2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震序列的时空演化

王凯英 金明培 黄 雅 党文杰李文涛 卓燕群 何昌荣

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)云南省地震局，昆明 650011

0 引言

漾濞6.4级地震破裂区的E侧出露晚第四纪活动的维西-乔后断裂，断层倾向NW，活动性质兼具右旋走滑与正断，该断裂晚更新世晚期以来的右旋水平滑动速率为1.8～2.4mm/a，垂直滑动速率为0.30～0.35mm/a(常祖峰等，2016)。 本次地震序列主要沿NW向展布，整体破裂长约27km，长轴的走向近平行于E侧NW走向的维西-乔后断裂，二者相距约10km，主震震中与该断裂的距离为8～10km。 中国地震局地球物理研究所(2)http: ∥www.cea-igp.ac.cn/kydt/278248.html。、 USGS(3)https: ∥earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us7000e532/executive。等通过网站公布的主震震源机制显示，该地震为SN向挤压、 节面倾角近直立的走滑错动，结合地震序列沿NW-SE向呈条带状分布的特点，判断破裂面为NW走向的高倾角断层。 根据节面直立特征、 主震震中与维西-乔后断裂的距离初步分析，本次漾濞地震的主震空间位置和维西-乔后断裂带不对应，应和破裂区平行伴生的高倾角隐伏断层(龙锋等，2021； 王志伟等，2021)活动相关。

1 数据与分析

1.1 短周期测震台网获得的地震序列时空分布

图1 漾濞地震序列的震中分布Fig. 1 Distribution of Yangbi earthquake sequence.椭圆为本文选取的NW向密集条带地震事件的范围，左下为台站分布图(三角形为短周期台站，五角星为区域台站)。 地震活动阶段划分如图2所示，活动断层数据来自云南省地震局

图2 漾濞地震序列的震级与累积频次的时间过程Fig. 2 Time process of magnitude and cumulative frequency of Yangbi earthquake sequence.0时为主震发生的时刻，P1～3分别对应图1中的3个阶段

为了解不同时段的地震事件在主震破裂带位置的迁移特点，本文主要针对事件密集分布的NW向地震条带展开分析，事件选取范围如图 1 所示。 本次漾濞地震序列在时间上呈明显的3阶段分布(图 2)： 5月21日21时6.4级主震前约3d内出现2次时空相对独立的前震丛集(图 1)，其中第1阶段的地震丛集主体区域位于主震SE向约6km处，最大震级约为4.8级(MS4.4)，震源深度约8km； 第2阶段的前震空间分布在第1阶段的基础上向NW迁移，破裂边缘紧邻主震，最大震级及最大深度与前一阶段相似； 而在第3阶段中，在主震发生前较短时间内(约1h)爆发了约60个前震(图 2)，最大震级达5.9级(MS5.6)，时空分布显示第3阶段前震从破裂区中心开始向两端快速对称扩展(图 3)。 与前2个阶段的前震丛集特点不同，这些前震呈弥散状分布。 随后主震发生在破裂区北西端(龙锋等，2021)，余震向SE迁移，并伴随多次4.5级以上强余震，表现出单侧传播的破裂特征(图 3)。

图3 漾濞地震序列的时空演化过程Fig. 3 Temporal and spatial evolution of the Yangbi earthquake sequence.P1～3分别对应图 1中的3个阶段(图b为图a蓝色虚线框范围的放大图，显示主震前后1h的时空分布)

1.2 震前破裂扩展过程

震前成核过程是地震研究的热点问题，级联模型、 预滑模型(Ellsworthetal.，1995； Berozaetal.，1996)及在此基础上提出的合成模型(Nodaetal.，2013)被广泛应用于相关的实验、 数值模拟及地震研究。 地震起始及扩展阶段的实验研究(McLaskeyetal.，2014； Keetal.，2018； McLaskey，2019)观察到断层上的脆性凹凸体破裂会引起局部断层滑动的加速及动态破裂的快速扩展，是级联模型的典型特征； 而预滑模型则假设各自独立的小预滑区经历扩展、 连接并突破一定的成核尺度后形成动态失稳。 由于断层物质与结构及所施加应力的非均匀程度不同，强震前是否有前震发生及前震的时空分布特征也呈现出复杂的多样性(茂木清夫，1994)。 同时，内陆地震的震前过程尤其复杂，如1975年海城7.3级地震前20多天震源区附近就开始出现丰富的地震活动(章光月等，1983)，而2008年汶川M8.0地震前却几乎没有观测到前震的发生(Xiangetal.，2017)。 Ellsworth等(2018)观测到1999年伊兹米特MW7.6地震的前震形成了一系列连续的破裂，系统地从西向东发展到位于前震东部边缘的主震震源处，认为伊兹米特前震和主震序列局部断层破裂对邻近断层段加载导致的级联触发过程。

从漾濞地震前丰富的中小地震的时空演化情况可以看出主震前该区经历了复杂的破裂扩展与预滑过程(图 3)： 2次前震丛集空间密集、 时间间隔短，第2次丛集的区域在前一次丛集的基础上向NW扩展，推测可能与局部凹凸体的破裂、 未来主断层不同应变释放区域的迁移及应力相互作用相关，符合级联模型和传染型余震活动(Ogata，1999)的基本特征； 而紧临主震约1h内发生的前震分散于破裂带附近的较大范围，事件之间彼此独立，与预滑模型的描述相似，即离散分布的前震有利于断层的应力均匀化并降低断层的强度，促使主震发生。

Kato等(2012，2014)对2011年日本MW9.0地震前约24d及智利MW8.1地震前约17d时段内发生的前震的时空迁移分布开展了研究，发现2次强震前分别存在2～5km/d与2～10km/d的扩展过程，展现了震前预滑区在准静态滑动驱动下的小地震活动特征。 然而对于大陆地震而言，由于加载速率缓慢，前震较少(如汶川地震)(Lietal.，2011)，很难看到这种小地震慢速扩张的情况(4)https: ∥doi.org/10.6084/m9.figshare.c.5337635.v1。。 根据本次漾濞地震近3d的前震时空分布(图 3)可估算阶段1和阶段2的2次局部前震丛集过程存在约5km/d的小地震迁移，清晰地显示了震前破裂扩展与迁移的现象； 临震前较大范围的扩展速度约达96km/d，可能与断层进入准动态破裂阶段相关。

1.3 震区b值的时间过程

图4 漾濞地区2018年4月11日—2021年5月23日期间的b值变化Fig. 4 Variance of b value in Yangbi area from April 11，2018 to May 23，2021.

2 结论

漾濞6.4级地震序列的前震活动显示了破裂扩展与加速过程。 震前约3d内主震震中附近的2次前震丛集时间间隔短、 分布区域相邻，可用地震成核级联模型的局部凹凸体破裂及相互作用来解释； 临近主震前1h的短临阶段小地震时空迁移显示出从破裂区中部向两端扩展的震前加速阶段，地震事件弥散分布于破裂面附近的较大范围内，这一阶段的前震演化更加符合预滑模型，预滑过程将伴随着断层强度降低，导致发生后续主震。 余震时空分布显示了本次地震的单向传播特征。 漾濞地区的b值时间过程显示该区近3a时段内的b值平稳，在2021年5月21日漾濞地震发生前b值持续异常下降，反映了震前局部区域存在明显的应力增加过程。

3 讨论

地震短临前兆和必震信息识别是地震预报研究的焦点问题之一。 在实验成果的基础上，马瑾等(2012，2014)以岩石实验的载荷应力达峰值后下降及相关物理场的相应变化为特征，提出了地震亚失稳阶段的理论，认为断层活动协同化程度是判定断层所处应力状态的标志。 当断层活动由亚失稳前期应力释放点的扩展和增多转为亚失稳后期释放段之间相互连接，即准动态失稳阶段时，断层上的应力释放将出现加速，加速的机制是断层段间出现强相互作用。 在不能直接了解宏观应力状态的前提下，“亚失稳”试验区建立的初衷是试图在实际断层的孕震过程中，通过断层的形变信息、 小地震活动信息等捕捉符合实验现象所描述的亚失稳阶段特征信号。 然而，如前文所述，实际断层物质与结构等多种因素的复杂性导致强震前是否有前震发生及前震的时空分布特征呈现出复杂的多样性，且亚失稳阶段对应实际孕震过程中的时间占比并不清楚，与加载速率相关的断层预滑速率在滑动速率小的内陆断层是否可监测也未可知，因此普适性的亚失稳现象在天然地震中很难观测到。 可明确的一点是，在这个阶段断层理论上会产生预滑区的持续扩展(5)https: ∥doi.org/10.6084/m9.figshare.c.5337635.v1。，且较小规模的断层在临失稳前会进入到慢速的破裂扩展，这一情况在本次地震的前震过程中具有非常明显的体现，形成如前文所述的小地震快速迁移现象。 从目前对成核过程亚失稳阶段的认识可知，发震断层在这一阶段处于整体应力释放状态，而非应力持续升高状态。 因此，上述震前b值的降低显示地震活动开始在局部断层上活跃，表明地震断层已经活化并进入到成核过程的最后阶段。 这种中强地震(对应于规模较小的孕震断层)在震前由小地震活动显示的准动态扩展现象可以作为一类地震前兆来识别。

致谢云南省地震局马红虎、 程旭东、 龙志强等多位同志参与了在地形复杂、 环境艰苦的滇西北山区建设亚失稳短周期测震台网的野外工作； 李雷、 田建慧、 黎朕灵、 张天继等参与了大量前期数据处理工作； 数据分析使用了雷兴林研究员提供的GeoTaos软件； 作者与中国地震局地质研究所构造物理研究室的同事们进行了有益的讨论； 审稿专家提出了合理意见。 在此一并表示感谢!