2013年8月31日香格里拉MS5.9地震震后趋势判定

杨义煊，李莹甄

(1.甘肃省地震局，甘肃 兰州 730000；2.防灾科技学院，河北 三河 065201)

0 引言

地震作为地球内部运动最主要的表现形式和能量释放方式，它的发生是不以人的意志为转移的客观存在规律。由于我国地处特殊的地质构造区域中，太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块等对我国的地震活动都有着触发作用，并且环太平洋地震带及无数小地震带的存在致使我国是全球地震频率最高、地震灾害最大、受灾面积最广的国家之一，因此我国地震活动具有了“多、大、广、频、重”的特征。经过对历史震例的分析，我国大陆地震频发的地区主要集中在受印度板块作用较大的西藏、云南、四川及新疆等地。本文研究的香格里拉处于四川和云南两省交汇的人口密集地带，并且该区域的地震主要集中在川滇南北向构造带附近，2013年8月31日云南香格里拉MS5.9地震就发生在该区域内。

震后趋势预测是在震后几十分钟至几天内，快速判定地震序列的类型，对可能发生的强余震进行预测，属于特定时空条件下的地震预测问题[1-2]，也是地震短临预测的重要内容，对于地震抢险救援、恢复与稳定社会秩序有重要意义。作者根据全国应力分布、云南省地区历史震例、区域地质构造背景、云南地区应力分布、地震活动性、b值等，结合震源机制解资料，对2013年8月31日云南香格里拉MS5.9地震震后趋势进行判定。

1 地震震区构造、应力环境及动力来源

1.1 地震动力来源

地震动力来源主要说明地震发生时受到的相应板块及块体所施加的动力作用，这种动力来源有直接的动力来源也有间接的动力来源，而本文探讨的香格里拉MS5.9地震的动力来源主要是间接动力来源。

图1 中国大陆及周边地震应力T轴分布Fig.1 Distribution of seismic stress T-axis in mainland China and its surrounding area

图2 中国大陆及周边地震应力P轴分布Fig.2 Distribution of seismic stress P-axis in mainland China and its surrounding area

如图1、图2所示，印度板块和太平洋板块对中国大陆有应力推挤作用，印度板块应力NE方向传播过程中，在四川盆地碰到硬度较大的岩石，因此T轴(拉张轴)沿着巴颜喀拉块体顺时针旋转，在云南地区与喜马拉雅山脉T轴方向交织[3]。新疆天山山脉震区T轴受到欧亚板块的作用拉张力较小，主要是压缩，而内蒙古、华北、华中、华南地区应力比较均匀，呈南北向拉张，主要是受欧亚板块的作用[4-5]。如图2所示，P轴在全国分布较为规整，青藏高原受压缩力较小，新疆天山由于受多个小板块应力推挤作用，所以P轴分布较为复杂，同时华北地区受到东西向压缩小[6]。整体来说，中国大陆青藏高原震区和新疆天山地区应力分布较复杂外其他区域受力较均匀。

因而本次地震动力传播路径主要是印度板块向北东推挤运动将地震动力施加给西藏板块，西藏板块向北东方向传播的过程中遇到岩石硬度较高的四川盆地，导致能量向南旋回最后传递到云南地震区。

1.2 震区地震地质环境

云南省香格里拉县位于云南省西北部，毗邻四川省、西藏藏族自治区两省、正好处于川、滇、藏三省的交界地区，地处青藏高原东南边缘，地壳结构非常不稳定，新构造运动比较活跃，由于常年受到印度板块及欧亚板块挤压变形作用，极容易发生滑坡、崩塌、地震、泥石流等自然灾害，因此在云南地区形成强烈变形地带，导致云南省地形参差不齐、纵横交错，同时该区域的地质构造非常复杂，活动断裂很是发育，诸多因素导致川滇地块成为我国最活跃的地震构造区之一和强震活动重点监视区。近30年来云南地区经历了两个强震活跃时期，期间发生了通海MS7.7、大关MS7.1、龙陵MS7.3、澜沧MS7.4、孟连MS7.3和丽江MS7.0强震，并且发生了多次MS6.0～6.9级的强震。

图3 震中附近断裂带分布情况Fig.3 Distribution of fault zone around the epicenter

如图3所示，震中附近有2条活动断裂带，通过单纯型法地震定位和地质学特征很难判断本次地震的发震断裂带，因此利用地震精定位的手段和震源机制解分析对发震断层进行判定。

在深度剖面上地震由下向上破裂，显示出主余型地震破裂特征，存在未来发生较大余震的可能性。本次地震穿过德钦—中甸断裂带，主震为走滑型[7-8]，与断层的走向和倾向符合。因此判定本次地震发生在德钦—中甸断裂上，地震带具体数据详见表1、表2。

表1 德钦—中甸断裂带地震地质学特征

表2 奔马栏—中甸段断裂带地震地质学特征

1.3 震区构造应力场分布

表3 2013年8月31日香格里拉MS 5.9地震震源机制解

本部分用 “以场求源”的思路，这种思路中的“场”指的是应力场。思路的核心是认为在大震孕育过程中，震源区及周围一定范围内应力显著增强，各种前兆异常都是应力增强的表现[9-11]。越是震源区及附近应力增强越为显著，异常应最发育、最集中、出现最早和异常的幅度最大；远离震源区，异常的数量逐渐减少，持续时间和变化幅度逐渐减小,因此在云南地区存在高应力区域，大震发生的风险较高，同时云南北部地区受到青藏高原巴颜喀拉块体和太平洋板块的作用，在云南北部和四川南部发生的地震多并且震级高。于是，通过各种异常的时空强的分布来“反演”应力场的变化及其空间分布特征，进而确定未来可能发生的大震的震源区。

通过对云南地区最大主应变的年变化特征分析发现，云南地区的最大主应变具有明显的西强东弱、北高南低的特征[12]。最大主应变主要分布在滇西地区、安宁河断裂带两侧及小江断裂北段，而川西盆地、红河断裂与镇远-普洱断裂带之间的区域最大主应变较小[13](图4)。滇南地区的差应力相对较高，而最大主应力则处于张性状态。

图4 震区地震应力场分布Fig.4 Distribution of seismic stress field in study area

2 震源基本情况

川滇地区主要以走滑型断层为主，部分地区有正断型断层，并且发生地震的区域比较集中，震级一般在4～6级之间，且发震频率较高。此次地震发生在青藏高原东南缘、川滇菱形地块西边界的中段，震中位于断层搓动性质右旋的德钦—中甸—大具断裂带附近区域。根据中国地震局地球物理研究所韩立波等提供的矩张量反演结果，此次地震为正断层型，震源数据见表3。

2.1 发震机理

本次地震主要受到印度板块向北东推挤运动以及太平洋板块向北西方向的运动将地震动力施加给西藏板块和川滇板块，地震能量在西藏板块向北东方向传播的过程中遇到岩石硬度较高的四川盆地时向南旋回最后传递到云南地震区，与此同时来自太平洋板块的动力一直向川滇地块方向传播，最终来自印度板块的太平洋板块的能量汇聚于川滇交界处，也就是作者研究的香格里拉所在的区域的一个过程。

由于香格里拉所属区域地下构造极其复杂，断裂带在该区域的分布较为密集，并且本次发生地震的德钦—中甸断裂带为一条较为活跃的断裂带，在受到上述两个方向的力之后最终形成了NE-SW方向分布的断裂带，因此导致本次地震发生的最主要原因是受到印度板块的推挤作用。

图6 云南地区2.0～7.8级地震M-T、b值Fig.6 M-T and b values of MS2.0～7.8 earthquakes in Yunnan area

2.2 震源机制

由图5可以看出云南香格里拉MS5.9地震为正断拉张型破裂，发震构造为德钦-中甸断裂(右旋正走滑)，显示川滇块体正受到加强的近水平拉张作用。

图5 震源机制解结果Fig.5 Focal mechanism solution result of Shangri-la MS5.9 Earthquake

2.3 发震构造

香格里拉MS5.9地震的发震断裂带为德钦—中甸断裂，断层走向310°～320°，倾向NE，右旋正走滑，并且断层倾角较陡峭。该断裂带为先存活动断层，根据数据显示，2013年8月28日，震源区曾发生MS5.1地震，两次地震位置接近、震源机制解较为一致。并且震源附近有频繁的地震活动，自1900年1月1日0时0分0秒至2013年8月31日23时59分59秒震中附近(21°～30°N,97°～107°E)发生过的Mw5.0～Mw7.9地震，从历史资料来看，该区域未发生过Mw8.0以上地震。

3 震后震例时空活动特征

该部分主要是通过时空特征以及蠕变值、b值的分析来进行判定。时空特征最主要是M-T图，M-T图可以分析地震活动的增强与平静，通过一系列的连续观测数据对一个完整的地震事件进行定量分析，其中包含震级-频度logN=a-bM的计算方法以及数值模拟结果。

通过分析历史震例显示，1976年发生了一次MS7.4地震(图6)，从整体趋势来看，频度同样也有周期，大约15年一个周期，最近一次周期起始时间为2014年。并且从b值来看，1989年b值达到了最低值，因为1989年发生了MS7.4级地震，释放的能量较多所以导致b值较低，从整体趋势来看，b值的变化趋势呈对称型，b值在近几年仍会下降[14]。

本次地震产生了一次MS5.2前震(图7)，按照通常统计的情况来看，一个完整地震序列中主震震级与第二高震级相差△M满足不等式0.6<△M≤2.4。前震MS5.2与主震MS6.0地震的震级差为0.8，即ΔM=0.8，满足不等式，判定为前震-主震-余震型。在震区范围内发生了数量较多的中小地震，最大前震为MS5.2，最大余震为MS4.7，震级差为0.5，判定该地震类型为非震群型[15]。

图7 地震序列类型判断Fig.7 Judgment for earthquake sequence type

图8 M-T、累计频度及蠕变Fig.8 M-T, cumulative frequency and creep

如图8所示，累计频度曲线和蠕变曲线在主震发生后迅速转平，应变能无进一步加速释放，反映主震能量释放充分。

图9 最大强余震发震时间判定—2级以上地震增强-平静Fig.9 Determination of the occurrence time of the largest strong aftershock—enhancement and quiescence of MS≥2 earthquakes

图9为完整的地震序列。2013年8月31日香格里拉发生MS5.9地震之后60天接连发生余震，10月底地震频率再一次升高，并且最大震级MS3.2，直到11月初，连续13天内没有记录到任何地震事件，形成了一个地震平静期，通常情况在这种平静期过后会发生级别较高的地震，因此在11月中旬发生震级为MS4.7的强余震。

图10 最大强余震震级判定—1.5级以上地震G-R关系式Fig.10 Determination of the magnitude of the largest strong aftershock—G-R relation for MS≥1.5 earthquakes

由图10 N-M变化曲线可见，发震开始到2014年12月31日，随着时间的推移和记录到的余震事件来看，N-M为反比例函数图像，通过求算LgN，图像呈现处负斜率，川滇区域的地震活动性为下降趋势，为典型的“主余”型地震事件[16-17]，其中LgN为地震次数的对数值，在横轴(震级)上的交点为5.2，因此判断最大强余震为MS5.2，发震时间大约为M-T图中对应时间，即2014年11月左右。

线性最小二乘法拟合的计算方法为：

b值是震级和频度关系式中的比例系数，代表一定区域内不同大小地震频数的比例关系，它与其所对应区域应力状态、地壳破裂强度有关。研究表明，蠕变值在发震初期的变化幅度极大，而随着时间的延长蠕变值的斜率越来越小，因此观测到的地壳蠕变速率越来越小，逐渐形成一个恢复的状态，直至2014年2月之后基本成为直线状态。而b值的变化恰恰相反，随着时间的变化，b值的变化越来越大，震级和频率的比值越来越大，说明大震的发生概率越来越小，和蠕变值的变化相对应，对震后趋势判定也有一定的帮助。

4 结论

综合以上数据分析，结果表明研究区域最大主应力主要分布在断裂带沿线及其交汇处，而最大主应变则具有明显的西高东低、北强南弱的特征，活动地块内部及川西盆地应变相对较小，这说明云南地区现今构造变形主要受控于印度板块的强烈碰撞。通过对蠕变值、b值、震后趋势及震源机制解数据的分析和评估，理论上云南省香格里拉MS5.9地震发生后德钦—中甸断裂带发生MS5.2强余震的危险性较高，但是在完整的地震序列中存在MS4.7强余震记录，和预判的MS5.2有0.5级的误差，属于正常误差范围，因此判定香格里拉MS5.9地震之后该区域的强震危险性减弱，但必须加强地震监测力度。