鲜水河断裂带断层活动“协同化”的演化特征

刘冠中 马 瑾

1）中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京 100029

2）中国地震局地壳应力研究所，北京 100085

1997 年11 月8 日玛尼7.5 级地震前约1 年的时间里，鲜水河断裂带北西段5 个跨断层蠕变测点的走滑方式均为左行错动，走滑速率相差不大，活动比较规律（暂称为“协同化”），而在其他时段，各测点的旋性和速率差异都比较明显。通过考察鲜水河断裂带的走滑速率在玛尼地震前的细微动态演化过程，结合地震活动性的变化，研究该现象的演化特征。

使用小波变换方法去除年变和其他干扰，计算各测点的日走滑速率，采用有序聚类和趋势偏离角两种定量的数学方法提取玛尼地震前断层走滑速率、地震活动性的趋势转折点。

根据提取出的趋势转折点，将断层活动与地震活动的演化划分成不同的阶段，分别考察不同时期断层走滑速率、断层活动最大主应力轴方向、地震活动空间分布、地震活动蠕变曲线、地震活动b 值，以及断层走滑速率趋势偏离角熵值的变化特点。

利用上述方法，在1997 年玛尼地震前提取出两个明显的准同步趋势转折时间：1995 年1 月1 日附近及1996 年5 月1 日附近（图1 中蓝线A 与绿线B，红线O 为玛尼地震发生日期）。巧合的是，地震活动蠕变曲线也提取出时间上非常接近的趋势转折点，分别为1994-12-27、1996-07-27、1997-10-18。据此，将玛尼地震前后的时间划分为-A（1995 年1 月1 日之前）、AB（1995 年1 月1 日至1996 年1 月1 日）、BO(1996年1 月1 日至1997 年11 月8 日)、O+(1997 年11 月8 日之后)4 个时段。对于不同时期断层活动与地震活动的演化特征有：

-A 时段：断裂各部位的活动较独立，地震空间分布均匀，地震能量释放率较低，地震活动b 值和断层走滑熵值较大。

AB 时段：断层不同部位的活动向着有序的方向发展，走滑速率出现准同步变化，主应力方向集中且发生偏转，在断裂带易于应力积累的部位出现小震密集分布，地震能量显示为加速释放，b 值和熵值减小。

BO 时段：再次出现准同步趋势转折，断层活动具有相对一致的演进方向，各点的主应力方向进一步集中，地震能量释放率达到最大，b 值和熵值先降后升。

O+阶段：断层走滑速率同步减弱，主应力方向离散，地震活动密集分布消失，地震能量释放率减小，b 值和熵值维持在较高水平。

由上述分析可见，1997 年玛尼地震前，鲜水河断裂带的断层活动与地震活动在不同时期具有明显的演化特性，表现为：①断层走滑速率出现准同步转折形态，具有相对一致的演进方向，并伴有阶段性的涨落。②在断裂带易于应力积累的部位出现小震的密集分布，区域主应力方向发生偏转，地震能量加速释放。③地震活动b 值与断裂走滑速率熵值先降后升，区域应力水平及断裂带不同部位活动的有序度先增后减。

在岩石摩擦滑动的构造物理实验中，也曾观测到亚失稳阶段断层不同部位的协同化及声发射的加速释放过程，与本研究结果十分相似。如果将活动断裂带视为一个开放系统，外部驱动力的涨落将引起该开放系统内部状态的改变。参考断层动力学模型，并结合构造物理实验结果，将1995 年1月1 日至1997 年11 月8 日期间定义为断层活动“协同化”时期，并认为“协同化”现象可能与1997 年玛尼地震或亚太地区大地震的孕育发生有关。

图1 各测点日走滑速率及使用有序聚类、趋势偏离角方法判别的趋势转折时间（正值表示左行）