東昆侖破裂帶大地震應(yīng)力轉(zhuǎn)移與斷層相互作用

東昆侖破裂帶大地震應(yīng)力轉(zhuǎn)移與斷層相互作用

1庫侖應(yīng)力變化2001年11月14日，ms8.1（mw7.8）可科西米地震發(fā)生在青藏高原北部的東昆侖斷裂帶。這是20世紀(jì)20年代寧夏海原地震后發(fā)生的最大地震。地震前的70年里，東昆侖斷裂帶發(fā)生了四次強(qiáng)震。m7.0.1937年，m7.0發(fā)生的強(qiáng)震發(fā)生在華石峽m7.5m地震、道蘭msm7.0地震、1973年馬尼ms7.3和1997年馬尼mw7.5m地震。這一系列大震事件發(fā)生在同一活動(dòng)帶的不同區(qū)域，這為討論大陸上強(qiáng)震之間的應(yīng)力觸發(fā)效果提供了理想的例子。近年來,大震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化對(duì)后續(xù)中強(qiáng)震發(fā)生位置和時(shí)間的影響,成為國際地震學(xué)界廣泛關(guān)注的研究課題.越來越多的震例表明,大震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力的增加明顯有利于后續(xù)中強(qiáng)地震的發(fā)生.因此,研究地震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化總和對(duì)后續(xù)中強(qiáng)地震發(fā)生位置的影響并進(jìn)而預(yù)測將來地震發(fā)生位置,從力學(xué)機(jī)制上為地震危險(xiǎn)性分析以至地震預(yù)報(bào)提供了一種具有潛力的新途徑.如Deng等通過計(jì)算1812～1995年發(fā)生在南加利福尼亞的中強(qiáng)地震在后續(xù)地震破裂面上產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化總和,發(fā)現(xiàn)95%的M≥6的地震均發(fā)生在庫侖應(yīng)力變化有助于斷層破裂的地區(qū)(庫侖應(yīng)力增加區(qū));對(duì)1932～1995年間M≥5的地震進(jìn)行計(jì)算與統(tǒng)計(jì),同樣發(fā)現(xiàn)約85%的地震發(fā)生在庫侖應(yīng)力增加區(qū).他們根據(jù)以上結(jié)果對(duì)加利福尼亞未來地震危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)估.Stein等研究了土耳其北安那托利亞斷層1939～1992年間10個(gè)M≥6.7地震的應(yīng)力轉(zhuǎn)移情況,計(jì)算得到9個(gè)地震在庫侖破裂應(yīng)力變化的“驅(qū)使”下發(fā)生,庫侖破裂應(yīng)力增加的典型值為0.1～1MPa,相當(dāng)于3～30年的長期應(yīng)力加載效果.Nalbant等也研究了土耳其西北地區(qū)和北愛琴海地區(qū)的29個(gè)MS≥6的地震,發(fā)現(xiàn)16個(gè)地震與前期地震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化有關(guān),并判定Izmit為未來可能發(fā)生地震的地區(qū),結(jié)果大地震果然于1999年在該地區(qū)發(fā)生.Papadimitriou等研究了北愛琴海地區(qū)地震及長期構(gòu)造加載產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化,發(fā)現(xiàn)所有地震均發(fā)生在庫侖破裂應(yīng)力增加區(qū),并據(jù)此預(yù)測了未來20年地震發(fā)生的可能位置.在地震應(yīng)力觸發(fā)研究中,傳統(tǒng)方法主要基于彈性介質(zhì)模型,因此所得結(jié)果為應(yīng)力場的彈性響應(yīng).模擬地震活動(dòng)時(shí),在主震剛結(jié)束時(shí)的短期時(shí)段內(nèi),僅考慮應(yīng)力場的彈性響應(yīng)或許是一種較好的近似.但在100～102a的時(shí)間尺度上,地震后黏彈性松弛造成的長期應(yīng)力場變化是不容忽視的.這種黏彈性松弛是由脆性地殼巖層和下伏的黏彈性軟流層的耦合產(chǎn)生的.Pollitz的研究表明,在斷層鄰近地區(qū)同震應(yīng)變要比震后應(yīng)變大;但在幾倍于彈性巖層厚度的更大距離內(nèi),在1至數(shù)倍特征時(shí)間常數(shù)的時(shí)間范圍內(nèi),震后應(yīng)變一般比同震應(yīng)變大得多.例如,有關(guān)研究表明,1995年日本神戶M7.0地震就因神戶南部幾百公里外的南海海溝1944年和1946年兩次8級(jí)大地震的應(yīng)力擴(kuò)散而明顯提前.Ben-Zion等運(yùn)用黏彈性模型也得出發(fā)生在圣安德烈斯斷層上的1857年FortTejon地震對(duì)Parkfield地震的發(fā)震時(shí)間有調(diào)制作用.特別令人注意的是,1999年南加州HectorMineMW7.1地震距1992年LandersMW7.3地震震中僅約20km,并且有7年的時(shí)間間隔.如此之近的距離顯然使人們很難懷疑它們之間的相關(guān)性.USGS的科學(xué)家們運(yùn)用Wald等給出的震源模型和彈性半空間地殼模型,計(jì)算了Landers地震在HectorMine震中產(chǎn)生的靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化.雖然得到的正應(yīng)力變化使得HectorMine地震斷層解鎖,但庫侖破裂應(yīng)力變化為負(fù),也就是說,同震應(yīng)力變化自身并不能滿意地解釋Landers地震對(duì)HectorMine地震的觸發(fā)作用.Freed等和Zeng分別根據(jù)三維有限元方法和廣義反射/透射系數(shù)方法計(jì)算了下地殼和上地幔的黏彈性導(dǎo)致的庫侖破裂應(yīng)力變化,結(jié)果表明下地殼和上地幔介質(zhì)的弛豫形變?cè)?年后造成地震震源位置處0.1～0.2MPa的庫侖應(yīng)力增加,從而最終促成1999年HectorMine地震的發(fā)生.這些研究結(jié)果表明了考慮黏彈性應(yīng)力松弛過程在估計(jì)地震危險(xiǎn)性及分析地震應(yīng)力觸發(fā)時(shí)的重要性.本文采用更加接近真實(shí)巖石圈狀況的黏彈性成層介質(zhì)模型,研究東昆侖斷裂帶上5個(gè)M≥7.0的強(qiáng)震破裂所產(chǎn)生的應(yīng)力演化過程,并計(jì)算前面地震在可可西里地震破裂面上產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化,由此檢驗(yàn)以往4次大震對(duì)2001年可可西里MW7.8地震的觸發(fā)作用.2斷層面錯(cuò)動(dòng)場點(diǎn)模擬本研究采用Luco等的廣義反射/透射矩陣方法計(jì)算位移和應(yīng)力的格林函數(shù),并采用Zeng發(fā)展的黏彈性形變模擬軟件進(jìn)行模擬.將斷層分為多個(gè)子斷層并運(yùn)用格林函數(shù)表示方法疊加它們對(duì)場點(diǎn)的貢獻(xiàn),求解有限斷層面錯(cuò)動(dòng)在周圍空間產(chǎn)生的應(yīng)力場.將計(jì)算得到給定場點(diǎn)的應(yīng)力張量分解為斷層法向的正應(yīng)力Δσn和滑動(dòng)方向上的剪切應(yīng)力Δτs,庫侖破裂應(yīng)力變化表示為這里μ為摩擦系數(shù),包含了孔隙流體壓力變化造成的影響.目前不同作者在庫侖破裂應(yīng)力變化計(jì)算中所采用的μ值具有較大范圍(0～0.8).由于本研究側(cè)重于大地震之間的黏彈性應(yīng)力相互作用,采用Kagan等研究南加利福尼亞的強(qiáng)震序列得到的摩擦系數(shù)μ=0.數(shù)值試驗(yàn)表明,改變此值對(duì)計(jì)算得到的庫侖破裂應(yīng)力變化的空間分布圖像影響不大,但對(duì)應(yīng)力變化值的大小有一定的影響.3地震帶、震源模型和區(qū)域地殼結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)3.1區(qū)域地質(zhì)背景東昆侖地震帶是青藏高原北部一條左旋走滑強(qiáng)烈的活動(dòng)斷裂帶(圖1),其中λE為經(jīng)度,φN為緯度.西起86°E,向東經(jīng)布喀達(dá)板峰、庫賽湖、西大灘、東大灘、秀溝、阿拉克湖、托索湖、瑪沁,東止105°E附近的四川九寨溝東.綿延近2000km,走向N70°～90°W.該斷裂與阿爾金斷裂帶、海原斷裂帶一起在研究歐亞板塊受印度板塊的擠壓造成青藏高原物質(zhì)東向滑移的變形中具有重要地位.圍繞該活動(dòng)斷裂帶已經(jīng)進(jìn)行了斷層活動(dòng)性研究和地殼結(jié)構(gòu)研究,并且該斷層發(fā)生的地震機(jī)制與前人所認(rèn)識(shí)的形變機(jī)制具有較好的一致性.這些研究成果為研究地震誘發(fā)因素的時(shí)空演化提供了重要條件.3.2中高地震地表破裂帶的斷裂特征1937年1月7日的花石峽M7.5地震發(fā)生在花石峽、托索湖一帶(圖1).根據(jù)實(shí)地考察資料,這次地震地表破裂帶總體長度約208km,走向在托索湖以西為N100°～110°E,在托索湖以東為N130°～140°E.破裂帶的主斷面較陡,多在70°以上.不同地段的斷面南傾、北傾交互發(fā)生.斷層總體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的左旋走滑.傾滑分量很小,表現(xiàn)為南盤略有抬升,垂直位移和水平位移的比值多在1∶5～1∶4,對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)角約為15°.本研究采用的震源參數(shù)列于表1,其中L為斷層長度,W為斷層寬度,u為錯(cuò)動(dòng)量,M0為地震.斷層走向采用地表形變帶走向,將形變帶劃分為14個(gè)段落來體現(xiàn)形變帶的彎曲.為簡單起見,整個(gè)斷層傾角采用70°,傾向南,滑動(dòng)角15°.此斷層模型與Molnar等得到的模型一致.斷層面各段錯(cuò)動(dòng)量采用實(shí)地考察結(jié)果的平均值,對(duì)于沒有考察資料的托索湖地區(qū),以內(nèi)插方法獲得錯(cuò)動(dòng)量的近似值.錯(cuò)動(dòng)量u隨斷層走向的分布示于圖2a,圖中x表示東向距離.由于該地區(qū)地殼下部的黏度系數(shù)較小(參看下節(jié)),本研究中所取地震破裂深度均小于10km.地震斷層面寬度采用10km.1963年4月19日的都蘭MS7.1地震發(fā)生在花石峽地震斷層以西的阿拉克湖附近(圖1).其宏觀震中為35.5°N,97.6°E.該地震可認(rèn)為是花石峽地震沿?cái)鄬游飨驍U(kuò)展的產(chǎn)物.蘭州地震研究所對(duì)該地震的宏觀調(diào)查表明,Ⅶ度區(qū)等震線為北西-南東向,呈橢圓形,長軸約80km,短軸40km.由于該地震沒有地表破裂數(shù)據(jù),本研究中斷層走向采用第四紀(jì)活斷層數(shù)據(jù),傾角、滑動(dòng)角和地震矩采用Molnar等的震源機(jī)制解.為了更好地模擬地震破裂,將斷層分為7段,每一段具有相同的滑動(dòng)量.斷層長度由走滑斷層的統(tǒng)計(jì)公式L=100.62M-2.57(km)估計(jì),此估計(jì)值與宏觀調(diào)查的Ⅶ度區(qū)等震線的長半軸長度(80km)大體一致.由于未能獲得該地震地表破裂的記載,假設(shè)斷層寬度由地表下2km擴(kuò)展到10km,剪切模量取4.0×1010Pa,斷層錯(cuò)動(dòng)量根據(jù)地震矩求出.所用震源參數(shù)列于表1.1973年7月14日的瑪尼MS7.3地震,采用Molnar等根據(jù)地震波資料得到的震源機(jī)制的傾角、滑動(dòng)角和地震矩,斷層面走向采用北東東向展布的瑪爾蓋茶卡斷層走向.將斷層分為4段模擬第四紀(jì)活動(dòng)斷層數(shù)據(jù).仿照Peltzer等根據(jù)1997年瑪尼地震同震InSAR資料反演得到的斷層模型,斷層寬度取自地表向下延伸8km.其余各參數(shù)按照1963年都蘭地震參數(shù)的確定方法給出.1997年11月8日的瑪尼MW7.5地震發(fā)生于瑪爾蓋茶卡湖東北緣.Peltzer等根據(jù)InSAR資料推測其破裂分布于長160～170km、深度為0～8km的垂直斷層面上,最大左旋位移是6～7m.瑪尼地震科學(xué)考察組得到該地震斷層為一條北東東向展布的陡傾角或近于直立的活斷層,斷層北盤略有向南逆沖分量,最大左旋位移達(dá)4.5m,其東西兩側(cè)的左旋水平位移約3m,略小于Peltzer等得到的滑動(dòng)量.本研究采用20段斷層模擬瑪爾蓋茶卡斷層的走向,斷層長度、寬度采用Peltzer等得到的數(shù)值,傾角采用直立斷層,滑動(dòng)角根據(jù)瑪尼地震科學(xué)考察組結(jié)果確定為-5°.斷層參數(shù)列于表1.斷層滑動(dòng)量采用Peltzer等滑動(dòng)分布資料的分段平均結(jié)果(圖2b).2001年11月14日的可可西里MW7.8地震發(fā)生于青海新疆交界處昆侖山南麓的庫賽湖附近.震后中國地震局組織進(jìn)行了現(xiàn)場考察.地表破裂帶的總體走向N70°～90°W,地震地表破裂帶的主體長度約為350km,以左旋走滑為主,最大水平位移約6m.南盤略有上升,垂直位移量向東逐漸減弱.根據(jù)地表形變帶分布確定該地震的斷層面解:斷層面走向采用地表形變帶走向,傾角取垂直,滑動(dòng)角根據(jù)考察點(diǎn)的垂直位移與水平位移之比確定.為了更好地?cái)M合斷層地表破裂走向,將考察得到的破裂帶劃分為31個(gè)斷層段.斷層深度采用自地表向下10km.其滑動(dòng)量隨斷層的分布根據(jù)實(shí)地考察觀測結(jié)果確定(圖2c).3.3速度結(jié)構(gòu)模型參數(shù)雖然在東昆侖破裂帶北面的柴達(dá)木盆地進(jìn)行過詳細(xì)的人工地震剖面,但考慮到盆地內(nèi)的速度結(jié)構(gòu)不一定能代表東昆侖破裂帶的速度結(jié)構(gòu),本研究選取基本沿東昆侖破裂帶的人工地震剖面(花石峽-阿克塞剖面)的速度結(jié)構(gòu)1),.東昆侖破裂帶的莫霍面較整個(gè)青藏高原的平均深度淺.所選速度結(jié)構(gòu)模型參數(shù)見表2,其中d表示所分水平層厚度,VP表示P波速度,G表示剪切模量,η表示黏滯系數(shù).S波速度由P波速度除以3√3得到.地殼及上地幔密度結(jié)構(gòu)由VP、VS及G求得.王慶良等(私人通訊,2002)根據(jù)震后形變的指數(shù)衰減特征得到通海、爐霍、共和地震的平均震后形變弛豫時(shí)間為5年.按4.0×1010Pa的剪切模量計(jì)算,地殼黏度為6.3×1018Pa·s.考慮到地殼上部10km為地震發(fā)震層,那里的黏度不可能如此低,我們僅在地殼下部采用王慶良等得到的黏度值.地殼上部10km采用Shen等模擬青藏高原地殼變形時(shí)采用的黏度值1021Pa·s.作為過渡帶,地殼上部10～18km的黏度采用2.0×1019Pa·s.這種黏度結(jié)構(gòu)與Wei等根據(jù)大地電磁測深研究青藏高原內(nèi)部昆侖山以下地殼高導(dǎo)層所在深度的位置大體一致.每層的黏度取值見表2.4不同地震事件對(duì)庫侖破裂應(yīng)力的影響根據(jù)上面的震源模型和地球介質(zhì)模型,計(jì)算了5km深度處每一個(gè)地震在斷層面走向99°的垂直斷層上,滑動(dòng)角為5°(可可西里地震破裂機(jī)制)方向上產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化(圖3).在這些圖中,暗區(qū)表示庫侖破裂應(yīng)力下降,即斷層破裂可能性降低,通常被稱為應(yīng)力影區(qū).亮區(qū)表示庫侖破裂應(yīng)力增加,即斷層破裂可能性增加.可以看出,花石峽地震、都蘭地震,1973年和1997年瑪尼地震在2001年可可西里地震破裂面上均造成庫侖破裂應(yīng)力增加.雖然總體庫侖破裂應(yīng)力增加在大部分可可西里地震斷層面上小于0.01MPa,但斷層?xùn)|端達(dá)0.018MPa(圖3e).這說明前面四個(gè)地震的發(fā)生有利于2001年可可西里地震的發(fā)生,它們的發(fā)生可能觸發(fā)了2001年11月14日的可可西里地震.由圖3可以看出,1963年都蘭地震位于庫侖應(yīng)力增加區(qū),增加值為0.02～0.03MPa;1937年花石峽地震和1963年都蘭地震由于距離1973年瑪尼地震較遠(yuǎn),在其震源位置處產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化小于0.01MPa,但位于庫侖破裂應(yīng)力增加區(qū).若認(rèn)為小于0.01MPa的庫侖破裂應(yīng)力變化也能觸發(fā)地震,則花石峽地震和都蘭地震對(duì)其均有微弱的觸發(fā)作用,但這也不能排除動(dòng)態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的可能性.1973年瑪尼地震距1997年地震斷層較近,在其震源位置處產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力增加約為0.01MPa.前面4個(gè)地震在2001年可可西里地震大部分?jǐn)鄬用嫔袭a(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力增加均小于0.01MPa,但在其東端達(dá)到0.018MPa(圖3d).至2003年7月,上述5個(gè)地震,主要是花石峽和可可西里地震在可可西里地表破裂以東東昆侖斷裂帶的東大灘、西大灘地區(qū)產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力達(dá)到0.05～0.1MPa.圖4給出2001年可可西里地震發(fā)生時(shí)在該地震破裂面上的庫侖破裂應(yīng)力ΔCFS變化.由于花石峽地震和都蘭地震距可可西里發(fā)震斷層較近,對(duì)其影響較大.圖中d表示沿?cái)鄬幼呦虻木嚯x,h表示深度,即斷層面的垂向距離.另外由圖4還可以看出可可西里地震破裂面上的庫侖破裂應(yīng)力變化隨深度改變不大.為了定量表示黏彈性介質(zhì)弛豫對(duì)庫侖破裂應(yīng)力變化的放大作用,以下式表示某地震錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生的同震庫侖破裂應(yīng)力變化在總體庫侖破裂應(yīng)力變化(可可西里地震發(fā)生前夕)中所占份額其中,r表示可可西里地震發(fā)生前同震產(chǎn)生庫侖破裂應(yīng)力變化在總體庫侖破裂應(yīng)力變化中所占份額.N表示研究區(qū)域庫侖破裂應(yīng)力的計(jì)算點(diǎn)數(shù).Δσci表示第i點(diǎn)上某個(gè)地震同震庫侖破裂應(yīng)力變化,Δσsi表示可可西里地震發(fā)生前某個(gè)地震在第i點(diǎn)產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化.地震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化包含兩部分,第一部分為地震的同震庫侖破裂應(yīng)力變化(Δσci),第二部分為由于地球介質(zhì)的黏彈性弛豫導(dǎo)致的庫侖破裂應(yīng)力變化(Δσsi-Δσci).很明顯,r值越小,同震庫侖破裂應(yīng)力變化占總庫侖破裂應(yīng)力變化的份額越小,黏彈性弛豫導(dǎo)致的庫侖破裂應(yīng)力變化越大.根據(jù)(2)式得到花石峽、都蘭、1973年瑪尼和1997年瑪尼地震同震庫侖應(yīng)力變化所占份額分別為11.5%,27.2%,34.8%和79.6%.總之,隨著地震發(fā)生時(shí)間的推遲,中下地殼的黏彈性松弛導(dǎo)致的庫侖破裂應(yīng)力變化逐漸增加,致使其同震庫侖破裂應(yīng)力變化所占的份額逐漸減小.總體來看,前面四個(gè)地震在2001年可可西里地震破裂面上由于地球黏彈性弛豫產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化(即Δσsi-Δσci)隨著時(shí)間的推移逐漸加大.庫侖破裂應(yīng)力變化為正的地區(qū)也隨著時(shí)間的推移逐漸擴(kuò)大.這與Zeng計(jì)算的Landers地震對(duì)HectorMine地震的影響是一致的:Landers地震后下地殼應(yīng)力場的松弛使得HectorMine震源位置處的庫侖應(yīng)力逐漸移出應(yīng)力影區(qū),從而促使HectorMine地震的發(fā)生.這里需要說明的是,HectorMine地震相距Landers地震震中只有20km,對(duì)其影響較大,本研究給出的前面4次地震相距可可西里地震達(dá)數(shù)百公里,因而對(duì)其影響較小.為了研究各個(gè)地震事件對(duì)地震斷層面不同點(diǎn)的影響,圖5給出可可西里地震斷層面東端A、中心位置B和西端C點(diǎn)的庫侖破裂應(yīng)力變化隨時(shí)間的改變,并且給出摩擦系數(shù)μ不為0時(shí)對(duì)結(jié)果的影響,圖中縱坐標(biāo)為時(shí)間,單位為年.可以看出,前面發(fā)生的4次地震在可可西里地震斷層面上產(chǎn)生的剪切應(yīng)力(同時(shí)亦為μ為0時(shí)的庫侖破裂應(yīng)力)均有利于可可西里地震的發(fā)生.而正應(yīng)力均為負(fù),使得斷層面被擠壓而不利于可可西里地震的發(fā)生.若假定摩擦系數(shù)μ=0.4,正應(yīng)力的擠壓效應(yīng)還不足以抵消剪切應(yīng)力的增加,計(jì)算的庫侖破裂應(yīng)力變化仍有利于可可西里地震的發(fā)生(圖5).由于A點(diǎn)靠近花石峽地震和都蘭地震,而這兩次地震的發(fā)震時(shí)間較早,中、下地殼的黏彈性弛豫對(duì)庫侖破裂應(yīng)力變化影響較大,致使該點(diǎn)的應(yīng)力變化最大,并且在花石峽地震和都蘭地震發(fā)生時(shí)也能看到該點(diǎn)同震應(yīng)力的明顯增加.C點(diǎn)靠近1973年和1997年瑪尼地震斷層,由于1973年瑪尼地震地震矩釋放較小(表1),看不出明顯的同震應(yīng)力變化,而1997年瑪尼地震使得該點(diǎn)剪切應(yīng)力明顯增加,正應(yīng)力明顯減小,而庫侖破裂應(yīng)力變化改變很小.可可西里地震斷層中點(diǎn)位置B僅能觀測到1937年花石峽地震和1997年瑪尼地震時(shí)的明顯同震應(yīng)力變化.應(yīng)該注意的是,圖5所給出的剪切應(yīng)力變化和正應(yīng)力變化均有隨時(shí)間的加速過程.這可以從兩個(gè)方面來解釋,第一,巖石圈各層內(nèi)弛豫時(shí)間不同(中地殼和下地殼為數(shù)年,上地殼Ⅱ?yàn)閿?shù)十年,上地幔為百年),幾種不同弛豫時(shí)間的綜合效應(yīng)導(dǎo)致觀測到的應(yīng)力加速現(xiàn)象.第二,震源產(chǎn)生的黏彈性效應(yīng)具有隨時(shí)間向外擴(kuò)散的過程.距震源較遠(yuǎn)的點(diǎn)雖然觀測到的庫侖應(yīng)力變化較小,但深部的黏彈性弛豫效應(yīng)的貢獻(xiàn)大于淺部貢獻(xiàn),隨時(shí)間的加速過程也更明顯.5地殼系統(tǒng)應(yīng)力變化對(duì)地震發(fā)生時(shí)間的影響在地震應(yīng)力觸發(fā)問題的討論中,按照對(duì)后續(xù)地震作用的應(yīng)力形式不同,目前所進(jìn)行的研究大致上可分為幾類:(1)靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)研究,(2)動(dòng)態(tài)應(yīng)力觸發(fā)研究,(3)黏彈性擴(kuò)散應(yīng)力觸發(fā)研究.但對(duì)于同一地區(qū)考慮黏彈性介質(zhì)中多個(gè)大地震對(duì)后續(xù)地震事件綜合影響的研究還未見報(bào)道.本文針對(duì)東昆侖破裂帶發(fā)生的1937年花石峽、1963年都蘭、1973年瑪尼、1997年瑪尼和2001年可可西里地震計(jì)算了前面地震在可可西里地震破裂面上的庫侖破裂應(yīng)力變化.計(jì)算結(jié)果表明,前面地震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化均有利于可可西里地震的發(fā)生.中下地殼的黏彈性弛豫效應(yīng)使得庫侖破裂應(yīng)力變化隨時(shí)間逐漸增大,在中、遠(yuǎn)場范圍黏彈性弛豫造成的庫侖破裂應(yīng)力甚至可以大大超過同震形變?cè)斐傻膸靵銎屏褢?yīng)力.關(guān)于庫侖破裂應(yīng)力變化對(duì)于地震觸發(fā)的估計(jì),可可西里地震破裂面上大部分區(qū)域庫侖破裂應(yīng)力變化小于0.01MPa,但在其東端達(dá)0.018MPa.雖然0.018MPa的庫侖破裂應(yīng)力變化值略大于0.01MPa的地震觸發(fā)閾值,但考慮到該斷層每年錯(cuò)動(dòng)11mm,假設(shè)在100km的空間范圍內(nèi)產(chǎn)生形變,地殼剪切模量為4×1010Pa,則每年會(huì)產(chǎn)生10-7量級(jí)的應(yīng)變,相當(dāng)于4400Pa的應(yīng)力積累,這樣0.018MPa的庫侖破裂應(yīng)力變化相當(dāng)于4.0年的應(yīng)力積累.1963年都蘭地震震源處的庫侖破裂應(yīng)力變化為0.02～0.03MPa.該地震發(fā)生于東昆侖破裂帶的阿拉克湖段上,該段斷層全新世時(shí)期的左旋滑動(dòng)速率為每年5～8mm,按同樣方法估計(jì),0.02～0.03MPa的庫侖破裂應(yīng)力變化相當(dāng)于6～15年的積累.1937年和1963年地震距1973年地震較遠(yuǎn),對(duì)其影響很小,但庫侖破裂應(yīng)力變化為正.1997年瑪尼地震處的庫侖破裂應(yīng)力變化約為0.01MPa,而瑪爾蓋茶卡斷層的全新世左旋走滑速率約為每年10mm,按上述方法估計(jì)0.01MPa的應(yīng)力變化相當(dāng)于2.5年的長期構(gòu)造加載積累.可可西里地震發(fā)生后,東大灘和西大灘段的庫侖破裂應(yīng)力變化達(dá)0.05～0.1MPa,按該段斷層全新世左旋滑動(dòng)速率每年12mm估計(jì),該庫侖破裂應(yīng)力變化相當(dāng)于10～20年的長期構(gòu)造加載積累,預(yù)示著這一地區(qū)的地震危險(xiǎn)性增加,這與徐錫偉等根據(jù)地質(zhì)考查和地震空區(qū)推測得到的結(jié)論一致.需要注意的是,花石峽及都蘭地震斷層的東南端及與斷層垂直的方向也出現(xiàn)較高的庫侖破裂應(yīng)力增加,但考慮到后發(fā)生的可可西里地震的影響、斷層的分布以及可可西里地震的動(dòng)態(tài)應(yīng)力觸發(fā)效應(yīng),東大灘-西大灘斷層段發(fā)生地震的危險(xiǎn)性應(yīng)當(dāng)比這里為大.由此看來,地震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化可以較好地估計(jì)將來地震發(fā)生的位置.但如何根據(jù)地震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化預(yù)測將來地震的發(fā)生時(shí)間是一個(gè)未解決的問題.當(dāng)?shù)貧は到y(tǒng)加載到接近破裂的臨界狀態(tài)時(shí),任何小的應(yīng)力增加可能導(dǎo)致地震的發(fā)生,前面地震產(chǎn)生的應(yīng)力變化可能與后續(xù)地震有相當(dāng)好的對(duì)應(yīng)關(guān)系.然而,地殼系統(tǒng)未加載到臨界狀態(tài)時(shí),前面地震產(chǎn)生的應(yīng)力變化就不能觸發(fā)后續(xù)地震.對(duì)地殼系統(tǒng)所處的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)正確估計(jì)是運(yùn)用庫侖破裂應(yīng)力變化對(duì)將來地震發(fā)生時(shí)間進(jìn)行預(yù)測的關(guān)鍵環(huán)節(jié).一旦地殼系統(tǒng)達(dá)到破裂的臨界狀態(tài),小的應(yīng)力變化也可能會(huì)引起其他物理性質(zhì),例如介質(zhì)的電導(dǎo)率、地震波速、介質(zhì)各向異性等的變化.對(duì)