李曉帆閆 偉

1）武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，武漢 430079

2）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

鮮水河斷裂的幾何形態(tài)對(duì)地震發(fā)生的影響1

李曉帆1,2)閆 偉2)

1）武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，武漢 430079

2）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

本文整理分析了鮮水河斷裂的幾何特征以及從1327年有記錄以來6級(jí)以上歷史地震的斷層破裂位置和長(zhǎng)度。選用速率和狀態(tài)依賴性摩擦本構(gòu)關(guān)系代表斷裂區(qū)域物理性質(zhì)，構(gòu)建了鮮水河斷裂3D物理模型模擬強(qiáng)震周期性。模擬結(jié)果與歷史地震的發(fā)震有較好的一致性，主要表現(xiàn)在：①模擬結(jié)果在第二次地震周期之后，明顯出現(xiàn)分段現(xiàn)象與鮮水河斷裂分段的幾何特征較為一致；②斷裂北西端結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，地震發(fā)震情況也偏單一，在7級(jí)以上地震發(fā)震之前有6級(jí)以上地震的發(fā)生，此類現(xiàn)象與模擬結(jié)果一致；③斷裂中段結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅存在分段還有輕度彎曲，模擬結(jié)果顯示中段地震逐漸減小，破裂長(zhǎng)度逐步縮短，并且出現(xiàn)級(jí)聯(lián)破裂現(xiàn)象與歷史地震較為吻合；④3D模擬結(jié)果中，地震破裂區(qū)域起始與終止位置大都發(fā)生在斷層轉(zhuǎn)折的區(qū)域，特別是在乾寧和康定兩處斷層出現(xiàn)彎曲的位置，這與鮮水河斷裂歷史地震發(fā)震情況十分相似。

鮮水河斷裂 斷裂幾何形態(tài) 速率和狀態(tài)依賴性摩擦本構(gòu)關(guān)系

李曉帆，閆偉，2015.鮮水河斷裂的幾何形態(tài)對(duì)地震發(fā)生的影響.震災(zāi)防御技術(shù)，10（1）：77—86.doi：10.11899/zzfy20150108

引言

鮮水河斷裂位于我國(guó)西南部青藏高原的西沿，由于印度板塊與歐亞板塊的碰撞，在此區(qū)域形成了一條大規(guī)模的斷裂帶，作為斷裂帶的一部分，鮮水河斷裂是一條長(zhǎng)350km的活躍左旋走滑斷層。Kato等（2007）建立了鮮水河斷裂的二維彈性板塊模型，用來模擬研究該區(qū)域的滑動(dòng)現(xiàn)象，其中斷層上的摩擦力假定遵循速度及狀態(tài)依賴性摩擦本構(gòu)關(guān)系。速度及狀態(tài)依賴性摩擦本構(gòu)關(guān)系基于實(shí)驗(yàn)室研究觀察，描述了滑動(dòng)摩擦、滑動(dòng)速率、滑動(dòng)歷史和正壓力歷史的依賴特性，并提供了在自然界和在實(shí)驗(yàn)室里所觀察到的各種斷層滑動(dòng)現(xiàn)象可預(yù)測(cè)模型的統(tǒng)一框架（Dieterich，2009）。為了模擬地震分段破裂現(xiàn)象，Kato等（2007）將斷層分成了9部分分別進(jìn)行計(jì)算，得到的模擬地震活動(dòng)與觀測(cè)數(shù)據(jù)有較好的一致性。其所建立的模型是二維的，沒有考慮斷層滑動(dòng)隨深度的變化，但真實(shí)的斷層卻包含了不穩(wěn)定區(qū)域和深部的穩(wěn)定區(qū)域，因此建立的三維模型中考慮斷層的深度是必要的。

本文以鮮水河斷裂為研究區(qū)域，建立了鮮水河斷裂3D模型，并采用速率和狀態(tài)依賴性摩擦本構(gòu)關(guān)系，模擬了鮮水河斷裂發(fā)震的周期性，并以此結(jié)果分析了鮮水河斷裂幾何形態(tài)對(duì)發(fā)震的影響。

1 鮮水河斷裂構(gòu)造位置及幾何形態(tài)特征

鮮水河斷裂位于青藏高原東緣（圖1），北起甘孜東谷附近，呈北西-南東向延伸，經(jīng)爐霍、道孚、康定直達(dá)瀘定的磨西以南，全長(zhǎng)350km（羅灼禮等，1987）。其西北端與北西西向甘孜-玉樹斷裂呈左階斜列，東南端與南北向安寧河斷裂相接，與安寧河斷裂南側(cè)的則木河斷裂、小江斷裂共同構(gòu)成了川滇塊體的東部邊界。鮮水河斷裂、甘孜-玉樹斷裂、安寧河斷裂、則木河斷裂和小江斷裂沿中國(guó)西南地區(qū)延伸約1200km（羅灼禮等，1987；潘懋等，1994；聞學(xué)澤，2000）。由于受到印度板塊和歐亞板塊頂撞作用的驅(qū)使，川滇塊體呈南南東向的滑動(dòng)，從而使東側(cè)邊界斷裂表現(xiàn)為優(yōu)勢(shì)的左旋走滑運(yùn)動(dòng)（潘懋等，1994）。

鮮水河斷裂由7條斷裂組成，它們分別是：爐霍斷裂、道孚斷裂、甘寧斷裂、康定斷裂、雅拉河斷裂、折多塘斷裂和磨西斷裂。從鮮水河斷裂帶活斷層的幾何特征上分析，乾寧南北兩側(cè)有著明顯的差異。在乾寧以北較為單一，表現(xiàn)為一條連貫的斷裂，長(zhǎng)約200km；在乾寧以南，斷裂產(chǎn)生分支，由4條大致平行呈“羽列”狀的活斷層組成，它們分別是：雅拉河斷裂、康定斷裂、折多塘斷裂和磨西斷裂（見圖2）（潘懋等，1994；錢洪，1987）。

圖1 鮮水河斷裂位置簡(jiǎn)圖Fig. 1 Location of Xianshuihe fault

圖2 鮮水河斷裂分段特征與幾何形態(tài)Fig. 2 Segmentation and geometry of Xianshuihe fault, which is combined by 7 fault segments

正如聞學(xué)澤等（1989）指出的那樣，微彎曲是鮮水河斷裂帶的重要幾何學(xué)特征之一。在鮮水河斷裂的北西段，這種輕度彎曲發(fā)生在爐霍和松林口附近，在這兩處斷裂帶分別順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了大約15°—10°左右；磨西分支斷裂也具有輕度雙彎曲的趨勢(shì)；折多塘斷裂在總體上呈逆時(shí)針彎曲的特點(diǎn)。從北西到南東，鮮水河斷裂帶有逐漸向南偏轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，從而形成了一個(gè)向北東方向凸出的、和緩的彎曲，彎曲頂點(diǎn)位于乾寧附近的斷裂上（潘懋等，1994）。

2 鮮水河斷裂歷史地震及地震周期

從1327年有歷史地震記錄以來，在鮮水河斷裂共發(fā)生了19次6級(jí)以上地震，其中，7級(jí)以上地震9次（M7專項(xiàng)工作組，2012），如表1所示。在1923年至1973年最近的50年間，已有3次大于7.3級(jí)以上的地震發(fā)生。沿鮮水河斷裂M≥6.9級(jí)地震共發(fā)生了10次，其中，乾寧以北即鮮水河斷裂帶北西段占6次之多，鮮水河斷裂帶南東段則發(fā)生了4次。在6級(jí)以上的地震中，乾寧以北鮮水河北西段占12次，鮮水河斷裂帶南東段則發(fā)生了7次6級(jí)以上的地震，如圖3所示。2014年11月22日四川康定發(fā)生了MS6.3級(jí)地震，震中位于北緯30.3°、東經(jīng)101.7°，震源深度18km。地震就發(fā)生在鮮水河斷裂康定至道孚之間的康定斷裂上的色拉和斷裂，破裂長(zhǎng)度為22km。

鮮水河斷裂上歷史地震的分布情況表明，道孚以北屢有M≥7.5級(jí)的地震發(fā)生，道孚-乾寧段以中強(qiáng)地震為主，最大震級(jí)為7級(jí)，鮮水河斷裂南段又是M≥7.5級(jí)地震發(fā)生區(qū)。這一現(xiàn)象表明，鮮水河斷裂的地震活動(dòng)具有明顯的分段現(xiàn)象。

表1 鮮水河斷裂M>6級(jí)地震破裂位置與延伸的判斷（M7專項(xiàng)工作組，2012）Table 1 Location of earthquake ruptures by M>6 earthquakes along Xianshuihe fault（from M7 Working Group, 2012）

續(xù)表

圖3 鮮水河斷裂歷史地震M>6級(jí)地震震中分布圖Fig. 3 Distribution of M>6 earthquakes along Xianshuihe fault

在一條斷裂或者一個(gè)斷裂區(qū)域范圍內(nèi)，地震會(huì)重復(fù)發(fā)生。地震周期性是指在一條斷裂或者包含數(shù)個(gè)斷裂系統(tǒng)的特定區(qū)域重復(fù)發(fā)生地震的平均時(shí)間，也是載荷循環(huán)的周期。用于研究地震周期性的資料是非常有限的，因?yàn)榈卣鸢l(fā)生間隔通常很長(zhǎng)，約100年或者更長(zhǎng)。地震儀的出現(xiàn)僅僅一個(gè)多世紀(jì)，而在許多活動(dòng)構(gòu)造區(qū)域，可靠的歷史記錄無法獲得周期性早于100年的資料記錄。在許多偏遠(yuǎn)地區(qū)，甚至沒有任何歷史記錄。歷史上比較好的研究地震周期性的實(shí)例有：Nankaido地震、San Andreas斷層及Wasatch斷層（Scholz，2002）。

鮮水河斷裂有較為準(zhǔn)確的地震目錄，自1327年以來，過去的600多年歷史地震數(shù)據(jù)顯示該區(qū)域地震活動(dòng)的重復(fù)發(fā)生以及大地震沿?cái)鄬佑羞w徙的現(xiàn)象，這說明鮮水河斷裂是一條非?；钴S并具有潛在危險(xiǎn)性的斷裂，是研究大陸地震周期性的理想構(gòu)造帶。

鮮水河斷裂地質(zhì)調(diào)查顯示，乾寧以北長(zhǎng)達(dá)200km斷層段的平滑彎曲有相對(duì)平緩的地勢(shì)。相反，乾寧以南長(zhǎng)約150km的斷層段，卻有許多曲折交叉的分支，地形起伏很大?；顢鄬釉诘孛嫘污E上并不是一條貫通的線，而是由大量呈“羽狀”排列的最新地面活斷層所組成（錢洪等，1988）。最新地面活斷層的這種幾何特征表明，乾寧以南斷裂帶南東段是鮮水河斷裂帶左旋滑動(dòng)的淺層效應(yīng)，并對(duì)斷裂帶上的同震位錯(cuò)分布和地殼形變圖像有重要的控制作用（錢洪等，1988）。

筆者通過構(gòu)建模型模擬鮮水河斷裂地震重復(fù)發(fā)生的周期，以此來分析斷裂幾何形態(tài)對(duì)地震發(fā)生的影響。鑒于越來越多的事實(shí)表明，活斷層的幾何形態(tài)，哪怕是一些細(xì)節(jié)上的變異，對(duì)震中位置、破裂的起始與終止、余震分布特征以及同震位錯(cuò)分布都有直接的影響（羅灼禮等，1987）。

3 研究方法

本文以鮮水河斷裂為研究對(duì)象，搜集了有關(guān)該斷裂的地震地質(zhì)、地球物理、大地測(cè)量等已有的背景資料，建立了鮮水河斷裂的3D模型。根據(jù)此模型，采用速率和狀態(tài)依賴性摩擦本構(gòu)關(guān)系，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行并行運(yùn)算，模擬鮮水河斷裂長(zhǎng)時(shí)間尺度地震的發(fā)震情況，依據(jù)模擬結(jié)果研究斷裂幾何形態(tài)對(duì)于地震發(fā)震的影響。

3.1 計(jì)算流程

地震是由地殼的剪切破裂產(chǎn)生的。對(duì)于單個(gè)地震而言，由于構(gòu)造加載，剪應(yīng)力在斷層處逐漸積累。當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到臨界水平時(shí)，準(zhǔn)靜態(tài)成核過程開始發(fā)生，然后動(dòng)態(tài)破裂開始。剪應(yīng)力積累釋放后，地震終止，這些過程在薄弱斷層帶上重復(fù)發(fā)生著。

為了建立地震孕育、發(fā)生過程的模型，首先需要構(gòu)建一個(gè)代表斷層表面的3D格網(wǎng)；之后，選擇能夠代表斷層區(qū)域物理性質(zhì)的摩擦本構(gòu)定律及斷層運(yùn)動(dòng)速率與斷層周圍區(qū)域的平均運(yùn)動(dòng)速率的延遲而產(chǎn)生的構(gòu)造加載；繼而利用Runge-Kutta方法來進(jìn)行步長(zhǎng)控制，從而得到滑移速率與應(yīng)力值的結(jié)果；最后與歷史地震目錄相比較，調(diào)整參數(shù)做到盡量與觀測(cè)數(shù)據(jù)相吻合（Li等，2014）。

或疑月中有兔形，……予以為月無光，而溯日為明，世所知也。天有十二辰，列于東方者。有神司其位。日出在東，其對(duì)在酉，酉為雞，日光含景，則雞在日中。及運(yùn)而西。則對(duì)在卯，卯為兔，月光含景，則兔在月中。月有兔形，何足異哉？人知日中為烏，而不知為雞。知月中有兔，不知兔自日以傳形也?；蛟欢纬墒窖栽轮杏泄?，仙人吳剛斫其根。曰：不然，日行于西，與扶桑對(duì)，則陊景日中，月望之明，景亦隨之。[注](明)周嬰：《巵林》，新文豐出版社，1984年，第98-99頁(yè)。

圖4 計(jì)算流程示意圖Fig. 4 Flowchart of calculation

3.2 速率和狀態(tài)依賴性摩擦本構(gòu)關(guān)系

隨著地震學(xué)、地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、大地測(cè)量學(xué)以及各學(xué)科交叉研究的進(jìn)展，對(duì)斷層力學(xué)機(jī)制與地震孕育發(fā)生物理機(jī)制的認(rèn)識(shí)逐漸深入。在實(shí)驗(yàn)室研究中，已發(fā)展了一套完整的巖石摩擦本構(gòu)關(guān)系，而且還逐漸發(fā)現(xiàn)為數(shù)眾多的地震現(xiàn)象與斷層上的摩擦本質(zhì)有關(guān)。尤其是“速率狀態(tài)摩擦定律”將許多以前認(rèn)為互不相干的現(xiàn)象統(tǒng)一在一個(gè)摩擦系統(tǒng)當(dāng)中，使得地震過程中的物理性質(zhì)更加清晰（Mair等，1999）。該定律可以描述地震力學(xué)中的眾多現(xiàn)象，它不僅可以解釋是斷層失穩(wěn)產(chǎn)生的地震，而且還可以解釋地震相關(guān)現(xiàn)象，如：地震的觸發(fā)、余震延遲時(shí)間和斷層破裂速度等。

在標(biāo)準(zhǔn)模型中，假設(shè)某一界面上剪應(yīng)力與正應(yīng)力之比達(dá)到靜態(tài)摩擦系數(shù)μs時(shí)，滑移便開始。一旦滑移開始，摩擦阻力便轉(zhuǎn)化為較小的動(dòng)摩擦系數(shù)μd?；瑒?dòng)阻力弱化與系統(tǒng)的剛度有關(guān)，這種弱化導(dǎo)致動(dòng)態(tài)失穩(wěn)，這是庫(kù)倫破裂力學(xué)框架下的觀念。然而試驗(yàn)表明：①在粘滑系統(tǒng)中滑移面在靜止接觸保持一段時(shí)間t后，靜摩擦系數(shù)隨logt緩慢增加，表明靜摩擦系數(shù)與滑移面的歷史有關(guān)；②滑移面以恒定的速度滑動(dòng)，動(dòng)摩擦系數(shù)隨logV降低，這表明穩(wěn)態(tài)滑移過程中所觀測(cè)到的動(dòng)態(tài)摩擦與滑移速率V有關(guān)，而這兩種現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致粘滑現(xiàn)象。

摩擦由一個(gè)值變?yōu)榱硪粋€(gè)值，存在一個(gè)臨界距離，即：①穩(wěn)態(tài)滑動(dòng)下，滑動(dòng)速率突然發(fā)生變化，在一個(gè)臨界距離上，摩擦完成調(diào)整；②摩擦從靜態(tài)衰減到動(dòng)態(tài)摩擦，同樣需要滑動(dòng)一個(gè)臨界距離。也就是說，在滑動(dòng)臨界距離內(nèi)，接觸對(duì)以前狀態(tài)有記憶。這種滑動(dòng)速率突然變化，對(duì)摩擦有正影響，之后該影響隨臨界位移呈指數(shù)衰減，即摩擦對(duì)速率的影響包括以下兩個(gè)方面：一是滑動(dòng)速率變化對(duì)摩擦系數(shù)的短期直接影響；二是滑動(dòng)速率變化對(duì)摩擦系數(shù)的長(zhǎng)期漸進(jìn)影響（Rice等，1980；1986）。

與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性最好的是Dieterich-Ruina定律或慢度定律（Rate- and state-dependent friction law），它能很好地解釋諸如周期性粘滑、自持續(xù)周期性振蕩、倍周期現(xiàn)象和混沌振蕩等一系列試驗(yàn)室中觀察到的現(xiàn)象（Dieterich，1981；2009；Rice等，1980；1986；Rice，1993；Ruina，1983）。式（1）為剪切應(yīng)力和有效正應(yīng)力的關(guān)系式：

式中，a是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，它代表滑動(dòng)速率變化對(duì)摩擦系數(shù)的短期直接影響；b也是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，它代表滑動(dòng)速率變化對(duì)摩擦系數(shù)的長(zhǎng)期漸進(jìn)影響，而a、b值由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得，反映了介質(zhì)性質(zhì)受到溫度、壓力、滑動(dòng)速度、滑動(dòng)位移等影響，其值大致為10-3—10-2；V是滑動(dòng)速率；V0是參考滑動(dòng)速率；μ0是V=V0時(shí)的穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)，與巖石的類型和溫度無關(guān)；L（Dc）是臨界滑動(dòng)距離，表示在經(jīng)歷速率變化后，界面內(nèi)顆粒重新接觸而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的距離，在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中為微米量級(jí)；θ是狀態(tài)參數(shù)，描述動(dòng)摩擦系數(shù)隨時(shí)間漸變現(xiàn)象，它的兩種表達(dá)式分別為：“滑移”形式（狀態(tài)參數(shù)只隨滑移距離變化，見式（2））和“慢度”形式（描述靜止接觸時(shí)間效應(yīng)，見式（3））：

速率上升初始，摩擦系數(shù)增加a（直接速度影響），之后，漸進(jìn)影響將導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低b。在穩(wěn)定狀態(tài)下的摩擦為：

當(dāng)（a-b）>0時(shí)為速度強(qiáng)化型，系統(tǒng)處于內(nèi)在穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)（a-b）<0時(shí)為速度弱化型，系統(tǒng)處于不穩(wěn)定或條件穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)有效應(yīng)力大于臨界值時(shí)，滑移是不穩(wěn)定的，此時(shí)十分微小速度的擾動(dòng)也會(huì)使系統(tǒng)失穩(wěn)；當(dāng)有效應(yīng)力小于臨界值時(shí)，滑移是穩(wěn)定的。地震成核現(xiàn)象只發(fā)生在不穩(wěn)定區(qū)，這些地震可能會(huì)以動(dòng)態(tài)加載方式傳播到條件不穩(wěn)定區(qū)；但如果地震傳播到速度強(qiáng)化區(qū)，地震可能會(huì)終止（Scholz，1988）。

4 結(jié)果分析

鮮水河斷裂由7條斷裂構(gòu)成，為了簡(jiǎn)化模型，本文考慮了5條規(guī)模大一些的斷裂，即：爐霍斷裂、道孚斷裂、甘寧斷裂、康定斷裂和磨西斷裂，而雅拉河與折多塘斷裂因?yàn)橐?guī)模較小暫不做討論。利用鄧起東等（2002）所繪制的斷層線分布，依照上述計(jì)算流程，選用速率和狀態(tài)依賴性摩擦本構(gòu)關(guān)系構(gòu)建了鮮水河斷裂的3D模型，模擬鮮水河斷裂2694年以來的發(fā)震情況，斷層模型的具體參數(shù)如表2所示，其中a、b、Dc的取值詳見Li等（2014）。

表2 鮮水河斷裂模型選取的參數(shù)Table 2 Input parameters of Xianshuihe fault

圖5歸納了M7專項(xiàng)工作組（2012）關(guān)于鮮水河斷裂主要?dú)v史地震破裂時(shí)-空?qǐng)D像，反應(yīng)了沿鮮水河斷裂長(zhǎng)期的、較寬尺度范圍的地震破裂信息。同時(shí)將歷史地震的發(fā)震與破裂圖像和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較，得出了鮮水河斷裂幾何形態(tài)特征對(duì)于發(fā)震的影響。

圖5 鮮水河斷裂主要?dú)v史地震（M > 6級(jí)）破裂時(shí)-空?qǐng)D像Fig. 5 Time-space plot of historical earthquakes（M > 6）along Xianshuihe fault

從圖5可以看出，乾寧以北即鮮水河斷裂北西段發(fā)生了12次6級(jí)以上地震；乾寧以南即鮮水河斷裂南東段發(fā)生了12次6級(jí)以上地震。磨西斷裂結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，在1327年和1786年發(fā)生了2次7.5級(jí)以上強(qiáng)烈地震，地震破裂均止于康定斷裂與磨西斷裂附近的彎曲部位。乾寧至康定的康定斷裂及2條較為平行的折多塘斷裂和雅拉河斷裂地震分布稍復(fù)雜，共發(fā)生過4次6級(jí)以上地震，地震破裂范圍在明顯分段處終止。道孚以北屢有M≥7.5級(jí)的地震發(fā)生，道孚-乾寧段以中強(qiáng)地震為主，最大震級(jí)為7級(jí)。

圖6是基于鮮水河斷裂3D模擬的該斷裂2694年以來的地震周期性結(jié)果（Li等，2014），它展示了10km深度滑移速率隨時(shí)間及斷裂方向的時(shí)-空分布圖。圖中最上方紅色線條表示進(jìn)行模擬計(jì)算模型的鮮水河斷層線；縱軸為0—2694年時(shí)間軸；橫軸為沿?cái)嗔逊较虻木嚯x；右側(cè)色標(biāo)表示的是滑移速率取對(duì)數(shù)后的結(jié)果。圖中藍(lán)色顯示的是速率慢、粘滑運(yùn)動(dòng)的區(qū)域；紅色顯示的是速率快、發(fā)震的區(qū)域。在孕震期間，大部分孕震區(qū)域是粘滑的而且應(yīng)力在累積。

圖6 鮮水河斷裂10km深度滑移速率分布圖Fig. 6 Distribution of slip velocity along Xianshuihe fault at depth of 10 km

正如圖6所示，鮮水河斷裂幾何形態(tài)特征對(duì)于地震的發(fā)生有一定的控制作用，斷裂帶上地震的發(fā)生在空間分布上存在較為明顯的差異。372年第一次地震發(fā)生之后，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)力積累，在斷裂兩端分別出現(xiàn)若干次規(guī)模較小的地震，858年第二次較大規(guī)模地震發(fā)生之時(shí)，破裂已不是發(fā)生在整條斷裂，而是開始形成分段的趨勢(shì)。1273年鮮水河斷裂模擬結(jié)果呈現(xiàn)斷裂兩端分別先于中段發(fā)生地震，并均在斷層線彎曲位置破裂終止。1764年第四個(gè)地震周期開始，鮮水河斷裂已經(jīng)更為明顯地分成了3個(gè)破裂區(qū)域，北西端較中段與南東端地震規(guī)模更大，地震周期性也更好。2239年第五個(gè)地震周期開始，斷裂北東段先發(fā)生地震，且破裂規(guī)模增大，之后北西段發(fā)生地震，破裂規(guī)模較之前有所縮小，中段地震呈現(xiàn)級(jí)聯(lián)破裂的現(xiàn)象。

5 討論

受鮮水河斷裂幾何形態(tài)的影響，3D模擬結(jié)果中顯示斷裂南東段地震釋放的能量逐漸增加；能量釋放較大的地震多發(fā)生在斷裂帶中西段上，在后兩次地震周期中，斷裂帶北西端地震規(guī)模較大，中段則更多地呈現(xiàn)級(jí)聯(lián)破裂的現(xiàn)象。鮮水河斷裂爐霍以北結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，地震發(fā)震情況也偏單一，1816年和1973年2次7級(jí)以上地震之前，都發(fā)生了6級(jí)以上地震，此結(jié)果與模擬結(jié)果十分相似，在斷裂北西段發(fā)生較大破裂之前，都有相對(duì)較小地震的發(fā)生。爐霍至乾寧斷裂帶地質(zhì)調(diào)查顯示，斷裂結(jié)構(gòu)比較單一，但存在輕度彎曲的現(xiàn)象，對(duì)比3D模擬結(jié)果，斷裂中段地震規(guī)模逐漸減小，破裂長(zhǎng)度逐漸縮短，而且出現(xiàn)級(jí)聯(lián)破裂的現(xiàn)象，與歷史地震的地震規(guī)模也比較相似。

和鮮水河斷裂歷史地震發(fā)震情況十分相似的是，3D模擬結(jié)果中地震破裂區(qū)域起始與終止位置大都發(fā)生在斷層線轉(zhuǎn)折的區(qū)域，特別是在乾寧和康定兩處斷層線出現(xiàn)彎曲的位置。由結(jié)果分析來看，斷裂帶幾何形態(tài)對(duì)區(qū)域地震發(fā)展及破裂范圍起到了非常重要的作用。

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Influence of the Geometrical Feature on Seismicity along Xianshuihe Fault

Li Xiaofan1,2)and Yan Wei2)
1) School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China
2) China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China

We analyze the geometrical feature along Xianshuihe fault as well as the locations of epicenters and the lengths of rupture zones generated by >M6 historical earthquakes since 1327. We choose the rate- and state-dependent friction law to represent the physical property of the fault zone to build a 3D model to simulate strong earthquake cycles. The simulation result has a good consistency with the historical earthquake data in four aspects: 1) After the second earthquake cycle, the earthquakes are allocated into 3 parts which is similar to the segmentation feature of the Xianshuihe fault. 2) The geometrical feature of northwest part of the fault is simple and the rupture of strong earthquakes is simple as well, which is in accordance with the simulation result. 3) The geometrical feature of northwest part of the fault is a little complicated and fault line is in curved shape. In the simulation result, earthquakes magnitude and the rupture zone are getting smaller in the middle part which is consistent with the historical data. 4) Rupture of some earthquakes terminates at the bending part of the fault line, especially at Qianning and Kangding where the fault bends, which shows how the shape of the fault line controls earthquake rupture.

Xianshuihe fault；Fault geometrical feature；Rate-and state-dependent friction law

地震行業(yè)科研專項(xiàng)（201208009）資助

2014-10-31

李曉帆，女，生于1982年。武漢大學(xué)博士生，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心助理研究員。主要研究領(lǐng)域：地球動(dòng)力學(xué)。E-mail：lxf@seis.ac.cn