地震前，震中區(qū)及其附近觀測(cè)到明顯的區(qū)域性重力異常及重力變化高梯度帶，可能是地震孕育過(guò)程中觀測(cè)到的重力前兆.根據(jù)重力資料顯示的異常變化，筆者及其合作者在蘆山7.0級(jí)、魯?shù)?.5級(jí)和康定6.3級(jí)地震前1)中國(guó)地震局第二監(jiān)測(cè)中心2012—2014年度地震趨勢(shì)研究報(bào)告重力專題報(bào)告.曾進(jìn)行了一定程度的中期預(yù)測(cè)(祝意青等，2013,2015).

(4) 重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化對(duì)強(qiáng)震的地點(diǎn)預(yù)測(cè)具有重要指示作用，可為未來(lái)強(qiáng)震/大震的中期預(yù)測(cè)提供震例經(jīng)驗(yàn)和參考.強(qiáng)震易發(fā)生在重力變化正、負(fù)異常區(qū)過(guò)渡的高梯度帶上，重力變化四象限分布特征的中心附近.近期重力異常的分析反映：重力變化四象限分布特征的中心地帶冕寧—西昌地區(qū)及重力變化劇烈的攀枝花—元謀地區(qū)存在中-長(zhǎng)期尺度的強(qiáng)震/大震風(fēng)險(xiǎn).

致謝 川滇地區(qū)流動(dòng)重力復(fù)測(cè)人員精心觀測(cè)獲得了高質(zhì)量資料，郝明博士提供了水準(zhǔn)變化數(shù)據(jù)及GPS面應(yīng)變數(shù)據(jù)，審稿專家為本文進(jìn)一步完善提出了建設(shè)性意見(jiàn)與修改建議，在此一并表示感謝.

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(本文編輯 何燕)

Dynamic variation of the gravity field in the Sichuan-Yunnan region and its implication for seismic risk

ZHU Yi-Qing1， LIU Fang1, LI Tie-Ming2, ZHENG Bing3, WANG Qing-Hua4

1SecondCrustMonitoringandApplicationCenter,ChinaEarthquakeAdministration,Xi′an710054,China2InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China3SurveyEngineeringInstitute,SichuanEarthquakeAdministration,SichuanYaan625000,China4YunnanEarthquakeAdministration,Kunming650224,China

Using the gravity remeasurement data from 2011 to 2014 in the Sichuan-Yunnan region, we have systematically analyzed the spatial-temporal variations of the regional gravity field and their relation to the occurrence of the YiliangMS5.7 earthquake in 2012, LushanMS7.0 earthquake in 2013, LudianMS6.5 earthquake and KangdingMS6.3 earthquake in 2014. Combined with GPS data and leveling observations and regional geologic structure, the time-space distribution of the gravity field and its mechanism were further studied, and its implication for seismic risk is discussed.

The interannual variation of gravity dynamic change in the Sichuan-Yunnan region during 2011 to 2012, 2012 to 2013, 2013 to 2014 and the accumulation change during 2011 to 2014 are analyzed. And we have discussed the evolution characters of the gravity field. Combined with regional gravity field variation and seismic activity, and with GPS data during 2011 to 2014, and leveling data during 1971 to 2011, we have found the relationship between strong earthquake and gravity variation in recent years. And on this basis, combined with regional geology structure, we further assess the seismic risk in the Sichuan-Yunnan region in the future.

The results show that gravity variation is closely linked with the fault activity in the Sichuan-Yunnan region. It is caused by material migration accompanying active faulting and crustal tectonic motion. The gravity data from the survey area since 2012 have obvious response to four major earthquakes (MS>5.7). Regional gravity anomalies and a gravity gradient change may be a seismic precursor. Dynamic evolution characteristics of the gravitational field roughly reflects the dynamic effects of the moving material of the Tibetan plateau which spread toward east and the Longmenshan fault zone by the crust uplift, where compression rates and gravity change are most significant. The spatial distribution of the gravity field and its changes over time and vertical and horizontal crustal movement and tectonic activity observations have certain corresponding relationships.

To utilize the remeasurement data to regional gravity change, we have researched its relationship with seismic activity. Gravity dynamic variation has important implications for location prediction of earthquakes, providing experience and reference for medium-term forecast. Earthquakes are easy to occur in four quadrant distribution centers of gravity change or high gradient belts of positive and negative anomalies. Some areas of gravity anomalies have medium-long term seismic risk.

Sichuan-Yunnan region； Gravity field change； Tectonic activity； Lushan earthquake； Ludian earthquake； Mid-long-term seismic potential

10.6038/cjg20151125.

國(guó)家自然科學(xué)基金(41274083、41374026)、陜西省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014K13-04)、地震行業(yè)科研專項(xiàng)(201508009)資助.

祝意青，男，研究員，主要從事重力測(cè)量、重力時(shí)變及其與強(qiáng)震關(guān)系的理論及應(yīng)用研究.E-mail:zhuyq201207@126.com

10.6038/cjg20151125

P312， P315

2015-04-24，2015-07-01收修定稿

祝意青，劉芳，李鐵明等. 2015. 川滇地區(qū)重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化及其強(qiáng)震危險(xiǎn)含義.地球物理學(xué)報(bào)，58(11):4187-4196,

Zhu Y Q, Liu F, Li T M, et al. 2015. Dynamic variation of the gravity field in the Sichuan-Yunnan region and its implication for seismic risk.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),58(11):4187-4196,doi:10.6038/cjg20151125.