2022年四川泸定MS6．8地震前后库仑应力变化分析

冉喜阳，朱 航，龙 锋，李雷豪，王 迪

（1．四川省地震局，四川成都 610041；2．四川省地质调查研究院，四川成都 610031）

据中国地震台网正式测定，2022年9月5日12时52分，四川省甘孜藏族自治州泸定县发生MS6．8地震，震源深度16 km，震中位置（29．59°N，102．08°E）。截至2022年10月9日8时共记录到MS≥3．0余震17次，其中MS4．0～4．9地震2次，MS3．0～3．9地震15次，最大余震为9月7日2时42分发生在雅安石棉县的MS4．5地震。中国地震局四川泸定MS6．8地震科学考察队给出的这次MS6．8地震的震中位置位于鲜水河断裂带，破裂总长度达40 km，破裂方向与鲜水河断裂方向基本一致，最大滑动量达1．84 m，根据震源机制解和断层分布推测发震断层面走向、倾角和滑动角分别为343°、79°和9°，地震破裂以走滑运动为主，带部分逆冲分量（中国地震局科技与国际合作司，2022）。

1973年以来，四川地区一共发生14次MS≥6．5地震，其中在巴颜喀拉块体南边界、东边界上的有10次，包括1973年2月6日炉霍MS7．6地震，1973年8月11日松潘MS6．5地震，1976年8月16、22和23日松潘MS7．2、MS6．7和MS7．2地震，1981年1月24日道孚MS6．9地震，2008年5月12日汶川MS8．0地震，2013年4月20日芦山MS7．0地震，2017年8月8日九寨沟MS7．0地震，2022年9月5日泸定MS6．8地震。上述10次地震共同构成了1973—2022年巴颜喀拉块体南、东边界强震序列。

巴颜喀拉块体南、东边界的地震趋势变化一直备受关注。国内外学者对大地震引起的静态库仑应力变化对周边断层的强震起到触发或减震作用已有许多研究（Kinget al，1994；Steinet al，1997；沈正康等，2003；Papadimitriouet al，2004；Todaet al，2005；吴小平等，2007；朱航等，2009；闻学泽等，2011；解朝娣等，2014；屈勇等，2017；朱航等，2017；刘博研等，2022）。解朝娣等（2014）研究了2008年汶川MS8．0地震与2013年芦山MS7．0地震之间的触发关系，其结果显示芦山地震的震源断层位于汶川地震的库仑应力增加区，且变化峰值超过0．1 MPa，依此认为汶川地震与芦山地震之间存在触发关系，芦山地震的震源断层在应力积累逐渐接近临界状态的某一特定时期内，受到了汶川地震的应力触发作用，进而芦山地震提前破裂。屈勇等（2017）分析了1973—2014年巴颜喀拉块体东—南边界断裂带上9次显著地震引起的库仑应力变化，认为鲜水河断裂带、安宁河断裂带和龙门山断裂带交汇的三岔口区域位于应力增加区，需要重点关注其发生强震的可能。朱航等（2017）研究了1973—2013年巴颜喀拉块体东边界6次MS≥6．5地震引起的静态库仑应力变化图像，认为先发生的6次地震对2017年九寨沟MS7．0地震具有触发作用，指出九寨沟MS7．0地震及先前的6次强震使东昆仑断裂带东段及龙日坝断裂带的库仑应力水平升高，具有触发作用，对库仑应力减少区域的岷江断裂带具有减震效应。本文研究1973年以来巴颜喀拉块体南、东边界MS≥6．5地震引起的泸定MS6．8地震发震断层的库仑应力变化，以及泸定地震发生后对周围断层叠加的库仑应力变化影响，为大震后震情趋势发展的快速判断提供参考。

1 研究方法

当断层积累应力大小超过断层面的滑动阻抗强度时，断层面将会滑动和破裂。通常认为超过0．01 MPa的微小库仑应力变化就会影响断层的应力分布状态，从而增加或缩短断层发生潜在破裂所需的时间（Kinget al，1994）。研究断层趋于破裂的过程可以使用库仑应力变化Δσf进行数值描述：

式中，Δτs为断层面的剪切应力变化（沿滑动方向为正），Δσn为正应力变化（张应力为正），μ'为断层面的摩擦系数。

当地震发生后，发震断层的应力将在一定程度得以释放，同时，地震时的同震位错会引起附近区域的断层静态应力变化，即应力转移。当引起的相邻断层段上的库仑应力变化为正值时，该断层段重新发生粘滑的可能性增大，可能会很快发生另一次地震，这种情况即地震的应力触发作用；当引起的相邻断层段上的库仑应力变化为负值时，该断层段重新发生粘滑的可能性降低。一般称库仑应力变化的正值区域为应力触发区，负值区域为应力影区（Kinget al，1994）。引起应力变化的地震被称为“源地震”，破裂面被称为“源断层”，区域中的其它先存断层称为“接收断层”。根据Okada（1992）提出的均匀各向同性弹性半空间模型，可由源断层的同震位错计算接收断层的库仑应力变化量。

本文采用King等（1994）推导的库仑应力变化公式以及发展的相关算法，并使用Toda等（2011）开发的Coulomb3．3软件分别计算1973—2022年间巴颜喀拉南、东边界强震序列引起的静态库仑应力变化，分析可能存在的触发作用，并进一步研究该强震序列对周边地区中、强地震活动的影响。用Coulomb3．3软件计算接收断层上的静态库仑应力变化量需要用到源断层产状、同震位错、震级、震源深度等参数，以及接收断层的几何特征及断层摩擦系数（Kinget al，1994）。

2 发震构造与位错模型

印度洋板块与欧亚板块碰撞后继续向北推进形成了青藏高原，同时青藏高原的若干构造块体分别沿大型走滑断裂带向东和南东方向滑移（闻学泽等，2011）。位于青藏高原中北部的巴颜喀拉块体是这些活动块体之一。巴颜喀拉块体北边界主要由东昆仑断裂带构成，南边界的南东段主要由鲜水河、甘孜—玉树断裂带构成，东边界主要由龙门山断裂带、虎牙断裂带和树正断裂构成（图1）。震源机制解反映巴颜喀拉块体北部与南部的边界断裂表现出左旋走滑为主，而东边界以逆冲断层占优势。东昆仑断裂带、甘孜—玉树断裂带和鲜水河断裂带的滑动速率明显高于龙门山断裂带的滑动速率（陈长云等，2013）。本文以巴颜喀拉块体南、东边界为主体，选取1973—2022年MS≥6．5地震作为研究对象。

图1显示了1973—2022年发生在研究区内主体活动断裂的MS6．5以上地震的震中位置及邻近断层情况。1973年8月11日的松潘MS6．5地震发生在NW 走向的树正断裂，震源机制为左旋剪切破裂；1976年8月16和23日的松潘MS7．2地震发生在NNW 向的虎牙断裂带，震源机制为左旋走滑兼逆冲型；1976年8月22日的松潘MS6．7地震发生在NE向叶塘断裂，震源机制为逆冲型；2008年汶川MS8．0地震和2013年芦山MS7．0地震发生在龙门山断裂带，震源机制为逆冲型；2017年九寨沟MS7．0地震发生在NW 向树正断裂，震源机制为左旋走滑型（朱航等，2017）；这些地震均发生在巴颜喀拉块体东边界。四川境内的巴颜喀拉块体南边界主要是NW 向鲜水河断裂带，1973年2月6日炉霍MS7．6地震与1981年1月24日道孚MS6．9地震都发生在鲜水河断裂带，震源机制为左旋走滑型；2022年泸定MS6．8地震发生在鲜水河断裂带南段，位于鲜水河断裂带、安宁河断裂带和龙门山断裂带交汇的三岔口地区，震源机制为左旋走滑。

图1 研究区域主体活动断裂及1973年以来MS≥6．5地震震中分布

为了构建Coulomb3．3软件计算目标区域库仑应力变化所需要的模型，我们收集了巴颜喀拉块体南、东边界强震序列10次事件震中位置，发震断层产状及同震位错量等资料（见表1），其中1973年2月6日炉霍MS7．6地震和1973年8月11日松潘MS6．5地震的震源资料参考成尔林（1981）的结果；1976—2022年巴颜喀拉块体东边界强震序列8次事件的震中位置和部分震源机制解参考中国地震台网中心的结果。1976年8月3次地震事件的平均位错参考Jones等（1984）的结果；2008汶川MS8．0地震和2013芦山MS7．0地震的同震位错量则分别参考自王卫民等（2008）和刘成利等（2013）的结果；其余地震事件的同震位错量由闻学泽（1995）建立的走滑型地震断层的经验公式为：

表1 巴颜喀拉块体南、东边界10次强震事件发震断层产状及同震位错参数

式中，MS是面波震级，u×l是同震平均位错（u）与破裂长度（l）的乘积。

3 库仑应力变化分析

本文采用King等（1994）根据不同地区计算的库仑应力变化得出的经验值，地壳的剪切模量取3．3×1010Pa，泊松比取0．25，断层面摩擦系数取0．4。在库仑应力变化的计算中，将断层面深度范围取地表至地下15 km处，但根据Coulomb3．3软件的算法原理，仅计算地表以下8 km 的水平二维库仑应力变化图像。计算中，将第一次强震即1973年2月6日炉霍MS7．6地震发生前的库仑应力变化量归为零。如果已发生2次破裂，则为2次图像的线性叠加，以此类推。

3．1 巴颜喀拉块体南、东段先发生地震对泸定MS6．8地震的触发作用

图2是巴颜喀拉块体南、东边界1973—2017年发生的9次MS≥6．5地震共同引起的以鲜水河断裂带南段为接收断层的库仑破裂应力变化图像，由图可知鲜水河断裂带南段和龙门山断裂带南段的库仑应力水平显著升高，而泸定MS6．8地震发生在应力触发区内，因此认为巴颜喀拉块体南、东边界先发地震对泸定地震具有一定的触发作用。

图2 1973—2017年研究区域9次MS≥6．5地震共同引起的以鲜水河断裂南段为接收断层的库仑应力变化

3．2 巴颜喀拉块体南、东边界强震序列对邻近断裂的应力转移

泸定MS6．8地震是巴颜喀拉块体南、东边界断裂带自1973年以来发生的第10次MS≥6．5地震，巴颜喀拉块体南、东边界强震序列对四川地区的震情形势有着什么样的影响？本文研究了巴颜喀拉南、东边界1973—2022年发生的10次MS≥6．5地震共同引起的泸定地震震中西北、东北、南面3条断裂带的近场库仑应力变化情况。

鲜水河断裂位于青藏高原东南部，走向NW，以左旋走滑为主。西起甘孜炉霍，西北与五道梁—长沙贡玛断裂东南段相邻，大致沿道孚、康定、泸定到石棉结束，长约400 km（徐锡伟等，2003）。鲜水河断裂带是四川地区地震活跃带，自1725年以来的MS≥7．0地震共8次，平均每38年一遇，最近的一次为1973年炉霍MS7．6地震，距今已有49年，从频率上看，鲜水河断裂带已具备发生MS≥7．0地震的应力积累。图3a是巴颜喀拉块体南、东边界1973—2022年发生的10次MS≥6．5地震共同引起的以鲜水河断裂道孚—康定段为接收断层的库仑破裂应力变化图像，可见鲜水河断裂带道孚—康定段处于应力增强区范围内，即巴颜喀拉南、东边界强震序列对鲜水河断裂带道孚—康定段具有触发作用。

图3 巴颜喀拉南、东边界1973—2022年发生的10次MS≥6．5地震共同引起的库仑应力变化图像

龙门山断裂带位于巴颜喀拉块体东边界，以右旋走滑与逆冲为主（徐锡伟等，2003），长约500 km。图3b是巴颜喀拉块体南、东边界1973—2022年发生的10次MS≥6．5地震共同引起的以龙门山断裂带南段为接收断层的库仑应力变化图像，由图可见该断裂带有2段处于应力触发区范围内，即南、东边界强震序列对龙门山断裂带南端以及汶川—芦山段具有强震触发作用。

安宁河断裂带北接巴颜喀拉块体东南部的鲜水河断裂带南段，走向NS，以左旋倾滑为主（徐锡伟，2003）。图3c是巴颜喀拉块体东边界1973—2022年发生的10次MS≥6．5地震共同引起的以安宁河断裂带为接收断层的库仑应力变化图像，由图可见该断裂带处于应力触发区范围内，即南、东边界强震序列对安宁河断裂带具有强震触发作用。

4 结论

（1）2022年9月5日泸定MS6．8地震是四川地区巴颜喀拉块体南、东边界自1973年以来发生的第10次MS≥6．5地震。通过对该区域进行库仑应力变化计算分析，结果表明先前发生的9次地震对泸定MS6．8地震具有触发作用。（2）在巴颜喀拉块体南、东边界10次MS≥6．5地震的共同作用下，鲜水河断裂带道孚—康定段、龙门山断裂带南端、汶川—芦山段及安宁河断裂带库仑应力水平升高，可能导致这些断裂已积累的应变能提前释放，即具有触发作用。

由于本文主要是了解泸定MS6．8地震发生前后的震源区库仑应力变化情况，并作出快速、大致的震后震情趋势研判，故采用单一模型计算各断层的库仑应力，其计算结果可能会不够精确。