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汶川5.12大地震以来,汶川-芦山地震间的空区一直是地学界极为关注的问题。中国地质大学(武汉)郑勇教授等在《中国科学:地球科学》中英文版发表点评文章,回顾了目前研究的现状和存在的争议,分析了问题和不足,提出进行多学科综合分析的策略,并探讨了存在的挑战,为地震空区的危险性研究提供了可能的研究思路。
图1 汶川地震和芦山地震之间地震空区的构造背景
红色和黄色的沙滩球分别代表汶川地震和芦山地震的震源机制. 红色和黄色的五角星分别代表汶川地震和芦山地震的震中位置. 蓝色和紫色的圆圈分别代表汶川地震和芦山地震余震重定位的结果. 深灰色的椭圆1和2分别代表鲜水河中南段(Guo等, 2020)和安宁河地震空区. 白色实心圆圈代表周边的城市分布. WLSG: 汶川地震和芦山地震之间的地震空区. LMSF: 龙门山断层; MJF: 岷江断层; LRBF: 龙日坝断层; XSHF: 鲜水河断层; ANHF: 安宁河断层. I: 华南地块; II: 龙门山次级块体; III: 阿坝次级块体; IV: 川滇北部次级块体
关于该地震空区短期内会不会发生中强地震, 目前存在着非常激烈的争论。不同学者分别从地震学、大地测量学、地质学等多种学科和角度,对该区域的地震危险性进行了全方位的研究。总体来看, 存在着两种截然不同的观点:一种观点认为该空区发生较强地震的可能性不大; 另一种观点认为该区域发生中强地震的可能性很大。
目前对地震空区的地震危险性研究存在着一定的局限性: 首先, 大多数工作都是基于某一种手段或者研究对象开展的, 比如速度结构、应变率积累及释放、古地震活动等, 从而导致了不唯一的结果。其次, 中小地震活动性分布不能完全判断闭锁状态, 地震平静的区域也可能是由于无震滑动(如余滑、慢滑移、震颤等)或者微震释放了累积的应力, 从而降低了地震潜力。第三, 该区域的地形差异很大, 而地形导致的正应力分布通常与同震滑移有着密切的关系。忽略外力因素的影响,地震危险性评估也许就会出现较大偏差。
综合考虑多种因素和物理过程是准确评估地震空区危险性的关键。郑勇教授等人提出了如下研究思路(图2):
(1) 基于密集的地震、重力等数据, 确定断层及周边区域的精细地壳结构;
(2) 基于地震观测确定中小地震的分布和震源性质, 了解地震活动性和迁移情况,阐明断层的几何特征和发震构造;
(3) 基于近断层密集台阵探测及测井、岩石学等数据, 获取可能的断层带的物理性质(例如静摩擦和滑动摩擦系数、材料属性、断层破碎带性质等);
(4) 基于震间的大地测量形变数据, 确定断层的滑移状态及亏损情况, 确定断层的闭锁程度;
(5) 结合地震、大地测量、野外观测等资料, 确定空区附近历史中强震的破裂过程和震后形变, 计算它们对断层库伦应力场的影响;
(6) 综合利用大地电磁、大地测量等数据探索下地壳以及上地幔的流变性质, 更加合理地评估黏弹性质对地震周期过程中应力应变的影响;
(7) 基于地理数据估计地形在断层面上的正应力, 识别出阻碍破裂的应力障碍体;
(8) 综合多方面的已知信息, 基于断层的物理性质和合理的应力加载及边界约束, 建立断层系统的动力学模型, 计算断层面及周边的应力场, 分析从孕震过程到失稳破裂的物理问题, 定量评估地震空区的地震潜力, 分析其未来中强地震的发震模式。
图2 地震空段危险性研究的技术路线图
这些研究需要面对以下的挑战: (1) 精确的断层几何及物理性质; (2) 断层闭锁状态的分析; (3) 非线性介质性质对断层滑移速率和闭锁程度的影响; (4) 较为全面的的库伦应力分析。
中文版: 郑勇, 郭汝梦. 2021. 汶川-芦山地震间的空区危险性研究: 现状、思考和挑战. 中国科学: 地球科学, 51(3): 483-486
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