鄭兵 易天陽 楊洋 蘇琴 蒲曉霞 馬伶俐 李菲菲

四川省地震局測繪工程院，四川雅安市上壩路139號 625000

0 引言

2013年4月20日08時02分在四川省雅安市蘆山縣(30.3°N，103.0°E)發(fā)生了7.0級地震。本次地震發(fā)生在龍門山地震斷裂帶南西段斷層上盤(張勇等，2013)，距汶川地震主震區(qū)87km，震源深度13km，為逆沖型地震，震中烈度初步估計為Ⅸ度，它也是汶川地震后發(fā)生在龍門山斷裂帶上最強的一次地震(王為民等，2013)。在地震孕育的過程中，隨著震源區(qū)域應力的不斷集中，使地殼內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生遷移，導致地殼內(nèi)部密度發(fā)生變化，從而使該處地表的重力值發(fā)生變化(賈民育等，1985、2000;曾融生等，1992;祝意青等，1999、2001、2003、2005;李清林等，2001;焦青等，2008)，這種變化能被重復重力測量監(jiān)測到，而根據(jù)這些監(jiān)測到的重力值變化所繪制的重力場動態(tài)變化圖一直是地震預測研究的基本信息源(陳運泰等，1980;賈民育等，1995;李瑞浩等，1997;李輝等，2009)。蘆山7.0級地震發(fā)生在四川流動重力網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)，其孕震過程中的重力場變化被流動重力監(jiān)測所記錄，對分析預測該地震起到了一定的參考作用，總結歸納大地震的重力場變化特征，對研究活動斷裂構造活動與地震的關系和地震的預測預報具有較高的參考價值。

1 發(fā)震地區(qū)概況及重力資料處理

發(fā)震區(qū)位于四川省雅安市蘆山縣，處于四川盆地西緣，屬山區(qū)地帶，龍門山斷裂帶南西段在此經(jīng)過。而震中區(qū)附近是龍門山主山前邊界斷裂，為逆沖斷裂，位于鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶和龍門山斷裂帶交匯的三岔口地區(qū)邊緣地帶，這一地區(qū)歷史地震強度并不高，但是據(jù)地質(zhì)調(diào)查結果，該段應具備發(fā)生大地震的地質(zhì)構造背景(蘇有錦等，2001;聞學澤等，2009;朱守彪等，2009)。2008年汶川8.0級地震發(fā)生后，四川省地震局對原有的四川流動重力網(wǎng)進行了優(yōu)化改造，不但將原有的成都、西昌和甘孜等3個測網(wǎng)連成一片，而且擴大了監(jiān)測范圍(圖1)，蘆山地震震中就處在監(jiān)測網(wǎng)范圍內(nèi)，其重力變化能夠被流動重力監(jiān)測到。本研究所采用的流動重力資料是2010年下半年新網(wǎng)建成后的觀測資料。由于川西地區(qū)重力變化的情況復雜，資料的平差方式采用了擬穩(wěn)平差，擬穩(wěn)點的選取需滿足以下2個條件:①點位處于相對穩(wěn)定的地質(zhì)構造單元中(祝意青等，1999、2011)，比較穩(wěn)定，受周圍環(huán)境和外界影響小;②點位觀測資料連續(xù)，無中斷和重力變化差異大的情況。擬穩(wěn)平差時盡量多的選取聯(lián)測路線上滿足條件的點位作為擬穩(wěn)點進行擬穩(wěn)平差，利用平差后的數(shù)據(jù)繪制出重力場動態(tài)變化等值線圖。

圖1 四川省流動重力聯(lián)測路線及構造示意圖

2 蘆山7.0級地震前后重力場變化

對蘆山7.0級地震前后的重力場變化的分析依重力場差分動態(tài)變化、累積動態(tài)變化及段差時序變化等逐一進行。

2.1 重力場差分變化

圖2是四川地區(qū)相鄰2測期重力場變化的差分圖，筆者按照地震前后不同測期的重力場變化情況對差分圖進行分析。

圖2 四川流動重力差分動態(tài)變化等值線圖(2010年08月～2013年08月)

2.1.1 蘆山地震前(201008-201209測期)

從圖2可以看出，201008-201109測期震區(qū)及其鄰區(qū)(主要指龍門山、安寧河和鮮水河等斷裂交匯的三岔口地區(qū))重力場變化基本上是以正值變化為主，圖2(a)顯示三岔口地區(qū)重力場出現(xiàn)閉合的重力正值變化異常梯度帶區(qū)域，變化值最高達80×10－8m/s2，震中區(qū)位于該閉合區(qū)域的東北側(cè)梯度帶邊緣，呈數(shù)值較小的正值變化。事實上，在此時期之前、汶川地震以后，在筆者親歷的幾期流動重力測量過程中，均發(fā)現(xiàn)三岔口地區(qū)的重力場變化基本上呈增加趨勢，只是2010年8月以前的甘孜西昌測網(wǎng)網(wǎng)形較差，測量缺少控制，資料可信度較低，難以定量分析，但是重力場變化的增加是可以確定的，這與汶川地震對龍門山斷裂帶南段起到加載作用，進而影響蘆山地震的孕震及發(fā)生(趙靜等，2013;蔣鋒云等，2013)的認識基本一致。圖2(b)顯示三岔口地區(qū)仍以重力正值變化為主，但變化量變小，開始出現(xiàn)小面積、數(shù)值較小的重力負值變化區(qū)域，震中區(qū)基本上處于重力變化0值線附近。201109－201209測期(圖2(c)、(d))顯示三岔口地區(qū)重力場從2011年的正值變化為主轉(zhuǎn)為以負值變化為主。在此過程中，震中區(qū)的重力變化雖然保持持續(xù)的負變化，但是變化數(shù)值大小卻是遞減，且基本上位于0值線附近，也就是說，三岔口地區(qū)重力場的正值變化起于汶川地震以后，在2012年的上半年后加速轉(zhuǎn)為負值變化，在蘆山大震前半年，震中地區(qū)的重力變化開始回調(diào)。祝意青等(2013)認為蘆山大震前震中附近的重力場變化，是一個由“重力正值異常區(qū)→重力異常區(qū)變化持續(xù)增加→沿相關活動構造帶出現(xiàn)重力變化梯度帶→局部‘硬化’構成的重力異常演化過程”。

2.1.2 蘆山地震后(201209-201309測期)

這個測期的差分圖反映的是震后重力場變化情況，從圖2(e)可以看出，震后三岔口地區(qū)重力場開始向常態(tài)轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)面積較大的重力正值變化區(qū)域，震中區(qū)是數(shù)值較小的重力正變化，說明震中區(qū)震后重力場接續(xù)了震前的回調(diào)變化并且已回調(diào)到較小數(shù)值的正值變化。圖2(f)顯示在2013年下半年重力場正值變化進一步加大，正值變化區(qū)域增大，幾乎遍布四川測區(qū)的北部，三岔口地區(qū)重力場形成梯度帶，展布方向大致與龍門山斷裂帶和鮮水河斷裂帶相同，在石棉地區(qū)形成一個正值變化異常區(qū)突出部，震中區(qū)重力場正值變化數(shù)值變大，爐霍地區(qū)和馬爾康地區(qū)也出現(xiàn)閉合的正值異常區(qū)域。

2.2 重力場累積變化動態(tài)

為了分析震區(qū)較長時間的重力場累積變化動態(tài)情況，以2010年8月的首期觀測資料為基準，繪制了蘆山地震前后重力場的累積變化動態(tài)圖(圖3)。從圖3(a)可以看出，在蘆山震前半年，四川測區(qū)出現(xiàn)了2個重力正值變化異常區(qū)域，一個是成都-都江堰地區(qū)，另一個就是三岔口地區(qū)。成都-都江堰地區(qū)雖然出現(xiàn)重力場正值變化異常，但是其等值線數(shù)值和密度相對較小，而三岔口地區(qū)重力場形成了密集的、閉合的、不規(guī)則三角形的正值變化等值線高梯度帶環(huán)區(qū)，最高異常值高達80×10－8m/s2。這個高梯度帶環(huán)區(qū)的形狀與三岔口主要活動斷裂帶的走向基本一致，震中則位于高梯度帶環(huán)區(qū)彎轉(zhuǎn)部位附近，這與強震一般發(fā)生在重力變化的局部異常、高梯度帶以及梯度帶的彎轉(zhuǎn)部位的認識基本一致(祝意青等，1999、2001、2003、2005、2013;申重陽等，2010、2011)，充分說明震前三岔口地區(qū)積累了較多的地應力。圖3(b)是蘆山震后的累積變化圖，由圖可知，震后測區(qū)重力場正值變化區(qū)位置與面積幾乎沒有變化，成都-都江堰地區(qū)和三岔口地區(qū)仍然是正值變化異常區(qū)，但是變化數(shù)值減小，等值線密度降低，梯度帶展布仍然與三岔口主要活動斷裂帶的走向基本一致，震中仍處于梯度帶的彎轉(zhuǎn)處，而重力變化數(shù)值降低，顯示震后地應力得到了一定的釋放。圖3(c)是震后半年的重力場累積變化圖，較之圖3(b)，測區(qū)重力場正值變化數(shù)值和面積皆增大，即成都-都江堰和三岔口這2個重力正值變化異常區(qū)在數(shù)值和面積上都增大了，三岔口地區(qū)重力正值變化等值線密度加大，形成密集的閉合梯度帶環(huán)，出現(xiàn)九龍及雅安一負一正兩個局部重力異常區(qū)及伴生的重力變化高梯度帶，且沿雅安-石棉-康定-馬爾康-爐霍分布，形成了一個內(nèi)陷的數(shù)值較小的負值區(qū)域，震中處于梯度帶拐角位置，重力正值變化增加較多，這些說明在震后半年測區(qū)重力場變化回調(diào)，接近了震前的狀態(tài)。

圖3 四川流動重力累積動態(tài)變化等值線圖(2010年08月～2013年08月)

2.3 重力段差時序變化

重力段差時序變化能夠較好地反映跨斷裂地段的重力動態(tài)變化，故本文選取雅安-飛仙關、飛仙關-蘆山、蘆山-穆坪(跨灌縣－安縣斷裂、龍門山山前主邊界斷裂)、穆坪-蜂桶寨(跨越映秀-北川斷裂)、蜂桶寨-磽磧(跨越龍門山中央斷裂、汶川-茂汶斷裂、龍門山后山斷裂)、磽磧-達維等6個測段的重力段差時序變化(圖4)進行分析，分析中以龍門山斷裂下盤相對上盤方向為前進方向。

圖4顯示蘆山-穆坪、穆坪-蜂桶寨、蜂桶寨-磽磧等3個跨斷裂測段段差出現(xiàn)不同的有規(guī)律的變化:蘆山-穆坪測段在201103-201204測期呈逐漸下降趨勢，在臨震前1年呈加速上升趨勢，在震后上升趨勢減緩;穆坪-蜂桶寨測段的變化趨勢與蘆山-穆坪測段相反;蜂桶寨-磽磧測段在201204-201308測期的變化量雖然沒有蘆山-穆坪大，但是其變化趨勢基本上相同。由于這3個測段均跨斷裂帶，但是由于距離震中遠近的差異，測段變化量是呈逐漸衰減的狀態(tài)，但在臨震前1年的測段段差的變化量相對加大，在震后則變化量減小，這說明發(fā)震斷裂在蘆山地震前逆沖運動加大，能量釋放增強，并在地震時釋放量達到最大，震后發(fā)震斷裂運動減弱。其它3個不跨斷裂的測段段差雖也出現(xiàn)一定的變化，但變化呈無規(guī)律的波動性。

圖4 震區(qū)部分測段重力段差變化時序圖(2010年08月～2013年08月)

在20108-201204測期，蜂桶寨-磽磧段差變化量很大，累積接近60×10－8(m/s2)，明顯大于同期的蘆山-穆坪、穆坪-蜂桶寨等測段。在201204-201304測期蘆山地震前后段差變化量很小，但在震后半年段差變化量又開始加大。蘆山-穆坪、穆坪-蜂桶寨測段在20108-201204測期段差變化方向盡管有所不同，但因所跨斷裂距震中較近，隨著蜂桶寨-磽磧測段段差變化量的增大，其段差變化量亦逐漸增大，在蘆山地震前后段差變化量最大，并出現(xiàn)明顯的突跳現(xiàn)象;震后半年段差變化量稍微減小，但是變化仍然明顯，顯然蜂桶寨-磽磧測段所跨斷裂帶的活動對這2個測段所的跨斷裂帶活動施加了影響，使它們的活動強度變大;在蘆山地震后，這些鄰近震中的斷裂帶的活動又反過來影響蜂桶寨-磽磧測段所跨斷裂帶使其活動開始增強。由于蜂桶寨-磽磧測段所跨斷裂帶包含汶川地震發(fā)震斷裂帶——龍門山中央斷裂帶，從段差時序變化過程來看，顯然汶川地震斷裂帶的地震活動影響了相鄰斷裂帶活動，引起地下應力的重新分布，導致蘆山地震震區(qū)斷裂應變積累的速率的提高，加速了蘆山大震的孕育進程(祝意青等，2013;趙靜等，2013)。在這個過程中，蘆山地震震中區(qū)形成北北東向的擠壓逆沖形變特征，似可以這樣認為，是汶川巨震的孕育和爆發(fā)促進了蘆山大震的爆發(fā)。

3 討論和結論

重力變化與構造應力之間有著密切的聯(lián)系(向文等，1999)，重力場變化能反映出區(qū)域應力場的微動態(tài)活動(申重陽等，2010、2011)。通過對重力場變化情況的分析發(fā)現(xiàn)，在2008年汶川地震以后，受汶川地震的影響，蘆山大震震中區(qū)所在的三岔口重力場基本上呈增加的正值變化;在2011年上半年三岔口地區(qū)重力場變化等值線呈高梯度帶閉合區(qū)域，震中區(qū)位于梯度帶的拐轉(zhuǎn)部位附近且數(shù)值較小，在2011年下半年三岔口地區(qū)重力場基本上是數(shù)值較小的正值變化，這個過程基本上呈“上升→加速上升→減速上升”的情形。在2012年的上半年，三岔口地區(qū)重力場加速轉(zhuǎn)為負值變化，在蘆山大震前半年，震中地區(qū)的重力變化開始回調(diào)，這個過程基本上呈“加速下降-減速下降”狀態(tài)，在此過程中震中區(qū)基本上處于重力變化0值線附近;蘆山大震后重力場以較快的速度回調(diào)，在震后半年震中區(qū)重力場正變化數(shù)值達60×10－8m/s2左右。蘆山地震前后重力場變化特征基本上與1976年唐山7.8級地震(李瑞浩等，1997)、2008年汶川 8.0級地震、2008年于田 7.3級地震(申重陽等，2010)、2010年玉樹7.1級地震相類似，但是蘆山地震重力場變化也有自己的特點，那就是震后重力場的恢復不是平緩漸變，而是在震后半年就以較快的速度恢復到接近震前的狀況，繼續(xù)保持重力場正值異常狀態(tài)。這可能是由于龍門山斷裂帶南西段的活動雖然受到汶川地震的影響而使斷裂應變積累速度加快(趙靜等，2013)，逆沖應變能增強(蔣鋒云等，2013)，發(fā)生了蘆山地震;但是在蘆山地震發(fā)生后，蘆山至汶川之間還有65km左右的閉鎖段未破裂，汶川地震和蘆山地震對尚未破裂的閉鎖區(qū)段具有一定的加載作用(蔣鋒云等，2013)，使四川測區(qū)再度出現(xiàn)重力場正值變化異常區(qū)域，而這一變化特征，需要給予關注。

綜合蘆山7.0級地震前后的重力場演化情況，可以看出蘆山地震前后的重力變化情況具有如下特點:

(1)蘆山7.0級地震孕震時間較長，震前重力場經(jīng)歷了約3年的增大和約1年的減小變化，重力變化基本上呈“上升→加速上升→減速上升→加速下降→減速下降”的過程。

(2)蘆山地震發(fā)生在重力場變化由下降向上升的回調(diào)過程中，震后重力場變化以較快的速度恢復到接近震前狀況，出現(xiàn)重力正值變化異常區(qū)域。

(3)臨震前震中區(qū)重力場變化數(shù)值較小，構造帶活動速度變慢。