麗江與蘆山兩次MS7.0地震震例回溯研究及亞失穩(wěn)特征探討

李臘月　尹海權(quán)　馬伶俐　李智蓉　張超

摘要：基于川滇地區(qū)的跨斷層觀測(cè)資料，采用多種形變分析方法，針對(duì)川滇地區(qū)監(jiān)測(cè)狀況較好的1996年麗江、2013年蘆山兩次M_S7.0地震開展震例回溯研究，并以亞失穩(wěn)理論及實(shí)驗(yàn)室結(jié)果為指導(dǎo)，歸納總結(jié)跨斷層觀測(cè)獲得的斷層運(yùn)動(dòng)在亞失穩(wěn)階段的時(shí)空變化特征及可能的表現(xiàn)形式，尋找區(qū)域范圍內(nèi)斷層運(yùn)動(dòng)協(xié)同化現(xiàn)象，探索地震進(jìn)入亞失穩(wěn)狀態(tài)的跨斷層識(shí)別標(biāo)志。結(jié)果表明：兩次地震前，震源區(qū)在震前數(shù)年主要表現(xiàn)為弱變形的狀態(tài)，可能是孕震晚期發(fā)震斷層閉鎖、斷層近場(chǎng)應(yīng)力應(yīng)變積累趨于極限的表現(xiàn)。震源區(qū)邊緣附近300 km范圍內(nèi)在震前數(shù)月至3年出現(xiàn)顯著的斷層形變異常，斷層活動(dòng)具有協(xié)同化現(xiàn)象，但僅個(gè)別跨斷層場(chǎng)地觀測(cè)到了與實(shí)驗(yàn)室?guī)r石破裂失穩(wěn)過程類似的圖像，大多數(shù)場(chǎng)地僅僅觀測(cè)到了穩(wěn)態(tài)（線性階段）、亞穩(wěn)態(tài)（偏離線性階段）特征，亞失穩(wěn)態(tài)特征并不清晰，分析可能與跨斷層場(chǎng)地所處的構(gòu)造位置及觀測(cè)周期有一定關(guān)系。

關(guān)鍵詞：麗江M_S7.0地震；蘆山M_S7.0地震；跨斷層觀測(cè)；震例回溯；亞失穩(wěn)特征；川滇地區(qū)

中圖分類號(hào)：P315.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2023）04-0461-12

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0061

0引言

尋找地震前兆一直是國(guó)內(nèi)外地震預(yù)報(bào)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在目前地震成因及震孕育過程尚不完全清楚的情況下，在實(shí)驗(yàn)室開展巖石變形實(shí)驗(yàn)，觀測(cè)相關(guān)物理量的演化特征和規(guī)律，是地震前兆探索中的重要基礎(chǔ)工作，可為野外地震研究提供指導(dǎo)和思路。自2012年馬瑾院士首次提出亞失穩(wěn)概念以來，亞失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)理及其與之相關(guān)的物理場(chǎng)演化特征，如溫度場(chǎng)、斷層位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)等受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注（馬瑾等，2012；任雅瓊等，2013；卓燕群等，2013；劉遠(yuǎn)征等，2014；宋春燕等，2018；楊海明等，2020）。近年來，一些學(xué)者還嘗試將實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)的亞失穩(wěn)信息應(yīng)用到野外的實(shí)際震例中，如劉冠中和馬瑾（2012）通過對(duì)鮮水河斷裂帶北西段跨斷層蠕變場(chǎng)地的研究，發(fā)現(xiàn)鮮水河斷裂帶在1997年瑪尼地震前一年出現(xiàn)斷層活動(dòng)“協(xié)同化”現(xiàn)象，與構(gòu)造物理實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到的亞失穩(wěn)階段斷層不同部位的協(xié)同化現(xiàn)象十分類似，因此，推斷該現(xiàn)象與地震的孕育有關(guān)；張淑亮等（2016，2021）通過系統(tǒng)的震例總結(jié)，發(fā)現(xiàn)2010年1月24日河津M_S4.8地震前，臨汾地震臺(tái)寬頻傾斜儀、侯馬地震臺(tái)水管傾斜EW分量、洞體應(yīng)變等多種地球物理場(chǎng)觀測(cè)記錄到了與亞失穩(wěn)巖石破裂實(shí)驗(yàn)類似的現(xiàn)象；張希等（2020a）通過震例回溯研究發(fā)現(xiàn)2013年岷縣—漳縣M_S6.6地震前西秦嶺構(gòu)造區(qū)的跨斷層短水準(zhǔn)異常特征符合構(gòu)造力學(xué)實(shí)驗(yàn)的亞穩(wěn)態(tài)-亞失穩(wěn)態(tài)特征；黃雅等（2021）通過綜合分析滇西北地區(qū)的亞失穩(wěn)密集臺(tái)陣，發(fā)現(xiàn)2021年漾濞M_S6.4地震前地震活動(dòng)特征呈現(xiàn)了較為明顯的斷層亞失穩(wěn)演化過程；郭樹松等（2021）利用1996—2007年龍門山斷裂帶上的重力觀測(cè)資料，分析汶川地震前亞失穩(wěn)階段的重力場(chǎng)變化特征，發(fā)現(xiàn)地震前沿龍門山斷裂帶的時(shí)變重力場(chǎng)變化較好地對(duì)應(yīng)了巖石變形實(shí)驗(yàn)中由穩(wěn)態(tài)加載階段到失穩(wěn)階段中的線性、偏離線性、亞失穩(wěn)態(tài)的過程；陳順云等（2021）研究了2020年伽師M_S6.4地震前后的基巖溫度變化，發(fā)現(xiàn)臨近地震時(shí)，基巖溫度呈現(xiàn)明顯的加速上升變化，這種臨震前的加速特征可能與地震亞失穩(wěn)或成核過程有關(guān)。綜上所述，目前將實(shí)驗(yàn)室結(jié)果應(yīng)用于野外實(shí)際震例已取得一些成果，但仍處于初期的探索階段，還需要進(jìn)一步尋找野外斷層黏滑失穩(wěn)過程中其它物理量的變化特點(diǎn)和響應(yīng)特征，識(shí)別與亞失穩(wěn)態(tài)相關(guān)聯(lián)的一些前兆現(xiàn)象，為野外亞失穩(wěn)現(xiàn)象的判定識(shí)別提供更多的參考依據(jù)。

跨斷層形變測(cè)量是監(jiān)測(cè)斷層活動(dòng)最直接、最有效的方法之一（薄萬舉等，1994；焦青，周俊萍，1998）。自20世紀(jì)60年代跨斷層測(cè)量工作開展以來，跨斷層形變測(cè)量在尋找地震前兆信息、研究強(qiáng)震孕震機(jī)理、強(qiáng)震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作中做出了重要貢獻(xiàn)（江在森等，1998；王雙緒等，2001；蘇琴等，2014；李玉江等，2017）。川滇地區(qū)是我國(guó)強(qiáng)震多發(fā)區(qū)和重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)，擁有豐富的跨斷層測(cè)量資料。因此，本文基于多種形變分析方法，選取川滇地區(qū)監(jiān)測(cè)狀況較好、發(fā)震構(gòu)造研究程度較高的1996年麗江、2013年蘆山兩次M_S7.0地震

開展震例回溯研究，總結(jié)跨斷層形變觀測(cè)在斷層粘滑失穩(wěn)過程中的表現(xiàn)形式和響應(yīng)特征，通過與實(shí)驗(yàn)室亞失穩(wěn)狀態(tài)特征的對(duì)比分析，識(shí)別與亞失穩(wěn)態(tài)相關(guān)聯(lián)的一些跨斷層觀測(cè)前兆現(xiàn)象，為野外識(shí)別斷層亞失穩(wěn)狀態(tài)提供參考。

1實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)到的亞失穩(wěn)過程

雙軸壓力下巖石變形過程的差應(yīng)力-時(shí)間變化曲線（馬瑾等，2012；馬瑾，郭彥雙，2014）如圖1a所示，變形過程可以分為穩(wěn)態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)、亞失穩(wěn)態(tài)和失穩(wěn)態(tài)4種狀態(tài)，并分別對(duì)應(yīng)斷層失穩(wěn)過程的4個(gè)階段，線性變形階段（L-M）、偏離線性階段（M-O）、亞失穩(wěn)階段（OAB）和失穩(wěn)階段（BC），其中N-O為強(qiáng)偏離線性階段。變形后期階段的放大圖（圖1b）顯示，O時(shí)刻是應(yīng)力峰值點(diǎn)，在O時(shí)刻差應(yīng)力由上升轉(zhuǎn)為下降。OAB是亞失穩(wěn)階段，OA是準(zhǔn)靜態(tài)釋放階段，稱之為“亞失穩(wěn)階段Ⅰ”，AB是準(zhǔn)動(dòng)態(tài)釋放階段，稱之為“亞失穩(wěn)階段Ⅱ”；A時(shí)刻之后，下降速率迅速增加，B時(shí)刻后進(jìn)入失穩(wěn)階段。M時(shí)刻是加載曲線開始偏離線性的位置，在M-O時(shí)刻之間應(yīng)力發(fā)生過幾次下降，最大的下降開始于N時(shí)刻，M-O偏離線性階段持續(xù)時(shí)間稍長(zhǎng)于強(qiáng)偏離線性階段，應(yīng)力下降低點(diǎn)在強(qiáng)偏離線性階段。

目前，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)可以識(shí)別亞失穩(wěn)階段并獲得了亞失穩(wěn)階段不同物理場(chǎng)的演化特征，為野外識(shí)別亞失穩(wěn)階段打下了基礎(chǔ)（馬瑾等，2012；任雅瓊等，2013；卓燕群等，2013）。本文研究的思路是對(duì)比實(shí)驗(yàn)室亞失穩(wěn)階段應(yīng)力-應(yīng)變觀測(cè)結(jié)果，探索野外大震前斷層活動(dòng)是否有類似現(xiàn)象，首先尋找實(shí)際觀測(cè)中的“偏離線性階段”和“強(qiáng)偏離線性階段”，然后進(jìn)一步尋找亞失穩(wěn)階段；同時(shí)尋找斷層運(yùn)動(dòng)的協(xié)同化過程，分析單個(gè)場(chǎng)地的變形特征以及區(qū)域多個(gè)場(chǎng)地的群體性變形特征，進(jìn)而分析整個(gè)區(qū)域變形場(chǎng)的時(shí)空演化特征。

2地震前跨斷層觀測(cè)的亞失穩(wěn)特征

2.11996年2月3日麗江M_S7.0地震

1996年麗江M_S7.0地震（震中27.08°N，100.27°E）是過去40年內(nèi)發(fā)生在川滇菱形塊體西邊界震級(jí)最大的一次正斷型地震事件，宏觀震中位于麗江縣城北約25 km的玉龍雪山東麓黑水附近（周光全等，1997；蘇有錦，劉祖蔭，1997）。震源參數(shù)反演、野外地質(zhì)考察等結(jié)果均表明麗江地震的發(fā)震斷層為東傾的麗江—大具斷裂（韓竹軍等，2004；Ji et al，2017）。麗江地震前，震中周邊300 km范圍內(nèi)共有11個(gè)跨斷層觀測(cè)場(chǎng)地，起始觀測(cè)日期為1982年，觀測(cè)周期為每年12期和6期?？鐢鄬訄?chǎng)地分布如圖2所示。

2.1.1原始觀測(cè)曲線形態(tài)異常特征

某一時(shí)段內(nèi)在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下，斷層活動(dòng)往往表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，斷層以近于恒定的速率和方式運(yùn)動(dòng)，跨斷層觀測(cè)曲線往往表現(xiàn)出準(zhǔn)線性的趨勢(shì)性特征；當(dāng)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)或斷層附近的局部應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，斷層活動(dòng)會(huì)偏離原有的背景運(yùn)動(dòng)方式，跨斷層觀測(cè)曲線表現(xiàn)出偏離準(zhǔn)線性的非線性變化，如加速、轉(zhuǎn)折、突跳及形態(tài)、幅度的明顯改變等（江在森等，1998；車兆宏，范燕；1999；張希等，2020b）。

根據(jù)亞失穩(wěn)理論及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，筆者發(fā)現(xiàn)麗江M_S7.0地震前震中距300 km范圍內(nèi)下關(guān)、劍川、永勝等大多數(shù)跨斷層場(chǎng)地表現(xiàn)出了穩(wěn)態(tài)（線性階段）、亞穩(wěn)態(tài)（偏離線性階段）特征，觀測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期以準(zhǔn)線性變化為主，震前1～3年出現(xiàn)偏離線性的非線性變化，如下關(guān)水準(zhǔn)2-1和2-3自1992年11月開始出現(xiàn)加速上升變化，最大幅度2 mm，在1995年武定M_S6.5地震后仍持續(xù)（圖3a、b）；劍川水準(zhǔn)2-1在1994年6月開始出現(xiàn)加速上升變化，上升幅度為2 mm（圖3c）。但距麗江地震震中最近的麗江場(chǎng)地（震中距42 km）在震前無顯著變化，斷層活動(dòng)量很小，僅水準(zhǔn)1-2觀測(cè)到顯著的同震變化（圖3d）。

筆者還發(fā)現(xiàn)大多數(shù)場(chǎng)地觀測(cè)的亞失穩(wěn)態(tài)特征并不清晰，僅有個(gè)別場(chǎng)地的斷層形變曲線形態(tài)與亞失穩(wěn)差應(yīng)力時(shí)間變化曲線類似，如永勝基線1-2和3-2自觀測(cè)以來至1994年5月觀測(cè)數(shù)據(jù)以準(zhǔn)線性變化為主（圖3e、f），顯示應(yīng)變處于持續(xù)積累階段，對(duì)應(yīng)亞失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的L-M線性變形階段；1994年6月開始出現(xiàn)偏離線性的非線性變化，1995年5月達(dá)到峰值點(diǎn)O，對(duì)應(yīng)亞失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的M-O偏離線性階段；1995年6月至1996年2月為亞失穩(wěn)階段，但從準(zhǔn)靜態(tài)階段向準(zhǔn)動(dòng)態(tài)階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A很難識(shí)別，其中1995年6—12月變形逐漸恢復(fù)，可能對(duì)應(yīng)應(yīng)變由積累過程轉(zhuǎn)為緩慢下降的準(zhǔn)靜態(tài)釋放階段OA，1996年1月曲線再一次轉(zhuǎn)折下降，表明應(yīng)變釋放進(jìn)入加速階段，為準(zhǔn)動(dòng)態(tài)釋放階段AB。永勝水準(zhǔn)1-2和3-2也同步觀測(cè)到了與亞失穩(wěn)過程類似的現(xiàn)象，兩條水準(zhǔn)測(cè)線在1995年1月開始同步出現(xiàn)加速下降變化，3月開始下降幅度增大，6月下降達(dá)到最大值，為亞失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)過程中的M-O偏離線性階段，1995年6—12月變形逐漸恢復(fù)，為應(yīng)變由積累過程轉(zhuǎn)為緩慢下降的準(zhǔn)靜態(tài)釋放階段，1996年1月曲線再一次轉(zhuǎn)折下降，表明應(yīng)變釋放進(jìn)入加速階段，為準(zhǔn)動(dòng)態(tài)釋放階段AB（圖3g、h）。

2.1.2地震前斷層運(yùn)動(dòng)參數(shù)異常特征

斷層的活動(dòng)方式、活動(dòng)速率等在強(qiáng)震前通常發(fā)生中短期變化，具體表現(xiàn)為斷層活動(dòng)性質(zhì)改變、活動(dòng)速率快速增大或減小等，通?？赏ㄟ^計(jì)算斷層三維活動(dòng)參數(shù)來定量地判斷斷層的活動(dòng)性質(zhì)（薄萬舉等，1998）?？紤]到麗江地震前川滇塊體東邊界上的跨斷層場(chǎng)地變化不顯著，且大多數(shù)為單一的水準(zhǔn)觀測(cè)場(chǎng)地，因此，本文采用薄萬舉等（1998）和李臘月等（2012）的計(jì)算方法，針對(duì)震中附近麗江、劍川、永勝和下關(guān)場(chǎng)地進(jìn)行了斷層三維活動(dòng)參數(shù)計(jì)算，如圖4所示，曲線斜率為正分別表示右旋走滑、張性、正斷運(yùn)動(dòng)。計(jì)算結(jié)果顯示，在麗江M_S7.0地震前，麗江和永勝兩個(gè)場(chǎng)地的斷層活動(dòng)性均很弱，表現(xiàn)為應(yīng)變積累區(qū)域極限的閉鎖特征；麗江場(chǎng)地在震前無顯著的異常活動(dòng)，只有垂向運(yùn)動(dòng)參數(shù)顯示了明顯的同震變化，而永勝場(chǎng)地在震前1年半左右出現(xiàn)明顯加速活動(dòng)，具體表現(xiàn)為左旋走滑、拉張、逆沖活動(dòng)加速；麗江M_S7.0地震后，麗江、永勝兩個(gè)場(chǎng)地的斷層活動(dòng)性均顯著增強(qiáng)。劍川場(chǎng)地在震前1年半左右左旋走滑運(yùn)動(dòng)減緩；下關(guān)場(chǎng)地在震前3年出現(xiàn)正斷活動(dòng)加速的現(xiàn)象。

2.22013年4月20日蘆山M_S7.0地震

2013年4月20日發(fā)生在四川省雅安市的蘆山M_S7.0地震（震中30.3°N，103.0°E），是繼2008年5月12日汶川M_S8.0大地震后的又一次破壞性地震。宏觀震中位于巴顏喀拉塊體與華南塊體之間的龍門山推覆構(gòu)造帶南段，震源機(jī)制解結(jié)果表明此次地震為逆沖型地震（趙博等，2013）。野外地質(zhì)科學(xué)考察表明，蘆山地震在震中區(qū)沒有形成具有構(gòu)造地質(zhì)意義的地震地表破裂帶，該地震是一次典型盲逆斷層型地震（徐錫偉等，2013）。蘆山地震前，震中周邊300 km范圍的跨斷層觀測(cè)場(chǎng)地分布如圖5所示。

2.2.1原始觀測(cè)曲線異常特征識(shí)別

蘆山地震前震中距300 km范圍內(nèi)的跨斷層場(chǎng)地主要分布在鮮水河—安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶和龍門山斷裂帶上（圖5）。震中距在100 km范圍內(nèi)的寶興、蒲江、雙河、折多塘場(chǎng)地在汶川地震后、蘆山地震前表現(xiàn)為強(qiáng)閉鎖的特征（圖6a～d），只有距離汶川地震震中最近的灌縣、映秀場(chǎng)地水準(zhǔn)表現(xiàn)為趨勢(shì)拉張（圖6e、f），筆者分析認(rèn)為灌縣、映秀場(chǎng)地水準(zhǔn)的趨勢(shì)拉張變化可能與汶川地震震中附近斷層解鎖有關(guān)。蘆山地震前，震中距300 km范圍內(nèi)位于鮮水河—安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶上的場(chǎng)地出現(xiàn)大量中短期異常，同樣表現(xiàn)出了穩(wěn)態(tài)（線性階段）、亞穩(wěn)態(tài)（偏離線性階段）特征（圖7）。侏倭場(chǎng)地兩條基線A-B、A-C在觀測(cè)期內(nèi)表現(xiàn)出顯著的線性趨勢(shì)變化特征，2013年1月同步出現(xiàn)偏離線性的下降變化（圖7a、b）；龍燈壩場(chǎng)地基線A-B、A-D在2001年以后表現(xiàn)為線性拉張變化，于2012年7月同步出現(xiàn)加速下降的壓性變化（圖7c、d）；老乾寧場(chǎng)地基線3-5、3-1（圖7e、f）、虛墟基線A-B、A-C（圖7g、h）在蘆山地震前同樣顯現(xiàn)出趨勢(shì)拉張背景下的壓性變形特征。此外，位于川滇菱形塊體東邊界的跨斷層水準(zhǔn)場(chǎng)地在震前也表現(xiàn)出了穩(wěn)態(tài)到亞穩(wěn)態(tài)的中短期異常特征，虛墟場(chǎng)地水準(zhǔn)在震前數(shù)月（2012年7月）出現(xiàn)準(zhǔn)同步的上升變化（圖7i）；則木河斷裂帶上的爾烏、西昌場(chǎng)地跨斷層水準(zhǔn)觀測(cè)分別于震前1年和3年出現(xiàn)加速上升變化（圖7j～l）。

蘆山M_S7.0地震前，跨斷層觀測(cè)的亞失穩(wěn)態(tài)特征并不清晰，僅有個(gè)別場(chǎng)地觀測(cè)的現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)室?guī)r石變形過程的差應(yīng)力-時(shí)間變化曲線類似，如位于鮮水河斷裂帶北西段的虛墟場(chǎng)地A-B基線于2013年1月開始出現(xiàn)偏離線性的加速下降的變化，3月下降達(dá)到最大值，1—3月為偏離線性階段，其后進(jìn)入亞失穩(wěn)階段（圖7g）；虛墟場(chǎng)地A-B水準(zhǔn)2012年7月（M點(diǎn)）開始出現(xiàn)偏離線性的加速上升變化，11月達(dá)到O點(diǎn)后開始轉(zhuǎn)為下降，2012年11月—2013年4月為亞失穩(wěn)階段（OAB）（圖7i）。

2.2.2地震前鮮水河斷裂帶斷層活動(dòng)參數(shù)變化

圖8為計(jì)算的斷層三維活動(dòng)參數(shù)結(jié)果，鮮水河斷裂帶的水平走滑量在觀測(cè)期內(nèi)呈準(zhǔn)線性變化特征，且斜率為負(fù)，表明鮮水河斷裂帶為左旋走滑運(yùn)動(dòng)；水平張壓量和垂直升降量曲線在觀測(cè)期內(nèi)也呈準(zhǔn)線性變化，但在2001年以前斜率較小，表明鮮水河斷裂帶在2001年以前以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，與地質(zhì)上給出的背景運(yùn)動(dòng)方式相一致（Allen et al，1991；聞學(xué)澤等，1989）。但在2001年以后，鮮水河斷裂帶的張性活動(dòng)顯著增強(qiáng)（水平張壓量曲線斜率增大），而在蘆山地震前3個(gè)月，水平走滑量和水平張壓量曲線出現(xiàn)偏離線性的非線性變化，表明鮮水河斷裂帶出現(xiàn)了右旋走滑、壓性的逆繼承性活動(dòng)。因此，斷層活動(dòng)的定量指標(biāo)也顯示出鮮水河斷裂帶在蘆山MS7.0地震前斷層活動(dòng)出現(xiàn)了由穩(wěn)態(tài)到亞穩(wěn)態(tài)的特征。

3跨斷層觀測(cè)揭示的斷層異?；顒?dòng)協(xié)同化特征馬瑾（2016）認(rèn)為斷層不是孤立的，斷層是活動(dòng)塊體的邊界，塊體不同邊界斷層的相互作用對(duì)失穩(wěn)有一定的影響，因此，斷層失穩(wěn)的“前兆”絕不局限在發(fā)震斷層上。通過上述震例回溯研究，筆者發(fā)現(xiàn)麗江地震前1～3年震中200 km范圍內(nèi)的斷層形變異常隨時(shí)間逐漸增多，蘆山地震前震中300 km范圍內(nèi)的跨斷層異常測(cè)項(xiàng)也隨時(shí)間逐漸增多，尤其是鮮水河斷裂帶北西段，短期群體異常顯著，表明與發(fā)震斷層相關(guān)構(gòu)造斷層上應(yīng)力應(yīng)變發(fā)生變化，跨斷層觀測(cè)揭示了斷層異?；顒?dòng)協(xié)同化特征。為了進(jìn)一步識(shí)別麗江、蘆山M_S7.0地震前區(qū)域斷裂帶上的協(xié)同化現(xiàn)象，本文采用灰色關(guān)聯(lián)度指標(biāo)、主成分分析法和斷層形變信息合成法進(jìn)一步提取區(qū)域斷層活動(dòng)異常信息，計(jì)算了麗江地震前滇西北地區(qū)斷層垂向參量指標(biāo)、鮮水河斷裂帶的走滑運(yùn)動(dòng)與張壓運(yùn)動(dòng)綜合指標(biāo)、安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶斷層垂直活動(dòng)速率合成指標(biāo)（圖9～11）。

3.1麗江M_S7.0地震前灰色關(guān)聯(lián)度指標(biāo)顯示的斷層活動(dòng)趨勢(shì)變化灰色關(guān)聯(lián)度指標(biāo)可反映斷裂活動(dòng)總體趨勢(shì)及其動(dòng)態(tài)演變過程（張希等，2014）。利用滇西北地區(qū)的麗江、永勝、劍川、下關(guān)場(chǎng)地的水準(zhǔn)觀測(cè)數(shù)據(jù)，基于改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)度方法（田曉等，2021），計(jì)算了滇西北地區(qū)的灰色關(guān)聯(lián)度垂向指標(biāo)，該指標(biāo)顯示在麗江M_S7.0地震前2～3年左右，震中200 km范圍內(nèi)的相鄰斷層出現(xiàn)了正斷加速異常特征，與麗江地震的正斷錯(cuò)動(dòng)特性一致（圖9）。

3.2蘆山M_S7.0地震前鮮水河斷裂帶斷層活動(dòng)綜合指標(biāo)異常提取主成分分析法（PCA）是一種多變量統(tǒng)計(jì)分析方法，它能在去除一些相關(guān)干擾信息的基礎(chǔ)上，最大限度保留原有信息，有助于對(duì)前兆觀測(cè)資料的分析。目前，PCA方法在GPS、InSAR、跨斷層測(cè)量等資料處理中已經(jīng)得到了一定應(yīng)用（田云鋒，沈正康，2009；李臘月等，2013；方穎等，2015）。本文應(yīng)用PCA方法提取了鮮水河斷裂帶北西段斷層走滑和張壓活動(dòng)隨時(shí)間變化量（圖10）。走滑量綜合指標(biāo)顯示，鮮水河斷裂帶在觀測(cè)期內(nèi)一直以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主（曲線斜率為負(fù)），在蘆山MS7.0地震前1年出現(xiàn)了右旋活動(dòng)（圖10a）；張壓量綜合指標(biāo)顯示，鮮水河斷裂帶在昆侖山口西MS8.1地震前張壓活動(dòng)速率較弱，活動(dòng)性質(zhì)不明顯，而在昆侖山口西MS8.1地震后張性活動(dòng)開始增強(qiáng)，汶川地震后張性活動(dòng)繼續(xù)增強(qiáng)，但在蘆山地震前1年出現(xiàn)顯著壓性活動(dòng)，地震后恢復(fù)，且處于快速拉張的狀態(tài)（圖10b）。

3.3蘆山M_S7.0地震前安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶斷層垂直形變速率合成指標(biāo)在跨斷層數(shù)據(jù)處理中，為了削弱干擾噪聲，提高“信噪比”，可以采用斷層形變信息合成的方法，該方法通過疊加“信號(hào)”，可以使疊加后的噪聲在相當(dāng)大的程度上被抵消或削弱，提取區(qū)域斷層活動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化（張晶等，2012）。采用該方法，利用安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶上的棉蟹、冕寧、寧南、爾烏、湯家坪等場(chǎng)地計(jì)算了該斷裂帶的斷層垂直形變速率合成指標(biāo)，圖11結(jié)果顯示在蘆山MS7.0地震前1年安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶垂直活動(dòng)速率出現(xiàn)顯著的高值異常。

因此，從異常的時(shí)間、空間演化特征以及所提取的區(qū)域或斷裂異常信息綜合指標(biāo)均可以看出跨斷層測(cè)量觀測(cè)到了強(qiáng)震前斷層活動(dòng)的協(xié)同化及加速協(xié)同化特征。

4討論

構(gòu)造地震的孕育過程及其前兆機(jī)理研究一直是國(guó)內(nèi)外地震學(xué)家們關(guān)注的重要科學(xué)問題。盡管經(jīng)歷了幾十年的努力和探索，但目前仍無法確認(rèn)觀測(cè)到的異常與地震的唯一關(guān)系。馬瑾等（2012）認(rèn)為地震是一個(gè)力學(xué)過程，是應(yīng)力積累到應(yīng)力快速釋放的物理過程，是有先兆的，識(shí)別地震前斷層所處的應(yīng)力狀態(tài)是關(guān)鍵。亞失穩(wěn)應(yīng)力狀態(tài)的提出，把不同時(shí)間和空間尺度失穩(wěn)過程統(tǒng)一到應(yīng)力狀態(tài)的框架內(nèi)。實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)力-時(shí)間過程在應(yīng)力積累階段是線性變化的，偏離線性階段代表應(yīng)力釋放的開始，上述震例研究表明跨斷層觀測(cè)在兩次M_S7.0地震前也表現(xiàn)出了線性-非線性變化，與實(shí)驗(yàn)室應(yīng)力-時(shí)間過程曲線形態(tài)相似，但目前還無法明確這種“非線性變化”的具體力學(xué)含義，非線性代表斷層處是應(yīng)變積累增強(qiáng)還是應(yīng)變的釋放，只能說明此處局部應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)發(fā)生變化，斷層活動(dòng)偏離了原有的背景活動(dòng)方式。

實(shí)驗(yàn)室給出的摩擦滑動(dòng)失穩(wěn)全過程較為短暫，從穩(wěn)態(tài)到失穩(wěn)態(tài)整個(gè)過程約1 300 s，其中穩(wěn)態(tài)階段（LM）占全過程的61.53%，亞穩(wěn)態(tài)階段（MO）占全過程的37.36%，亞失穩(wěn)態(tài)（OB）占全過程的1.1%，斷層的快速失穩(wěn)過程只占全過程的0.077%（李世念等，2021）。自然界一次強(qiáng)震事件的孕育通常需要數(shù)十年、甚至上百年至幾千年的時(shí)間，遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)室給出的摩擦滑動(dòng)失穩(wěn)過程。而野外實(shí)際地震的孕育環(huán)境較為復(fù)雜，一次地震的滑動(dòng)失穩(wěn)全過程與該斷裂帶最近一次地震的離逝時(shí)間、強(qiáng)震復(fù)發(fā)周期有一定的關(guān)系。對(duì)于一些強(qiáng)震復(fù)發(fā)周期長(zhǎng)、最近一次地震離逝時(shí)間也較長(zhǎng)的斷層，亞失穩(wěn)階段占地震的滑動(dòng)失穩(wěn)全過程的時(shí)間也較長(zhǎng)；對(duì)于一些復(fù)發(fā)周期短、最近一次地震離逝時(shí)間也較短的斷層，亞失穩(wěn)階段占地震滑動(dòng)失穩(wěn)全過程的時(shí)間也較短。因此，不同地震前觀測(cè)到的亞穩(wěn)態(tài)（非線性）、亞失穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)不同，這也可能是不同地震前跨斷層形變觀測(cè)到的異常出現(xiàn)時(shí)間不同的原因。

斷層活動(dòng)協(xié)同化的提出把孤立的點(diǎn)觀測(cè)聯(lián)系為時(shí)、空、強(qiáng)三維關(guān)系，并拓展到多種物理場(chǎng)的時(shí)空演化研究（馬瑾，郭彥雙，2014）。本文震例回溯研究表明，麗江和蘆山M_S7.0地震前存在斷層異常活動(dòng)協(xié)同化現(xiàn)象，但也發(fā)現(xiàn)一些問題，如麗江M_S7.0地震前，在震中距200～500 km范圍內(nèi)的川滇菱形塊體東邊界上的跨斷層場(chǎng)地并無明顯異常；蘆山M_S7.0地震前，震中距在300～500 km范圍內(nèi)的西秦嶺構(gòu)造區(qū)異常并不顯著。筆者分析認(rèn)為可能與這些場(chǎng)地所在的區(qū)域或斷裂在構(gòu)造上與孕震斷層的關(guān)聯(lián)性較弱有關(guān)，孕震斷層附近應(yīng)力增強(qiáng)或應(yīng)力釋放會(huì)影響相鄰斷層或同一塊體的其它邊界應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化。因此，導(dǎo)致與發(fā)震斷層構(gòu)造關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的這些區(qū)域異常較為顯著，如蘆山地震前鮮水河斷裂帶上的異常較顯著，且斷層活動(dòng)具有明顯的協(xié)同化特征，這是和鮮水河斷裂帶和龍門山斷裂帶分別屬于巴顏喀拉塊體的東邊界和西南邊界，構(gòu)造上相關(guān)聯(lián)且距離較近相關(guān)。而同一斷裂帶上也不是所有的場(chǎng)地都能觀測(cè)到異常（亞穩(wěn)態(tài)和亞失穩(wěn)態(tài)特征），這主要和場(chǎng)地布設(shè)的構(gòu)造位置有關(guān)；亞失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)也指出，并不是所有的構(gòu)造部位均能觀測(cè)到失穩(wěn)前的變化，只有位于特殊構(gòu)造部位的臺(tái)站才可能觀測(cè)到前兆變化，對(duì)于拐折斷層，拐點(diǎn)處溫度變化復(fù)雜，所以此處應(yīng)力的調(diào)整和斷層活動(dòng)更容易被觀測(cè)到（馬瑾等，2012）。因此，選擇合適的構(gòu)造部位進(jìn)行觀測(cè)也是能否觀測(cè)到亞失穩(wěn)前兆的關(guān)鍵。

5結(jié)論

本文選取麗江、蘆山兩次M_S7.0地震開展震例回溯研究，研究震前不同階段震源斷層及附近區(qū)域跨斷層觀測(cè)的前兆表現(xiàn)，并通過與亞失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果類比，總結(jié)野外跨斷層觀測(cè)相關(guān)物理參數(shù)在亞失穩(wěn)階段的表現(xiàn)形式及變化特征，得到以下結(jié)論：

（1）麗江、蘆山兩次M_S7.0地震前，震源區(qū)在震前數(shù)年主要表現(xiàn)為弱變形的狀態(tài)，發(fā)震斷層附近的跨斷層場(chǎng)地往往觀測(cè)不到顯著的異常變化，但觀測(cè)到了顯著的同震變化，可能與孕震晚期發(fā)震斷層處于閉鎖狀態(tài)有關(guān)，是孕震晚期斷層近場(chǎng)應(yīng)力應(yīng)變積累趨于極限的表現(xiàn)。

（2）參照亞失穩(wěn)理論及實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出的差應(yīng)力-時(shí)間過程曲線，發(fā)現(xiàn)麗江、蘆山兩次M_S7.0地震前震中距300 km范圍內(nèi)的跨斷層場(chǎng)地大多數(shù)表現(xiàn)出穩(wěn)態(tài)（線性階段）、亞穩(wěn)態(tài)（偏離線性階段）特征，觀測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期以準(zhǔn)線性變化為主，震前1～3年出現(xiàn)偏離線性的非線性變化，反映了斷層在局部穩(wěn)定應(yīng)力場(chǎng)作用下的正常背景活動(dòng)特征和受到擾動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)后的異?；顒?dòng)特征。

（3）麗江、蘆山等地震前，大多數(shù)跨斷層場(chǎng)地觀測(cè)的亞失穩(wěn)態(tài)特征并不清晰，僅有個(gè)別場(chǎng)地觀測(cè)到了與實(shí)驗(yàn)室?guī)r石破裂失穩(wěn)過程類似的圖像。本文分析可能與跨斷層場(chǎng)地所在的構(gòu)造位置以及觀測(cè)周期有一定的關(guān)系，當(dāng)孕震斷層由應(yīng)變積累階段轉(zhuǎn)為應(yīng)變釋放階段、斷層協(xié)同化作用開始時(shí)會(huì)導(dǎo)致附近與其構(gòu)造相關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的斷層上應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的變化，由于斷層幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及巖石介質(zhì)的非均勻性，所以導(dǎo)致斷層不同部位對(duì)應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)發(fā)生改變的響應(yīng)不同。此外，由于亞失穩(wěn)階段，特別是亞失穩(wěn)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)階段持續(xù)時(shí)間較短（僅占摩擦滑動(dòng)失穩(wěn)全過程的0.4%左右），可能需要震源及附近地區(qū)變形場(chǎng)的高頻觀測(cè)資料。對(duì)于復(fù)發(fā)周期較短的斷層，目前的觀測(cè)周期無法獲得瞬態(tài)高頻信息。

尋找野外觀測(cè)條件下的非應(yīng)力參數(shù)亞失穩(wěn)特征，有助于亞失穩(wěn)研究從實(shí)驗(yàn)室走向野外。本文基于多種變形分析方法識(shí)別野外跨斷層觀測(cè)在“亞失穩(wěn)”階段的變形特征和表現(xiàn)形式，對(duì)實(shí)際地震預(yù)測(cè)工作具有促進(jìn)作用，但本工作還處于初期探索階段，有許多問題還未解釋清楚，有待進(jìn)一步研究。

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A Retrospective Study of Two M_S7.0 Earthquakes in Lijiang and Lushan

and Discussions on the Characteristics of Meta-instability

LI Layue YIN Haiquan MA Lingli LI Zhirong ZHANG Chao

（1.The First Monitoring and Application Center，China Earthquake Administration，Tianjin 300180，China）

（2.Crustal Deformation Observation Center of Sichuan Earthquake Agency，Yaan 625000，Sichuan，China）

（3.Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

The cross-fault observation had been conducted in the epicentral areas of the Lijiang MS7.0 earthquake and the Lushan MS7.0 earthquake before the two earthquakes occurred.According to the deformation analysis methods，and using the cross-fault observational data，we do a retrospective study of the two earthquakes.Guided by the meta-instability theory and on the basis of the laboratory results，we summarize the characteristics of the fault motion varying in time and space，and fault motions possible manifestations in the meta-instable stage，to identify the synergy of fault activities in the study area，and to explore the signs obtained by the cross-fault observation which indicates that the potential earthquake has entered a meta-instable state.The results show that before the Lijiang and Lushan MS7.0 strong earthquakes，the epicentral areas were mainly in a weak-deformation state with a small rate of activity.This may suggest that the seismogenic fault was locked in the late seismogenic stage，and the accumulation of the stress and strain of the fault in the near field was reaching limit.Three years before the earthquake，significant anomalies of the fault deformation occurred in the 300 km range of the epicentral area，and the anomalies lasted till several months before the earthquake.The fault activity performed a significant synergy.On some cross-fault sites，images similar to the laboratory rock rupture and instability process have been observed.On some sites only the steady state（linear stage）and meta-stable state（deviation from the linear stage）were observed.The meta-instable characteristics on these sites were not clear.We believe that this may be related with the tectonic position of the cross-fault sites and observational periods.

Keywords：the Lijiang MS7.0 earthquake；the Lushan MS7.0 earthquake；cross-fault observation；earthquake-case review；meta-instable characteristics；Sichuan-Yunnan area