中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層的強震震間晚期綜合判定

邵志剛，武艷強，季靈運，刁法啟，石富強，李玉江，龍鋒，張輝，朱良玉，陳長云，王武星，魏文薪 ，王芃，劉曉霞，劉琦，潘正洋，尹曉菲，劉月，馮蔚，鄒鎮(zhèn)宇，曹建玲， 徐晶，韓立波，程佳，魯人齊0，徐岳仁，李西，孫鑫喆

1 中國地震局地震預(yù)測研究所，地震預(yù)測重點實驗室，北京 100036 2 中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180 3 中國地震局第二監(jiān)測中心，西安 710054 4 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院，武漢 430074 5 陜西省地震局，西安 710068 6 國家自然災(zāi)害防治研究院，北京 100085 7 四川省地震局，成都 610044 8 甘肅省地震局，蘭州 730013 9 中國地震局地球物理研究所，北京 100081 10 中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029 11 云南大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，昆明 650500

0 引言

強震因強烈破壞性和災(zāi)害的不可逆轉(zhuǎn)性，成為影響社會發(fā)展和百姓福祉的嚴重威脅，因此強震預(yù)報有著強烈的社會需求.當然，對于地震綜合預(yù)測結(jié)論必須給出確定的“時、空、強”三要素，而且最好能用定量的方式表述預(yù)測結(jié)果（陳運泰，2009）.對于這三個要素，目前給出準確的預(yù)測結(jié)果仍比較困難，但是否可以針對單個要素適當放寬要求并通過不斷改進和完善，以期達到提高地震預(yù)報準確性的效果.

其中對于時間預(yù)測來講，針對強震孕育發(fā)生過程不同階段，時間可分為：同震、震后、震間和震前四個時間段，而震間又分為：早期、中期和晚期（力武常次，1978；Scholz,1998）.對于目標斷層來講，震前的時間尺度、物理機制、有效監(jiān)測等方面仍存在諸多問題.比較現(xiàn)實的是，進一步放寬對時間精度的要求，能否利用現(xiàn)有技術(shù)方法來確定目標斷層是否處于強震孕育晚期.

近20年來基于較密集觀測資料的積累、理論計算方法的發(fā)展、實際地震活動的檢驗，在很多強震前地震地質(zhì)、大地測量、地震活動、數(shù)值模擬等不同學(xué)科均有研究方法用于強震長期危險性分析，而且取得較好的長期預(yù)測效果.其中有些用于強震孕育晚期判定的有效研究方法，對2010年智利8.8級、2011年日本9.0級、2014年智利8.1級、2015年尼泊爾8.1級等地震做出了較好的強震背景預(yù)測（Madariaga et al.,2010；Hashimoto et al.,2009;Loveless and Meade,2010；Schurr et al.,2014；Avouac et al.,2015）；例如，2010年智利8.8級地震發(fā)生后就有學(xué)者在Science上發(fā)表文章稱，早在十幾年前就知道要發(fā)生大地震（Madariaga et al.,2010）.因此，2011年日本9級地震后，著名地震學(xué)家金森博雄呼吁更好地利用已有技術(shù)手段來改進地震預(yù)報研究（Kanamori,2012）.

可用于震間晚期判定的方法，概括起來最具代表性的有，地震地質(zhì)的強震破裂空段、大地測量的斷層運動閉鎖段、地震活動的中小地震稀疏段、數(shù)值模擬的庫侖應(yīng)力增強顯著段等，從震例角度來講，這些方法在很多強震之前都有很好的研究結(jié)果.但對于震間晚期來講，這些方法給出的強震孕育晚期大多數(shù)判定依據(jù)是必要不充分條件，即斷層處于強震孕育晚期時多呈現(xiàn)為強震破裂空段、大地測量的斷層運動閉鎖段、數(shù)值模擬的庫侖應(yīng)力增強顯著段，部分出現(xiàn)地震活動的中小地震稀疏段，但出現(xiàn)上述特征時，目標斷層并不一定處于強震孕育晚期.因此，本文嘗試根據(jù)以往震例表現(xiàn)，采用上述方法綜合給出強震孕育晚期判定.

中國大陸是典型的大陸動力學(xué)環(huán)境，“垂向分層，橫向分塊”是大陸活動地塊發(fā)生相對運動和變形是“陸內(nèi)變形”的重要方式之一.而活動地塊是指被形成于晚新生代、晚第四紀（10—12萬年）至今仍強烈活動的構(gòu)造所分割和圍限、具有相對統(tǒng)一運動方式的地質(zhì)單元（張培震等，2003），中國大陸地區(qū)共有6個I級活動地塊，22個II級活動地塊；而介于活動地塊之間的便是活動地塊邊界帶，目前確認的活動地塊邊界帶有26個（圖1）.中國大陸主要構(gòu)造變形和淺源強震大都發(fā)生在邊界帶上，有歷史記載以來幾乎全部8 級和超過80%的7 級以上強震發(fā)生在活動地塊邊界帶上（張國民等，2005；張培震等，2013；圖1）.

所以，本文以中國大陸活動地塊邊界帶為研究對象，根據(jù)活動斷層研究結(jié)果，重點關(guān)注中國大陸地區(qū)的391個斷層段（圖2），嘗試綜合應(yīng)用強震破裂空段、斷層運動閉鎖段、庫侖應(yīng)力顯著增強段和中小地震稀疏段等方法來判定處于強震孕育晚期的斷層段，期望能給長期地點預(yù)測提供可參考的科學(xué)依據(jù).

1 強震破裂空段

強震破裂空段是指板塊邊界帶或活動塊體邊界帶等大型構(gòu)造帶內(nèi)，長時間未發(fā)生強震破裂的斷層段（Sykes,1971），這些段落相對于發(fā)生強震破裂不久的斷層段所積累的斷層應(yīng)力應(yīng)變更高，因而，強震破裂空段成為強震預(yù)測的重要方法（M7專項工作組，2012）.

在上述強震空間和時間上并非完全隨機的認識下，從長期預(yù)測角度來看，強震破裂空段取得較好的地點預(yù)測效果，成為高震級地震地點預(yù)測的重要地震地質(zhì)學(xué)標志（徐錫偉等，2017）.例如，2004年蘇門答臘9.2級地震（Kagan and Jackson,1991）、2014年智利8.1級地震（Kagan and Jackson,1991;Nishenko,1991）、2010年智利8.8級地震（Nishenko,1991;Madariaga et al.,2010）、2015年尼泊爾8.1級地震（Bilham et al.,2001；Bollinger et al.,2014）等均發(fā)生在強震破裂空段.在中國大陸長期重點危險區(qū)判定中同樣發(fā)揮重要作用，例如，2008年汶川8.0級地震、2010年玉樹7.1級地震、2013年蘆山7.0級地震等均發(fā)生在強震破裂空段（M7專項工作組，2012；《2006～2020年中國大陸地震危險區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測研究》項目組，2007）.

圖1 中國大陸地區(qū)活動地塊與歷史強震空間分布圖圖中名稱為二級活動地塊名稱，編號為活動地塊邊界帶編號（張培震等，2003；張國民等，2004）.Fig.1 Active tectonic blocks in Chinese mainland and its spatial distribution of historical strong earthquakesThe font is the name of secondary active blocks,the number represents the boundary zone of active tectonic block （Zhang et al.,2003;Zhang et al.,2004）.

圖2 中國大陸地區(qū)活動地塊邊界帶及其主要斷層空間分布圖（張培震等，2003；張國民等，2004）Fig.2 The distribution of the boundary zone of active tectonic block and main faults in Chinese mainland （Zhang et al.,2003;Zhang et al.,2004）

對于活動構(gòu)造帶內(nèi)強震破裂空段的工作基礎(chǔ)是古地震、歷史地震和現(xiàn)代地震的同震破裂信息，具體包括強震發(fā)生時間、同震破裂空間展布、同震破裂平均位錯矢量或破裂過程等.對于保存于地質(zhì)記錄中的史前和歷史沒有明確記載的古地震事件，一般通過強震破裂地表遺跡探測技術(shù)、古地震年代測定技術(shù)等確定古地震同震破裂信息（冉勇康和鄧起東，1999；冉勇康等，2014）.對于歷史地震，還有地震災(zāi)害的歷史文字記載可以用于判定極震區(qū)、地表破裂等空間展布（Wen et al.,2008）；而對于現(xiàn)代地震，可以用于同震破裂過程或同震位錯反演的資料越來越多，包括大地測量儀器、地震儀、強震儀等各種資料.依據(jù)古地震、歷史地震和現(xiàn)代地震的同震破裂，結(jié)合活動構(gòu)造相關(guān)研究，確定具體斷層段的斷層分段、滑動速率、強震離逝時間、復(fù)發(fā)周期等（鄧起東和聞學(xué)澤，2008），這些地震地質(zhì)研究結(jié)果是長期地震預(yù)測的重要基礎(chǔ)，是判定強震破裂空段的主要依據(jù).

而實際判定過程中強震破裂空段分為兩類：（1）高離逝率空段（離逝率等于上次強震距離現(xiàn)在的時間與復(fù)發(fā)周期的比值），上次強震離逝時間接近或超過復(fù)發(fā)周期的斷層段；（2）歷史缺震空段，沒有離逝率相關(guān)研究結(jié)果，且沒有歷史強震記錄的斷層段（徐錫偉等，2017）.本文收集整理了已有的研究結(jié)果，主要包括“八五”期間中國大陸中長期強震預(yù)測研究結(jié)果（時振梁等，1997）、第二版中國大陸地震重點監(jiān)視防御區(qū)研究結(jié)果（《2006～2020年中國大陸地震危險區(qū)與地震災(zāi)害損失預(yù)測研究》項目組，2007）、M7工作研究結(jié)果（M7專項工作組，2012）、活動斷層探察等地震地質(zhì)研究結(jié)果（徐錫偉等，2016，2017），中國大陸目前能識別出的強震破裂空段共有66個，其中高離逝率空段29個，缺震空段37個（圖3）；當然，現(xiàn)有結(jié)果的完備程度需要更全面的活動斷層探察工作，研究工作需要更準確的測試技術(shù).

圖3 中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層與強震破裂空段分布圖（張培震等，2003；張國民等，2004；徐錫偉等，2017）Fig.3 The distribution of main active faults and some strong seismic rupture gaps in the boundary zone of active tectonic blocks in Chinese mainland （Zhang et al.,2003;Zhang et al.,2004;Xu et al.,2017）

近年來隨著地貌觀測技術(shù)和測年技術(shù)的發(fā)展，古地震和歷史地震的同震破裂的相關(guān)信息越來越準確，強震破裂空段的判定會越來越可靠、越來越完備.但是對于地震地質(zhì)的研究方法來講，強震破裂空段除了測年的精度、破裂空間展布等問題外，還有兩個難題，一是沒有地表破裂或地表破裂不明顯的古地震事件的判定，另外一個是復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)強震空區(qū)的確定.

另外，強震離逝率是定量地描述特定斷層是否處于強震孕育晚期的有效參數(shù)，離逝率越大的強震破裂空段時間上越逼近下次強震，一般認為接近1的強震破裂空段存在強震危險性，但實際上有些強震破裂空段的離逝率超過，甚至達到4，仍沒發(fā)生地震（徐錫偉等，2017）.由中國大陸強震原地復(fù)發(fā)時離逝率的概率密度函數(shù)可知（聞學(xué)澤，1995），在離逝率為1左右的強震發(fā)生個數(shù)比例最高，但在離逝率為0.5～1.5范圍之間，也即離逝時間達到復(fù)發(fā)周期的一半后，強震的危險性會越來越高（圖4b）.

圖4 中國大陸強震發(fā)生時離逝率的概率密度函數(shù)（a）及積累概率函數(shù)（b）藍線和紅線分別代表對數(shù)正態(tài)函數(shù)與布朗時間過程函數(shù).Fig.4 Probability density function （a） and accumulation probability function （b） of lapse rate during strong earthquakes in Chinese mainlandBlue line and red line represent logarithm-normal function and Brownian time process function respectively.

2 斷層運動閉鎖段

彈性回跳理論的基礎(chǔ)觀測資料是1906年舊金山大地震震前、同震三角測量資料給出的地震前后地殼變形.該理論認為，由于震前圣安德烈斯斷層兩側(cè)地塊存在相對運動，而斷層處于閉鎖狀態(tài)，導(dǎo)致了斷層附近地殼中彈性應(yīng)變能的積累，當應(yīng)變積累到臨界點后斷層回跳發(fā)生錯動，產(chǎn)生地震波動（Reid,1910）.此后，隨著大地測量觀測儀器的不斷改進和震例的不斷豐富，逐漸認識到地震過程具體應(yīng)分為震間（孕育）、同震（發(fā)生）和震后（后效）（力武常次，1978）.而不同孕震階段跨斷層地殼形變具有不同的表現(xiàn)形式（圖5；Savage and Burford，1973；Savage and Prescott，1973；Meade and Hager,2005）；而且斷層上地震應(yīng)變的積累以及震后變形調(diào)整不僅與上地殼脆性層有關(guān)，還與下地殼或上地幔深部韌性層長期穩(wěn)態(tài)相對運動有關(guān)（Nur and Mavko,1974；Deng et al.,1998）；在大量研究基礎(chǔ)上，Scholz（1998）給出了斷層運動在強震孕育發(fā)生不同階段隨深度變化的理論模式.處于震間不同階段的斷層運動與地表變形速率空間分布特征之間的理論關(guān)系，是利用大地測量觀測資料開展孕震階段判定的理論基礎(chǔ).

圖5 斷層運動不同階段地殼地表變形速率空間分布示意圖（Meade and Hager,2005）（a） 斷層處于同震（紅色）、震間期（橙色）地表變形速率空間分布及和斷層兩側(cè)地塊平均相對運動速率（黑色）空間分布示意圖；（b） 斷層處于強震孕育階段不同時期的地表變形速率空間分布示意圖，黃色為孕震早期、橙色為孕震中期、紅色為孕震晚期.圖中v是地表變形速度,v0是斷層長期滑動速率，x是點位與斷層的距離，D是斷層閉鎖深度.Fig.5 The map of spatial distribution of crustal surface deformation rate at different stages of fault movement （Meade and Hager,2005）（a） Spatial distribution diagram of surface deformation rate during coseismic （red） and interseismic period （orange） of the fault and the spatial distribution of average relative movement rate （black） of blocks on both sides of the fault;（b） Spatial distribution diagram of surface deformation rate at different stages of the fault in the strong earthquake preparation stage,yellow is the early seismogenic stage,orange is the epicenter stage,and red is the late seismogenic stage.In the figure,v is the surface deformation velocity,v0 is the long-term slip rate of the fault,x is the distance between the point and the fault,and D is the fault locking depth.

而基于斷層運動特征分析目標斷層所處的孕震階段的技術(shù)基礎(chǔ)，則是負位錯、位錯解析解、位錯數(shù)值模擬等.Matsu′ura等（1986）提出負位錯理論模型，該模型認為受震間構(gòu)造應(yīng)力的加載作用引起的發(fā)生在深部“延性”區(qū)域相對運動，可認為是無應(yīng)變積累的剛性塊體運動加上淺部“脆性”閉鎖層的反方向均勻位錯；與此同時，關(guān)于斷層運動引起地殼變形的計算理論逐漸成熟，尤其是Okada的解析解（Okada,1985,1992）為相關(guān)地震變形的模擬和反演提供非常堅實的理論基礎(chǔ).

近年來利用大地測量給出的地殼變形速率為約束，基于Okada理論計算和負位錯理論模型，通過斷層運動反演確定斷層震間強閉鎖區(qū)，進而判定目標斷層是否處于震間晚期階段，累積了越來越多的震例，例如，2010年智利8.8級、2011年日本9.0級、2014年智利8.1級、2015年尼泊爾8.1級等地震（Hashimoto et al.,2009;Madariaga et al.,2010；Loveless and Meade,2010；Schurr et al.,2014；Avouac et al.,2015）.其中對于觀測比較好的地方，應(yīng)用比較多的軟件是DEFNODE（McCaffrey et al.,2000；McCaffrey,2002），該軟件基于Okada模型，以地表變形觀測為約束，反演斷層運動速率，結(jié)合地震地質(zhì)研究給出的活動斷層最新地質(zhì)年代的斷層平均運動速率，給出斷層運動閉鎖程度，一般認為處于震間晚期的斷層運動閉鎖程度較強.而對于觀測基礎(chǔ)不太好的地區(qū)，基于負位錯理論利用反正切的方法反演斷層閉鎖深度，一般認為震間晚期的斷層運動閉鎖深度較深.

而依據(jù)現(xiàn)有中國大陸大地測量觀測資料開展斷層孕震階段的判定，對中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層的391個斷層段，本文將閉鎖程度結(jié)果分為4類，即強閉鎖、部分閉鎖、不閉鎖及無資料.強閉鎖是指斷層段的閉鎖深度接近該區(qū)域孕震層深度，且閉鎖率不低于0.8，例如，川滇地區(qū)小江斷裂帶南段、安寧河斷裂帶等.部分閉鎖是指斷層段的閉鎖深度小于該區(qū)域孕震層深度，但大于10 km，且閉鎖率不低于0.8，例如，青藏高原北部地區(qū)阿爾金斷裂（Li et al.,2018）；或者斷層段的閉鎖深度接近該區(qū)域孕震層深度，閉鎖率在0.6至0.8之間，例如，川滇地區(qū)鮮水河斷裂帶中段等（Jiang et al.,2015）.不閉鎖是指斷層段的閉鎖深度小于5 km，例如，川滇地區(qū)龍門山斷裂帶北段、小江斷裂帶中段等.無資料是指斷層段附近區(qū)域的大地測量資料不充分，無法得到可靠的反演結(jié)果，例如，川滇地區(qū)瀾滄江斷裂、新疆地區(qū)興地斷裂等.對于無法開展二維反演的部分地區(qū)采用反正切的方法確定閉鎖深度，如果閉鎖深度達到或接近彈性層上地殼厚度則認為是強閉鎖，而閉鎖深度較淺的認為不閉鎖，例如，海原斷裂帶閉鎖深度僅1 km左右（Cavalié et al.,2008），因此被認為有可能仍處于震后調(diào)整階段（M7專項工作組，2012）.

利用現(xiàn)有大地測量觀測資料為約束，反演中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層391個斷層段的斷層運動閉鎖程度，目前能識別出強閉鎖斷層段103個，部分閉鎖斷層段58個，不閉鎖斷層段64個，無資料斷層段166個（圖6）.

中國大陸活動地塊邊界帶的391個斷層段，目前大約有40%無法開展斷層運動反演工作.而監(jiān)測能力的提升，并非單靠簡單的空間加密就能改變的，因為地表變形觀測對深度約束能力畢竟有限，例如，對于監(jiān)測能力較好的美國圣安德列斯斷層中段，斷層運動速率反演空間分辨率由淺層的2～5 km，到20 km深度會達到20 km左右（Jolivet et al.,2015）.我們通過理論反演實驗，來討論最優(yōu)觀測方案，針對不同閉鎖深度的斷層運動模型，通過理論計算地表運動速率，對不同閉鎖深度模型對應(yīng)的跨斷層地表運動速率剖面，重點分析刻畫地殼運動速率梯度所需的測點間距；然后以理論計算地表運動速率為約束，通過反演分析不同深度空間分辨率.理論分析認為，每個斷層分段布設(shè)跨斷層GPS觀測剖面，斷層附近50 km范圍內(nèi)臺間距2～5 km，超過50 km臺間距20 km，其單個剖面斷層運動一維反演空間分辨率和精度如圖7；剖面間沿斷層兩側(cè)布設(shè)約20 km間距，經(jīng)過理論測試該綜合加密觀測方案的空間分辨率應(yīng)該能滿足識別出7級地震凹凸體的監(jiān)測需求.

3 斷層庫侖應(yīng)力顯著增強段

斷層應(yīng)力累積水平計算的常用方法是斷層面上庫侖應(yīng)力變化數(shù)值模擬，而很多震例表明，強震引起的庫侖應(yīng)力變化可以用于強震地點的長期預(yù)測.尤其是1999年土耳其伊茲米特7.4級地震之后該研究引起地震學(xué)界普遍關(guān)注，在此地震前Nalbant等（1998）和Stein等（1997）利用歷史強震引起的同震變化分析認為，土耳其北安納托利亞斷層存在強震危險.震后不同物理機制也在地震活動之間庫侖應(yīng)力的影響中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，例如，1992年美國蘭德斯7.3級地震對1999年赫可托礦地震庫侖應(yīng)力影響中震后黏滯松弛作用起到關(guān)鍵作用（Freed and Lin,2001）.而震后黏滯松弛作用可能會持續(xù)數(shù)十年甚至上百年（Lorenzo-Martín et al.,2006），有些震例表明周邊強震引起的震后黏滯松弛作用在某些時段有可能達到構(gòu)造加載作用的水平（徐晶等，2013），例如，2008年汶川8.0級地震震后黏滯松弛在鮮水河斷裂帶中段引起的震后庫侖應(yīng)力變化隨著時間的累積量可能會達到甚至超過同震引起的庫侖應(yīng)力變化（圖8）.而在震后黏滯松弛作用引起的庫侖應(yīng)力變化實際計算過程中，區(qū)域殼幔黏滯模型的確定非常重要（Freed and Lin,2001），其主要方法有：（1）基于震后形變觀測做約束反演得到區(qū)域殼幔黏滯結(jié)構(gòu)（Deng et al.,1998；Diao et al.,2014）；（2）基于地表運動速率和殼幔溫度約束反演得到區(qū)域殼幔黏滯結(jié)構(gòu)（Copley,2008；石耀霖和曹建玲，2008）.

圖6 中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層與各斷層閉鎖程度結(jié)果分布圖Fig.6 The distribution of main active faults and their locking degree in the boundary zone of active tectonic blocks in Chinese mainland

圖7 不同斷層閉鎖深度反演分析（a），垂向反演空間分辨率和精度（b）（a） 依據(jù)不同閉鎖深度斷層運動模型給出的地表測點數(shù)值模擬結(jié)果做約束，進行斷層運動反演測試，給出不同斷層閉鎖深度模型的空間分辨率（km）和反演精度（mm）；（b） 為基于15—20測點跨斷層GPS剖面觀測方案的一維垂向反演的空間分辨率和精度.Fig.7 Inversion of different fault locking depths （a）,Spatial resolution and accuracy of vertical inversion （b） （a） Inversion test of fault motion was conducted based on the numerical simulation results of surface measurement points given by fault motion models with different locked depths,and the spatial resolution （km） and inversion accuracy （mm） of models with different locked depths were given.（b） shows the spatial resolution and accuracy of one-dimensional vertical inversion based on GPS profile observation scheme across faults at 15—20 survey points.

圖8 2008年汶川8.0級地震在鮮水河斷裂帶色拉哈—康定段引起的庫侖應(yīng)力變化（a） 2008年汶川8.0級地震引起的同震庫侖應(yīng)力變化，接收斷層為色拉哈—康定段的斷層，深度10 km；（b） 汶川地震引起的同震和震后庫侖應(yīng)力累積變化.Fig.8 Coulomb stress changes caused by the 2008 MS8.0 Wenchuan earthquake in the Salah-Kangding segment of the Xianshuihe fault zone（a） shows the coseismic Coulomb stress change caused by the 2008 Wenchuan MS8.0 earthquake.The geometry of the receiving fault is the fault geometry of the Salah-Kangding section,with a depth of 10 km.（b） shows the coseismic and post-seismic Coulomb stress accumulation changes caused by Wenchuan earthquake.

庫侖應(yīng)力計算基礎(chǔ)資料包括歷史強震同震位錯信息、接收斷層信息和殼幔黏滯系數(shù).因此，在進行庫侖應(yīng)力計算前開展了大量基礎(chǔ)資料收集工作.一是整理了中國大陸及周邊179次歷史強震同震位錯，以及391個斷層段的地震地質(zhì)研究結(jié)果（徐錫偉等，2016）.二是通過基于震源機制解的應(yīng)力張量反演，確定缺乏明確地震地質(zhì)研究結(jié)果的斷層段和活動地塊內(nèi)部的接收斷層參數(shù)（Toda and Enescu,2011），共計得到中國大陸及周邊地區(qū)12424次地震事件的震源機制解.三是系統(tǒng)梳理了利用中國大陸強震震后位移、地殼變形速率和溫度模型等方法，給出的不同區(qū)域殼幔短期黏滯系數(shù)和長期黏滯系數(shù)（石耀霖和曹建玲，2008）.

基于收集的中國大陸及周邊179次強震震源參數(shù)和不同分區(qū)殼幔黏滯系數(shù)，利用德國地學(xué)研究中心汪榮江研究員開發(fā)的庫侖應(yīng)力計算程序PSGRN/PSCMP（Wang et al.,2006），分區(qū)計算了區(qū)域歷史強震對活動地塊邊界帶主要斷層各斷層段和活動地塊內(nèi)部的庫侖應(yīng)力變化.

中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層391個斷層段中，庫侖應(yīng)力顯著增強（庫侖應(yīng)力增強不少于0.1 MPa）的斷層段有107個，庫侖應(yīng)力增強（庫侖應(yīng)力增強處于0.01～0.1 MPa）的斷層段有84個（圖9）.

4 中小地震稀疏段

根據(jù)以往震例，1999年中國臺灣集集7.6級（Lin,2001）、2004年蘇門答臘9.0級（Katsumata,2015）、2011年日本9.0級（Katsumata,2011）等地震震前震源區(qū)存在中小地震活動較弱區(qū)域.針對中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層的各斷層段，基于1970年以來中小地震目錄，以斷層節(jié)點為中心，統(tǒng)計該剖面內(nèi)3級以上地震的數(shù)量，按照各斷層段所在邊界帶進行活動程度歸一化處理，若歸一化地震活動程度小于0.4，判定該斷層段為中小地震稀疏段.例如，川滇地區(qū)龍日壩斷裂帶中段、安寧河斷裂帶南段.

另外，1989年美國加州7.1級地震震前震源區(qū)中小地震呈現(xiàn)立體圍空現(xiàn)象（Olson,1990），僅通過地震事件經(jīng)緯度可能識別不出中小地震稀疏段.因此，針對南北地震帶、天山地震帶和華北地區(qū)等重點區(qū)域，采取中小地震重新定位方法（Long et al.,2015），對區(qū)域剖面的定位結(jié)果進行分析，進而確定是否為中小地震稀疏段.例如，天橋溝—黃羊川斷裂、小金河斷裂南段.

利用上述方法，逐一對中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層391個斷層段進行分析，共識別出中小地震稀疏段83個（圖10），需要說明的是，由于監(jiān)測能力的原因，并未對青藏高原內(nèi)部進行中小地震稀疏段的分析.

5 強震孕育晚期綜合判定與結(jié)果

從以往震例來看，強震破裂空段、斷層運動閉鎖段、斷層庫侖應(yīng)力增強段是強震孕育晚期判定的必要不充分條件，而中小地震稀疏段的震例相對較少，基于國內(nèi)外強震預(yù)測效果實際情況（表1），分別賦予強震破裂空段、斷層運動閉鎖段、中小地震稀疏段、斷層庫侖應(yīng)力增強段等4個震間晚期判定方法3.0、3.0、1.0、3.0的權(quán)重，各類方法具體權(quán)重分配規(guī)則（圖11）：（1）高離逝率強震破裂空段為3.0，歷史缺震空段為2.0；（2）斷層運動強閉鎖段為3.0，部分閉鎖為1.5；（3）中小地震稀疏段為1.0；（4）庫侖應(yīng)力增強≥0.1 MPa為3.0，（0.1～0.01） MPa為0.15，綜合加權(quán)給出目標斷層的震間晚期判定系數(shù).這種策略與美國加州地區(qū)震級判定中間部分過程類似（Field et al.,2014），只不過本文更多地參考方法在實際震例中的印證情況.

圖12為中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層各斷層段的震間晚期判定系數(shù)空間分布圖.一般情況，強震發(fā)生后，發(fā)震斷層段的離逝率低，處于震間晚期的可能性相對較小；中國大陸7級淺源地震（西部1900年以來，東部1484年以來）的發(fā)震斷層，約90%的震間晚期判定系數(shù)<5.0.因此，基于現(xiàn)有地震觀測資料分析認為，震間晚期判定系數(shù)≥5.0斷層處于震間晚期的可能性較大.

由圖12可見，中國大陸地區(qū)可能處于強震震間晚期的斷層段主要有：

中國大陸東部的郯廬斷裂帶的宿遷—嘉山段、萊州灣段、下遼河段、五常段，河北平原地震帶磁縣—鶴壁段，環(huán)鄂爾多斯的桌子山西緣斷裂、狼山山前斷裂、黃河斷裂臨武段、六盤山東麓斷裂、小關(guān)山斷裂、渭河斷裂、隴縣—岐山—馬昭斷裂、大青山山前斷裂、懷安鎮(zhèn)盆地北緣斷裂、陽原盆地南緣斷裂、交城斷裂、中條山山前斷裂，東南沿海的濱海斷裂東北段；

青藏高原北部地區(qū)的托萊山斷裂、冷龍嶺斷裂、日月山斷裂、天橋溝—黃羊川斷裂、長嶺山北麓斷裂、金強河斷裂、毛毛山斷裂、老虎山斷裂、香山天景山斷裂東南段，西秦嶺北緣斷裂的鍋麻灘段、黃香溝段、漳縣段與臨潭—宕昌斷裂，東昆侖斷裂帶西大灘—東大灘段、瑪沁—瑪曲段、瑪曲—荷葉段、塔藏段，阿爾金斷裂阿克塞段、疏勒河段、瑪依色列克—茫崖段、索爾庫里段，康西瓦斷裂；青藏高原中南部及川滇地區(qū)的喜馬拉雅主斷裂中西段、中東段，嘉黎斷裂，甘孜玉樹斷裂當江段，班公怒江縫合帶東段，龍日壩斷裂中段、北段，鮮水河斷裂中南段，龍門山斷裂帶南段，小金河—麗江斷裂中段，理塘斷裂大毛埡壩段、沙灣段，安寧河斷裂、大涼山斷裂、馬邊斷裂、昭通斷裂、小江斷裂巧家—東川段、小江斷裂建水段，南汀河斷裂南段、龍陵—瑞麗斷裂、孟連斷裂，楚雄—建水斷裂、紅河斷裂中南段、程海斷裂南段、元謀—昔格達斷裂羅川以南段；

圖11 4類方法的權(quán)重分配規(guī)則確定震間晚期判定系數(shù)Fig.11 The judgment coefficients of the late stage of interseismic period determined by the rules of the weight allocation in four kinds of methods

南天山地區(qū)的邁丹斷裂、柯坪斷裂、霍拉山斷裂、庫木格列木斷裂，北天山地區(qū)的博阿斷裂、阜康斷裂、達爾布特斷裂.

本文結(jié)果只是基于現(xiàn)有給出的判定結(jié)果，有些判定為處于震間晚期可能性較小的斷層段是由于資料不完備的原因，例如，青藏高原西部地區(qū)的地震地質(zhì)探察、大地測量觀測等基礎(chǔ)資料比較弱.

6 結(jié)論與討論

發(fā)震斷層的震間晚期判定是強震時間預(yù)測的基礎(chǔ)工作，雖然本文嘗試給出中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層的震間晚期判定結(jié)果，但結(jié)果的可靠程度、精細程度等均存在巨大的改善空間.其主要原因在于，目前有些區(qū)域的地震監(jiān)測能力較弱，例如，青藏高原中西部地區(qū)的大地測量、測震以及地震地質(zhì)探察均比較薄弱，另外，現(xiàn)今對于大陸型強震原地復(fù)發(fā)的動力學(xué)過程更多地停留在宏觀概念理論模型.

圖12 中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層及其震間晚期判定系數(shù)空間分布圖Fig.12 The spatial distribution of major faults in the boundary zone of active tectonic blocks in Chinese mainland and their judgment coefficients of the late stage of interseismic period

早在美國南加州地震中心成立時，地震學(xué)家們便期望通過努力構(gòu)建包括孕震斷層在內(nèi)的巖石圈應(yīng)力應(yīng)變時空演化模型，基于該模型能像氣象預(yù)報一樣開展物理預(yù)報（Aki，2002）；數(shù)十年來，全世界地震學(xué)家積累了大量地震學(xué)、大地測量、地震地質(zhì)等野外觀測資料，就斷層運動、斷層應(yīng)力、破裂模型等等涉及震源物理的眾多基礎(chǔ)研究逐漸深入，使得地震學(xué)家在強震物理預(yù)測方向有了更多期待（Avouac,2015）.斷層是否處于震間晚期，只是時間預(yù)測最初步工作，但對于這個問題，我們基本監(jiān)測和基礎(chǔ)研究仍有很大改善空間，另一方面，從震間晚期到震前階段的更進一步的時間預(yù)測判定，尚需更多的震例積累和理論研究.

基于板塊俯沖百年尺度強震輪回過程給出斷層運動模式，與斷層活動和強震孕育密切相關(guān)的地殼變形在時空上是不均勻的，這導(dǎo)致了震間不同階段的判定與強震原地復(fù)發(fā)的動力學(xué)過程密切相關(guān)，而中國大陸多數(shù)地區(qū)7級強震原地復(fù)發(fā)周期長達數(shù)千年（鄧起東等，1994），相關(guān)的斷層運動模式是否適用于中國大陸地區(qū)，也即描述不同孕震階段斷層運動時空演化特征的中國大陸地區(qū)強震斷層運動模式尚未明確.雖然與強震動力學(xué)過程有關(guān)的現(xiàn)代觀測涉及的頻段越來越寬，但均無法彌補數(shù)十年現(xiàn)代地球物理和大地測量觀測時間太短的缺陷.數(shù)百年至數(shù)千年的強震原地復(fù)發(fā)間隔正處于上述兩者間隙中，地震位錯、非地震斷層運動和區(qū)域地殼變形所形成的永久形變在強震輪回中的時空演化特征很難用現(xiàn)代觀測完整覆蓋（Tectonics Program,2003），因此，對中國大陸地區(qū)處于不同孕震階段的斷層段，開展地震地質(zhì)、大地測量、地震學(xué)和地球化學(xué)等加密觀測，以“空間換時間”的思路分析其整個強震過程不同階段的斷層運動、斷層應(yīng)力等震源物理特征，以此構(gòu)建大陸型震源物理動力學(xué)模型，然后逐漸積累更多的資料不斷完善模型，為大陸強震物理預(yù)測不斷提供更好的研究基礎(chǔ).

另外，2021年瑪多7.4級地震發(fā)生在巴顏喀拉塊體內(nèi)部，是我國大陸記錄到為數(shù)不多的活動地塊內(nèi)部的淺源7級地震，而活動地塊內(nèi)部的地殼變形機制、活動斷層形成與演化、強震孕育發(fā)生過程等與活動地塊邊界帶相關(guān)問題是不同的.而對于不同區(qū)域、不同學(xué)科，震源物理模型具體內(nèi)容存在較大差異，而且隨著監(jiān)測條件和科學(xué)認識不斷改進，既定震源物理模型也不斷調(diào)整與完善（Aki，2002；Jordan,2006;2017SCEC）.根據(jù)本文斷層震間階段判定過程和相關(guān)基礎(chǔ)研究，震源物理模型至少包括：斷層破裂模型、斷層運動模型、斷層應(yīng)力模型、地震活動模型等，為做好上述模型還需要更基礎(chǔ)的大地測量模型、流變模型、熱力學(xué)模型、結(jié)構(gòu)模型、介質(zhì)模型、地塊模型等（圖13）.只有針對中國大陸活動地塊邊界帶的震源物理模型不斷細化和完善，我國的主要斷層孕震階段的判定才更科學(xué)、更可靠，才能有效加強強震預(yù)測的物理基礎(chǔ).

圖13 中國大陸活動地塊邊界帶主要斷層震間晚期判定所需震源物理模型Fig.13 Physics of earthquake source model required for determining late stage of interseismic period of major faults in the boundary zone of active tectonic blocks in Chinese mainland

致謝衷心感謝中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所滕吉文院士、中山大學(xué)張培震院士、國家自然災(zāi)害防治研究院徐錫偉研究員和崔效峰研究員、北京大學(xué)沈正康教授、GFZ中心汪榮江研究員、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）熊熊教授和單斌教授、四川地震局聞學(xué)澤研究員、中國地震局地震預(yù)測研究所江在森研究員和田勤儉研究員、廣東工業(yè)大學(xué)王華教授、新疆地震局李杰研究員等對本工作的指導(dǎo)，資料的分享、軟件的幫助以及結(jié)果的討論；衷心感謝中國地震局科技與國際合作司車時司長、監(jiān)測預(yù)報司馬宏生副司長、張浪平處長、中國地震局地震預(yù)測所吳忠良所長、張曉東書記、中國地震局地球物理研究所王曙光處長等的指導(dǎo)、協(xié)調(diào)與幫助；還有國內(nèi)外關(guān)注地震研究的近百位老師、領(lǐng)導(dǎo)和同事為本次工作提供諸多無私幫助，由于篇幅所限，不能一一列出，在此一并表示感謝.