2017年九寨沟7.0级地震前不同级别地震空区的演化过程分析

张博 张辉 冯建刚 王朋涛

甘肃省地震局，兰州市东岗西路450号 730000

0 引言

据中国地震台网测定，2017年8月8日四川九寨沟（33.20°N，103.82°E）发生 7.0级地震，震源深度20km。震中附近100km范围内曾发生过1879年7月1日武都南8.0级地震及1976年8月16、23日松潘-平武2次7.2级地震。

九寨沟地震震中位于青藏高原巴颜喀拉块体东缘东昆仑断裂带东端塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂的交汇部位。徐锡伟等（2017）研究了青藏高原东南缘多次中强地震，认为目前该区域块体主干边界活动断层处于中等偏高应力积累状态；易桂喜等（2017）通过CAP方法反演了九寨沟地震主余震的震源机制解，推断发震构造为岷江断裂与塔藏断裂之间的隐伏断裂；杨宜海等（2017）通过近震全波形反演的九寨沟地震主震震源机制解为以走滑为主；蒋长胜等（2017）利用ETAS模型和R-J模型研究了九寨沟地震序列的衰减情况与余震预测效果。

九寨沟地震前，甘青川交界地区存在长达16年的大范围5级地震平静区，甘东南地区4级地震大范围平静，2016年5月7日甘肃武山ML4.4地震后，甘东南地区地震活动水平极弱，并形成了大范围的3级地震空区，空区持续453天后被2017年8月4日舟曲ML3.0地震打破，4天后发生了九寨沟7.0级地震。甘东南3级地震空区是震前提出的一项地震活动性异常，分析人员对该空区作了详细的分析与探讨，并于2017年7月25日提交了关于该空区的异常分析报告，鉴于震前提出的异常快速地对应了地震，故需要对这一异常进行清理分析。

1 甘青川交界地区5级地震空区

甘青川交界地区存在大范围5级地震的平静区，该平静区自2001年7月17日青海兴海5.0级地震后未发生5级以上地震。2013年岷县漳县6.6级地震发生之后，先后发生了2014年10月2日青海乌兰5.2级、2015年10月12日青海玛多5.2级、2015年11月23日青海祁连5.2级、2016年1月21日门源6.4级地震，这些地震位于平静区的北边缘，平静区存在向SE方向收缩的迹象，截至2017年底，平静区5级地震平静时间已经超过16年（图1、2）。

图1 甘青川交界地区5级地震大范围平静收缩

图2 甘青川交界地区5级地震平静区内地震M-t图

2 甘东南地区大范围4级地震平静

2013年7月22日岷县漳县6.6级地震之后，甘东南地区ML≥4.0地震在空间上呈现丛集活动特征，其活动范围主要集中在岷县漳县6.6级地震震中以东、西秦岭北缘断裂与礼县罗家堡断裂之间附近区域（图3）。2016年5月7日武山ML4.4地震后，区内4级地震大范围平静，平静时间长达14个月。2000年以来区内4级平静超过1年的现象共发生4次，分别为2008年汶川8.0级地震前429天平静、2010年玉树7.1级地震前537天平静、2013年岷县漳县6.6级地震前628天平静和2017年九寨沟7.0级地震前458天平静（图4）。可见超过1年时间尺度的4级地震平静对甘东南地区及巴颜喀拉块体东部强震有一定预测意义。

图3 岷县漳县6.6级地震后甘东南地区4级地震分布

3 甘东南地区3级地震平静打破

地震空区，通常指地震带上大震破裂空段的第1类空区以及缺少中小地震的第2类空区。本文讨论的空区为第2类，即在强震发生前震源区及其周围小震活动突然减少的现象，也称为“孕震空区”（Mogi，1979；梅世蓉等，1993；陆远忠等，1985）。

在4级地震平静的背景下，甘东南地区同时出现了3级地震弱活动。2016年5月7日武山ML4.4地震后，区内3级地震大范围平静，2017年5月22日徽县发生ML3.6地震，使甘东南地区3级地震围空最大方位空缺不超过120°，满足空区判定条件，据此判定3级地震空区形成，空区长轴约391km，短轴约334km（图5）。

图4 2000年以来甘东南地区 ML 4.0地震M-t图（a）与时间间隔（b）

图5 甘东南ML 3.0地震空区与主震位置

由2000年以来空区内3级地震时间进程分析可知，超过200天以上平静共出现4次（图6），其中，汶川8.0级地震前出现280天平静，岷县漳县6.6级地震前的2次平静时间分别为305、206天。2017年8月4日舟曲 ML3.0地震，打破了3级地震453天的超长时间平静。8月8日发生九寨沟7.0级地震后，8月12日空区内又发生陇西ML3.2地震。至此，空区解体并很快对应了空区边缘的7级强震。

图6 2000年以来空区内 ML 3.0地震 M-t图（a）与发震时间间隔（b）

在广泛研究地震空区的基础上，国内外学者对空区围空震级、空区形成时间、空区大小等与主震震级等参数间的关系归纳出一些经验关系式。王炜等（1989）研究了华北地区13次中强以上地震前孕震空区的围空时间与围空长轴间的统计关系。曲延军等（2010）研究了中国大陆5个区域空区形成后发生的主震与空区形成持续时间、空区空间分布尺度等之间的统计关系。吕坚等（2016）研究了空区持续时间、起始震级及围空长轴尺度与主震震级间的关系。

利用吕坚等（2016）给出的中国大陆空区持续时间与主震震级、青藏高原北部地区空区围空震级与主震震级、空区长轴尺度与主震震级之间的关系，对主震震级预测作了回顾性检验，检验公式为

其中，T为空区围空时间，单位为月；L为空区围空长轴，单位为km；ML为空区围空震级。

据式（1）～（3），不考虑拟合误差可得：由空区持续时间预测的主震震级为5.9级，由空区围空震级预测的为5.9级，由空区长轴尺度预测的为6.4级。由此可见，三者预测的主震震级相差不大，预测震级约为6级。

4 震源机制一致性

应力张量方差是衡量地震震源释放应力场与区域构造应力场一致性程度的定量指标（Michael，1987）。当方差＜0.1时，意味着可以用1个统一的应力张量来解释观测到的震源机制解，也可以理解为该区域的应力场是均匀的，震源机制具有很好的一致性；当方差＞0.2时，表明该区域的应力场在时间和空间上具有非均匀性，或者说该区域的震源机制比较紊乱（Lu et al，1997），因此中小地震震源机制一致性时空分布能够反映局部区域应力场应力水平的高低（李金等，2015）。

图7（a）给出了2001年1月～2017年8月甘东南地区ML≥2.5中小地震的震源机制解，采用应力张量反演方法（Michael，1984、1987）对该地区进行 0.1°×0.1°的网格化反演获得了该区域应力场的空间分布（图7（b））。计算结果显示，甘东南地区中小地震震源机制一致性程度较高的区域为甘川交界区，九寨沟7.0级地震震中恰好位于异常区域高值附近。

图7 甘东南ML≥2.5中小地震的震源机制与一致性分布

5 空区演化过程分析

本文通过对2017年8月8日九寨沟7.0级地震前甘东南地区地震活动图像特征及震源机制一致性进行分析得到以下初步认识：

（1）预测强度分析。甘青川交界地区大范围的5级地震平静对震级的预测可达7级左右；甘东南地区4级与3级地震平静对震级的预测为6级左右。

（2）预测地点分析。甘青川交界地区5级地震空区震前演化特征为向SE方向收缩，九寨沟7.0级地震位于空区收缩方向一侧震源机制一致性参数较高的区域。

（3）提出震情跟踪思路。甘青川交界地区5级地震平静作为一项背景异常，在年度学科会商中早已提出，可作为6～7级强震的跟踪地区重点关注；而3级、4级小震的空区时空演化特征可为发震紧迫性提供参考。

本文结合传统地震学方法与数字地震学方法，综合分析了九寨沟7.0级地震前甘东南地震活动异常的时空特征，回顾总结了在日常分析预报中有关此次九寨沟地震的工作，并按照“长—中—短—临”渐进式预报思路，梳理了与此次地震发生有关的一些中期、短期、临震异常。研究工作为今后科学开展甘东南地区地震趋势研判与分析提供了经验。