龙门山地区历史强震相互关系的数值模拟实验研究

刘 盼 李平恩(中国地震局地球物理研究所，北京 100081)

龙门山地区历史强震相互关系的数值模拟实验研究

刘 盼 李平恩
(中国地震局地球物理研究所，北京 100081)

龙门山地区位于青藏高原巴颜喀拉地块东部，自20世纪以来相继发生了6次7级以上强震，它们之间的相互关系值得深入研究。本文采用数值模拟方法，建立龙门山地区三维粘弹性分区分层模型，首先重建了与地表观测资料基本吻合的现今构造应力场，在此基础上，依次模拟了6次7级左右地震，从库破裂应力变化角度分析了地震之间的相互作用关系。

研究区域为101.5°E-106.8°E，29°N- 33.7°N，包含了整个龙门山推覆构造带和周边的主要活动断裂带。利用中国大陆活动断裂资料、地表高程、Moho面深度值数据以及深部地球物理反演结果，建立从地表到软流圈上地幔的三维分层有限元模型。采用Maxwell本构关系模拟岩石圈在长期地质演化中的流变效应。三维模型纵向上分为5层，分别是(1)上地壳浅部：从地表到500 m深度；(2)上地壳：从500 m到20 km深度；(3)下地壳：从20 km到Moho面；(4)岩石圈上地幔：从Moho面到100 km深度；(5)软流圈上地幔：从100 km到200 km深度。模型包含了主要断裂带和活动地块两种地质单元。断裂带深度取从地表至20 km深度，在上地壳对活动地块和断裂带进行材料分区，其余部分仅对活动地块分区。模型共69 003个节点，120 291个三棱柱单元（退化的8节点六面体单元）。本文采用大型商用有限元计算软件ADINA进行求解计算。

在模型中，由深部反演结果给定活动地块材料参数，考虑到断裂带介质比较软弱，将其弹性模量取为两侧活动地块的1/3。粘滞系数的选择参照Molnar等人的观点，在上地壳和岩石圈上地幔选择高值，下地壳和软流圈上地幔选择低值，上地壳浅层取低值。

为重建稳定的现今构造应力场，根据GPS观测资料在模型侧边界施加位移载荷，模型底部施加沿垂直向运动固定的约束条件。模拟时间取10万年，分为100个时间步。分别试算了2组GPS数据：(1)相对欧亚大陆；(2)相对华南地块。结果表明，采用相对欧亚大陆的GPS数据得到的模拟位移场与实际观测资料吻合得更好，以此作为构造背景应力场，在此基础上，模拟地震序列的发生。

采用降低发震断层材料参数的方法模拟地震发生的瞬时过程。为保证发震断层的泊松比保持不变，本文提出了同比例降低剪切模量和体积模量的方法，并采用ADINA的重启动算法，以地震发生时的水平错动为约束条件，依次模拟了研究区发生的6次7级左右强震及震间应力变化，并计算每次地震在后继地震断层面上的库仑破裂应力变化（表略）。

计算结果表明，1933年叠溪7.5级地震导致后继的康定、大邑和芦山地震的断层面上的库仑破裂应力降低；1955年康定7.5级地震导致后继的松潘地震的断层面上的库仑破裂应力降低；1970年大邑6.3级地震导致后继3次地震断层面上的库仑破裂应力均降低；其余前次地震均导致后继地震断层面上的库仑破裂应力增加。库仑破裂应力随距离的增大迅速减小，1933年叠溪与松潘地震之间距离约76公里，库仑破裂应力为3.8×10-2Mpa，1955年康定地震与1976年松潘地震之间距离约285公里，库仑破裂应力为-0.9×10-5Mpa。由于计算的库仑破裂应力值均小于前次地震“触发”后继地震事件的阀值0.01 MPa，因此，我们认为，如果库仑破裂应力为正，仅仅说明前次地震“有利于”后继地震的发生。