龍門山和鮮水河斷裂帶對(duì)區(qū)域構(gòu)造加載作用的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

王曉芳， 肖捷， 許鶴華， 何建坤

1 邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所， 廣州　510301 2 大陸碰撞與隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所， 北京　100101

龍門山和鮮水河斷裂帶對(duì)區(qū)域構(gòu)造加載作用的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

王曉芳1， 肖捷2， 許鶴華1， 何建坤2

1 邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所， 廣州510301 2 大陸碰撞與隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所， 北京100101

摘要為了研究汶川地震和鮮水河斷裂帶上的地震之間是否有觸發(fā)作用及區(qū)域構(gòu)造加載作用在這些地震發(fā)生過程中對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響.我們以汶川地震和鮮水河斷裂帶所在區(qū)域上的共7次地震為研究對(duì)象，區(qū)域構(gòu)造加載作用由GPS速度邊界近似，用分裂節(jié)點(diǎn)技術(shù)模擬上地殼地震的發(fā)生，并采用三維黏彈性有限元方法，模擬庫(kù)侖應(yīng)力的演化.研究結(jié)果表明：鮮水河斷裂帶上的地震震前積累的庫(kù)侖應(yīng)力的17%～38%來自區(qū)域構(gòu)造加載的持續(xù)作用,其他的地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累約占49%～67%，故地震觸發(fā)作用明顯(除1948年理塘地震和1973年?duì)t霍地震外)；而汶川地震震前1893—1981年發(fā)生的地震釋放了該區(qū)部分庫(kù)侖應(yīng)力,不可能對(duì)汶川地震有觸發(fā)作用.汶川地震的庫(kù)侖應(yīng)力積累可能主要來自區(qū)域構(gòu)造加載作用，地震發(fā)生以后幾乎釋放了所在區(qū)域的所有庫(kù)侖應(yīng)力，形成新的格局.關(guān)鍵詞汶川地震； 龍門山斷裂帶； 鮮水河斷裂帶； 破裂庫(kù)侖應(yīng)力； 有限元方法

1引言

圖1　鮮水河斷裂帶和龍門山斷裂帶的構(gòu)造格局LMF，龍門山斷裂帶； XSHF，鮮水河斷裂帶； STP，青藏高原東南部； ANF，安寧河斷裂帶； ZMF，則木河斷裂帶； LTF，理塘斷裂帶； JSF，金沙江斷裂帶； GZ-YSF，甘孜—玉樹斷裂帶； NJF，怒江斷裂帶； ESH，喜馬拉雅東部構(gòu)造.Fig.1　Sketch map of tectonics background of Xianshuihe fault zone and Longmenshan fault zoneLMF，Longmenshan fault zones; XSHF，Xianshuihe fault zones; STP，southeastern Tibetan plateau; ANF，Anninghe fault; ZMF， Zemuhe fault; LTF，Litang fault; JSF，Jinshajiang fault; GZ-YSF，Garzê-Yushu fault； NJF，Nujiang fault； ESH，Eastern Himalayan Syntaxis.

鮮水河斷裂帶又稱為鮮水河地震帶，位于青藏高原東南緣的四川省西部地區(qū)，是一條北西走向的弧形左旋走滑斷裂帶(圖1).該斷裂帶歷史上發(fā)生過多次強(qiáng)震，自1700年以來經(jīng)歷了兩個(gè)地震活躍期，分別為1700—1816年和1893年—至今. 為了研究地震形變引起的應(yīng)力場(chǎng)的改變，前人做了很多工作，Papadimitriou等(2004)用彈性介質(zhì)研究了整個(gè)鮮水河斷裂帶1700—1981年發(fā)生的6.5

龍門山斷裂帶位于青藏高原東緣，是青藏高原與四川盆地交匯之處，與鮮水河斷裂帶相交成近90°的交角.地形起伏的龍門山斷裂帶與左旋走滑的鮮水河斷裂帶交匯在一起，形成比較復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)，但之前的地震記錄多在鮮水河斷裂帶上，而龍門山斷裂帶確很少見，2008年5月12日汶川發(fā)生MS7.9地震和2013年4月20日蘆山發(fā)生的MS6.7地震，打破了人們只對(duì)鮮水河斷裂帶研究的局限.Toda等(2008)用彈性半空間和可變滑動(dòng)代碼計(jì)算了汶川地震、鮮水河和閩江斷裂帶的破裂庫(kù)侖應(yīng)力，并對(duì)地震概率進(jìn)行了評(píng)估；王衛(wèi)民等(2008)利用遠(yuǎn)場(chǎng)體波波形記錄，結(jié)合近場(chǎng)同震位移數(shù)據(jù)，根據(jù)地質(zhì)資料和地震形成的地表破裂軌跡, 構(gòu)造了一個(gè)雙“鏟狀”有限地震斷層模型, 利用反演技術(shù)重建地震的破裂過程; Shan等(2009)根據(jù)野外觀測(cè)和地震學(xué)研究結(jié)果, 使用嵌入在混合彈性/無彈性層狀半空間位錯(cuò)源的模型,研究了2008年MS7.9汶川地震對(duì)斷層的庫(kù)侖應(yīng)力的改變；He等(2011)采用分裂節(jié)點(diǎn)技術(shù)系統(tǒng)地研究了鮮水河下游的小江斷裂帶，得到了小江斷裂帶上大、中、小地震的庫(kù)侖應(yīng)力積累關(guān)系；Hu等(2012)用準(zhǔn)靜態(tài)的有限元模型研究了黏性松弛的效果和構(gòu)造加載作用對(duì)汶川地震的影響；Shan等(2013)研究了自1713年以來，沿鮮水河—小江斷裂帶的庫(kù)侖應(yīng)力的演化及其與汶川地震的相互作用.

總結(jié)前人的研究成果發(fā)現(xiàn)，前人的工作多為研究地震之間的觸發(fā)和黏性松弛對(duì)應(yīng)力場(chǎng)演化的影響，而有關(guān)斷裂帶之間的相互作用和區(qū)域構(gòu)造加載作用對(duì)鮮水河斷裂帶及龍門山斷裂帶的影響的研究并不多見.于是本文綜合前人的研究方法,選取Papadimitriou等(2004)和王衛(wèi)民等(2008)得到的鮮水河斷裂帶上的地震和汶川地震的同震位移數(shù)據(jù)，研究地震和區(qū)域加載作用對(duì)該區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的改變以及與下地殼的黏性變形的相互作用，即地震發(fā)生以后上地殼發(fā)生彈性變形，而下部黏性地殼的蠕變?nèi)绾卫^續(xù)改變區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)，在應(yīng)力積累和釋放過程中，區(qū)域構(gòu)造加載作用又是如何使庫(kù)侖應(yīng)力在斷層上集中，才導(dǎo)致汶川地震破壞性如此之大；并對(duì)研究區(qū)域的地震活動(dòng)性和危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià).

2模型與方法

2.1本構(gòu)方程

三維模型的動(dòng)量守恒方程為

(1)

這里σij是應(yīng)力矢量, ρ是密度, gi是重力加速度.

幾何方程為

(2)

本構(gòu)方程為

(3)

E是彈性模量，v是泊松比.

求解方法是采用有限元數(shù)值計(jì)算的FEPG○C6.0(www.fe-gensoft.com)(Li et al.,2009).

2.2庫(kù)侖應(yīng)力變化的計(jì)算公式

斷層破裂的臨界庫(kù)侖應(yīng)力被定義為(Jaeger and Cook, 1979)

(4)

τ為斷層面上的剪切應(yīng)力，σn表示斷層面上的正應(yīng)力.

根據(jù)Freed(2005)和King等(1994)計(jì)算靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化可將公式(4)變?yōu)?/p>

(5)

u′稱為有效摩擦系數(shù)，它既包括了孔隙流體的影響又包括了斷層區(qū)介質(zhì)性質(zhì)的影響.在不同研究中取值有所差異，一般為0～0.8(Stein,1999)，本文取鮮水河斷裂帶應(yīng)力觸發(fā)研究中的最常用取值0.4(Papadimitriou et al., 2004;王輝等，2008;He et al.，2011).2.3分裂節(jié)點(diǎn)的計(jì)算方法

我們?cè)谌S黏彈性有限元模型中引入分裂節(jié)點(diǎn)技術(shù)(Melosh and Raefsky, 1981; He and Peltzer, 2010).在圖4a中3—15和圖4b中7表示的子單元上分別加載表1和王衛(wèi)民等(2008)的同震位移.

2.4邊界約束條件和模型參數(shù)

為了研究汶川地震和鮮水河斷裂帶上的地震之間的觸發(fā)作用，將鮮水河斷裂帶和龍門山斷裂帶上的地震集中在研究區(qū)域中心，使邊界效應(yīng)的影響盡量減少.圖2表示了地震的位置和地震類型.選擇能提供良好的邊界約束的GPS數(shù)據(jù)，如圖3(Shen et al.，2005)，并用插值的方法近似區(qū)域構(gòu)造加載作用，黏滯系數(shù)隨深度變化在圖5中紅色和藍(lán)色曲線之間(He et al., 2011)，由于同一深度的四川盆地的黏滯系數(shù)比青藏高原地區(qū)的黏滯系數(shù)大，所以在圖4a中單獨(dú)設(shè)定了材料參數(shù)(區(qū)域2).采取黏彈性有、無區(qū)域構(gòu)造加載和彈性區(qū)域構(gòu)造加載等不同類型的模型進(jìn)行數(shù)值模擬，地殼厚度分2層，上層為約15 km的彈性地殼，下層為約45 km的黏性地殼，在60 km地殼范圍內(nèi)，上表面是自由邊界，下表面是彈簧邊界，上地殼和地幔的密度分別為2800 kg·m-3和3300 kg·m-3.我們通過用三維黏彈性有限元方法，研究1893—2008年近100多年來，鮮水河斷裂帶上一系列地震和汶川地震之間的相互觸發(fā)關(guān)系、地震發(fā)生前后斷層周邊不同部位庫(kù)侖應(yīng)力的積累或釋放以及區(qū)域構(gòu)造加載作用、同震、震后效應(yīng)和黏-彈松弛在這些地震發(fā)生過程中的不同動(dòng)態(tài)響應(yīng).

圖2　主要地震的位置和地震類型Fig.2　Locations and types of major earthquakes

3數(shù)值計(jì)算結(jié)果

圖6是在地殼深度7.25 km處,沿各地震破裂方向的庫(kù)侖應(yīng)力分布，分別顯示了本文所研究的1893—2008年7次地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的重新分布.其中,圖6a是投影到1893年八美地震破裂方向上的庫(kù)侖應(yīng)力的分布，圖中區(qū)域1,2,3,4是地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域，而5,6,7,8是地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的釋放區(qū)域.在這個(gè)過程中,區(qū)域構(gòu)造加載作用不明顯；圖6b，6c是1923年?duì)t霍—恰叫地震前、后，投影到1923年?duì)t霍—恰叫地震破裂方向的庫(kù)侖應(yīng)力的分布，相比圖6a明顯有了區(qū)域構(gòu)造加載的作用，而且處于1893年八美地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域3，說明1893年的八美地震在一定意義上加快了1923年的爐霍—恰叫地震的發(fā)生；圖6d，6e是1948年理塘地震前、后投影到1948年理塘地震破裂方向的庫(kù)侖應(yīng)力的分布，將圖6d，6c與圖6e對(duì)比，發(fā)現(xiàn)1948年理塘地震中心處于1893年八美地震和1923年?duì)t霍—恰叫地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的釋放區(qū)域，說明1893年八美地震和1923年?duì)t霍—恰叫地震在一定意義上推遲了1948年理塘地震的發(fā)生；圖6f，6g是1955年康定—折多塘地震前、后,投影到1955年康定—折多塘地震破裂方向的庫(kù)侖應(yīng)力的分布，對(duì)比圖6c和圖6f可以看出,1955年的康定—折多塘地震處于1893年八美地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域,說明1893年八美地震在一定意義上觸發(fā)了1955年康定—折多塘地震的發(fā)生；圖6h，6i是1973年?duì)t霍地震前、后投影到1973年?duì)t霍地震破裂方向的庫(kù)侖應(yīng)力的分布，圖6i，6j是1981年道孚地震前、后，投影到1981年道孚地震破裂方向的庫(kù)侖應(yīng)力的分布，而且1973年?duì)t霍地震和1981年道孚地震都處于1923年?duì)t霍—恰叫地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域, 說明1923年?duì)t霍—恰叫地震在一定意義上觸發(fā)了1981年道孚地震和1973年?duì)t霍地震的發(fā)生；圖6k，6l是2008年汶川地震前、后，投影到2008年汶川地震破裂方向的庫(kù)侖應(yīng)力的分布.2008年汶川地震明顯不同，區(qū)域構(gòu)造加載作用雖然沒有鮮水河地震帶上發(fā)生的地震的加載作用那么強(qiáng)烈，但庫(kù)侖應(yīng)力積累卻主要來自區(qū)域構(gòu)造加載的累計(jì)作用(見圖6k和6i).

圖3　研究區(qū)域的GPS數(shù)據(jù)和有限元模型的邊界圖中藍(lán)色框代表圖4的有限元模型邊界. 黃色箭頭代表現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)的GPS速度數(shù)據(jù) (Shen et al.，2005). 紅色球表示本文研究的7個(gè)地震位置.Fig.3　GPS data and boundaries of the finite element modelBlue frame is boundaries of the finite element model in Fig.4. Yellow arrow represents present-day motion of crust revealed by GPS measurements (Shen et al., 2005). Red ball represents 7 earthquakes location in this paper.

圖4　不同材料參數(shù)的分布(a) 中2是四川盆地，黏滯系數(shù)相對(duì)其他區(qū)域較大，3—15表示的是發(fā)生地震的上地殼分裂節(jié)點(diǎn)的分區(qū)標(biāo)號(hào)；(b) 是地震剖面，其中黃色圖標(biāo)7是汶川地震的110個(gè)子斷層剖面.Fig.4　Distribution of different material parameters Icon No.2 on (a) denotes a large viscosity coefficient of Sichuan basin relative to other regions. Icons No.3—15 show the partition labels of seismogenic upper crust by split-node technique. (b) shows seismic section, where the yellow icon 7 is 110 sub fault profile of Wenchuan earthquake.

圖5　下地殼的流變分層 (He et al., 2011)Fig.5　Rheological stratification of lower crust (He et al., 2011)

年-月-日地點(diǎn)緯/經(jīng)度(°)走向/傾角(°)長(zhǎng)/深(km)MS走滑/傾滑位移(m)1893-08-29八美30.6/101.50322/8550/0～157.2+2.44/-0.561923-03-24爐霍—恰叫31.3/100.75306/9060/0～157.2+3.00/01948-05-25理塘29.5/100.5315/9060/0～157.3+3.00/01955-04-14康定—折多塘30.1/101.8340/9035/0～157.5+3.00/01973-02-06爐霍31.5/100.24125/87105/0～157.4+4.00/01981-01-23道孚31.0/101.1321/9044/0～156.5+0.50/0

圖7顯示的是每次地震發(fā)生之前，前面發(fā)生的地震和區(qū)域加載作用對(duì)該地震震中庫(kù)侖應(yīng)力的積累和釋放的變化曲線，從圖7可以看到，引發(fā)1923年?duì)t霍—恰叫地震的庫(kù)侖應(yīng)力積累來自1893年八美地震形變引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力的積累(大約0.2 MPa)和區(qū)域構(gòu)造加載與震后黏彈松弛對(duì)庫(kù)侖應(yīng)力的積累(大約0.1 MPa)，其中地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累大約占2/3；引發(fā)1948年理塘地震的庫(kù)侖應(yīng)力的積累是區(qū)域構(gòu)造加載作用積累的庫(kù)侖應(yīng)力抵消了1893年八美地震形變引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力釋放(約-0.014 MPa，圖7b)和1923年?duì)t霍—恰叫地震形變引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力釋放(約-0.025 MPa，圖7b)并增加到0.05 MPa，是1948年理塘地震主要庫(kù)侖應(yīng)力積累來源(圖7b)；1955年康定—折多塘地震處于1893年八美地震(約0.17 MPa，圖7c)和1923年?duì)t霍—恰叫地震形變引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力積累區(qū)域(約0.02 MPa，圖7c)和區(qū)域構(gòu)造加載作用引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域(大約0.12 MPa，圖7c)，是2次地震形變和區(qū)域構(gòu)造加載作用三者共同作用的結(jié)果，其中，地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累占主導(dǎo)；1973年?duì)t霍地震處于1923年?duì)t霍—恰叫地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域(約0.032 MPa，圖7d)、1955年康定—折多塘地震形變引起庫(kù)侖應(yīng)力的釋放區(qū)域(約-0.001 MPa，圖7d)和區(qū)域構(gòu)造加載作用引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域(大約0.15 MPa，圖7d)，是三者共同作用的結(jié)果，其中,區(qū)域構(gòu)造加載作用占主導(dǎo)；1981年道孚地震處于1893年八美地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域(約0.02 MPa，見圖7e)、1923年?duì)t霍—恰叫地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域(約0.37 MPa，見圖7e)、1955年康定—折多塘地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的釋放區(qū)域(約-0.006 MPa，圖7e)、1973年?duì)t霍地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的釋放區(qū)域(約-0.19 MPa，圖7e)和區(qū)域構(gòu)造加載作用引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域(大約0.147 MPa，圖7e)，是五部分共同作用的結(jié)果，其中, 地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累略占優(yōu)勢(shì)；2008年汶川地震中心處于1893年八美地震形變引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力的釋放區(qū)域(約-0.003 MPa，見圖7f)、1923年?duì)t霍—恰叫地震形變引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力的釋放區(qū)域(約-0.0014 MPa，見圖7f)、1955年康定—折多塘地震形變引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力的釋放區(qū)域(約-0.003 MPa，圖7f)、1973年?duì)t霍地震形變引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力的釋放區(qū)域(約-0.003 MPa，圖7f)、1981年道孚地震形變引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域和區(qū)域構(gòu)造加載作用引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力的積累區(qū)域(約0.035 MPa，圖7f)，是六者共同作用的結(jié)果.

圖6　深度7.25 km處的庫(kù)侖應(yīng)力演化 (μ′=0.4)Fig.6　Evolution of Coulomb stress at depth 7.25 km (μ′=0.4)

圖7　每一次地震前震中的庫(kù)侖應(yīng)力演化實(shí)線、虛線和點(diǎn)線曲線分別是黏彈性帶區(qū)域構(gòu)造加載、彈性帶區(qū)域構(gòu)造加載和黏彈性無區(qū)域構(gòu)造加載模型.Fig.7　Coulomb stress evolution before each earthquake Solid, dashed and dotted lines or curves are respectively the viscoelastic model with the regional tectonic loading, elastic model with the regional tectonic loading and without regional tectonic loading viscoelastic model.

圖8顯示了本文所研究的7次地震在深度7.25 km的庫(kù)侖應(yīng)力隨時(shí)間的演化.結(jié)合區(qū)域構(gòu)造加載在地震過程中的作用(圖9),可以得到表2，從中可以看出，在鮮水河斷裂帶上，引發(fā)地震的庫(kù)侖應(yīng)力的49%～67%來自之前地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力的積累(除1948年理塘地震和1973年?duì)t霍地震外)，區(qū)域加載作用占17%～38%,黏彈性松弛對(duì)該地區(qū)的庫(kù)侖應(yīng)力有所釋放,而在龍門山斷裂帶上,2008年汶川地震中，除北川附近由于之前地震形變積累庫(kù)侖應(yīng)力外，其他的區(qū)域(蘆山地震附近，汶川地震震中和汶川地震北段)的庫(kù)侖應(yīng)力的積累主要來自區(qū)域加載作用，而且之前的地震形變和黏彈性松弛對(duì)該地區(qū)的庫(kù)侖應(yīng)力有所釋放.

圖8　鮮水河斷層上的地震和汶川地震的庫(kù)侖應(yīng)力演化(μ′=0.4，深度7.25 km)實(shí)線、虛線和點(diǎn)線曲線與圖7模型相同.Fig.8　Δσf evolution of earthquake on Xianshuihe fault and Wenchuan earthquake (at depth 7.25 km，μ′=0.4)Solid, dashed and dotted lines or curves are the same as models in Fig.7.

表2　區(qū)域構(gòu)造加載、地震加載和黏彈性動(dòng)態(tài)響應(yīng)在每次地震中所起作用

注：2008f—2008i分別表示汶川地震發(fā)生的蘆山地震附近、汶川震中、汶川北部和北川段庫(kù)侖應(yīng)力的演化.

4結(jié)論與討論

4.1研究區(qū)域的7次地震之間的觸發(fā)作用

本文采用三維黏彈性有限元數(shù)值模擬的方法和分裂節(jié)點(diǎn)技術(shù)，對(duì)發(fā)生在研究區(qū)域內(nèi)的7個(gè)地震進(jìn)行模擬，得到了地震形變引發(fā)的庫(kù)侖應(yīng)力的從新分配、區(qū)域構(gòu)造加載作用對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的庫(kù)侖應(yīng)力的持續(xù)加載和7個(gè)地震的不同應(yīng)力響應(yīng)：鮮水河斷裂帶上的6個(gè)地震受區(qū)域構(gòu)造加載的持續(xù)作用積累應(yīng)力，從1923年?duì)t霍—恰叫地震震前積累的庫(kù)侖應(yīng)力的17%增加到1981年道孚地震震前積累的庫(kù)侖應(yīng)力的37%.地震之間相互觸發(fā)作用明顯,例如，1923年?duì)t霍—恰叫地震的庫(kù)侖應(yīng)力積累主要來自1893年八美地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累(占57%)；1955年康定—折多塘地震的庫(kù)侖應(yīng)力積累的66.7%來自1893年八美地震形變和1923年?duì)t霍—恰叫地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累；1981年道孚地震前積累的庫(kù)侖應(yīng)力有49%來自1893年八美地震形變、1923年?duì)t霍—恰叫地震形變和1973年?duì)t霍地震形變引起的庫(kù)侖應(yīng)力積累.而鮮水河斷裂帶上的地震活動(dòng)減少了2008年MS7.9汶川地震的庫(kù)侖應(yīng)力積累，這意味著鮮水河斷裂帶上地震活動(dòng)可能不會(huì)直接觸發(fā)汶川地震(Shan et al., 2013)，地震發(fā)生的庫(kù)侖應(yīng)力的積累主要來源于區(qū)域構(gòu)造加載作用(見表2)，而下地殼的黏性松弛作用對(duì)地震發(fā)生具有較小影響，這與Hu等(2012)的結(jié)果一致，與He等(2011)和Xu等(2013)的結(jié)果相反.

4.2在過去100年時(shí)間里，區(qū)域構(gòu)造加載在地震發(fā)生過程中的作用

從數(shù)值模擬結(jié)果上來看，區(qū)域構(gòu)造加載作用越來越明顯，在其持續(xù)作用下，庫(kù)侖應(yīng)力向青藏高原東南方向持續(xù)增加，由于受到四川盆地比較硬的地殼的阻擋，首先在汶川發(fā)生MS7.9地震，此次地震呈長(zhǎng)條狀向北東方向展布，并釋放了已積累的大部分庫(kù)侖應(yīng)力，而鮮水河斷裂帶和龍門山斷裂帶交匯方向的庫(kù)侖應(yīng)力得到了積累，與Shan等(2013)中得到的由于汶川地震誘發(fā)的破裂庫(kù)侖應(yīng)力在康定城西北125 km的區(qū)域有所增加的結(jié)果一致.這也許是引發(fā)2013年4月20日蘆山縣(30.3°N,103.0°E)MS7.0地震和2014年11月22日康定縣(30.3°N，101.7°E)MS6.3地震的原因之一.

4.3研究區(qū)域的地震危險(xiǎn)性評(píng)估

數(shù)值模擬的結(jié)果(圖6a—6j)表明，鮮水河斷裂帶上的地震首先沿?cái)鄬臃e累庫(kù)侖應(yīng)力，斷層兩側(cè)釋放庫(kù)侖應(yīng)力(圖6a—6c)，隨著后續(xù)地震的密集，斷層積累的庫(kù)侖應(yīng)力逐漸釋放(圖6j)，斷層兩端庫(kù)侖應(yīng)力增強(qiáng)(1973年?duì)t霍地震北側(cè)和1955年康定—折多塘地震的東南方向)，同時(shí)區(qū)域構(gòu)造加載作用積累的庫(kù)侖應(yīng)力也逐漸增強(qiáng)，主要積累在鮮水河斷裂帶的北東向和龍門山斷裂帶的西南向以及鮮水河斷層的南向(見圖6h—6j紅色區(qū)域).汶川地震所在的龍門山斷裂帶處于鮮水河斷裂帶上的地震的庫(kù)侖應(yīng)力的釋放區(qū)域，其庫(kù)侖應(yīng)力積累主要來源區(qū)域構(gòu)造加載作用(見表2)，積累的庫(kù)侖應(yīng)力的值比較小，幾乎看不出具有孕震危險(xiǎn)性(見圖6k)，所以汶川地震的引發(fā)可能與區(qū)域構(gòu)造加載的持續(xù)作用導(dǎo)致的斷層的緩慢滑移(Zhang, 2013)、地震發(fā)生的深層過程和動(dòng)力學(xué)響應(yīng)(滕吉文等,2008)或者與地殼內(nèi)極高壓甲烷天然氣團(tuán)(岳中琦，2013)等其他地震機(jī)理有關(guān).汶川地震的爆發(fā)致使龍門山斷裂帶和兩側(cè)的大部分地區(qū)庫(kù)侖應(yīng)力得到全部釋放(見圖6l)，而龍門山斷裂帶的兩端庫(kù)侖應(yīng)力積累最多，特別是汶川西南部，這可能是2013年雅安地震庫(kù)侖應(yīng)力積累的主要來源.

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(本文編輯何燕)

Dynamic responses of the Xianshuihe and Longmenshan fault zones to regional tectonic loading

WANG Xiao-Fang1, XIAO Jie2, XU He-Hua1, HE Jian-Kun2

1KeyLaboratoryoftheMarginalSeaGeology,SouthChinaSeaInstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510301,China2KeyLaboratoryofContinentalCollisionandPlateauUplift,InstituteofTibetanPlateauResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China

AbstractIn order to study the trigger interaction between the Wenchuan earthquake and the earthquakes on the Xianshuihe fault zone as well as the stress changing with the effect of regional tectonic loading, we have studied the seven major earthquakes in the Xianshuihe and Longmenshan fault zones.

The regional tectonic loading is approximated by velocity boundaries from GPS data. The split-node technique was used to simulate the earthquakes in upper crust. With the three-dimensional viscoelastic finite element code we simulated the evolution of Coulomb stress.

The results show that the trigger interaction between the Wenchuan earthquake and the earthquakes on Xianshuihe fault zone is different. The trigger interaction is obvious on the Xianshuihe fault zone (except the Litang earthquake in 1948 and the Luhuo earthquake in 1973), as 17 to 38 percentages′ Coulomb stress increasing was caused by regional tectonic loading, other 49 to 67 percentages of stress was contributed by earthquake deformation. However, part of the Coulomb stress was released by the earthquakes that happened from 1893 to 1981. So it is impossible that the Wenchuan earthquake was triggered by the earthquakes in the past. The Coulomb stress in the Wenchuan earthquake was mainly increased from regional tectonic loading. With occurrence of this earthquake, the certain region released almost all the Coulomb stress and became into a new condition.

KeywordsWenchuan earthquake; Longmenshan fault zone; Xianshuihe fault zone; Coulomb failure stress; Finite element modeling

基金項(xiàng)目中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所青年人才領(lǐng)域前沿項(xiàng)目(SQ201211)資助.

作者簡(jiǎn)介王曉芳，女，1978年生，助理研究員，主要從事地球動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬方面的研究.E-mail:wangxf@scsio.ac.cn

doi:10.6038/cjg20160421 中圖分類號(hào)P315

收稿日期2015-02-21，2016-01-12收修定稿

王曉芳， 肖捷， 許鶴華等. 2016. 龍門山和鮮水河斷裂帶對(duì)區(qū)域構(gòu)造加載作用的動(dòng)態(tài)響應(yīng).地球物理學(xué)報(bào)，59(4):1403-1413,doi:10.6038/cjg20160421.

Wang X F, Xiao J, Xu H H, et al. 2016. Dynamic responses of the Xianshuihe and Longmenshan fault zones to regional tectonic loading.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(4):1403-1413,doi:10.6038/cjg20160421.