祁玉萍 龍 鋒* 林圣杰 肖本夫 趙小艷 王培玲 馮建剛
1)四川省地震局,成都 610041 2)云南省地震局,昆明 650224 3)青海省地震局,西寧 810001 4)甘肅省地震局,蘭州 730000
余震序列研究及序列類型判定屬于地震短期預測研究領(lǐng)域。準確的震后趨勢判定是政府做出應急救災決策的重要依據(jù),對減少強余震可能導致的人員傷亡和經(jīng)濟損失具有重要意義。
中國對地震序列類型及特征的研究已有數(shù)十年歷史。吳開統(tǒng)等(1990)和焦遠碧(1998)利用不同方法對序列類型的分類進行研究;蔣海昆等(2006b)基于中國大陸中強地震的余震序列研究發(fā)現(xiàn),地震序列類型的空間分布具有明顯的區(qū)域特征。多項研究發(fā)現(xiàn),地震序列類型的空間分布特征不僅與區(qū)域構(gòu)造、應力作用方式有關(guān),同時也可能與歷史地震活動、區(qū)域深部介質(zhì)環(huán)境有一定關(guān)系(王華林等,1997;周翠英等,2001;皇甫崗等,2007;林松建等,2011;宋美琴等,2011)。
近年來,國家應急管理對時效性的要求越來越高,但在中強地震發(fā)生后的短期內(nèi),受余震觀測樣本較少的限制,很難使用常規(guī)的統(tǒng)計地震學分析方法進行快速研判。因此,基于以往的震例研究,事先對不同區(qū)域的地震序列類型進行劃分,可為正確判斷當前序列類型以及震后地震趨勢的快速判定提供基礎數(shù)據(jù)。
南北地震帶中段位于青藏高原東南緣,穩(wěn)定的華南塊體西部受到印度板塊與歐亞板塊對接碰撞且持續(xù)向N推擠,使巴顏喀拉塊體與川滇塊體向E、SE運動,構(gòu)造背景十分復雜(鄧起東等,2002;徐錫偉等,2003)。區(qū)域及周邊發(fā)育多條大型活動斷裂,如鮮水河斷裂帶、龍門山斷裂帶、安寧河-則木河斷裂帶、金沙江斷裂帶等,這些斷裂控制著區(qū)域構(gòu)造變形和地震活動。有歷史記載以來,該區(qū)強震活動頻繁,僅自2008年汶川地震以來就相繼發(fā)生了2010年青海玉樹7.1級、2013年四川蘆山7.0級、2013年甘肅岷縣-漳縣6.6級、2014年云南魯?shù)?.5級、2014年四川康定6.3級、2017年四川九寨溝7.0級和2019年長寧6.0級等一系列6~7級地震(圖1)。多項研究結(jié)果表明,南北帶中段區(qū)域內(nèi)仍有發(fā)生強震的危險性(徐錫偉等,2017;徐晶等,2019),這也進一步凸顯了地震序列類型特征研究的重要性和必要性。
圖1 南北地震帶中段及周邊地區(qū)的活動構(gòu)造、區(qū)域動力學與歷史強震背景Fig.1 The active structures,regional dynamics and background of historical strong earthquakes in the middle section of the north-south seismic belt and its surrounding regions.
本文收集了南北地震帶中段及附近區(qū)域1973年以來5.0級以上地震的地震序列資料,據(jù)此深入分析地震序列類型和空間分布特征,并討論不同序列類型的成因,所得結(jié)論可為快速判定中強地震震后的早期趨勢提供參考依據(jù)。
1973年1月以來,南北地震帶中段及附近區(qū)域(25°~35°N,96°~110°E)共發(fā)生5級以上地震266次,去除5級以上余震并將多震型地震算為1次事件進行統(tǒng)計后,梳理得到5級以上地震序列86組(表1),其中5.0~5.9級地震55組,6.0~6.9級地震23組,7.0~7.9級地震7組,8.0級以上地震1組,最大地震為2008年5月12日發(fā)生的汶川8.0級地震。文中分析所用的震源機制解類型以《中國震例》(張肇誠,1988,1990a,b,c,2000;陳棋福,2002a,b,c,2008;蔣海昆,2014a,b;杜方等,2018)研究資料為基礎,地震序列目錄以《中國震例》序列目錄為主,并基于四川地震臺網(wǎng)目錄進行校對。
表1 1973年以來南北地震帶中段及鄰區(qū)5.0級以上地震序列的類型統(tǒng)計Table1 Sequence type statistics of M≥5.0 earthquakes in the middle section of the north-south seismic belt and its surrounding regions since 1973
續(xù)表1序號南北地震帶中段及鄰區(qū)5.0級以上強震破裂類型最大余震(次大地震)序列類型校正后序列類型所屬序列分區(qū) 發(fā)震時刻北緯/(°)東經(jīng)/(°)震級M發(fā)震地點發(fā)震時刻震級M震級ML與主震時間間隔/d321995-10-24 06:46:5325.83102.326.5云南武定走滑1995-10-25 01:43:265.30.79主余Ⅺ331995-12-18 12:57:0634.4897.356.2青?,敹嘧呋?995-12-20 18:07:595.52.22主余Ⅱ341996-02-03 19:14:1827.30100.227.0云南麗江正斷1996-02-05 00:58:066.01.49主余Ⅹ35?1996-02-28 19:21:5829.00104.425.4四川宜賓走滑1996-02-29 00:40:532.22.90.22主余孤立Ⅷ36?1996-12-21 16:39:3830.7099.605.5四川白玉-巴塘走滑1996-12-21 17:08:062.53.20.02主余孤立Ⅸ371998-11-19 19:38:1127.23100.986.2云南寧蒗走滑1999-01-03 01:55:045.044.26主余Ⅹ38?1998-12-01 15:34:5426.53104.085.1云南宣威走滑1999-01-26 09:25:172.33.055.74主余孤立Ⅺ391999-09-14 20:54:3031.60104.215.0四川綿竹逆沖1999-11-30 16:24:50576.81多震Ⅲ401999-09-27 19:49:1534.75101.305.1青海河南逆沖1999-09-27 20:00:453.23.80.01主余主余Ⅰ411999-11-26 04:51:1534.6099.825.0青?,斍咦呋?999-12-08 03:23:314.311.94主余Ⅰ422000-01-15 07:37:0525.58101.126.5云南姚安走滑2000-01-15 07:42:184.14.60.00主余Ⅹ432001-02-23 08:09:1929.40101.086.0四川雅江走滑2001-02-14 15:27:285.0-8.70主余主震前Ⅸ442001-05-24 05:10:3827.60100.905.8四川鹽源-寧蒗走滑2001-08-10 15:26:294.24.778.43主余主余Ⅹ452001-10-27 13:35:4026.23100.576.0云南永勝走滑2001-10-27 14:06:184.10.02主余Ⅹ462003-07-21 23:16:3225.97101.296.2云南大姚走滑2003-10-16 20:28:046.186.88多震Ⅹ472003-08-21 10:17:4827.40101.305.0四川鹽源走滑2003-08-21 18:58:144.04.50.36主余主余Ⅹ482003-11-13 10:35:12 34.70103.905.2甘肅岷縣逆沖2003-11-13 11:08:513.20.02主余Ⅰ492003-11-15 02:49:4227.20103.625.1云南魯?shù)樽呋?003-11-26 21:38:545.011.78多震Ⅶ502004-10-19 06:11:4125.1099.085.0云南保山走滑2005-01-07 23:50:074.44.880.74多震多震Ⅹ512006-06-21 00:52:5533.05104.935.0甘肅文縣逆沖2006-06-21 16:56:203.64.10.67主余主余Ⅲ522006-07-19 17:53:0733.0096.255.6青海玉樹走滑2006-07-18 17:53:075.01.00多震主震前Ⅳ532006-07-22 09:10:2228.02104.135.1云南鹽津正斷2006-08-25 13:51:405.134.20多震Ⅶ542008-05-12 14:28:0430.95103.408.0四川汶川逆沖2008-05-25 16:21:496.413.08主余Ⅲ552008-08-30 16:30:5126.20101.906.1四川攀枝花-會理走滑2008-08-31 16:31:095.61.00多震Ⅺ562009-07-09 19:19:0525.60101.16.0云南姚安走滑2009-07-10 17:02:015.20.90主余Ⅹ572009-11-02 05:07:1626.00100.705.0云南賓川走滑2009-11-02 06:04:442.43.10.07主余Ⅹ582010-01-31 05:36:5630.30105.705.0四川遂寧、潼南交界逆沖孤立Ⅷ592010-04-14 07:49:3633.2096.607.1青海玉樹走滑2010-04-14 09:25:176.30.07主余Ⅳ602011-04-10 17:02:4231.30100.825.3四川爐霍走滑2011-04-21 07:45:231.11.910.625孤立Ⅴ612011-06-20 18:16:4925.1098.705.2云南騰沖走滑2011-08-09 19:50:165.250.06多震Ⅹ
續(xù)表1序號南北地震帶中段及鄰區(qū)5.0級以上強震破裂類型最大余震(次大地震)序列類型校正后序列類型所屬序列分區(qū) 發(fā)震時刻北緯/(°)東經(jīng)/(°)震級M發(fā)震地點發(fā)震時刻震級M震級ML與主震時間間隔/d622012-06-24 15:59:3227.73100.675.7云南寧蒗正斷2012-06-26 14:21:143.33.91.93主余主余Ⅹ632012-09-07 11:19:4027.50103.985.7云南彝良走滑2012-09-07 12:16:295.60.04多震Ⅶ642013-01-18 20:42:5030.9699.405.4四川白玉走滑2013-01-18 21:17:393.33.90.02主余主余Ⅸ652013-03-03 13:41:1525.9099.805.5云南洱源正斷2013-04-17 09:45:54544.84多震Ⅹ662013-04-20 08:02:4630.30103.007.0四川蘆山逆沖2013-04-21 17:05:235.41.38主余Ⅲ672013-07-22 07:45:5634.52104.236.6甘肅岷縣逆沖2013-07-22 09:12:345.60.06主余Ⅰ682013-08-31 08:04:1828.2099.405.8云南香格里拉正斷2013-08-28 04:44:485.1-3.14主余主震前Ⅹ692014-04-05 06:40:3428.14103.575.2云南永善走滑2014-08-17 06:07:585.0133.98多震Ⅶ702014-05-30 09:20:1325.0397.806.1云南盈江走滑2014-05-24 04:49:215.6-6.19多震主震前Ⅹ712014-08-03 16:30:1027.10103.306.5云南魯?shù)樽呋?014-08-04 03:30:314.20.46主余Ⅶ722014-10-01 09:23:2728.40102.805.0四川越西走滑2014-10-20 14:04:522.43.119.20孤立孤立Ⅵ732014-11-22 16:55:2530.26101.696.3四川康定走滑2014-11-25 23:19:075.83.27多震Ⅴ742015-01-14 13:21:3929.30103.205.0四川金口河逆沖2015-01-14 19:21:362.50.25孤立Ⅶ752015-10-12 18:04:1434.3698.195.2青?,敹嘧呋?015-10-13 01:37:212.63.20.31主余Ⅱ76?2015-10-30 19:26:4925.0699.505.1云南昌寧正斷2016-01-09 17:34:592.02.870.92主余孤立Ⅹ772016-05-18 00:48:4726.1099.535.0云南云龍走滑2016-05-18 01:05:114.60.01多震Ⅹ782016-09-23 01:23:1130.1099.645.1四川理塘正斷2016-09-23 00:47:124.9-0.02多震主震前Ⅸ792017-03-27 07:55:0025.8999.805.1云南漾濞走滑2017-03-27 07:40:284.7-0.01多震主震前Ⅹ802017-08-08 21:19:4633.20103.827.0四川九寨溝走滑2017-08-09 10:17:024.80.54主余Ⅲ81?2017-11-23 17:43:3329.40107.945.0重慶武隆正斷2017-11-29 10:34:082.53.15.70主余孤立Ⅷ822018-05-06 17:23:3934.5696.535.3青海稱多走滑2018-05-05 00:37:434.8-1.70多震主震前Ⅱ832018-10-31 16:29:5527.70102.085.1四川西昌走滑2018-11-20 06:01:113.319.56主余Ⅵ842018-12-16 12:46:0728.24104.955.7四川興文走滑2019-01-03 08:48:065.317.52多震Ⅷ852019-06-17 22:55:4328.34104.906.0四川長寧走滑2019-07-04 10:17:585.616.47多震Ⅷ862019-09-08 06:42:1329.55104.795.4四川威遠逆沖2019-09-09 08:32:393.31.08主余Ⅷ
為保證結(jié)果統(tǒng)一,對于采用ML震級標度的地震序列,根據(jù)MS=1.13ML-1.08換算為MS震級,并以序列主震M0與最大余震M1之間的震級差ΔM=M0-M1進行序列類型劃分:1)ΔM≥2.5且余震次數(shù)較少為孤立型;2)0.6≤ΔM<2.5為主余型,包括主余型序列和前震-主震-余震型序列;3)ΔM<0.6為多震型,包括震群型和雙震型序列(蔣海昆等,2006a)。基于上述劃分原則對部分地震序列類型進行修正,其中有7次地震由震例資料中確定的主余型校正為孤立型,1次地震由多震型校正為主余型。本文將使用校正后的序列類型開展相關(guān)分析。
86個震例中包括主余型44次,占51%;多震型25次,占29%;孤立型17次,占20%。整個區(qū)域以主余型地震序列為主。蔣海昆等(2006c)的研究結(jié)果顯示,中國大陸6.0級以上地震序列屬于主余型的自然概率較大(59%),其次為多震型(18%),孤立型的自然概率最小(23%)。比較二者結(jié)果可發(fā)現(xiàn),在研究區(qū)的地震活動中,主余型低于大陸活動的平均水平,多震型地震序列相對較多,孤立型地震的比例略低于大陸地區(qū)的統(tǒng)計結(jié)果。
值得注意的是,在86個地震序列中,1989年小金6.6級地震序列、1993—1995年沐川5級震群和2013年魯?shù)?級震群為3次比較特殊的地震序列。1989年3月1日、1989年9月22日和1991年2月18日在四川小金先后發(fā)生了5.0、6.6和5.0級地震,雖然3次地震活動時間的間隔較長,但2次5.0級地震與6.6級地震屬同一發(fā)震構(gòu)造,且有類似的受力環(huán)境和地震震源機制,綜合分析認為1989年3月1日的5.0級地震屬于一次(廣義)前震,1989年9月22日的6.6級地震為本次地震的主震,而1991年2月18日發(fā)生的5.0級地震則為晚期強余震(張肇誠,2000)。1993—1995年間在四川沐川相繼發(fā)生1993年8月7日5.0級、1994年12月30日5.7級和1995年4月26日5.1級地震,3次地震持續(xù)的時間較長,結(jié)合沐川3次5級以上地震野外考察的極震區(qū)等烈度線分布、余震分布圖像以及震源機制解結(jié)果分析認為,這3次5級地震屬同一震源區(qū)的多次破裂事件,是以3次5級地震為主組成的多震型地震事件(陳棋福,2002a)。2003年11月15日、11月26日和2004年8月10日在云南省魯?shù)榭h分別發(fā)生5.1、5.0和5.6級地震,3次地震的發(fā)震構(gòu)造一致,屬于一次多震型序列(蔣海昆,2014a)。
從不同主震震級區(qū)間序列類型的比例來看(表2),5.0~5.9級地震中有主余型24次(占44%)、多震型17次(占31%)、孤立型14次(占25%),6.0~6.9級地震中有主余型13次、多震型7次、孤立型3次,分別占57%、30%及13%;7.0級以上8組地震中,除1976年8月16日四川松潘-平武7.2級地震為多震型外,其他均為主余型地震,無孤立型地震??梢?,隨著地震震級增大,多震型、孤立型地震所占的比例減少,而主余型地震所占的比例增加,這種趨勢與其他研究的統(tǒng)計結(jié)果基本一致(蔣海昆等,2007)。
表2 不同主震震級范圍內(nèi)的序列類型統(tǒng)計Table2 Statistics of earthquake sequence types in different magnitude ranges
在86個震例中,走滑型地震有62次,占統(tǒng)計樣本總數(shù)的72%;逆斷(沖)型地震14次,占16%;正斷型地震9次,占11%;有1次地震的破裂類型未能確定,占1%。由表3 可知,主余型地震在不同破裂類型中占絕對優(yōu)勢,尤其是在逆沖性質(zhì)的地震中主余型的發(fā)震概率明顯高于其他類型;多震型地震更可能為走滑和正斷性質(zhì),而孤立型地震在3種破裂類型地震中所占的比例都很小。
表3 1973年以來南北地震帶中段及周邊5.0級以上地震的破裂類型與序列類型統(tǒng)計Table3 The statistics of rupture type and sequence type of M≥5 earthquakes in the middle section of the north-south seismic belt and its surrounding regions since 1973
通常最大余震活動強度MA與主震強度M0呈正比,即MA=M0-C,其中C為常數(shù),對于不同的區(qū)域其值一般在0~3或更大范圍內(nèi)變化(Kisslingeretal.,1991;蔣海昆等,2006c)。由于孤立型地震的次數(shù)相對較少,離散程度相對較高,因此僅對主余型和多震型地震的主震與最大余震之間的關(guān)系進行分析。
基于表1 給出的數(shù)據(jù),對主余型地震的主震震級與最大余震震級的線性回歸關(guān)系進行分析(圖2)。使用44次主余型地震資料擬合得到的統(tǒng)計關(guān)系為
圖2 1973年以來南北地震帶中段及周邊主余型地震序列主震震級與最大余震震級之間關(guān)系Fig.2 Relationship between the magnitude of the largest aftershock and the mainshock of the mainshock-aftershock earthquake type in the middle section of the north-south seismic belt and its surrounding regions since 1973.
MA=1.046M0-1.65,R2=0.613i8
(1)
以25次多震型地震作為樣本進行序列最大與次大地震震級的線性回歸關(guān)系分析。由于25次地震序列中有6次首發(fā)地震小于最大主震,為了更好地分析主震與最大余震的關(guān)系,我們分別將第1次地震和最大震級地震作為主震進行分析(圖3),得到:
圖3 1973年以來南北地震帶中段及周邊多震型地震序列主震及最大余震震級之間關(guān)系Fig.3 Relationship between the magnitude of the largest aftershock and the mainshock of the multiple earthquake type in the middle section of the north-south seismic belt and its surrounding regions since 1973.a 第1地震為主震;b 最大地震為主震
MA=0.775M0+1.105,R2=0.614i7(第1個地震為主震)
(2)
MA=0.904M0+0.184,R2=0.840i2(最大震級地震為主震)
(3)
在初步判定序列類型的前提下,可利用式(1)—(3)對該序列的最大余震震級進行粗略估計??傮w上,地震震級與最大余震震級呈正相關(guān)。對于多震型地震序列,若將最大震級地震作為主震,則給出的R2值相對更高,得到的最大余震震級更符合實際情況。
地震發(fā)生后,后續(xù)最大余震何時發(fā)生備受關(guān)注。劉蒲雄等(1996)研究認為絕大多數(shù)地震序列的最大余震一般發(fā)生在主震后3個月內(nèi)。在本文所統(tǒng)計的86次地震中,有80次地震(93%)的最大余震發(fā)生在震后3個月內(nèi),與蔣海昆等(2006a)給出的中國大陸中強地震最大余震的統(tǒng)計結(jié)果一致。為細致地研究區(qū)域內(nèi)不同序列類型最大余震發(fā)生的時間,以最大余震發(fā)生在震后3個月的地震序列作為樣本,統(tǒng)計最大強余震持續(xù)時間間隔分布,結(jié)果顯示絕大多數(shù)地震的最大余震多發(fā)生在震后20d內(nèi)且具有對數(shù)分布的特征(圖4)。主余型地震的最大余震集中分布在震后前3d內(nèi),41次地震中有28次在主震后前3d內(nèi)發(fā)生,其中有22次地震的最大余震與主震在同一天發(fā)生;多震型地震中最大余震集中在震后12d內(nèi)發(fā)生的概率更大,個別地震的持續(xù)時間較長,如1993—1995年沐川震群;孤立型地震的衰減相對較快,最大余震多發(fā)生在地震當天。本文的統(tǒng)計結(jié)果與前人的研究結(jié)果基本吻合(劉蒲雄等,1996;蔣海昆等,2006c)。
圖4 1973年以來南北地震帶中段及周邊5.0級以上序列內(nèi)最大余震與主震的間隔關(guān)系Fig.4 Relation of the interval between the largest aftershock and the mainshock in the M≥5 earthquake sequences in the middle section of the north-south seismic belt and its surrounding regions since 1973.a 所有地震;b 主余型;c 多震型;d孤立型
圖5 給出了南北地震帶中段86次地震序列的類型分布情況。從圖中可見,主余型地震的分布相對較廣,多震型地震在川西巴塘—理塘、川東馬邊—昭通一帶、川北松潘一帶及滇西北云龍、姚安、龍陵及附近區(qū)域分布較為集中,甘孜-玉樹斷裂帶、鮮水河斷裂帶NW段及四川盆地等地區(qū)孤立型地震相對較多。
序列類型的空間分布與區(qū)域構(gòu)造運動形式有一定關(guān)系(沈小七等,2014)。研究區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復雜,斷裂分布交錯,依據(jù)聞學澤等(2003)對川滇地區(qū)地震區(qū)帶的劃分,結(jié)合斷層習性、歷史地震活動、現(xiàn)今地震活動及序列分布特點,將南北地震帶中段及周邊按地震類型優(yōu)勢分布劃分為11個區(qū),各區(qū)域序列類型分布如下:
川甘青交界區(qū)(Ⅰ區(qū)):該區(qū)位于巴顏喀拉塊體與柴達木-祁連塊體邊界區(qū)域,發(fā)育有多條NW走向的活動斷裂。區(qū)域內(nèi)主要以主余型地震為主,1973年以來共發(fā)生5.0級以上地震6次,其中的5次主余型地震遍布整個區(qū)域,僅1974年5月11日四川若爾蓋5.6級地震為孤立型地震,無多震型地震發(fā)生。
瑪多—馬爾康地區(qū)(Ⅱ區(qū)):青?,敹唷拇R爾康區(qū)域內(nèi)有NW向的久治斷裂、瑪多斷裂、松崗斷裂;此外,區(qū)域內(nèi)的NE向龍日壩斷裂帶是一條晚第四紀新生的強活動逆-右旋走滑斷裂帶。該區(qū)域共發(fā)生主余型地震4次,2018年5月6日青海稱多5.3級地震為惟一的多震型地震,無孤立型地震;1989年9月22日小金6.6級地震為特殊的主余型地震,屬廣義的前震-主震-余震型序列。
松潘-龍門山地區(qū)(Ⅲ區(qū)):該區(qū)域是巴顏喀拉塊體的東邊界,活動斷裂帶分布錯綜復雜,不僅有NE向龍門山斷裂帶、近SN向的岷江斷裂和虎牙斷裂,還包括NW向的塔藏斷裂以及由NW向轉(zhuǎn)為NNE向的白龍江斷裂等。歷史地震顯示該區(qū)域6.0級以上地震頻發(fā),其中最大地震為2008年5月12日汶川8.0級地震。從序列統(tǒng)計來看,在1973年以來的7次地震中,5次為主余型,2次為多震型,無孤立型。整個區(qū)域?qū)儆?.0級以上地震的多發(fā)區(qū),區(qū)域內(nèi)先后發(fā)生4次7.0級以上地震,其中3次為主余型,1次為多震型,表明該區(qū)7級以上地震以主余型為主。另外,松潘及附近區(qū)域發(fā)生了1次多震型地震和2次主余型地震,其中1973年松潘6.5級地震雖為1次主余型地震,卻發(fā)生了多次5級以上地震,分析認為該區(qū)域為虎牙斷裂與龍門山斷裂的接合部位,不僅受到華南塊體的阻擋,北部鄂爾多斯地塊對該區(qū)域的構(gòu)造活動也有一定的影響。
甘孜-玉樹帶(Ⅳ區(qū)):該區(qū)域的構(gòu)造相對單一,NW向的甘孜-玉樹斷裂及其次級斷裂為整個區(qū)域內(nèi)的主體構(gòu)造,與鮮水河斷裂共同構(gòu)成了巴顏喀拉地塊、羌塘地塊和川滇菱形地塊的邊界斷裂(徐錫偉等,2003)。除2010年玉樹7.1級地震外,區(qū)內(nèi)還曾發(fā)生過1896年鄧柯西7.0級地震和1738年青海玉樹西 6級地震。1973年以來記錄到的4次5.0級以上地震分布在青海玉樹和甘孜一帶,共發(fā)生孤立型地震2次、多震型地震1次、主余型地震1次。
鮮水河帶(Ⅴ區(qū)):NW向的鮮水河斷裂帶是位于中國青藏高原東部的一條晚第四紀強烈活動的大型左旋走滑斷裂,是中國大陸境內(nèi)動力作用環(huán)境和地殼運動變形最強烈的斷裂帶之一(錢洪,1989;Allenetal.,1991;徐晶等,2013)。斷裂帶曾發(fā)生多次7.0級以上地震,1973年以來沿斷裂帶先后發(fā)生7次5.0級以上地震,其中5.0~5.9級地震3次,6.0~6.9級地震3次,7.0級以上地震1次,最大地震為1973年爐霍7.6級地震。該區(qū)地震序列包括3次主余型、3次孤立型和1次多震型地震。主余型地震主要沿斷裂展布,孤立型地震分布在甘孜和石棉一帶,2014年康定6.3級地震是鮮水河斷裂帶上惟一一次多震型地震序列,2次主震的震級差為0.5級,分別發(fā)生在色拉哈和折多塘分支斷裂上。
安寧河-則木河帶(Ⅵ區(qū)):近SN—NNW向的安寧河-則木河斷裂帶、NNW向的大涼山斷裂帶為區(qū)內(nèi)主要斷裂,均以左旋走滑為活動特征。安寧河斷裂帶自1536年 7級地震、則木河斷裂帶自1850年 7級地震后均未發(fā)生過7.0級以上的地震(聞學澤等,2008;祁玉萍等,2018)。多項研究結(jié)果顯示該區(qū)域有發(fā)生強震的危險性(M7專項工作組,2012;徐錫偉等,2017),然而該區(qū)自1973年以來僅發(fā)生過2014年越西5.0級地震和2018年西昌5.1級地震,2次地震分別為孤立型和主余型。
馬邊-昭通帶(Ⅶ區(qū)):該區(qū)域為大涼山次級塊體的一部分,區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復雜、斷裂交錯,SN—NNW向的馬邊-鹽津斷裂帶由9條規(guī)模不等的縱向斷裂和數(shù)條橫向斷裂組成,表現(xiàn)出左旋走滑-擠壓逆沖的晚第四紀活動特征(唐榮昌等,1993;張世民等,2005;宮悅等,2019);近SN向的峨邊-金陽大斷裂表現(xiàn)為逆沖性質(zhì);NE向的昭通-蓮峰斷裂帶是以右旋走滑兼逆沖或逆沖為主要錯動方式的區(qū)域性大斷裂,其間穿插發(fā)育了一些規(guī)模較小的NW向斷裂,與NE向斷裂構(gòu)成共軛斷裂(聞學澤等,2013)。統(tǒng)計結(jié)果顯示,該區(qū)域為多震型地震的多發(fā)區(qū),先后發(fā)生5次多震型地震、2次主余型地震和1次孤立型地震,1971年云南大關(guān)7.1級地震為主余型地震,其依舊遵循7.0級以上為主余型地震的規(guī)律??臻g分布結(jié)果顯示,多震型地震主要沿馬邊-鹽津斷裂帶分布,在馬邊-鹽津斷裂帶南段和昭通-蓮峰斷裂帶交會區(qū)域尤為集中。結(jié)合動力學背景分析認為,該區(qū)域不僅吸收了川滇塊體SE向的運動作用,還需要調(diào)節(jié)與華南塊體的擠壓作用(常祖峰等,2014)。
四川盆地(Ⅷ區(qū)):四川盆地是在上揚子克拉通基礎上發(fā)展起來的經(jīng)歷了多期構(gòu)造演化過程的疊合盆地(何登發(fā)等,2011),以華鎣山斷裂帶為主體構(gòu)造,內(nèi)部包括不同規(guī)模的褶皺變形。2008年之前,盆地內(nèi)的地震活動與四川西部地區(qū)相比微弱得多,最大地震為1896年2月14日四川富順 5級地震;2008年后,整個盆地的地震活動明顯增強,尤其在川東南地區(qū)5.0級以上地震活動更加活躍,2019年6月17日長寧6.0級地震打破盆地內(nèi)無6.0級以上地震的記錄。從該區(qū)域序列統(tǒng)計來看,盆地內(nèi)孤立型地震居多(3次),多震型次之(2次),主余型地震最少(1次)。孤立型地震分布相對分散,2次多震型地震均發(fā)生在川東南宜賓地區(qū),但該局部區(qū)域近幾年突出的中強地震活動可能有其特殊的成因。
川西理塘—巴塘地區(qū)(Ⅸ區(qū)):理塘—巴塘地區(qū)處于羌塘-昌都陸塊與松潘-甘孜造山帶的拼合部位,主要活動斷裂有近SN向的金沙江斷裂帶、NE向的巴塘斷裂帶和NW向的理塘斷裂帶,此外還發(fā)育一系列以張性為主的近EW向斷裂(周榮軍等,2005;易桂喜等,2017)。該區(qū)歷史上曾發(fā)生1870年巴塘 7級地震和1948年理塘7.3級地震,1973年以來區(qū)內(nèi)發(fā)生的最大地震為1989年巴塘6.7級震群。區(qū)域內(nèi)共發(fā)生過6次5.0級以上地震,其中2次為多震型、2次為孤立型、2次為主余型。多震型地震分布相對集中,主要發(fā)生在巴塘—理塘一帶。
滇西北地區(qū)(X區(qū)):滇西北地區(qū)是青藏高原斷塊內(nèi)部次一級塊體的邊緣接壤地區(qū),地質(zhì)構(gòu)造十分復雜。第四紀以來,區(qū)內(nèi)的構(gòu)造運動以斷裂活動為主要特征,發(fā)育了NW、NE和近SN向的3組主要活動斷裂。紅河斷裂和中甸斷裂為區(qū)內(nèi)主體活動斷裂,均以NW向右旋走滑活動為主;在本區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育NE向斷裂,但規(guī)模較小,主要為一些密集排列或平行、疊錯并與近SN向張性斷裂相伴的左旋走滑活動性斷裂(謝富仁等,1994)。有歷史記載以來,該區(qū)域即為地震多發(fā)區(qū),1973年以來發(fā)生過28次5.0級以上地震,以5.0~5.9級地震為主。序列統(tǒng)計結(jié)果顯示,區(qū)內(nèi)以主余型和多震型地震序列為主,其中主余型16次,多震型10次,孤立型2次,即1988年云南寧蒗5.5級地震和2015年云南昌寧5.1及地震。主余型地震集中分布在寧蒗-鹽源、紅河斷裂帶及其附近區(qū)域,云南云龍、洱源、大理、姚安、龍陵、瀾滄一帶均有多震型地震發(fā)生。
滇東區(qū)(Ⅺ區(qū)):該區(qū)域以近SN向的小江斷裂帶和普渡河斷裂為主體構(gòu)造,可確定序列類型的地震有7次,其中主余型4次、孤立型2次、多震型1次,屬于以主余型地震為主的地區(qū),與李永莉等(2011)的統(tǒng)計結(jié)果一致??臻g分布顯示,主余型地震主要沿主干斷裂分布,孤立型地震在云南宣威、嵩明及其附近區(qū)域分布較多。
表4 南北地震帶中段及周邊地區(qū)各分區(qū)序列類型統(tǒng)計表Table4 Statistical table of sequence types in the middle section of the north-south seismic belt and its surrounding regions
序列類型的空間分布具有較明顯的區(qū)域性特征,其原因非常復雜。多項研究結(jié)果表明,地震序列類型的分布不僅與該區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境相關(guān),還與深部介質(zhì)環(huán)境、歷史地震活動有一定關(guān)系(王華林等,1997;周翠英等,2001;蔣海昆等,2006b;皇甫崗等,2007;林松建等,2011)。
本研究主要獲得了以下認識:
(1)南北地震帶中段地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜,除龍門山斷裂帶、鮮水河斷裂帶、安寧河-則木河-小江斷裂帶、金沙江斷裂帶、紅河斷裂等幾條大斷裂外,還有多條縱橫交錯的斷裂,對區(qū)域內(nèi)的地震活動影響較大。地震序列的空間分布顯示,主余型地震序列無明顯集中的分布區(qū)域,能夠在各類形式的構(gòu)造運動中產(chǎn)生,較常發(fā)生在構(gòu)造單一的主干斷裂周邊或新生相互分離的斷裂帶附近,例如以NW向單一斷裂為主的川甘青交界區(qū)和瑪多—馬爾康地區(qū)的主余型地震序列多于其他構(gòu)造類型的區(qū)域。多震型序列的震源環(huán)境一般具有較復雜的發(fā)震斷層,多發(fā)生在共軛或多組構(gòu)造交會的區(qū)域,如川西巴塘—理塘地區(qū)、川東馬邊—昭通一帶、川北松潘以及滇西北云龍、姚安、龍陵一帶等,這些區(qū)域均發(fā)育有不同規(guī)模的共軛構(gòu)造(虢順民等,2002;周榮軍等,2005)。孤立型地震序列多發(fā)生在簡單小斷層的端部,四川盆地內(nèi)部發(fā)生過多次孤立型地震,這主要是由于盆地內(nèi)除華鎣山斷裂帶外無其他大規(guī)模斷裂發(fā)育。
(2)南北地震帶中段及周邊區(qū)域發(fā)生多次7級以上地震后,一段時間后這些地震的原震區(qū)往往將再次發(fā)生5級以上地震,如1981年道孚6.9級地震震中附近曾發(fā)生1904年道孚7.2級地震,1816年爐霍 7級地震后于1973年在老震區(qū)發(fā)生7.6級地震,2011年再次發(fā)生5.3級地震;1988年道孚5.0級地震、2018年西昌5.1級地震也均發(fā)生在歷史大地震的震中附近,雖然2次地震均屬于主余型地震序列,但整個序列的余震相對較少,屬余震不發(fā)育的主震型??傮w而言,在四川地區(qū)歷史及現(xiàn)今強震的老震區(qū)附近發(fā)生孤立型或余震不發(fā)育的主震型地震的可能性較大。在滇西北地區(qū),1511年永勝 7級地震和1925年大理7.0級地震的震中附近分別發(fā)生了1992年云南永勝5.4地震和1978年下關(guān)5.3級地震,2次地震均為多震型地震,表明滇西北地區(qū)歷史地震的老震區(qū)更可能發(fā)生多震型地震序列。
本文通過對《中國震例》及其他資料對南北地震帶中段86次M≥5.0震例進行了系統(tǒng)性梳理,以研究南北地震帶中段及鄰區(qū)地震序列類型統(tǒng)計和空間分布特征,提取研究區(qū)及周邊地震序列類型的分區(qū)特征,并討論不同類型震源環(huán)境特點,嘗試為南北地震帶中段及附近區(qū)域中強地震的震后早期趨勢快速判定提供參考依據(jù)。獲得的主要認識如下:
(1)1973年以來南北地震帶中段及周邊發(fā)生的86次5.0級以上地震中,主余型有44次、多震型有25次、孤立型有17次,整個區(qū)域以主余型地震序列為主;在同一序列類型地震中,隨著地震震級增大,主余型地震所占的比例增加,而多震型、孤立型地震所占的比例減少,7.0級以上地震以主余型為主,無孤立型地震。在不同破裂類型中,主余型占絕對優(yōu)勢,在逆沖型地震中主余型的發(fā)震概率明顯高于其他類型,而多震型地震則更可能為走滑型和正斷型地震。
(2)主余型和多震型地震序列的主震與最大余震震級的線性關(guān)系相對較好,得到的經(jīng)驗公式能夠為研究區(qū)域內(nèi)同類地震的最大余震震級判定提供依據(jù);絕大多數(shù)地震的最大余震多發(fā)生在震后20d內(nèi),主余型地震的最大余震集中在震后前3d內(nèi)發(fā)生,多震型地震的最大余震集中在震后12d內(nèi)發(fā)生,孤立型地震的最大余震多發(fā)生在主震當天。
(3)南北地震帶中段及周邊的序列空間分布具有較明顯的區(qū)域性差異。從各類型地震的空間分布情況來看,主余型地震的分布相對較廣,彌散于川西高原和川滇塊體內(nèi)部;多震型地震主要集中在川西巴塘—理塘、川東馬邊—昭通一帶、川北松潘一帶及滇西北云龍、姚安、龍陵及附近區(qū)域;甘孜-玉樹斷裂帶、鮮水河斷裂帶NW段及四川盆地等地孤立型地震相對較多。
(4)地震序列類型的分布特征與構(gòu)造和歷史地震活動可能有一定關(guān)系。構(gòu)造簡單的主干斷裂周邊或新生相互分離的斷裂帶附近多發(fā)生主余型地震;構(gòu)造較為復雜、多組構(gòu)造共軛或交會的區(qū)域更可能發(fā)生多震型序列;孤立型地震序列一般多發(fā)生于簡單小斷層的端部。同時,在現(xiàn)今活動強烈的已有斷層的歷史大地震震中附近發(fā)生孤立型或余震不發(fā)育的主余型序列的可能性更大。
致謝四川省地震局杜方研究員對文本的分析工作給予了指導;審稿人對本文提出了寶貴的意見和建議。在此一并表示感謝!