GNSS约束的2022年泸定M6.8地震滑动分布及同震应力变化

余建胜, 赵斌*, 董培育, 刘刚, 刘成利, 徐锐, 陈正松,黄功文, 房立华, 熊维, 王明明, 林牧, 聂兆生, 乔学军

1 中国地震局地震研究所, 武汉 430071

2 中国地震局地震大地测量重点实验室, 武汉 430071

3 中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院, 武汉 430074

4 四川省地震局, 成都 610041

5 自然资源部大地测量数据处理中心, 西安 710054

6 中国地震局地球物理研究所, 北京 100081

0 引言

据中国地震台网中心正式测定(https：∥news.ceic.ac.cn),北京时间2022年9月5日12时52分,我国四川省甘孜藏族自治州泸定县发生M6.8强震,震中位于泸定县磨西镇海螺沟冰川森林公园内(北纬29.59°,东经102.08°),震源深度16 km.震中5 km范围内平均海拔2700 m,震中距泸定县城约39 km,距甘孜州、康定市、石棉县约50 km,距汉源县60 km,距荥经县78 km.应急管理部公布的四川泸定地震烈度分布显示本次地震最高烈度达到Ⅸ度,等震线长轴呈NW走向,其中长轴195 km,短轴112 km,泸定县磨西镇、得妥镇、燕子沟镇、德威镇以及石棉县王岗坪彝族藏族乡、草科藏族乡、新民藏族彝族乡等遭受严重破坏(https∥www.mem.gov.cn/xw/yjglbgzdt/202209/t20220911_422190.shtml).本次地震造成了严重的基础设施破坏和人员伤亡,地震导致主干线省道S217泸定至石棉段多处中断,造成11万余人受灾,5万余间房屋损坏,其中道路、通信、电力、水利等基础设施不同程度受损,并诱发多处滑坡、崩塌、堰塞湖、地裂缝等次生灾害(Qu et al., 2023; Huang et al., 2023).

震区大范围崩塌、滑坡和震中周边未来地震危险性受到社会各界的广泛关注(张佳佳等,2023;Qu et al., 2023).国内外众多科研机构利用全球远场地震波和四川省周边区域地震台网观测资料快速确定了震中位置和主震震源机制解(表1),震后早期精定位余震主要沿鲜水河断裂南东段呈NW-SE向分布.综合发震位置、精定位余震以及周边活动断裂分布等资料,认为此次泸定地震发生在川滇菱形块体内部,震中位于川滇块体东边界鲜水河断裂带南东段磨西断裂附近,为主震-余震型地震(图1),震源机制解显示为左旋走滑破裂(徐泰然等,2022;张喆等,2023).

表1 2022年泸定地震震源机制解Table 1 Focal mechanism solutions of the 2022 Luding earthquake

鲜水河断裂带位于青藏高原东南缘,北西起始于四川甘孜,向南东经炉霍、道孚、乾宁、康定、泸定磨西至石棉,全长约350 km,是一条近NW走向的弧形左旋走滑断裂,该断裂存在显著的分段活动特征,不同分段活动速率、运动性质具有一定的差异,是我国地壳运动变形最强烈的断裂带之一(Allen et al., 1991;Wen et al., 2008;Zhang, 2013;李大虎等,2015;Wu et al., 2019).鲜水河断裂东南末端位于川滇块体受四川盆地阻挡而向东南偏转的部位,与其北部的甘孜—玉树断裂、南部的安宁河断裂、大凉山断裂、小江断裂,共同构成了川滇活动块体的北东边界(闻学泽等,2011;陈桂华等,2011;徐晶等,2013).研究表明,鲜水河断裂东南段晚第四纪以来平均滑动速率为6.0～9.9 mm·a-1(Chen et al., 2016).现今GNSS研究结果显示鲜水河断裂带由北向南地表水平滑动速率呈逐渐减小趋势,且跨鲜水河断裂的速度梯度在震中东西两侧有明显的差异,表现为鲜水河—安宁河断裂系的左旋运动(Wang and Shen, 2020;Wang et al., 2021).鲜水河断裂磨西段以北是多分支的乾宁—康定段,南侧是与安宁河断裂、大凉山断裂、大渡河断裂相连接的田湾—石棉段,西侧是第四纪以来强烈隆升的大雪山主峰贡嘎山(谭锡斌等,2010),万年隆升速率达到6.1 mm·a-1(Chen et al., 2016).鲜水河断裂历史上具有较高的地震活动性,曾发生多次强震(闻学泽等,2011;Bai et al., 2018),平均每40年发生一次7级以上地震,历史地震导致的地表破裂带几乎覆盖整个断裂区(Wen et al., 2008).自1900年以来,距本次震中200 km范围内,共发生6级以上地震19次(Wen et al., 2008; Jiang et al., 2015; Cheng et al., 2021),其中6.0～6.9级地震15次,7.0～7.9级地震4次(图1),震级最大的为1955年4月14日康定7.5级地震(震中距～53 km),时间最近的为2022年6月1日芦山6.1级地震(震中距～120 km),距离最近的为1975年1月15日九龙6.2级地震(震中距～32 km).

地震发生后,国内学者利用近远场地震波、InSAR和GNSS连续观测资料反演了本次地震的破裂分布.张喆等(2023)采用全球与区域宽频带P波数据,利用双差定位、有限断层波形反演等方法,分析了震源基本特征和余震分布丛集性.Yang等(2022)基于宽频带地震波形数据,采用波形拟合的方法确定主震和M≥3.0余震的震源机制解,并反演了主震破裂过程.An等(2023)处理了陆态网络连续站1 s高频和30 s采样率的观测数据,但仅SCSM有明显的高频波形以及20 mm的永久同震位移.单新建等(2023)利用200 km范围内的GNSS连续站、震中50 km范围内的近场强震动以及InSAR数据获取了高精度的同震形变场,分析了泸定地震的发震机制、震前闭锁分布并评估了周边强震危险性;而Li等(2022)在单新建等(2023)的基础上构建了两种不同破裂模型,比较了两种同震滑动分布的差异.本次震中位于四川最高峰贡嘎山(海拔7556 m)西侧的海螺沟冰川附近,震区山高谷深、地形起伏大,正值夏季植被茂盛,且地震导致震区大量山体滑坡和冰崩等,InSAR干涉结果不理想.目前已公布有ALOS-2和Sentinel-1数据处理结果,显示发震断层近场区域InSAR失相干比较严重,信噪低,不能直接获取发震断层迹线(Li et al., 2022;韩炳权等,2023),上述研究仅使用部分InSAR数据来约束同震滑动分布,缺少近场观测数据的约束,拟合残差相对较大.因此,本文泸定地震GNSS近场观测显的更加弥足珍贵,不仅可以弥补InSAR在近场失相干区域的观测不足,还能更好的约束发震断层和同震破裂特征(Wang et al., 2011).

目前关于泸定地震的上述研究中,在数据源类别、破裂模型构建、滑动反演结果等方面均存在一定差异性.更多关于主震的精细同震形变场分布特征、地表是否有滑动破裂以及对周边断层的库仑应力影响等等,需要进行更全面的认识和深入的综合探讨分析.为了能更好的认识本次地震形变分布特征、发震机理以及应力迁移状态,本文依托项目团队前期在震区布设的GNSS加密站点,同时搜集了近场其它测站资料,获取了本次地震的近场同震位移场;根据周边地质断裂活动构造、震源机制、余震精定位结果和形变场空间分布特征等为约束,构建发震断层初始几何模型,并采用约束最小二乘算法反演断层滑动分布;分析了同震应力变化与余震分布的关系;并对已发表的发震断层参数、破裂模型之间的异同进行讨论分析;最后基于同震滑动破裂计算断层面在不同深度处的库仑应力变化,探讨区域地震危险性．为进一步研究本次泸定地震同震形变、滑动破裂特征以及鲜水河断裂南段地震孕育机理和未来地震危险性评估提供重要约束.

图1 2022年泸定M6.8地震区域构造背景及历史地震分布红色五角星为2022年泸定地震震中;淡红色箭头为相对欧亚板块的震前速度场;震源球表示自1976年以来GCMT记录到的历史强震(https：∥www.globalcmt.org/),灰色圆圈为1976年以前发生的MS>6级以上历史地震;紫色线条为主要活动断裂,绿色圆点给出了余震序列精定位结果.(a) 泸定震中周边地形、活动断层、历史地震及震前GNSS水平向速度场;(b) 震中位置及余震序列分布;(c) 青藏高原块体划分.

图2 2022年泸定地震GNSS水平向同震位移场棕色实线表示震中周边主要活动断裂.红色和黑色虚线圆圈分别表示震中距25 km和50 km.蓝色箭头表示本次地震的同震形变位移.

1 GNSS观测资料与数据处理

泸定地震发生后,中国地震局组织相关单位开展地震应急科考,中国地震局地震研究所(简称：“武汉地震所”)于震后第二天派出野外测量与科学考察工作组赶赴震区开展GNSS应急流动观测.流动观测站点主要包含武汉地震所和中国地质大学(武汉)等单位在震中附近加密建立的流动GNSS站点,以及陆态网络区域站、原国家测绘局B级控制点等(图2).为深入研究鲜水河断裂带石棉段断层闭锁特性,武汉地震所于2020年在石棉县城附近观测了两条近东西向的剖面,分别为沿草科乡—挖角乡一带以及震中以南40 km处经过石棉县城—蟹螺乡—洪坝乡,共计23个测站.泸定地震发生前一个月,刚完成这两条剖面的GNSS流动观测.地震发生后,我们复测了石棉—洪坝剖面的所有测站点位,因山区塌方损坏比较严重,导致更靠近震中的草科乡及其周边道路不通,故本次科考观测未对更靠近震中的另一条剖面进行全点位观测,仅复测了离主干道较近、能安全到达的2个测站(SM15和SMB7).本次科考在十天时间内共计观测25个GNSS流动站点观测数据,有效观测时长24～36 h不等.

采用GAMIT/GLOBK 10.71软件 (Herring et al., 2015) 对震前、震后GNSS流动站资料以及震中周边陆态网络和四川省地震局CORS站观测数据进行统一策略下的数据解算.数据处理策略主要分两步：首先是用GAMIT获取包括测站坐标、卫星轨道和天顶对流层延迟在内的测站单日松弛解;然后用GLOBK将解算得到的区域松弛解与解算的全球IGS测站单日松弛解合并,并在全球范围内选取稳定的IGS参考站,利用GLOBK通过七参数相似变换得到ITRF2014框架下的测站单日坐标解(Altamimi et al., 2016).详细的数据处理策略请参考Wang等(2022)和王迪晋等(2022).

本文采用基于马尔可夫蒙特卡洛方法采样的贝叶斯后验概率密度统计方法估计同震位移及其相关误差(王迪晋等,2022).该方法充分考虑震间速率估计的不确定性,特别适用于对流动观测数据的处理,目前已被广泛应用于震间断层运动、同震破裂滑动分布、震后形变估计等研究中(Sun et al., 2013; Ingleby et al., 2020).公式(1)为通用的GNSS坐标时间序列表达式(Yu et al., 2019),在同震变形估计时,我们忽略震后变形项.对于流动观测数据,不考虑周年和半周年项,待估参数只有初始形变值、长期线性速度和同震形变位移.

f(t)=C1+C2t+C3sin(2πt+θ)+C4sin(4πt+φ)

+ε,

(1)

其中f(t)表示GNSS测站在历元t时刻的坐标分量,C1为初始坐标值,C2是长期线性速度,C3和θ、C4和φ分别表示年周期和半年周期项的幅度和相位,Di表示因地震同震、设备变化或其他偏移信号在时间ti时刻引起的偏移量,Ei是震后松弛的振幅,H为阶跃函数,观测误差ε.

本次复测的流动GNSS站点中,测站W391震前仅有2007年一期观测资料,在估计该测站的同震形变时,我们分别采用2008年汶川地震(Wang et al., 2011)和2013年芦山地震(Huang et al., 2019)的同震模型正演了这两次地震对该测站的理论同震位移,并予以改正.考虑到汶川地震震后效应对该站影响不足1 cm(Wang et al., 2021),故忽略汶川震后变形并不影响其对泸定地震同震形变的估计.同时考虑长期构造速率、汶川和芦山地震同震位移的不确定性,该站的水平向同震位移误差最大,约1.5 cm(表2).

2 同震形变场及特征分析

本次地震引起的地表水平向位移主要集中分布在震中50 km范围内,同震位移随震中距离增加而快速衰减,震中距60 km处GNSS测站观测到的同震位移已衰减至不足1 cm(图2,表2).近场GNSS观测到的最大水平向同震形变达23 cm,位于得妥镇(ZD17),距发震断层垂直距离仅5 km;水平同震变形大于2 cm的测站有19个.其中,鲜水河断裂以东：位于汉源、石棉、挖角乡附近的GNSS测站具有北西向运动的同震位移,新民乡双坪村附近测站(SMB7)位移量～8.5 cm,石棉县城周边同震位移在2 cm左右;磨西、得妥、泸定周边GNSS测站(ZD17、W391、MOXI)具有北东向运动的同震位移,同震形变量超过12 cm.断裂以西：位于燕子沟东侧S434省道附近的GNSS测站(ZD15、H078)有向东南方向大于5 cm的同震形变;震中往南23 km处的草科乡和平村GNSS测站(SM15)有17.8 cm的西南向同震位移;震中以北36 km处的雪门坎附近GNSS测站(ZD13、ZD14)同震形变仅1.2 cm,再往北在康定周边GNSS测站同震形变已经不足1 cm.近场GNSS观测结果清晰地显示本次地震的左旋走滑运动特征,与区域构造背景(图1)及表1中不同机构给出的震源机制结果相符合.

表2 2022年泸定地震GNSS观测到的水平向同震位移Table 2 Horizontal coseismic displacements observed by GNSS during the 2022 Luding earthquake

3 同震滑动分布反演

野外发震构造初步调查认为,在震中及其以北沿磨西断裂方向经过的位置没有发现明显的同震地表破裂,且在震中以南沿断裂带方向地震滑坡比较严重,可能存在疑似地表破裂迹象(李传友等,2022;单新建等,2023),故本次泸定地震的具体发震断裂地表位置和长度仍然尚不明确.图2中近场同震位移场空间分布特征可以为本次地震的发震断层走向提供重要约束信息,发震断裂应位于ZD15和H078以东,MOXI和SMB7站以西,这四个近场测站到本次发震断裂的垂向距离不足2 km,这四个测站的同震位移场分布可以很好的约束断裂的大致位置和走向.综合震源机制解、余震精定位结果、地震地质资料和本文同震位移场空间分布特征,能够大致确定发震断层初始位置和断层走向(163°),倾角在65°～88°之间(表1,韩炳权等,2023).

为了能更好地揭示断层面滑动分布细节特征,将发震断层初始位置沿走向和倾向进行扩展,选定断层面长度和宽度分别为75 km和25 km,并将断层沿走向和倾向进行格网离散化,划分成若干个1.875 km×1.25 km的子断层块.以GNSS水平向同震位移为约束,采用弹性半空间均匀位错模型(Okada, 1992),基于约束条件下最小二乘方法反演发震断层面同震滑动分布(Wang et al.,2022),约束滑动角在[-45°, 45°]范围变化.鉴于平滑因子的选取对反演的滑动分布结果影响较大,本文根据拟合残差与断层面滑动分布光滑度之间的折中曲线来确定平滑因子,最佳光滑因子取值0.1(图3c).反演过程中对断层倾角进行搜索,根据图3b确定发震断层最佳倾角值为71°.图3a是基于近场GNSS水平向同震形变反演的最优破裂模型.结果显示破裂分布特征相对单一,呈近似椭圆形;同震滑动主要集中分布在深度2～8 km范围,最大滑动量达到1.96 m,发生在深度4.6 km处;主滑动破裂位于震中以南得妥镇至田湾乡之间,主破裂长度在20～30 km范围.假设泊松比为0.25,剪切模量为30 GPa,计算得到地震矩释放能量为9.25×1018N·m,对应矩震级MW6.6,与表1中震源机制解给出的震级一致.棋盘测试结果显示(附图1),本文GNSS近场观测资料可以有效分辨并约束本次泸定地震的同震滑动分布.

图3 (a) 基于GNSS同震位移反演得到的最优滑动模型; (b) 断层倾角与拟合误差之间的关系; (c) GNSS拟合残差与滑动分布光滑度之间的关系

根据反演得到的最佳滑动分布模型,计算GNSS测站水平向同震位移模拟值,并与观测值进行对比(图4).观测值与模拟值在近场GNSS测站中拟合一致性较高,平均拟合残差3.2 mm,最近的ZD15、H078、MOXI和ZD17残差不超过5 mm.在没有明显地表破裂、InSAR失相干严重的川西高山高海拔地区,近场分布的GNSS同震形变对确定发震断层走向和位置极其重要,同时能够对断层滑动破裂提供更加有效的约束.

图4 GNSS同震位移观测值与模拟值对比大写英文字母表示地理位置.其中,GGXS,贡嘎雪山;HLG,海螺沟;MZG,磨子沟;YZG,燕子沟镇;MX,磨西镇;DT,得妥镇;CKX,草科乡;TW,田湾乡;XM,新民乡;AS,安顺场镇;WJX,挖角乡;HB,洪坝乡.

4 静态库仑应力及余震分布

为分析静态库仑应力对余震分布的触发作用,我们采用上述最优同震滑动模型,分别计算了沿发震断层(DD′)和垂直于发震断层的(EE′)剖面上产生的静态库仑应力变化(以下均简称为ΔCFS;图5).有效摩擦系数取常用值0.4(Toda et al., 2012).对于剖面DD′我们采用同主震震源机制解一致的接收断层参数计算ΔCFS,剖面EE′的接收断层参考历史地震及余震的震源机制解.冯静等(2018)对2016年发生在泸定周边的ML≥2.0地震序列进行了重定位分析和震源机制解研究,显示该区域构造活动以走滑错动为主.而在2022年10月22日(震后第54天),西北方向震中距约5 km处(29.61°N,102.03°E),发生了一次M5.0最大余震,震源机制解显示为拉张性质,如图5a黑色震源球所示.因此,我们推测剖面EE′可能具有拉张兼具右旋走滑的性质,因此我们选择该剖面的接收断层参数为走向247°,倾角80°,滑动角174°.图5b显示同震滑动破裂的南北两侧,同震库仑应力显著增加,超过地震触发理论阈值0.1 bar(0.01 MPa).图5c显示在剖面西段ΔCFS增量高达1 MPa,也远超地震触发阈值.计算结果显示静态库伦应力增强区域与精定位余震分布一致性较好,表明余震主体上是由本次地震同震应力加载触发导致的(图5b,5c).

图5 (a) 2022年泸定地震重定位余震序列; (b) 发震断层面库仑应力变化与余震分布; (c) 垂直于发震断层的库仑应力变化与余震分布

余震精定位结果显示余震大致沿磨西断裂呈北北西向条带状分布,长约60 km,深度集中分布在3～14 km,向东南侧最远可到达石棉县城周边,往北侧最远到达燕子沟以北20 km,远大于同震破裂滑动区域.主震以北静态库仑应力增加区域存在一个明显的余震空区(图5a).这个余震空区可能表明该段存在同震应力降,但从我们的同震破裂模型看,该段的同震破裂很小,而且集中在深部(图3a).根据余震的展布,我们不排除该段存在因发震断层走向的变化而造成破裂模型的不准确.为此,我们以磨西为界,以北的断层走向调整为148°,与余震分布保持一致,以南的断层走向不变,仍保持163°.基于该分段模型的反演结果显示,地震空区仍没有明显的同震滑移,并且拟合误差达8.6 mm(见附图2).结合地震波反演结果(张喆等,2023),我们推测该余震空区并不是本次地震引起的应力降造成的,可能仍处于历史地震造成的应力影区,由于泸定地震自身引起的库仑应力增加不足以改变当前应力状态并触发余震.

5 讨论

5.1 与已有研究结果的比较

目前已发表有一些泸定地震发震断层和滑动破裂模型(韩炳权等,2023;Li et al., 2022; 徐泰然等,2022;张喆等,2023), 通过对比分析发现,这些模型在数据源、滑动分布特征以及最大滑动量方面均存在一定差异性.韩炳权等(2023)和Li等(2022)处理了Sentinel-1升、降轨和ALOS-2降轨数据,但在滑动反演过程中,前者认为ALOS-2远场噪声较大,仅使用Sentinel-1数据;后者以Sentinel-1升轨影像干涉效果不佳,剔除了升轨数据.ALOS-2数据在近场的相干性虽然优于Sentinel-1,但空间分辨率相对较低,近场形变噪声较大.单新建等(2023)选取震中200 km范围内的71个GNSS连续站,但震中距100 km以内测站仅11个,远场测站形变量级不足厘米量级,近场测站数量较少且分布比较稀疏,震中距50 km范围内连续站仅2个.最近的强震动仪器观测到的永久位移12 cm.而本文震中距16 km内GNSS测站有5个,震中距最近的仅7 km,观测到的同震形变位移量可达23 cm;南侧剖线的GNSS测站距震中位置相对较远但同震位移整体偏大,可能表明同震破裂主要集中在震中东南方向,这与早期精定位余震分布和滑动反演结果一致.对比单新建等(2023)震中距～50 km处的GNSS连续站同震位移,震中以南LS23同震形变位移～20 cm,要远大于震中以北LS10同震形变位移～10 cm,表明本文流动站观测结果是可靠的.以韩炳权等(2023)中的滑动破裂模型正演本文GNSS测站同震位移模拟值,并与本文滑动模型正演结果进行比较(附图3),可以看出仅用InSAR约束的滑动模型存在一定偏差,其GNSS模拟值在近场具有较大不确定性.近场观测数据相比于远场观测对于地震机制的研究有着更高的科学价值,本文加密观测的GNSS数据不仅可以提高对断层近场行变特征的认识,还能更好的约束发震断层几何参数和同震滑动分布.

李传友等(2022)根据野外地质考察,认为泸定地震以SE向单侧破裂为主,在震中以北和爱国村以南磨西断裂通过的位置没有发育地表破裂,在震中以南沿磨西镇二台子到到王岗坪乡爱国村一带可能发育有15.5 km长度、15～40 cm的同震地表位移;Li等(2022)基于GNSS、InSAR和强震动波形反演得到的滑动模型显示在二台子以北沿磨西断裂有0.3 m的地表破裂,在二台子以南至团结村以北有0.7～1.0 m的浅层地表滑动;徐泰然等(2022)基于地震波形数据得出本次地震是一次高倾角、直立的走滑事件,同震地表破裂长度约20 km;本文最优滑动模型显示至少存在10 km长度的0.5～1 m的地表破裂,我们的结果倾向于本次泸定地震破裂到地表,但具体的地表破裂长度和滑移量仍存在不确定性.根据震源机制解(表1)和已发表结果可以得出,本次地震走向差异性较小,由地震波获取的震源机制解显示震中倾角较陡,断层面接近直立.在最大滑移尺度上各研究结果也不尽相同,本文基于近场GNSS观测得到的最大滑动量～1.96 m,Li等(2022)和Yang等(2022)分别基于全球远场地震波和近场地震波数据得到的最大滑移为1 m和0.8 m,张喆等(2023)采用全球与区域宽频带P波数据进行有限断层反演显示最大滑动量1.4 m,Li等(2022)利用GNSS、InSAR和近场强震动约束破裂模型获得最大滑动1.8 m,韩炳权等(2023)利用InSAR数据得到最大滑移～2.23 m,是目前已知结果中最大的,可能与其滑动破裂模型没有破裂到地表有关,也可能与其选取的InSAR数据有关.上述通过地震波方法反演得到的最大滑移普遍比基于大地测量资料反演得到的结果要小,可能表明近场大地测量资料比地震波资料对滑动破裂更敏感,能更好的约束同震滑动模型.

5.2 同震库仑应力对周边断层影响

以图3a所示同震滑动破裂模型为应力扰动源,采用边界元软件Poly3D(Thomas, 1993)计算本次地震对周边断层的应力扰动变化.本文计算的断层主要包括龙门山断裂带,鲜水河断裂带北段,南部安宁河断裂、大凉山断裂,以及西侧的玉龙希断裂.龙门山断裂带是本次计算中的唯一一条逆冲断裂带(倾角取值30°),玉龙希断裂为右旋兼具逆冲型,其他断层均为近似垂直的左旋走滑断裂.根据断层地表迹象及倾角建立断层模型,并按1 km×1 km剖分网格.

假设有效摩擦系数为0.4,通过计算得到各目标接收断层的静态库仑应力变化(图6).结果显示在鲜水河断裂带上ΔCFS增强区域主要分布在震源破裂区四周,最大值为MPa量级, ΔCFS负值区域与主要破裂区域重合,揭示破裂区的应力得到了充分释放.通常在走滑型地震的破裂区两端会产生应力加载效应,此次地震破裂区南端相邻为安宁河和大凉山断裂,在这两条断裂的北部ΔCFS增加数bar量级,均超过触发阈值(0.1 bar).同时,玉龙希断裂北部也有数bar量级的应力加载效应.ΔCFS增强区域可能预示未来地震危险性程度较高,是未来地震危险性重点关注区域之一.此外,在龙门山断裂带西南端与鲜水河断裂带交界区域,ΔCFS为负值,表明该地区应力得到释放,延缓了地震的发生.

研究表明,鲜水河断裂东南末端存在明显的闭锁状态(Wen et al., 2008;赵静等,2015),同时,受2008和2013年龙门山断裂带上汶川和芦山两次地震的影响,鲜水河断裂附近库仑应力明显增加,可能会加速鲜水河断裂带东南方向康定—石棉段的地震发生(易桂喜等,2013;Jiang et al., 2015;Li et al., 2021).基于以上述分析,认为本次泸定地震确实发生在鲜水河断裂东南段闭锁区.假设本次地震破裂的核心区域面积为100～140 km2,断层长期滑动速率取10 mm·a-1,那么自1786年以来,该破裂区域积累地震矩能量约为(7.5～10)×1018N·m,与本次地震释放的能量基本相当.本次泸定地震尽管充分释放了磨西—石棉田湾段积累的应变能,但未来在石棉—冕宁段可能积累更大应变能,以及本次泸定地震对安宁河断裂北段有应力加载作用,安宁河断裂北段诱发大地震的可能性也值得密切关注.

图6 2022年泸定地震引起的周边断层库仑应力变化

6 结论

本文首先采用震前、震后近场GNSS观测资料,获取了本次泸定地震水平向同震位移场,然后基于约束最小二乘算法反演断层滑动破裂分布模型,并根据最优破裂模型计算了本次地震对周边邻近断层的库仑应力影响.主要结论如下：

(1) 近场同震形变场空间分布结果表明,泸定地震是一次左旋走滑型地震,同震形变场呈四象限分布,可观测到的最大同震位移量达23 cm;同震位移主要分布在震中50 km范围内的近场区域,在磨西镇、得妥镇、草科乡等区域同震位移量可达10 cm.

(2) 同震位移场的空间分布特征为判定发震断裂的具体位置提供了重要的约束条件,综合震源机制解、余震精定位结果和同震位移场分布特征,能大致确定发震断层初始位置和发震断层几何参数信息.

(3) 同震滑动分布结果表明,滑动分布特征与余震精定位结果具有很好的互补性,反演结果显示至少存在10 km长度的0.5～1.0 m之间的地表破裂,主破裂位于断层面2～8 km,最大滑动量达到1.96 m,所处深度4.6 km,释放地震矩能量9.25×1018N·m,对应矩震级MW6.6.

(4) 同震库仑应力显示泸定地震对周边断层有应力加载作用,导致发震断层南端邻近的安宁河、大凉山断裂以及鲜水河断裂康定—磨西段未来地震风险性增加,需要加强监测.

致谢感谢GNSS野外科考工作队员赵昕宇、黄子轩等参与GNSS加密观测的各位同仁的辛苦付出.感谢韩炳权博士提供的同震破裂模型.感谢责任编辑和三位匿名评审专家对提升本文内容提出的建设性修改意见.

附图1 棋盘测试

附图2 分段断层模型反演的同震滑动分布

附图3 GNSS观测值与不同滑动模型模拟值对比其中,蓝色：观测值;红色：本文模拟值;绿色：韩炳权等(2023)模拟值.