青海玛多M7.4地震前洞体应变异常分析

李 英,王维欢,高永国

(甘肃省地震局,甘肃 兰州 730000)

0 引言

2021年5月22日,02时04分,中国青海省玛多县发生了M7.4地震,震中位置在98.34°E,34.59°N,震源深度17 km。近年来,这一区域发生了几次中强地震,2016年10月17日,青海杂多县发生了M6.2地震,2018年5月6日青海称多县发生了M5.3地震;2018年8月3日青海治多县发生了M5.1地震;还有邻近区域甘肃夏河县在2019年10月28日发生M5.7地震(http://www.ceic.ac.cn)。玛多M7.4地震发生在巴颜喀拉块体,在其东北侧为柴达木块体,南侧为羌塘块体[1-3]。震中附近分布有北西走向的东昆仑断裂、玛多—甘德断裂,甘德南缘断裂和达日断裂,震中东北侧还分布有近东西走向的中铁断裂[4]。洞体应变观测是监测地壳运动、变形的重要手段之一,地震的孕育和发生是弹性应变能在局部区域逐步积累和应力、应变逐步演变的结果[5]。2013年岷县—漳县M6.6地震前,附近洞体应变台站就观测到一些异常变化[6-7]。本文试图基于震中周边的洞体应变台的观测记录,了解震前区域地壳的形变特征,并借以探讨与这次地震的关系。

图1 采用台站、地震震中及附近断裂带分布图Fig.1 Distribution of used stations,main shock and nearby fault zones

1 资料处理与结果

小波分解是一种较为成熟的数据处理方法,适合于非平稳信号特征的提取。其数学定义为:

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图2 四个洞体应变台资料小波分解结果Fig.2 The wavelet decomposition results of cave strain data from four stations

图3 四个洞体应变台形变矢量轨迹比较Fig.3 Comparison of deformation vector trajectories of four stations

作为对照,采用大武地磁台和合作地磁台的垂直向数据,同样进行了多尺度小波分解,在尺度18也得到了类似的结果,如图4所示。

图4 大武地磁台和合作地磁台垂直分量及小波分解结果Fig.4 Vertical components and wavelet decomposition results of Dawu and Hezuo stations

2 讨论与结论

对四个洞体应变台的北南向观测资料进行多尺度小波分解后,在尺度11时,明显的特征是震中距越小幅度越大,而震中距较近的同仁台和宕昌台在震前显示较明显的幅度增大现象(图2)。震前两个时段形变矢量轨迹比较可见,在5月10—14日期间,距离震中较近的同仁台显示“8”字形的轨迹,而稍远的宕昌台、武都台和姑咱台则显示为近似的逆进椭圆;在临近地震的5月16—20日,四个台的矢量轨迹均为线性(图3)。大武地磁台和合作地磁台垂直分量多尺度小波分解的结果也显示,在尺度18,震前振幅也明显增大。由此可以认为这些振幅增大不是偶然现象,很可能与其后在5月22日发生的青海玛多M7.4地震有关。这次地震发生在巴颜喀拉地块,其北部有柴达木地块、祁连山地块,青藏高原向NE方向的推挤过程中遇到北部阿拉善地块的阻挡,使得地块边界和内部强烈变形,这是引起该区域地壳形变的动力背景。有研究表明这一区域应变场的主要特征是东西向挤压,NS向拉伸[10],这也解释了图2结果中NS向震前变化明显,而EW向变化不明显的原由。另外,基于GPS的研究结果也表明,该区域以NNW—SSE方向的拉伸运动为主[11],这也与本项研究的结果相吻合。应用区域重力场小波多尺度分析和反演结果表明,震中附近区域在等效层52 km深度存在低密度扰动[12]。这一区域泊松比的分布研究显示,震中区域处于地壳高低泊松比梯度带附近(以北泊松比小于0.25,以南泊松比大于0.27),较高的泊松比意味着地壳物质富含流体或具有较高的部分熔融状态[15]。对该区域大地电磁探测结果表明,震中下方18～30 km深度存在高导层,而玛多主震震源深度为17 km,可见发震部位处于地壳上部高阻层和下部高导层的交界区域[4]。对近年一些地震(例如2013年岷县—漳县地震,2017年九寨沟地震)发震环境的研究也表明发震部位处于类似部位的情形[14-15]。一些研究指出,断裂带形变,为流体的存在和运移提供了条件,断裂带的相互连通有利于流体的运动,是导电性增加的因素之一[16]。大武地磁台和合作地磁台垂直分量在多尺度小波分解(尺度18)震前振幅的增大意味着介质导电性的增加,也印证了洞体应变在震前加剧这一现象与地震的关联性。结合上述其他学者的研究结果,我们推测该区域高导层的存在可能为这次地震能量的积累和运移提供了条件,也是驱动上地壳形变可能的力源背景。震中区下方高导层的存在及运动是这次地震形成的重要构造背景,但揭示其确切的物性状态,运动形式以及对地震孕育的动力机理尚需更多的观测和研究。