基于余震分析的宏观震中、地震影响场方向和极震区初步修正＊

孙艳萍 张苏平 朱 瑞 马小平 刘岸果

（甘肃省地震局，兰州 730000）

引言

地震发生后，政府需要第一时间开展应急响应工作，采取相应的抗震救灾对策，尽可能的降低地震灾害带来的损失。地震应急快速评估是指在地震现场调查之前，按照震级和当地的烈度衰减关系划出烈度分布范围，利用当地房屋建筑、人口经济等数据初步评估此次地震的损失[1-2]。地震烈度影响场的评估是地震应急初期评估的基础，在得到现场调查烈度之前，宏观震中、影响场方向和极震区的判断准确与否，对评估结果准确性和政府及有关部门的救援工作有很大的影响。

宏观震中是地震中受灾最严重区域的中心，而微观震中是地震破裂初始点在地表的投影，两者之间可能存在偏离。一般来说，地震震级越大，破裂尺度也越大，造成宏观震中和微观震中的偏离也可能随之增大[3-4]。地震发生的初期，我们无法迅速获得宏观震中的位置，地震灾害评估中通常将微观震中作为初始震中进行影响场评估，这将影响重灾区位置的判定和后续的抗震救灾工作[5-6]。

地震影响场长轴的方向决定着地震灾害范围的空间分布，进一步影响着灾后应急指挥和决策，地震影响场的方向一般与发震构造一致，通过分析震中位置附近主要断层展布方向来判断[7]。当只有一个方向的断裂通过地震震中时，活动断裂的走向一般与地震影响场长轴的方位一致。但是，当影响场方向与现有活动断裂走向有较大的夹角、震中或者影响场范围内没有断层分布、震中附近有多条断层交错分布等情况时，可能导致影响场方向判定出现偏差，影响地震应急评估和救援工作。

地震发生后，快速准确的判断宏观震中烈度和位置、地震影响场方向和极震区的范围，对于实施科学合理的应急救援决策具有至关重要的意义。本文收集整理了甘肃及周边近几年MS6.5 以上地震12 h内余震序列、震源机制解信息和居民点等数据，对宏观震中、地震影响场长轴方向、极震区范围等要素的修正方法进行了初步研究，为地震应急救援工作的快速有效开展提供依据。

1 宏观震中位置

李闽峰等[5]对南北地震带上66 个震例与断层关系进行了研究，得出了由微观震中确定宏观震中的方法。

在以上宏观震中烈度判定的基础上，随着余震信息的不断获得，将余震引入宏观震中位置的判定[2]，选取余震的质心来修正宏观震中的位置。质量中心简称质心，描述与质点系有关的某一空间点的位置，在一个N维空间中的质量中心，其坐标系计算公式为：

式中，X表示某一坐标轴；mi表示物质系统中i质点的质量；xi表示i质点的坐标。

收集了近年来甘肃及周边MS6.5 以上地震的宏观震中和微观震中，并计算两者之间的偏离距离（表1）。

表1 近年来甘肃及周边MS6.5 以上地震宏观震中和微观震中及其差异Table 1 Macro epicenters，micro epicenters and their deviation distances of recent MS6.5 earthquakes in Gansu and surrounding areas

如表2，对研究震例12 h 内的余震按照2 h 的时间间隔计算质心，随着时间的推后和余震数量的增多，余震质心的位置变化不大。在震后2 h 余震质心位置已趋于稳定，可以据此修正宏观震中位置。

表2 各震例12 h 内余震质心与宏观震中距离Table 2 The distance between the centroid of aftershocks and the macro-epicenter within 12 hours of each case

另有研究表明[4]：①逆冲断层和走滑断层地震的微观震中和宏观震中偏离距离较小，本研究的震例中，芦山地震和九寨沟地震分别属于逆冲和走滑型地震，两个地震的宏观震中和微观震中相距分别为5 km 和4 km，符合此类情况；②逆冲走滑型地震具有两种类型地震的性质，偏离距离变化范围较大，如汶川地震，微、宏观震中相差110 km；③实际地震烈度判别是根据建筑物的破坏程度来判断的，因此，宏观震中总是向居民地偏离的，如岷县漳县地震微、宏观震中和居民点分布（图1）。微观震中、宏观震中的偏离方向和偏离距离与地震台网密度、断层破裂方式、地震震源深度等因素有关，还需要进一步研究。

图1 岷县漳县地震宏、微观震中与居民点分布图Fig.1 Distribution of macro and micro epicentre and settlements of Minxian-Zhangxian earthquake

2 地震影响场长轴方向

地震影响场初期评估时，首先采用离震中位置附近最近的主要断层展布方向判断地震影响场长轴走向，随时间推移，通过反演地震破裂过程，获得震源机制解，也会接收到越来越多的余震信息，我们将综合震源机制解和余震信息重新判定影响场方向，为震后应急救援工作提供参考。以岷县漳县MS6.6 地震为例，根据中国地震局地球物理研究所（IGPCEA）、中国地震局地质研究所（IGCEA）、美国地质勘探局（USGS）、中国地震局兰州地震研究所（GSSB）等机构的研究结果（表3），岷县漳县地震发震断层面走向为301°—324°，与极震区所在的临潭—宕昌断裂的走向一致。

表3 不同机构对岷县漳县MS6.6 地震震源机制解的研究结果Table 3 The research results of the focal mechanism solution of the Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake by different institutions

在收集到一定数量的余震信息后，采用一元线性回归模型建立影响场方向与余震的时空关系的统计模型[8]。一元线性回归分析是根据自变量xi和因变量yi的相关关系，建立线性回归方程进行预测的方法。回归模型如下：

其中，yi为因变量；xi为自变量；α和β是回归系数；εi是不可观测的随机变量。

将各震例分时间段后的余震坐标分别作为变量和自变量，用上述方法建模，即得到各组数据的一元线性回归方程，拟合得到相应的直线，即可判定为影响场的方向。

收集岷县漳县MS6.6 地震12 h 内余震数据，采用一元线性回归模型建立地震影响场长轴方向与余震的时空关系的统计模型（图2），余震呈WN—ES分布，从主震向WN 丛集展布，分布方向与附近北西走向的临潭—宕昌断裂带基本一致。2 h 内，余震判定的方向与现场调查地震影响场方向之间的差异最小，4 h 以后，特别是达到8 h 的时候，余震判定的方向与调查影响场方向差异变化不大，达到稳定。

图2 岷县漳县MS6.6 地震12 h 内余震一元线性回归拟合结果Fig.2 One-variable linear regression fitting results of aftershocks within 12 hours of the Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake

3 极震区修正

地震极震区是通过地震烈度调查评估后确定的，地震现场烈度调查视地震破坏规模大小一般在震后3—10 d 内完成。由于地震发生后的短时间内，能够获取的判断灾情的信息非常有限，基于地震快速应急救援的目的，利用震后可以快速获取的余震信息，分时段分析短时间内余震活动的空间分布与震后实际考察所得烈度分布图的重灾区位置关系。九寨沟7.0 级地震余震以2 h 为单位，分别绘制震后12 h 的余震分布图（图3），从余震动态分布可以看出，主要在Ⅸ度区西南端扩展较多，东北段扩展较少。此后余震随时间变化沿断层破裂展布方向向西北和东南扩展到Ⅷ度区范围，即从震后2 h 余震分布的集中区可大致估计地震重灾区范围（Ⅷ度区和Ⅸ度区）。

图3 四川九寨沟MS7.0 地震12 h 余震分布图Fig.3 12-hour aftershock distribution of the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake in Sichuan

另有研究表明，震源过程和破裂方式与地震烈度分布之间存在着一定的相关性，这种相关性在过去发生的地震中基本得到证实[9-10]。以芦山MS7.0 地震和九寨沟MS7.0 为例，芦山地震震源深度13 km，破裂长度35—40 km，持续时间30 s，九寨沟地震震源深度20 km，破裂长度33—35 km，持续时间15 s。根据中国地震局发布的烈度长短轴及面积（表4），除Ⅵ度区外，其他烈度区面积和长短轴芦山地震均大于九寨沟地震，因此，在进行地震极震区烈度修正时，应考虑上述因素的影响。

表4 芦山MS7.0 地震和九寨沟MS7.0 地震长短轴及面积Table 4 Long and short axes and area of the MS7.0 Lushan earthquake and the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake

4 结论与讨论

收集研究震例12 h 余震序列、震源机制解、居民点等数据，通过分时间段计算余震质心、趋势回归、分析震源机制解的影响等，初步得到以下结论：

（1）震后随着时间的推移和余震数量的增多，各时间段余震质心的位置变化不大，在震后2 h 余震质心位置已趋于稳定，可以据此判断宏观震中位置，断层性质和居民点分布也对宏观震中判定有较大影响；

（2）2 h 内，余震判定的方向与现场调查地震影响场方向之间的差异差别最小，4 h 以后，特别是达到8 h 的时候，余震判定的方向与调查影响场方向差异变化不大，达到稳定。

（3）震后2 h 至4 h 余震分布集中区位于重灾区，此后余震范围随时间变化规律不明显，即震后2 h至4 h 余震分布可大致估计地震重灾区范围；震源深度和震源破裂方式对极震区烈度分布也有较大影响。