羅國(guó)富，馬小軍，馬禾青，楊明芝

（寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

2013年4月20日四川蘆山發(fā)生7.0級(jí)地震，是繼2008年5月12日四川汶川8.0級(jí)大震后，龍門山斷裂帶上的又一次強(qiáng)震。汶川8.0級(jí)地震造成龍門山斷裂帶中北段約300km破裂，而蘆山7.0級(jí)地震造成龍門山斷裂帶南段約30km左右破裂，這兩震中之間約70km的斷裂帶仍未破裂。這些強(qiáng)震釋放的能量大小，可能導(dǎo)致龍門山斷裂上能量場(chǎng)本身結(jié)構(gòu)的變化。因此本文在以往工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)用自然正交函數(shù)展開方法，試圖研究龍門山斷裂上地震能量場(chǎng)的變化，探討蘆山7.0級(jí)地震前后龍門山斷裂帶南段地震能量場(chǎng)特征，尋求可能的強(qiáng)震前兆信息，為強(qiáng)震預(yù)測(cè)提供中短臨異常依據(jù)和震例經(jīng)驗(yàn)。

楊明芝和趙衛(wèi)明[1]提出地震能量場(chǎng)，采用自然正交函數(shù)展開方法研究了寧夏及鄰區(qū)中強(qiáng)以上地震與能量場(chǎng)的關(guān)系。羅國(guó)富和楊明芝[2]采用同樣方法，研究云南地震區(qū)地震活動(dòng)能量場(chǎng)的時(shí)空特征分布特征。近年來在原方法基礎(chǔ)上，引入能量場(chǎng)空間等值線高值異常的映震特征和平均能量場(chǎng)分布特征，取得了一些初步結(jié)果。如楊明芝[3-4]研究汶川8.0級(jí)地震前能量場(chǎng)變化；羅國(guó)富[5-7]研究甘東南、滇西北至滇南強(qiáng)震危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)能量場(chǎng)變化；馬禾青[8]研究青海玉樹7.1級(jí)地震能量場(chǎng)等。筆者引入地震構(gòu)造，主要針對(duì)2013年4月20日四川蘆山7.0級(jí)地震開展能量場(chǎng)研究，取得一些新結(jié)果可對(duì)龍門山斷裂帶南段強(qiáng)震危險(xiǎn)性進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。

1 研究方法

本文研究區(qū)域?yàn)?101～107oE、29～33.5oN，區(qū)域中空間單元取0.5o×0.5o的格子。以經(jīng)緯度劃分面積網(wǎng)格數(shù)n（n=k×L,其中k是按照經(jīng)度劃分網(wǎng)格，L是按照緯度劃分網(wǎng)格），把n個(gè)網(wǎng)格數(shù)取m次測(cè)值（m按研究時(shí)間段的間隔⊿t取值）。每個(gè)地震釋放能量為e（其公式e=104.8+1.5Ms），所有地震在不同網(wǎng)格中釋放的地震能量之和近似于地震釋放的能量，并剔除余震和中強(qiáng)以上地震釋放的能量，就是該研究區(qū)域在研究時(shí)間內(nèi)的能量分布矩陣，即能量場(chǎng)E0，該矩陣反映了研究區(qū)域地震活動(dòng)能量場(chǎng)分布結(jié)構(gòu)。

本文使用的計(jì)算方法見羅國(guó)富[5]，研究2008年汶川8.0級(jí)地震前地震活動(dòng)能量場(chǎng)中短期異常對(duì)具體計(jì)算作了詳細(xì)的說明。通過這種計(jì)算方法解決研究區(qū)域內(nèi)主要能量場(chǎng)的時(shí)空異常提取問題，預(yù)期達(dá)到不同的時(shí)空異常和區(qū)域內(nèi)強(qiáng)震之間的內(nèi)在關(guān)系，以其分析等值線高值異常變化特征。

2 能量場(chǎng)時(shí)間因子變化

選擇研究區(qū)域（101o～107oE、29o～33.5oN）的原則是，區(qū)域范圍應(yīng)當(dāng)包括龍門山斷裂帶和其它主要活動(dòng)斷裂，并能反映其相關(guān)斷裂的地震活動(dòng)區(qū)域。地震資料使用中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的弱震目錄，時(shí)段取2009年1月至2013年4月。對(duì)此期間地震資料進(jìn)行b值檢驗(yàn)，該區(qū)ML≥2.8地震記錄完整，因此震級(jí)下限取ML2.8；考慮到強(qiáng)震發(fā)生率很小，其能量對(duì)背景場(chǎng)的影響很大，且這些地震已經(jīng)不屬于區(qū)域正常活動(dòng)狀態(tài)，故震級(jí)上限取ML5.4級(jí)（換算成M震級(jí)為5.0級(jí)），并用K-K法刪除5.0級(jí)以上地震的余震。具體計(jì)算步驟為，區(qū)域按0.5o×0.5o的網(wǎng)格劃分，時(shí)間間隔取Δt=1/3年，計(jì)算出n個(gè)網(wǎng)格（n=108）的m個(gè)時(shí)間段（m=13）觀測(cè)到的地震能量、能量距平場(chǎng)和平均值（背景場(chǎng)）的值。當(dāng)t=2時(shí)，前2個(gè)典型能量場(chǎng)已超過全部能量場(chǎng)的95%如表1。

表1 2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震能量場(chǎng)特征值及擬合精度

表1給出展開的前2個(gè)特征向量的特征值，展開精度γ2為95.03%，其中第一個(gè)典型場(chǎng)的特征值為λ1=2.4355×1011，占總場(chǎng)的88.43%是場(chǎng)的主要部分，可見取前2個(gè)典型場(chǎng)就足以相當(dāng)精確地描述能量場(chǎng)的特征。圖1是這2個(gè)典型場(chǎng)時(shí)間因子變化曲線，從圖中可以看出，第一個(gè)典型能量場(chǎng)時(shí)間因子T1長(zhǎng)期維持在基值-99.7焦耳附近變化，2012年5～8月出現(xiàn)大幅度上升變化，顯示出明顯的短期異常特征。第二個(gè)典型場(chǎng)時(shí)間因子T2也長(zhǎng)期維持在基值-30.9焦耳附近變化，2011年9～12月也出現(xiàn)大幅度上升變化，也明顯表現(xiàn)出中短期異常特征，這兩次中短期能量場(chǎng)時(shí)間因子上升異常，可能是蘆山7.0級(jí)地震前的中短期異常指標(biāo)。

縱觀圖1曲線相對(duì)基值呈現(xiàn)較大幅度上升，表明在蘆山7.0級(jí)地震前，區(qū)域能量場(chǎng)前2個(gè)主要典型場(chǎng)時(shí)間因子發(fā)生顯著的異常變化，其特點(diǎn)表現(xiàn)為，震前2年的時(shí)間段內(nèi)區(qū)域能量場(chǎng)的地震總能量有時(shí)大于歷年同期平均能量值，地震能量釋放多，弱震活動(dòng)相對(duì)密集或者有顯著中等地震發(fā)生。

圖1 2013年4月20日四川蘆山7.0級(jí)地震前2個(gè)典型能量場(chǎng)時(shí)間因子變化曲線Fig.1 The time “weight” coefficient curve the two front of twos main energy fields in the MS 7.0,Lushan earthquake, April 20,2013.

3 能量場(chǎng)空間變化

圖2為2013年4月22日四川蘆山7.0級(jí)地震前研究區(qū)域中前2個(gè)典型地震能量釋放的空間等值線分布。分析等值線的較大變化值，可判斷研究區(qū)域強(qiáng)震的危險(xiǎn)區(qū)域。筆者將曲線等值線的值（或者絕對(duì)值）大于0.05×105焦耳的區(qū)域定義為危險(xiǎn)區(qū)，其周圍可能是強(qiáng)震的發(fā)生區(qū)域。圖2為2009年1月至2013年4月研究區(qū)前2個(gè)典型能量場(chǎng)等值線區(qū)域的空間危險(xiǎn)區(qū)相對(duì)集中，但不能明確那個(gè)危險(xiǎn)區(qū)在那段時(shí)期可以對(duì)應(yīng)強(qiáng)震，這說明該方法在預(yù)測(cè)中強(qiáng)地震區(qū)域還存在一定的局限性。

圖2（左）中，龍門山斷裂南段的（30.2oN，102.9oE）周圍區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)危險(xiǎn)區(qū)，也是2009年以來相對(duì)一個(gè)能量高釋放區(qū)，最大能量釋放達(dá)0.1×105焦耳，2013年4月20日四川蘆山7.0級(jí)地震發(fā)生在這一高能量釋放邊緣。另外華容山斷裂中段的（29.2oN，105.3oE）周圍區(qū)為另一個(gè)危險(xiǎn)區(qū)，也是另一個(gè)能量高釋放區(qū)，2010年1月31日四川遂寧與重慶潼南交界5.0級(jí)地震發(fā)生在該高能量釋放邊緣。圖2（右）中，龍門山斷裂南段與鮮水河斷裂交匯區(qū)為強(qiáng)震危險(xiǎn)區(qū)域，可能與2013年蘆山7.0級(jí)地震有關(guān)?？傊?，前2個(gè)主要能量場(chǎng)的等值線危險(xiǎn)區(qū)分別有一些地震活動(dòng)中短期時(shí)空異常變化，顯示出弱震活動(dòng)與中強(qiáng)地震活動(dòng)相關(guān)的變化特征。

圖2 前2個(gè)主要能量場(chǎng)的等值線圖（單位：×105J）Fig.2 The isogram’s charts in the first two main energy fields (unit: ×105J )

圖3 研究區(qū)能量場(chǎng)均值等值線圖（單位：×105J）Fig.3 Contour figure of the energy background field (unit: ×105J )

4 結(jié)論和討論

由于青藏高原向東推擠和四川盆地的阻擋，龍門山斷裂帶經(jīng)歷了長(zhǎng)期緩慢形變，是應(yīng)力、應(yīng)變的積累區(qū)，即孕震的閉鎖單元。龍門山斷裂帶活動(dòng)與地震的分布有密切的關(guān)系，閉鎖區(qū)周圍應(yīng)力高度集中，使的沿構(gòu)造斷裂帶周圍地震能量釋放可能包含有強(qiáng)震的信息。圖3是研究區(qū)域不同時(shí)段內(nèi)能量場(chǎng)平均等值線分布圖，分析不同時(shí)間能量場(chǎng)均值空間變化，可以進(jìn)一步判斷高能量釋放危險(xiǎn)區(qū)的危險(xiǎn)程度，以及強(qiáng)震（或者大震）前后能量場(chǎng)的顯著變化特征。

圖3a是2008年汶川8.0級(jí)地震前研究區(qū)域地震能量場(chǎng)分布；圖3b是汶川8.0級(jí)地震后至2013年蘆山7.0級(jí)地震前研究區(qū)域內(nèi)地震能量場(chǎng)分布。比較兩者可以看出，汶川8.0級(jí)地震前，地震能量在龍門山斷裂帶南段局部、鮮水河斷裂和岷江斷裂帶附近形成局部高能量釋放區(qū)，整體上龍門山斷裂帶上地震能量釋放水平較低，表現(xiàn)出汶川8.0級(jí)地震前龍門山斷裂帶周圍地震活動(dòng)相對(duì)平靜的狀態(tài)。但汶川8.0級(jí)地震后，局部高能量釋放區(qū)發(fā)生顯著變化，如龍門山斷裂帶的南段以及與鮮水河斷裂交匯區(qū)周圍形成大面積高能量釋放區(qū)，2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震就發(fā)生在高能量釋放區(qū)周邊。另外在蘆山7.0級(jí)與汶川8.0級(jí)地震震中的兩端，目前形成顯著的高能量釋放區(qū)（圖3b），也是這兩次地震后斷裂帶未破裂區(qū)，可能是近年需要密切關(guān)注的強(qiáng)震發(fā)生地區(qū)。自2000年1月至2013年4月，龍門山斷裂帶的南段與鮮水河斷裂帶交匯區(qū)域是地震高能量釋放區(qū)，也是近年來另外一個(gè)密切關(guān)注強(qiáng)震的區(qū)域（圖3c）。比較圖3a、b、c發(fā)現(xiàn)，華容山斷裂中段在汶川地震前和蘆山地震前地震能量都偏高，2010年1月31日四川遂寧與重慶潼南交界5.0級(jí)地震就發(fā)生在該高能量釋放邊緣，考慮到該地震震級(jí)偏小，釋放能量不足，因此該危險(xiǎn)區(qū)周圍未來或稍長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍存在發(fā)生中強(qiáng)地震背景。

總之通過研究2013年蘆山7.0級(jí)地震前震中區(qū)域的地震活動(dòng)能量場(chǎng)時(shí)空特征，得出如下結(jié)論：

（1）對(duì)2013年蘆山7.0級(jí)地震震中區(qū)域地震活動(dòng)能量場(chǎng)的初步研究發(fā)現(xiàn)，蘆山7.0級(jí)地震前2年內(nèi)，即2011年9～12月和2012年5～8月，前2個(gè)主要典型能量場(chǎng)時(shí)間因子分別呈現(xiàn)較大幅度的突升變化，表現(xiàn)出突出的能量場(chǎng)中短期異常，這些異常變化可能是2013年蘆山7.0級(jí)地震前的中短期時(shí)間異常特征。

（2）分析2013年蘆山7.0級(jí)地震震中區(qū)域主要能量場(chǎng)的的空間等值線分布，得出過去4年4個(gè)月龍門山斷裂帶南部形成一個(gè)地震能量高值異常危險(xiǎn)區(qū)（絕對(duì)值大于0.05×105焦耳）周緣，2013年四川蘆山7.0級(jí)地震就發(fā)生在該高能量釋放區(qū)域。另外華容山斷裂周圍區(qū)形成一個(gè)相對(duì)能量高釋放危險(xiǎn)區(qū)，2010年四川遂寧與重慶潼南交界5.0級(jí)地震發(fā)生在該高能量釋放邊緣。目前龍門山斷裂南段與鮮水河斷裂交匯區(qū)仍為地震能量高釋放區(qū)，也是未來可能強(qiáng)震危險(xiǎn)區(qū)域。

（3）分析研究區(qū)域不同時(shí)段均值能量場(chǎng)空間等值線分布特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2008年汶川8.0級(jí)地震前，鮮水河斷裂和岷江斷裂帶附近形成局部高能量釋放區(qū)，而整體上龍門山斷裂帶上地震能量釋放水平較低，表現(xiàn)出汶川8.0級(jí)地震前龍門山斷裂帶周圍地震活動(dòng)相對(duì)平靜狀態(tài)。但汶川8.0級(jí)地震后，短時(shí)間內(nèi)龍門山斷裂帶的南段以及與鮮水河斷裂交匯區(qū)周圍形成大面積高能量釋放區(qū)，2013年蘆山7.0級(jí)地震就發(fā)生在高能量釋放區(qū)周邊?？紤]到高能量釋放區(qū)域范圍大，汶川和蘆山地震震中有斷裂未破裂區(qū)，且蘆山7.0級(jí)地震有可能能量釋放不足，因此未來該區(qū)域可能會(huì)再次發(fā)生強(qiáng)震。另外汶川地震前后華容山斷裂中段都形成高能量釋放區(qū)域，在該高能量邊緣僅僅發(fā)生2010年四川遂寧與重慶潼南交界5.0級(jí)地震，比較蘆山7.0級(jí)地震前高能量釋放區(qū)，分析認(rèn)為華容山斷裂中段高能量釋放區(qū)附近，地震能量釋放不足，未來該高能量區(qū)域附近仍存在可能發(fā)生中強(qiáng)地震。

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