岳 沖 屈春燕 牛安福 趙德政 趙 靜 余懷忠 王亞麗

1)中國地震局地質(zhì)研究所， 地震動力學國家重點實驗室， 北京 100029 2)中國地震臺網(wǎng)中心， 北京 100045

0 引言

中國地震臺網(wǎng)測定： 2021年5月22日2時4分在青海省果洛藏族自治州瑪多縣(34.59°N， 98.34°E)發(fā)生了MS7.4 地震， 震源深度17km， 震源機制解結(jié)果顯示此次地震為一次以走滑型為主的地震破裂事件(全球地震矩張量解(Global CMT)給出的矩震級為MW7.4 ， 節(jié)面Ⅰ的走向為13°、 傾角為81°、 滑動角為-173°， 節(jié)面Ⅱ的走向為282°、 傾角為83°、 滑動角為-9°)(1)https: ∥www.globalcmt.org/。。截至2021年5月30日的主震和余震空間分布顯示， 此次瑪多7.4級地震破裂的長度約達170km。然而， 震源位置顯示此次瑪多7.4級地震的發(fā)震斷層并不是傳統(tǒng)意義上的巴顏喀拉塊體北邊界， 而是位于巴顏喀拉塊體內(nèi)部一條與東昆侖斷裂帶主斷裂近平行的次級斷層上， 距離北部的東昆侖斷裂帶約70km。1970年以來， 巴顏喀拉塊體周邊發(fā)生了一系列MS7.0 以上地震(圖1a中橙色圓點)， 尤其是1996年2月3日麗江MS7.0 地震以后， 中國大陸MS7.0 以上地震(圖1a中的震源機制解)均發(fā)生在巴顏喀拉塊體邊界上(震源機制解源自GCMT結(jié)果)， 證明巴顏喀拉塊體作為二級塊體， 在整個印度板塊持續(xù)NE向推擠過程帶來的能量分配中起到較主導的作用(鄧起東等， 2010， 2014； 聞學澤等； 2011)。作為巴顏喀拉塊體北邊界的東昆侖斷裂帶于2001年11月14日發(fā)生昆侖山口西MS8.1 強震， 造成了近426km長的地表破裂帶(任金衛(wèi)等， 2005)， 據(jù)庫侖破裂應(yīng)力準則和震源參數(shù)計算得出昆侖山口西地震對巴顏喀拉塊體東邊界的龍門山斷裂帶南段起到了庫侖應(yīng)力加載作用， 對2008年汶川MS8.0 、 2013年蘆山MS7.0 地震的發(fā)生具有一定的促進作用(任天翔等， 2018)； 此次瑪多地震雖未發(fā)生在巴顏喀拉塊體主邊界帶， 但其震源機制解顯示的左旋走滑特征與東昆侖斷裂帶的左旋走滑特征一致， 且在塊體內(nèi)部發(fā)生， 針對該地震對巴顏喀拉塊體主邊界帶尤其是東昆侖斷裂帶東段造成的地震危險性影響亟待開展進一步的研究工作。

圖 1 歷史地震及瑪多主、 余震分布圖Fig. 1 Distribution map of historical earthquakes and Maduo main and aftershocks.a 巴顏喀拉塊體自1970年以來MS>7.0歷史地震的分布圖(橙色圓點為1970年1月1日—1996年2月3日間的地震； 震源機制解為1996年2月4日—2021年5月21日間的地震； 紅色五角星為2021年5月22日瑪多地震的震中； 紅色實線為一級塊體邊界， 黑色實線為二級塊體邊界， 黑色箭頭為印度板塊的推擠方向)； b 瑪多地震的主震、 余震分布圖(截至2021年5月30日)

本文針對瑪多7.4級地震， 利用更加符合巖石圈實際變形過程的Burgers流變模型(Hetlandetal.， 2006； 邵志剛等， 2008)， 結(jié)合基于升、 降軌InSAR形變場及余震精定位結(jié)果反演得到的同震滑動模型計算瑪多地震引起的震源區(qū)及周邊斷層的同震庫侖應(yīng)力變化， 并計算庫侖應(yīng)力變化>0.01MPa的斷層段在震后的黏彈性庫侖應(yīng)力變化， 為未來進一步跟蹤周邊斷層的地震危險性提供參考依據(jù)。

1 發(fā)震構(gòu)造及周邊主要斷層的活動特征

通過對比已知的活動斷層跡線和位置， 結(jié)合地質(zhì)資料、 實地野外考察以及InSAR地表破裂跡線， 認為此次瑪多地震的發(fā)震斷層為昆侖山口-江錯斷裂。此前對于該斷層的研究相對較少， 斷層跡線顯示其與東昆侖主斷裂近平行， 余震分布等結(jié)果顯示瑪多地震東端朝東昆侖斷裂帶的方向擴展， 但破裂區(qū)是否與東昆侖斷裂帶相連目前還有待進一步研究； 此次瑪多地震發(fā)生在巴顏喀拉塊體內(nèi)部， 該地震的發(fā)生將首先對塊體內(nèi)部斷層及塊體的主要邊界斷層產(chǎn)生應(yīng)力加載、 卸載影響。

首先， 在巴顏喀拉塊體的次級塊體——阿壩塊體內(nèi)， 瑪多地震的發(fā)震斷層南、 北兩側(cè)發(fā)育有一系列大型左旋走滑斷層， 其北部的瑪多-甘德斷裂(MD-F)是全新世活動的左旋走滑斷層， 熊仁偉等(2010)認為其晚更新世以來的水平滑動速率可達6～8mm/a； 南部的達日斷裂(DR-F)于1947發(fā)生7級地震， 仍可觀測到該地震造成的近70km的地表破裂帶， 達日斷裂南部的五道梁-長沙貢瑪斷裂(WDL-F)也被認為具有與達日斷裂相當?shù)淖笮瑒铀俾?梁明劍等， 2020)， 但其歷史地震等研究程度較低； 作為塊體東南邊界的鮮水河斷裂帶(XSH-F)的活動性最為顯著， 其中， 鮮水河斷裂的地質(zhì)和GPS測量結(jié)果表明， 西北段的左旋走滑速率為(15±5)mm/a， 東南段為5～9mm/a(Allenetal.， 1991； Ganetal.， 2007)， 自1700年以來鮮水河斷裂帶共計發(fā)生了22次MS>6.0地震， 其中7級以上地震多達8次(國家地震局震害防御司， 1995； 中國地震局震害防御司， 1999； 聞學澤， 2000)。

其次， 瑪多地震北側(cè)及東側(cè)為東昆侖斷裂帶(DKL-F)東段及其尾端發(fā)育形成 “馬尾狀”的一系列次級走滑、 逆沖斷裂(Zhangetal.， 2006， Renetal.， 2013a； 鄭文俊等， 2013； 任俊杰等， 2017)。其中， 東昆侖斷裂帶作為巴顏喀拉塊體北邊界， 在青藏塊體NE向擠壓的應(yīng)力分配中起到重要作用， 其走滑速率由昆侖山口西8.1級地震破裂段的11mm/a向E至塔藏斷裂附近逐漸減小至1mm/a以下(Kirbyetal.， 2007)； 走滑的岷江斷裂(MJ-F)、 虎牙斷裂(HY-F)以及2017年發(fā)生九寨溝地震的樹正斷裂(SZ-F)(易桂喜等， 2017)等吸收了東昆侖東段的部分走滑分量， 而上述斷層自1970年以來陸續(xù)發(fā)生了多次7.0級以上地震(圖1a)； 與此同時， 岷山隆起以及周邊逆沖型的龍日壩斷裂(LRB-F)、 龍門山斷裂(LMS-F)等進一步吸收了東昆侖斷裂東段的走滑分量(Kirbyetal.， 2000； Zhangetal.， 2006)； 龍門山斷裂帶的擠壓速率和右旋走滑速率較低， 分別為1.5～2mm/a和1.1mm/a(馬保起等， 2005)， 但即使在如此低的速率下， 龍門山斷裂帶于2008年和2013年陸續(xù)發(fā)生汶川8.0級和蘆山7.0級2次以逆沖為主的強震事件； 而作為巴顏喀拉塊體內(nèi)阿壩次級塊體和龍門山次級塊體分界線的龍日壩斷裂帶， 分解并轉(zhuǎn)換了來自巴顏喀拉地塊朝E—SEE方向的水平擠出運動， 其右旋走滑速率為(5.4±2.0)mm/a， 縮短速率約為0.55mm/a(Renetal.， 2013b， c)， Ren等(2013b， c)認為斷裂帶本身具備發(fā)生MW>7.0強震的能力且存在2條斷層同時破裂的可能， 而最新地震事件的離逝時間已超過5000a。因此， 瑪多地震對上述斷層的影響將作為本文重點研究對象。

此外， 北部的柴達木塊體以及祁連塊體內(nèi)部存在大量與巴顏喀拉塊體構(gòu)造相關(guān)的斷層構(gòu)造， 結(jié)合1970年以來MW>4.7歷史地震的分布(圖 2 中的圓圈)， 本文挑選了巴顏喀拉塊體內(nèi)部及邊界部分斷層(圖 2 中的黑色加粗斷層)參與瑪多地震的同震庫侖應(yīng)力計算， 斷層的具體信息見表2。

圖 2 1970年以來MW>4.7歷史地震及部分震源機制解分布圖Fig. 2 Distribution of historical earthquakes above MW4.7 and part of focal mechanism solutions since 1970.KLSK-F 昆侖山口-江錯斷裂； MD-F 瑪多-甘德斷裂； XZDG-F 西藏大溝-昌馬河斷裂； DGN-F 甘德南緣斷裂； YK-F 玉科斷裂； DR-F 達日斷裂； BRKL-F 巴顏喀拉主峰斷裂； WDL-F 五道梁-長沙貢瑪斷裂； XSH-F 鮮水河斷裂； LRB-F 龍日壩斷裂； MEG-F 毛爾蓋斷裂； FBH-F 撫邊河斷裂； LMS 龍門山斷裂； HY-F 虎牙斷裂； SZ-F 樹正斷裂； MJ-F 岷江斷裂； TZ-F 塔藏斷裂； XS-F 雪山梁子斷裂； DKL 東昆侖斷裂； KZ-F 昆中斷裂； CDM-F 柴達木南緣隱伏斷裂； ZT-F 中鐵斷裂； MQ-F 瑪曲斷裂； BLJ-F 白龍江斷裂； GGS-F 光蓋山斷裂； HN-F 哈南-稻畦子斷裂； WX-F 文縣斷裂； QC-F 青川斷裂； LY-F 略陽-勉縣斷裂； KX-F 康縣-勉略斷裂； LT-F 臨潭-宕昌斷裂； LX-F 禮縣-羅家堡斷裂； XQL-F 西秦嶺北緣； ZLH-F 莊浪河斷裂； DTH-F 倒淌河-臨夏斷裂； RYS-F 日月山斷裂； LJS-F 拉脊山斷裂； ELS-F 鄂拉山斷裂； MXS-F馬銜山斷裂。圓圈為震源位置； 紅色五角星為2021年5月22日瑪多 MS7.4 地震的震中； 黑色實線為斷層； 黑色加粗實線為本文計算斷層；震源機制解按震級大小分為綠色 MW4 ～5、 藍色 MW5 ～6、 紅色MW>6

2 計算模型及方法

2.1 庫侖應(yīng)力的計算及黏彈性松弛

根據(jù)物理機制的差異， 地震引起的庫侖應(yīng)力大致分為靜態(tài)庫侖應(yīng)力、 動態(tài)庫侖應(yīng)力和黏彈性庫侖應(yīng)力3種類型(Layetal.， 1995； Cottonetal.， 1997； Freedetal.， 1998， 2001； Freed， 2005)。其中， 靜態(tài)庫侖應(yīng)力指震源破裂錯動產(chǎn)生的永久性應(yīng)力變化； 動態(tài)庫侖應(yīng)力則主要指地震波在通過某一區(qū)域時產(chǎn)生較強的即時應(yīng)力變化， 靜態(tài)庫侖應(yīng)力和動態(tài)庫侖應(yīng)力的作用時間相對較短(Cottonetal.， 1997； Kilb， 2003)； 而黏彈性庫侖應(yīng)力則指在較長時間尺度下， 黏彈性的地殼和地幔的震后遷移或弛豫形變造成的區(qū)域地殼應(yīng)力場調(diào)整， 進而持續(xù)作用于周邊斷層， 使得庫侖應(yīng)力作用在廣度和強度上得到更大程度的增強。以往的研究結(jié)果顯示， 在震后地殼變形過程中巖石圈的黏彈性引起的應(yīng)力變化不可忽視， 甚至可以達到與靜態(tài)庫侖應(yīng)力同等量級(Freedetal.， 1998； 沈正康等， 2003； Johnsonetal.， 2007； 萬永革等， 2007； Diaoetal.， 2010； Ryderetal.， 2011； 雷興林等， 2013)。

根據(jù)庫侖破裂準則， 地震位錯在特定斷層上引起的庫侖應(yīng)力變化(ΔCFS)的計算公式為(石耀霖等， 2010)

ΔCFS=Δτ+μ(Δσn+ΔP)

(1)

其中， Δτ為斷層上的剪切應(yīng)力變化(以沿斷層滑動方向為正)， Δσn為正應(yīng)力變化(以使斷層解鎖為正)， ΔP為斷層孔隙壓力變化(以壓縮為正)，μ是摩擦系數(shù)(取值范圍為0～1)。當庫侖應(yīng)力ΔCFS結(jié)果為正值時，表明促進該斷層上的破裂發(fā)生； 當ΔCFS為負值時， 表明阻礙該斷層上的破裂。在實際計算過程中， 通常引入“有效”摩擦系數(shù)μ′(包含了孔隙流體和斷層面上的介質(zhì)特性)而將式(1)后半部分進行合并(解朝娣等，2010； 雷興林等，2013； 熊維等，2015)，進而計算公式變?yōu)?/p>

ΔCFS=Δτ+μ′Δσn

(2)

本文將利用瑪多7.4級地震同震破裂模型，結(jié)合Burgers流變模型重點計算此次地震對震源區(qū)以及周邊斷層產(chǎn)生的同震及震后黏彈性庫侖應(yīng)力變化的結(jié)果。

2.2 巖石圈結(jié)構(gòu)分層

本文使用中國大陸巖石圈統(tǒng)一地震速度模型USTClitho1.0結(jié)果對巖石圈進行分層， 該模型是由Xin等(2018)基于中國大陸數(shù)字化地震臺網(wǎng)(1294個臺站)記錄的區(qū)域地震走時數(shù)據(jù)， 利用雙差地震層析成像方法計算得到的中國大陸巖石圈高分辨率三維地震縱波速度(VP)和橫波速度(VS)結(jié)構(gòu)模型。計算結(jié)果顯示， 此次瑪多地震震中附近區(qū)域在20～30km深度范圍存在約10km厚的地殼低速帶， 這與Huang等(2006)、 Yao等(2006， 2008)、 Zhang等(2010)、 Liu等(2014)和詹艷等(2021)提出的在20km深度下存在5～10km厚的低阻低速層的結(jié)論較為一致。穿過該低速層后， 縱波波速由5.75km/s增加到6.1km/s， 橫波速度由3.4km/s增加到3.55km/s。模型結(jié)構(gòu)設(shè)計如表1 所示， 重點突出上、 中、 下地殼以及上地幔之間波速、 地殼密度參數(shù)的差異特征。模型中地殼及地幔采用能夠綜合協(xié)調(diào)瞬態(tài)變形和長期穩(wěn)態(tài)變形的Burgers體模擬瑪多地震的同震及震后庫侖應(yīng)力演化， 其中Kelvin體黏滯系數(shù)(ηk)表征瞬態(tài)變形， Maxwell體黏滯系數(shù)(ηm)表征長期穩(wěn)態(tài)變形。Hilley等(2005)結(jié)合地震復(fù)發(fā)周期方法計算得到青藏高原區(qū)域下地殼的黏滯系數(shù)為1018～1021Pa·s量級； 石耀霖等(2008)利用實驗室流變實驗結(jié)果估算青藏高原下地殼的等效黏滯系數(shù)約為1019～1020Pa·s量級； 程佳等(2018)研究巴顏喀拉塊體周邊區(qū)域地殼和上地幔的黏滯系數(shù)ηk為6.3×1018～1.0×1021Pa·s。 結(jié)合上述研究成果資料，本文研究區(qū)巖石圈分層結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)取值如表1所示。利用Wang等(2006)給出的PSGRN/PSCMP程序計算同震及震后黏彈性松弛變形對斷層的庫侖應(yīng)力作用，程序通過傳播算法計算譜格林函數(shù)，并利用反混淆技術(shù)在快速FFT變換中獲取空間域的格林函數(shù)，將地震的破裂面離散成許多離散的點位錯，最終利用線性疊加的方法計算研究區(qū)同震以及黏彈性巖體震后變形。

表1 巖石圈分層結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)Table1 Parameters of the lithospheric layered structure model

2.3 滑動分布模型及接收斷層的參數(shù)

基于升、 降軌InSAR數(shù)據(jù)得到的最大視線向(Line of Sight， LOS)形變量約為0.9m(華俊等， 2021)， 結(jié)合InSAR形變場及余震精定位數(shù)據(jù)， 以GCMT結(jié)果作為構(gòu)建斷層模型的先驗證值， 其中發(fā)震斷層傾向NE， 初始傾角為90°， 滑動角為-50°～50°， 最大滑動量為15m， 使用SDM(Steepest Descent Method)反演程序(Wangetal.， 2008)， 將斷層面劃分成尺寸為5km×5km的子斷層， 利用彈性半空間介質(zhì)模型(Okada， 1985)對瑪多地震進行滑動分布反演， 最終獲得模型與觀測數(shù)據(jù)擬合均方差最小的滑動分布， 反演得到的滑動分布模型如圖 3 所示。模型結(jié)果顯示此次瑪多地震的同震滑動以左旋走滑為主， 斷層走向為276°， 傾角為80°， 最大滑移量約為5.1m， 平均滑動角為4°， 主體破裂區(qū)主要集中在0～15km深度， 破裂帶東段的同震滑動量大于西段。

圖 3 同震滑動量分布模型Fig. 3 Co-seismic sliding distribution model.

針對圖 2 中的研究斷層， 結(jié)合研究區(qū)以往歷史地震震源機制解結(jié)果(圖 2)以及研究區(qū)內(nèi)的已有成果(程佳等， 2018)確定主要接收斷層的破裂參數(shù)(主要為斷層的傾角和滑動角， 斷層的走向參數(shù)則結(jié)合斷層地表出露的結(jié)果計算獲得)， 其中確定斷層破裂參數(shù)的原則是： 若斷層周邊發(fā)生多次地震， 則以震級最大的地震作為參考； 選取距離最近且走向較為一致的斷層面為發(fā)震斷層； 如斷層附近未發(fā)生地震， 則以相鄰且具有相似運動性質(zhì)的斷層的震源機制參數(shù)作為替代。大陸巖石圈的研究結(jié)果顯示， 巴顏喀拉塊體內(nèi)部20～30km深度范圍存在約10km厚的地殼低阻低速層(Xinetal.， 2018； 詹艷等， 2021)， 而脆韌轉(zhuǎn)換帶的存在往往在地震孕育中起到重要的作用(Cattinetal.， 2000)； 此外， 此次瑪多地震的主體破裂區(qū)域集中在淺于15km深度范圍內(nèi)， 瑪多地震的發(fā)生對周邊不同深度斷層的同震庫侖應(yīng)力變化的影響是否相同？針對計算深度的影響， 本文進一步計算了瑪多7.4級地震對12.5km和25km 2個深度處的震源區(qū)及周邊斷層的同震及震后庫侖應(yīng)力變化結(jié)果(有效摩擦系數(shù)取0.4)。

3 計算結(jié)果

3.1 同震庫侖應(yīng)力結(jié)果

本文分別計算了12.5km和25km深度處的震源區(qū)附近及各條主要斷層的同震庫侖應(yīng)力變化結(jié)果， 其中震源區(qū)接收斷層的參數(shù)為走向276°、 傾角80°、 滑動角4°， 計算結(jié)果如圖4c、 4d所示。 隨著深度的增加， 沿斷層面形成的同震庫侖應(yīng)力變化為正值的區(qū)域逐步增加， 即隨著深度增加， 瑪多MS7.4 主震對主斷層面上余震的觸發(fā)能力越強； 震源區(qū)的同震庫侖應(yīng)力加載區(qū)除沿破裂面分布外， 在發(fā)震斷層西端、 東端分別有3處明顯的庫侖應(yīng)力加載區(qū)， 其中西端存在1處， 朝向破裂斷層的NW向， 東端存在2處， 分別朝向發(fā)震斷層的北部以及東部區(qū)域， 震源區(qū)庫侖應(yīng)力加載區(qū)與周邊斷層同震庫侖應(yīng)力變化為正值段的分布具有較好的一致性。斷層同震庫侖應(yīng)力變化為正值的斷層主要為GDN-F、 DR-F、 BYKL-F、 WDL-F西北段， BYKL-F、 WDL-F中段， DKL-F近震源區(qū)段， KZ-F東段， MQ-F、 LRB-F以及西秦嶺構(gòu)造區(qū)內(nèi)大部分斷層； 其中DKL-F近震源區(qū)段、 KZ-F東段、 GDN-F西北段和WDL-F中段的同震庫侖應(yīng)力變化>0.01MPa閾值(Freedetal.， 1998)， 在12.5km深度處最大同震庫侖應(yīng)力的變化分別達到了0.165MPa、 0.022MPa、 0.102MPa和0.012MPa， 證明瑪多MS7.4 地震對上述斷層的地震觸發(fā)具有較強的促進作用， 上述斷裂未來發(fā)生地震危險性的可能將進一步增大。相較之下， 瑪多MS7.4 地震對學者們較為關(guān)注的LRB-F中段、 XSH-F南段以及LMS-F北段的同震庫侖應(yīng)力變化結(jié)果同樣為正值， 但影響量級相對較小(<0.01MPa)， 其中LRB-F中段的同震庫侖應(yīng)力增加數(shù)千Pa， 而XSH-F南段以及LMS-F北段的同震庫侖應(yīng)力僅增加幾十至幾百Pa?，敹嗟卣饢|南部的GDN-F、 DR-F、 BYKL-F、 WDL-F中東段， YK-F， XSH-F中北段， LRB-F南段以及LMS-F中南段的同震庫侖應(yīng)力變化結(jié)果均為負值， 說明瑪多地震的發(fā)生對上述斷層的地震觸發(fā)起到抑制作用， 瑪多地震的發(fā)生進一步減緩了上述斷層地震發(fā)生的可能性； 此外， 對瑪多地震北部的DKL-F和KZ-F影響更多集中在近震源區(qū)以及東段區(qū)域， 此次地震對上述斷層西段同震庫侖應(yīng)力變化同樣為較強的卸載作用。經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)， 斷層深度對近震源區(qū)斷層的同震庫侖應(yīng)力變化存在一定的影響， 如隨計算深度增加， GDN-F近震源區(qū)段的同震庫侖應(yīng)力變化為正值段的范圍出現(xiàn)向E擴展的現(xiàn)象； 而計算深度對遠離震源區(qū)的斷層同震庫侖應(yīng)力變化的影響較小， 斷層上同震庫侖應(yīng)力變化的正值段與負值段僅在量級上出現(xiàn)而很少出現(xiàn)正、 負值轉(zhuǎn)換。

3.2 震后黏彈性庫侖應(yīng)力結(jié)果

黏彈性中、 下地殼以及上地幔在震后的遷移或弛豫形變會進一步造成震中附近區(qū)域的地殼應(yīng)力場調(diào)整， 對瑪多地震周邊斷層產(chǎn)生持續(xù)影響， 進而造成震后庫侖應(yīng)力的進一步變化。因此， 針對上文中提到的同震庫侖應(yīng)力變化>0.01MPa的斷層段(圖4a， b中標注名稱的斷層段)， 分別計算12.5km深度處部分區(qū)域震后50a內(nèi)的黏彈性庫侖應(yīng)力變化， 結(jié)果如圖 5 所示。其中， 4條曲線按量級大小依次為DKL-F(紅色)、 GDN-F(淺藍色)、 KZ-F(黑色)和WDL-F(綠色)， 4條斷層段上的震后黏彈性庫侖應(yīng)力變化均呈現(xiàn)隨時間增加而增大的趨勢， 即在瑪多MS7.4 地震發(fā)生后， 巖石圈的黏彈性松弛作用使得上述斷層的應(yīng)力觸發(fā)作用逐年增強， 未來上述斷層發(fā)生地震的危險性將進一步增加； DKL-F與GDN-F距離震中較近， 同震庫侖應(yīng)力變化結(jié)果較大， 而震后黏彈性松弛引起的黏彈性庫侖應(yīng)力增加量同樣較大， 其中DKL-F在震后50a將增加0.038MPa， GDN-F增加約0.024MPa， 即DKL-F與GDN-F近震源區(qū)段受瑪多MS7.4 地震震后的影響更大； 采用更加符合巖石圈實際變形過程的Burgers流變模型進行震后黏彈性庫侖應(yīng)力計算， 瞬態(tài)變形的Kelvin體黏滯系數(shù)(ηk)的影響主要集中在震后約10a內(nèi)， 上述時段內(nèi)， 震后黏彈性庫侖應(yīng)力增加較快， 而相較之下10a后區(qū)域殼幔變形更多受到長期穩(wěn)態(tài)變形的Maxwell體控制， 斷層上的黏彈性庫侖應(yīng)力增加則相對平穩(wěn)。

圖 4 震源區(qū)及周邊斷層的同震庫侖應(yīng)力結(jié)果Fig. 4 Co-seismic Coulomb stress change in the source area and surrounding faults.a、 c分別為震源區(qū)及周邊斷層的結(jié)果， 計算深度為12.5km； b、 d分別為震源區(qū)及周邊斷層的結(jié)果， 計算深度為25km。紅色五角星為瑪多主震的位置； 黑色虛線框為圖c與圖d所示區(qū)域； 有效摩擦系數(shù)取0.4

圖 5 瑪多震后50a間黏彈性庫侖應(yīng)力累積變化時序曲線圖(μ′=0.4)Fig.5 Time series curve of cumulative viscoelastic Coulomb stress change in 50 years after the Maduo(Qinghai)earthquake(μ′=0.4).

4 討論

式(2)中有效摩擦系數(shù)的取值將直接影響到正應(yīng)力在庫侖應(yīng)力中的權(quán)重。針對有效摩擦系數(shù)的變化， 雷興林等(2013)等認為當斷層中存在超孔隙壓或者含大量黏土成分的斷層泥時， 有效摩擦系數(shù)將降至0.2以下； Ali等(2008)認為走滑斷層的有效摩擦系數(shù)可以取為0.2， 正斷層的有效摩擦系數(shù)可以取為0.6。在實際計算過程中， 無法直接獲取斷層面每個區(qū)域的有效摩擦系數(shù)， 在實際分析過程中需要結(jié)合更多地震數(shù)據(jù)、 斷層結(jié)構(gòu)等資料對計算結(jié)果做進一步驗證。本文首先采用0.4的有效摩擦系數(shù)計算瑪多7.4級地震對震源區(qū)及周邊斷層的庫侖應(yīng)力變化， 結(jié)果顯示DKL-F近震源區(qū)段、 KZ-F東段、 GDN-F西北段、 WDL-F中段的同震庫侖應(yīng)力變化>0.01MPa閾值， 且震后黏彈性庫侖應(yīng)力隨時間增加不斷增強。因此， 為進一步對比有效摩擦系數(shù)的改變對斷層同震庫侖應(yīng)力變化的影響， 本文針對DKL-F計算其在有效摩擦系數(shù)分別為0.2、 0.4、 0.6情況下的同震庫侖應(yīng)力變化結(jié)果。圖 6 展示了DKL-F在94°E以東、 30km深度以上斷層段的同震庫侖應(yīng)力變化結(jié)果。

圖 6 不同有效摩擦系數(shù)下東昆侖斷裂帶的同震庫侖應(yīng)力變化結(jié)果Fig. 6 Co-seismic Coulomb stress changes in the DKL-F under different effective friction coefficients.a 有效摩擦系數(shù)為0.2； b 有效摩擦系數(shù)為0.4； c 有效摩擦系數(shù)為0.6

有效摩擦系數(shù)的改變會對斷層面上同震庫侖應(yīng)力變化的量級產(chǎn)生一定影響， 但對斷層上同震庫侖應(yīng)力變化正值段與負值段的分布影響較??； 瑪多7.4級地震對DKL-F近震源區(qū)段、 東段以及西段產(chǎn)生由淺至深的庫侖應(yīng)力加載作用， 進一步增加了DKL-F上述斷層段的地震危險性， 尤其是DKL-F近震源段接近70km深度的范圍， 隨著深度的增加同震庫侖應(yīng)力變化加載的量級和范圍逐漸增大， 且有效摩擦系數(shù)越大、 同震庫侖應(yīng)力變化越顯著； 與此同時， DKL-F近震源區(qū)段與東段同震庫侖應(yīng)力變化正值區(qū)段并未直接相連， 其間的同震庫侖應(yīng)力變化為負值的段更多與瑪多7.4級地震在該區(qū)域產(chǎn)生的應(yīng)力釋放密切相關(guān)(圖4c， d中發(fā)震斷層東端的同震庫侖應(yīng)力變化負值區(qū))。當然， 該負值段的存在對未來地震在DKL-F上孕育和發(fā)生的影響還需要做更深一步的工作， 隨著對瑪多7.4級地震同震滑動分布模型、 余震精定位等結(jié)果的不斷完善， 瑪多地震對DFL-F不同斷層段的影響的相關(guān)研究也將更加深入。

5 結(jié)論

本文結(jié)合基于升、 降軌InSAR形變場及余震精定位結(jié)果反演得到的同震滑動模型， 利用Burgers流變模型計算了2021年5月22日瑪多MS7.4 地震引起的同震及震后黏彈性庫侖應(yīng)力變化， 結(jié)論如下：

(1)根據(jù)已有的活動斷層跡線位置， 結(jié)合地質(zhì)資料、 實地野外考察以及InSAR地表破裂跡線， 分析認為此次瑪多地震的發(fā)震斷層為昆侖山口-江錯斷裂， 同震滑動模型顯示此次地震滑動以左旋走滑為主， 斷層走向為276°， 傾角為80°， 最大滑移量約為5.1m， 平均滑動角為4°， 主體破裂區(qū)主要集中在0～15km深度；

(2)瑪多MS7.4 地震震源區(qū)的同震庫侖應(yīng)力加載區(qū)除沿破裂面分布外， 在發(fā)震斷層西端、 東端分別存在3處庫侖應(yīng)力正值區(qū)， 其中西端朝向發(fā)震斷層NW方向， 東端存在2個庫侖應(yīng)力加載區(qū)， 分別朝向發(fā)震斷層的北部以及東部區(qū)域； 周邊斷層同震庫侖應(yīng)力正值段的分布與震源區(qū)庫侖應(yīng)力加載區(qū)的分布較為一致； 瑪多地震對GDN-F、 DR-F、 BYKL-F、 WDL-F西北段， BYKL-F、 WDL-F中段， DKL-F近震源區(qū)段， KZ-F東段， MQ-F、 LRQ以及西秦嶺地區(qū)大部分斷層起到了庫侖應(yīng)力加載作用；

(3)瑪多地震對DKL-F近震源區(qū)段、 KZ-F東段、 GDN-F西北段、 WDL-F中段同震庫侖應(yīng)力變化>0.01MPa， 且震后巖石圈黏彈性松弛作用進一步增加上述斷層段的黏彈性庫侖應(yīng)力累積， 未來應(yīng)重點關(guān)注上述斷層段的地震危險性；

(4)有效摩擦系數(shù)的變化對斷層面上同震庫侖應(yīng)力變化的量級產(chǎn)生一定的影響， 但對斷層上同震庫侖應(yīng)力變化正值段與負值段的分布特征影響較小。

致謝中國地震臺網(wǎng)中心宋金博士、 臧陽博士在文章寫作方面給予了指導和建議； 審稿專家對本文進行了詳細審閱并提出了寶貴的意見； 本文圖件使用GMT軟件繪制。在此一并表示感謝!