郭安寧，郭增建，張 津，趙乘程，張煒超

（中國(guó)地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

地震安全性評(píng)價(jià)是《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》確定的一項(xiàng)法律制度。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 17741－2005）《工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)》規(guī)范規(guī)定了其技術(shù)操作標(biāo)準(zhǔn)。在（GB 17741－2005）中，概率性地震危險(xiǎn)性方法（PSHA）是規(guī)范所規(guī)定的確定各級(jí)地震安全評(píng)價(jià)，包括地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖的基礎(chǔ)方法。在其中國(guó)化后的概率性地震危險(xiǎn)性方法（CPSHA）中，增加了地震帶內(nèi)各震級(jí)檔對(duì)不同潛在震源采取不同概率賦值的方法，即考慮地震活動(dòng)的空間不均勻性，具體方法是在地震帶內(nèi)最終歸一概率的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)不同潛在震源區(qū)賦予不同的概率發(fā)生值，而賦值依據(jù)則是基于多種地震預(yù)測(cè)方法和地震觀測(cè)研究的結(jié)果作為綜合因子來(lái)確定。認(rèn)為危險(xiǎn)性大的潛在震源，對(duì)其整個(gè)帶的地震危險(xiǎn)性的概率值貢獻(xiàn)就大一些，反之則小一點(diǎn)。在綜合因子指標(biāo)判斷中，地震帶內(nèi)發(fā)震構(gòu)造發(fā)生大地震后，影響對(duì)方再發(fā)震的問(wèn)題是需要考慮的因素之一［1－2］。

通常對(duì)大地震發(fā)生后對(duì)周邊發(fā)震構(gòu)造再發(fā)震的影響，從一個(gè)區(qū)域的能量釋放角度出發(fā)都認(rèn)為是減震作用。而筆者認(rèn)為，一般大地震發(fā)生后對(duì)大區(qū)域是呈現(xiàn)減震的情況，但是當(dāng)發(fā)震構(gòu)造在近范圍內(nèi)相互影響時(shí)，且發(fā)震構(gòu)造之間為復(fù)雜的幾何關(guān)系時(shí)，一個(gè)地震發(fā)生后，相連兩發(fā)震構(gòu)造塊體之間力的作用會(huì)呈復(fù)雜的空間作用關(guān)系，因而加與減震會(huì)呈現(xiàn)不同的情況。從力學(xué)機(jī)理上分析會(huì)呈現(xiàn)復(fù)雜的能量疊加與加減震關(guān)系。

本文以2008年5月12日汶川8級(jí)大震為例來(lái)討論這個(gè)問(wèn)題。以“垂震底繼”的幾何相互關(guān)系研究思路，對(duì)這次大地震前，幾次發(fā)生在龍門(mén)山斷裂帶上的大地震影響汶川地震發(fā)生的關(guān)系進(jìn)行了研究。

對(duì)汶川M8地震的發(fā)震有影響的周邊大地震事件，一個(gè)是1933年8月25日 疊溪7．5級(jí)大震（發(fā)震構(gòu)造是岷江斷裂）和1976年8月16日和8月22日兩次松潘7．2級(jí)地震（發(fā)震構(gòu)造是虎牙斷裂）。這兩次地震的發(fā)震構(gòu)造與龍門(mén)山斷裂呈近似正交關(guān)系，從力學(xué)機(jī)理分析，這兩次7級(jí)地震對(duì)龍門(mén)山斷裂是施加的能量疊加作用，認(rèn)為對(duì)汶川地震是加震作用，而不是減震作用。

另外，針對(duì)汶川地震的孕震模式，研究指出了某些研究者用巴顏喀拉塊體東移造成汶川地震逆沖發(fā)震所包含的矛盾問(wèn)題。具體就一些研究者鑒于2001年昆侖山口西發(fā)生的8．1級(jí)地震以走滑為主，向東錯(cuò)動(dòng)的南盤(pán)重合于巴顏喀拉塊體北緣，該塊體向東南方向延伸其東邊緣就是龍門(mén)山，于是認(rèn)為汶川大震的逆沖性是巴顏喀拉塊體向東南方向運(yùn)動(dòng)時(shí)受阻于四川穩(wěn)定地塊，從而積累了能量形成了汶川地震。然而這個(gè)解釋會(huì)產(chǎn)生很多矛盾，最典型的即巴顏喀拉塊體向東南方向整體運(yùn)動(dòng)后，就與巴顏喀拉塊體西南緣的鮮水河斷裂錯(cuò)動(dòng)方向產(chǎn)生了矛盾。若巴顏喀拉整體向東南方向運(yùn)動(dòng)，其塊體西南緣的鮮水河斷裂必定是右旋，但實(shí)際觀測(cè)結(jié)果卻是左旋。本研究表明了汶川地震發(fā)震機(jī)理中存在著更復(fù)雜的機(jī)理。

1 大地震發(fā)生后對(duì)發(fā)震構(gòu)造彼此影響機(jī)理及在CPSHA空間分布函數(shù)fi，mj的意義

概率地震危險(xiǎn)性分析方法（Probabilisyic Seismic Hazard Analysis，PSHA）首先由美國(guó)人Cornell提出［3］，已成為世界上進(jìn)行概率性分析地震危險(xiǎn)性最常用的方法。而中國(guó)現(xiàn)今使用的概率地震危險(xiǎn)性分析方法，是在Cornell提出的方法框架基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)地震活動(dòng)時(shí)空不均勻的特點(diǎn)，吸收我國(guó)中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的大量科研成果，經(jīng)過(guò)改進(jìn)提出的稱為“考慮地震時(shí)空不均勻性概率地震危險(xiǎn)性分析方法”（CPSHA）［1－2］。中國(guó)的CPSHA 方法一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是對(duì)潛在震源區(qū)內(nèi)對(duì)潛在震源的空間不均勻性進(jìn)行了處理，引入了空間分布函數(shù)這一概念。在同一地震帶內(nèi)對(duì)不同震級(jí)檔的地震再進(jìn)行不均勻性加權(quán)處理，每一潛在震源對(duì)不同震級(jí)檔的地震年平均發(fā)生率所得到的權(quán)重是有區(qū)別的。而這個(gè)權(quán)重是根據(jù)多種因素確定的，地震發(fā)生后對(duì)后續(xù)地震的作用是一項(xiàng)很重要的因素和考慮的指標(biāo)。

在國(guó)內(nèi)，首先提出大地震發(fā)生后對(duì)周邊發(fā)震構(gòu)造加與減震的研究觀點(diǎn)見(jiàn)文獻(xiàn)［4］，文中指出了兩種斷層呈不同幾何形式后的加與減震的關(guān)系：當(dāng)處于相互平行狀況時(shí)，加與減震的情況要取決于兩個(gè)斷層的旋性。而對(duì)于相交匯幾何關(guān)系呈的斷層來(lái)說(shuō)，一個(gè)相當(dāng)于垂線，可稱垂斷層，另一個(gè)相當(dāng)于底線，可稱底斷層。如果底斷層發(fā)生了大震，則垂斷層上就減震了，簡(jiǎn)稱“底震垂減”；如果垂斷層發(fā)生了大震，則底斷層上可能還會(huì)相繼發(fā)生大震，可稱“垂震底繼”。文中還總結(jié)了加與減震的定量關(guān)系，強(qiáng)震造成的減震距離，對(duì)于一個(gè)走滑震源斷層，在其垂直方向上位移衰減至0．5m的距離為

式中R為減震距離；D為斷層錯(cuò)動(dòng)位移。

文獻(xiàn)［5－7］又深入研究減震關(guān)系，對(duì)減震關(guān)系的公式進(jìn)行了簡(jiǎn)化。得到以下公式［5］：

式中R為減震距離，單位：km；MS為震級(jí)。以此式得以下數(shù)據(jù)：

表1 不同震級(jí)地震與減震距離的關(guān)系Table 1 Different earthquake magnitude and earthquake reduction distance relationship

作為法規(guī)教材的文獻(xiàn)［2］中指出，在近場(chǎng)強(qiáng)震分析中必須要考慮大地震減震作用的影響，以此作為各震級(jí)檔地震的空間函數(shù)賦值依據(jù)。要求在近場(chǎng)區(qū)內(nèi)有M＞7歷史大地震發(fā)生的，則應(yīng)分析是否可能有大地震的減震作用，因?yàn)檫@對(duì)近場(chǎng)地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)有較大影響。鄢家全［8］總結(jié)了我國(guó)華北地區(qū)1303年以來(lái)發(fā)生的8級(jí)、7級(jí)和6級(jí)地震的減震作用，研究結(jié)果表明：

（1）對(duì)于震級(jí)大小不同的地震，減震作用的范圍也是不同的。在相似的情況下，8級(jí)地震的減震范圍比7級(jí)和6級(jí)地震的減震作用范圍大。這個(gè)減震作用范圍既包括了時(shí)間的含義，也包括了空間的含義。時(shí)間間隔的長(zhǎng)短和空間距離的遠(yuǎn)近是相互制約的，且具有互成反比的關(guān)系。

（2）對(duì)于7級(jí)和8級(jí)大地震來(lái)說(shuō)，當(dāng)不考慮晚期強(qiáng)余震時(shí)，在大地震發(fā)生后的短時(shí)間內(nèi)（10～30年），6級(jí)以上的地震發(fā)生在距大地震較遠(yuǎn)的地方（100km以外）；在大地震發(fā)生后的較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)（100年以后），6級(jí)以上地震逐漸向大震震中靠近。僅從分布的密度看，大多數(shù)地震是發(fā)生在大震后50年之后，在距大震200km以遠(yuǎn)的地區(qū)。

7級(jí)以上地震發(fā)生后的100km范圍內(nèi)，50年內(nèi)幾乎不發(fā)生6．0級(jí)以上的強(qiáng)震，在100年內(nèi)的發(fā)生情況也很少，隨著時(shí)間的推移，7級(jí)以上強(qiáng)震的震中附近發(fā)生6級(jí)以上地震逐漸增多。

另外，雷建成等［9］按50年和50km為間隔得到了7級(jí)以上強(qiáng)地震發(fā)生后，地震帶內(nèi)各震級(jí)檔地震續(xù)發(fā)的累積頻率分布，其結(jié)果具有相似性。

鄢與雷的研究結(jié)果［8－9］與郭安寧等［4－7］的研究結(jié)果的區(qū)別是，除了研究時(shí)間的前后及選取研究地域的區(qū)別外，前者多從能量觀點(diǎn)來(lái)研究地震發(fā)生后對(duì)區(qū)域能量釋放來(lái)說(shuō)減震作用；而后者則是通過(guò)對(duì)力學(xué)機(jī)理深入研究后表明，當(dāng)斷層處于復(fù)雜的幾何關(guān)系時(shí)，其加與減震的作用是不一樣。當(dāng)兩個(gè)斷層呈基本正交的關(guān)系時(shí)，當(dāng)垂斷層發(fā)生大震后，底斷層還處于能量累積方式，從而不僅不利于減震，而且還更利于積累能量而發(fā)生大地震。即“垂震底繼”。

2 由復(fù)雜幾何“垂震底繼”關(guān)系對(duì)疊溪和松潘地震對(duì)汶川大震的能量疊加的分析

在行政轄屬的四川省內(nèi)，在大地震構(gòu)造上屬于巴顏喀拉地塊內(nèi)的東南部，在不到100年的時(shí)間內(nèi)發(fā)生了三次著名地震，分別為1933年疊溪M7．5地震、1976年松潘MS7．2地震、2008年汶川8．0地震。

根據(jù)付碧宏等的研究［10］，1933年疊溪地震的發(fā)震構(gòu)造——岷江斷裂和1976年松潘大震的發(fā)震構(gòu)造－虎牙斷裂與2008年汶川大震的發(fā)震構(gòu)造—龍門(mén)山斷裂系之間的關(guān)系如圖1所示。

根據(jù)圖1，岷江斷裂和虎牙斷裂其東南端大致垂直于龍門(mén)山斷裂系，基本呈正交的彼此關(guān)系，按照文獻(xiàn)［4－5］的研究，符合于的“垂震底繼”和“底震垂減”的幾何與力學(xué)關(guān)系。龍門(mén)山斷裂為底斷層，岷江斷裂和虎牙斷裂為垂斷層。聞學(xué)澤等［11］指出，圖1中岷江斷裂的南端是1933年疊溪大震的極震區(qū)。該極震區(qū)長(zhǎng)軸為南偏東走向，向茂縣地區(qū)延伸，也大致垂直于龍門(mén)山斷裂系。另外文獻(xiàn)［11］中還有1987年以來(lái)的弱震分布圖，明顯發(fā)映出1976年松潘大震極震區(qū)的弱震密集帶，此帶走向亦為南偏東，大致垂直于龍門(mén)山斷裂帶。

圖1 岷江斷裂和虎牙斷裂與龍門(mén)山斷裂的關(guān)系Fig．1 The relationship between the Minjiang fault，the Huya fault and the Longmen Mountain Fault．

通過(guò)岷江斷裂和虎牙斷裂與龍門(mén)山大斷裂的近似呈正交的空間位置關(guān)系，就說(shuō)明1933年疊溪M7．5地震、1976年松潘MS7．2地震，是把能量疊加給了龍門(mén)山孕震構(gòu)造、也就是增加了龍門(mén)山大震斷裂帶的地震發(fā)生可能性，而不是降低。從加震的分析來(lái)說(shuō)，只要垂斷層上發(fā)生的大地震其震源斷層端部距底斷層的距離小于垂斷層上大震斷層長(zhǎng)度L（km）的2～3倍，則就可能起加震作用。這是對(duì)加與減震量化的表述，震源斷層長(zhǎng)度L與震級(jí)M的關(guān)系式為

在這里就引出一個(gè)值得重視的問(wèn)題，即一個(gè)地區(qū)在過(guò)去不長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生過(guò)幾個(gè)大地震后，不要簡(jiǎn)單認(rèn)為這個(gè)地區(qū)今后不致再發(fā)生大地震，而要具體根據(jù)發(fā)震構(gòu)造之間幾何關(guān)系研究后確定，可能會(huì)“加震”也會(huì)“減震”。

反過(guò)來(lái)，2008年汶川8級(jí)地震發(fā)生后，按“底震垂減”的關(guān)系，今后很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)岷江斷裂和虎牙斷裂東南端再不會(huì)發(fā)生大震了。按照文獻(xiàn)［6］，不同震級(jí)減震范圍R的公式為

據(jù)此式可以算得8．5級(jí)地震由發(fā)震斷層向兩側(cè)各減162km，8級(jí)減93km，7．5級(jí)減54km，7級(jí)減31km。由于汶川地震是8．0級(jí)，由其地震斷層向虎牙斷裂和岷江斷裂所在一側(cè)減90km地段，今后很長(zhǎng)時(shí)間在該地段內(nèi)不會(huì)發(fā)生大震（指7級(jí)和7級(jí)以上）。

歷史上1933年疊溪大震和1976年松潘大震其間距已達(dá)60km，這也與上述減震距離相符。即松潘大震發(fā)生在疊溪大震的減震距離之外。因而1933年疊溪地震發(fā)生對(duì)1976年松潘地震的發(fā)生沒(méi)有影響。

基于這三個(gè)震例的發(fā)震關(guān)系，證明了發(fā)震構(gòu)造呈復(fù)雜空間關(guān)系下彼此影響對(duì)發(fā)震構(gòu)造機(jī)理的多樣性與復(fù)雜性。從而為概率危險(xiǎn)性分析計(jì)算時(shí)空間函數(shù)的賦值的分配提供了一個(gè)考慮的物理因子。

3 關(guān)于巴顏喀拉地塊東移與汶川大震的逆沖性的復(fù)雜機(jī)理

自2008年后巴顏喀拉塊體發(fā)生了活躍性的變化，在塊體邊緣發(fā)生了一系列的強(qiáng)震，沿著這個(gè)塊體不僅發(fā)生了2008年汶川地震，也發(fā)生了2010年青海玉樹(shù)地震，其成因及預(yù)測(cè)問(wèn)題成為研究的熱點(diǎn)［12－14］。在一系列的研究中，汶川地震的力學(xué)成因是涉及到巴顏喀拉塊體的。但更重要的是對(duì)于汶川地震的逆沖性有來(lái)自印度板塊向北擠壓青藏高原并在高原內(nèi)部向東偏移施加來(lái)的EW向水平壓力，也有青藏高原塊體與四川盆地的垂直差異運(yùn)動(dòng)分量疊加［15］。

我們與其他研究者的研究都認(rèn)為2001年昆侖口8．1級(jí)大震和2008年汶川8級(jí)地震都是青藏板塊受印度板塊擠壓后的統(tǒng)一表現(xiàn)?，F(xiàn)在尚無(wú)充分根據(jù)認(rèn)為是其他的情況。這可由李延興等的大地測(cè)量結(jié)果佐證［16］（圖2）。圖2中的2001年昆侖山口西8．1級(jí)地震的走滑錯(cuò)動(dòng)符合速度矢量的后果。即與李延興等所得速度矢量是一致的。其東端對(duì)應(yīng)著汶川8級(jí)地震的那個(gè)長(zhǎng)條形塊體就是巴顏喀拉塊體。該塊體西南緣的東南段就是鮮水河斷裂，該斷裂是左旋走滑，它的巴顏喀拉地塊一側(cè)是向NW錯(cuò)動(dòng)的，這與某些作者認(rèn)為的汶川大震的逆沖錯(cuò)動(dòng)與巴顏喀拉塊體向SE方向移動(dòng)產(chǎn)生了矛盾。換句話說(shuō)，圖2所示龍門(mén)山是受著青藏高原傳來(lái)的近EW向的擠壓，它既能形成2008年汶川大震的右旋走滑錯(cuò)動(dòng)分量，也就不可能形成鮮水河斷裂帶的左旋走滑錯(cuò)動(dòng)。但實(shí)際上鮮水河斷裂帶是呈左旋走滑的，這與作為巴顏喀拉塊體東移（鮮水河斷裂帶的上盤(pán)東北盤(pán)即為巴顏喀拉塊體）的運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生了矛盾。

圖2 1999－2007年期間青藏高原相對(duì)于華南塊體的速度場(chǎng)Fig．2 The Velocity field of Tibetan Plateau relative to South China block in 1999－2007．

作為巴顏喀拉塊體向東南方向受阻四川塊體形成汶川地震的孕震模式的思路來(lái)源是鑒于2001年昆侖山口西發(fā)生的8．1級(jí)地震以走滑為主，向東錯(cuò)動(dòng)的南盤(pán)重合于巴顏喀拉塊體北緣，該塊體向東南方向延伸其東邊緣就是龍門(mén)山，于是認(rèn)為汶川大震的逆沖性是巴顏喀拉塊體向東南方向運(yùn)動(dòng)受阻于四川穩(wěn)定地塊形成的。然而這個(gè)解釋與汶川大震的走滑分量相應(yīng)于巴顏喀拉塊體一側(cè)是向NE方向錯(cuò)動(dòng)相矛盾，且與作為巴顏喀拉塊體西南緣的鮮水河斷裂錯(cuò)動(dòng)方向相矛盾。這個(gè)矛盾的出現(xiàn)，與文獻(xiàn)［17］中所闡述的兩種情況是需要思考的，即認(rèn)為印度板塊向NNE方向的擠壓使中國(guó)地殼大范圍受壓，而這個(gè)大范圍被壓的區(qū)域內(nèi)有許多大小不等、形狀不一和物性各異的構(gòu)造塊體，它們是整體連結(jié)在一起傳遞應(yīng)力供給震源能量，還是通過(guò)中間某個(gè)塊體的運(yùn)動(dòng)來(lái)傳遞應(yīng)力供給震源能量？對(duì)于后者必須在塊體向前運(yùn)動(dòng)的兩側(cè)邊界上有平行異旋的走滑錯(cuò)動(dòng)（大震震源機(jī)制證明或地質(zhì)構(gòu)造指標(biāo)的證明），對(duì)于巴顏喀拉塊體實(shí)際情況卻是平行同旋的走滑錯(cuò)動(dòng)。這一矛盾，構(gòu)成了巴顏喀拉塊體作為孕震力源的復(fù)雜性所在，很可能存在深部復(fù)雜力源的作用。

4 結(jié)論

對(duì)發(fā)震構(gòu)造呈復(fù)雜幾何關(guān)系（發(fā)震構(gòu)造在平面投影呈非平行關(guān)系）下的發(fā)震影響的機(jī)理進(jìn)行了研究，研究表明，不能簡(jiǎn)單認(rèn)為大震發(fā)生后對(duì)周邊發(fā)震斷裂都是“免疫”性的減震作用。在一些情況下的還是加震作用。

從發(fā)震的“垂震底繼”影響關(guān)系研究了1933年疊溪M7．5地震和1976年松潘MS7．2地震對(duì)后來(lái)發(fā)生汶川M8地震的龍門(mén)山發(fā)震構(gòu)造的孕震能量疊加的加震作用。同時(shí)也指出汶川8級(jí)地震對(duì)周邊斷裂的減震作用，相應(yīng)計(jì)算并指出了其影響減震的距離。

強(qiáng)震本身樣本少，尤其是具備彼此影響的發(fā)震構(gòu)造關(guān)系中的強(qiáng)震樣本更少，因而本文通過(guò)并不多見(jiàn)的三個(gè)發(fā)震構(gòu)造能呈相互影響的強(qiáng)震實(shí)例，增加了一個(gè)研究樣本的實(shí)例，同時(shí)也證明了發(fā)震構(gòu)造呈復(fù)雜空間關(guān)系下，彼此影響對(duì)發(fā)震構(gòu)造機(jī)理的多樣性與復(fù)雜性。從而為概率危險(xiǎn)性分析中計(jì)算時(shí)空間函數(shù)的賦值的分配提供了一個(gè)考慮的物理因子。

另外，研究與指出了某些作者用巴顏喀拉塊體東移造成汶川大震逆沖分量的矛盾，從而表明汶川地震孕震的復(fù)雜性所在。為進(jìn)一步深入研究提出了問(wèn)題所在。

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