鄭兵 易天陽 楊洋 蘇琴 蒲曉霞 馬伶俐 李菲菲

四川省地震局測(cè)繪工程院，四川雅安市上壩路139號(hào) 625000

0 引言

2013年4月20日08時(shí)02分在四川省雅安市蘆山縣(30.3°N，103.0°E)發(fā)生了7.0級(jí)地震。本次地震發(fā)生在龍門山地震斷裂帶南西段斷層上盤(張勇等，2013)，距汶川地震主震區(qū)87km，震源深度13km，為逆沖型地震，震中烈度初步估計(jì)為Ⅸ度，它也是汶川地震后發(fā)生在龍門山斷裂帶上最強(qiáng)的一次地震(王為民等，2013)。在地震孕育的過程中，隨著震源區(qū)域應(yīng)力的不斷集中，使地殼內(nèi)部物質(zhì)發(fā)生遷移，導(dǎo)致地殼內(nèi)部密度發(fā)生變化，從而使該處地表的重力值發(fā)生變化(賈民育等，1985、2000;曾融生等，1992;祝意青等，1999、2001、2003、2005;李清林等，2001;焦青等，2008)，這種變化能被重復(fù)重力測(cè)量監(jiān)測(cè)到，而根據(jù)這些監(jiān)測(cè)到的重力值變化所繪制的重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化圖一直是地震預(yù)測(cè)研究的基本信息源(陳運(yùn)泰等，1980;賈民育等，1995;李瑞浩等，1997;李輝等，2009)。蘆山7.0級(jí)地震發(fā)生在四川流動(dòng)重力網(wǎng)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，其孕震過程中的重力場(chǎng)變化被流動(dòng)重力監(jiān)測(cè)所記錄，對(duì)分析預(yù)測(cè)該地震起到了一定的參考作用，總結(jié)歸納大地震的重力場(chǎng)變化特征，對(duì)研究活動(dòng)斷裂構(gòu)造活動(dòng)與地震的關(guān)系和地震的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)具有較高的參考價(jià)值。

1 發(fā)震地區(qū)概況及重力資料處理

發(fā)震區(qū)位于四川省雅安市蘆山縣，處于四川盆地西緣，屬山區(qū)地帶，龍門山斷裂帶南西段在此經(jīng)過。而震中區(qū)附近是龍門山主山前邊界斷裂，為逆沖斷裂，位于鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶和龍門山斷裂帶交匯的三岔口地區(qū)邊緣地帶，這一地區(qū)歷史地震強(qiáng)度并不高，但是據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，該段應(yīng)具備發(fā)生大地震的地質(zhì)構(gòu)造背景(蘇有錦等，2001;聞學(xué)澤等，2009;朱守彪等，2009)。2008年汶川8.0級(jí)地震發(fā)生后，四川省地震局對(duì)原有的四川流動(dòng)重力網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，不但將原有的成都、西昌和甘孜等3個(gè)測(cè)網(wǎng)連成一片，而且擴(kuò)大了監(jiān)測(cè)范圍(圖1)，蘆山地震震中就處在監(jiān)測(cè)網(wǎng)范圍內(nèi)，其重力變化能夠被流動(dòng)重力監(jiān)測(cè)到。本研究所采用的流動(dòng)重力資料是2010年下半年新網(wǎng)建成后的觀測(cè)資料。由于川西地區(qū)重力變化的情況復(fù)雜，資料的平差方式采用了擬穩(wěn)平差，擬穩(wěn)點(diǎn)的選取需滿足以下2個(gè)條件:①點(diǎn)位處于相對(duì)穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造單元中(祝意青等，1999、2011)，比較穩(wěn)定，受周圍環(huán)境和外界影響小;②點(diǎn)位觀測(cè)資料連續(xù)，無中斷和重力變化差異大的情況。擬穩(wěn)平差時(shí)盡量多的選取聯(lián)測(cè)路線上滿足條件的點(diǎn)位作為擬穩(wěn)點(diǎn)進(jìn)行擬穩(wěn)平差，利用平差后的數(shù)據(jù)繪制出重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化等值線圖。

圖1 四川省流動(dòng)重力聯(lián)測(cè)路線及構(gòu)造示意圖

2 蘆山7.0級(jí)地震前后重力場(chǎng)變化

對(duì)蘆山7.0級(jí)地震前后的重力場(chǎng)變化的分析依重力場(chǎng)差分動(dòng)態(tài)變化、累積動(dòng)態(tài)變化及段差時(shí)序變化等逐一進(jìn)行。

2.1 重力場(chǎng)差分變化

圖2是四川地區(qū)相鄰2測(cè)期重力場(chǎng)變化的差分圖，筆者按照地震前后不同測(cè)期的重力場(chǎng)變化情況對(duì)差分圖進(jìn)行分析。

圖2 四川流動(dòng)重力差分動(dòng)態(tài)變化等值線圖(2010年08月～2013年08月)

2.1.1 蘆山地震前(201008-201209測(cè)期)

從圖2可以看出，201008-201109測(cè)期震區(qū)及其鄰區(qū)(主要指龍門山、安寧河和鮮水河等斷裂交匯的三岔口地區(qū))重力場(chǎng)變化基本上是以正值變化為主，圖2(a)顯示三岔口地區(qū)重力場(chǎng)出現(xiàn)閉合的重力正值變化異常梯度帶區(qū)域，變化值最高達(dá)80×10－8m/s2，震中區(qū)位于該閉合區(qū)域的東北側(cè)梯度帶邊緣，呈數(shù)值較小的正值變化。事實(shí)上，在此時(shí)期之前、汶川地震以后，在筆者親歷的幾期流動(dòng)重力測(cè)量過程中，均發(fā)現(xiàn)三岔口地區(qū)的重力場(chǎng)變化基本上呈增加趨勢(shì)，只是2010年8月以前的甘孜西昌測(cè)網(wǎng)網(wǎng)形較差，測(cè)量缺少控制，資料可信度較低，難以定量分析，但是重力場(chǎng)變化的增加是可以確定的，這與汶川地震對(duì)龍門山斷裂帶南段起到加載作用，進(jìn)而影響蘆山地震的孕震及發(fā)生(趙靜等，2013;蔣鋒云等，2013)的認(rèn)識(shí)基本一致。圖2(b)顯示三岔口地區(qū)仍以重力正值變化為主，但變化量變小，開始出現(xiàn)小面積、數(shù)值較小的重力負(fù)值變化區(qū)域，震中區(qū)基本上處于重力變化0值線附近。201109－201209測(cè)期(圖2(c)、(d))顯示三岔口地區(qū)重力場(chǎng)從2011年的正值變化為主轉(zhuǎn)為以負(fù)值變化為主。在此過程中，震中區(qū)的重力變化雖然保持持續(xù)的負(fù)變化，但是變化數(shù)值大小卻是遞減，且基本上位于0值線附近，也就是說，三岔口地區(qū)重力場(chǎng)的正值變化起于汶川地震以后，在2012年的上半年后加速轉(zhuǎn)為負(fù)值變化，在蘆山大震前半年，震中地區(qū)的重力變化開始回調(diào)。祝意青等(2013)認(rèn)為蘆山大震前震中附近的重力場(chǎng)變化，是一個(gè)由“重力正值異常區(qū)→重力異常區(qū)變化持續(xù)增加→沿相關(guān)活動(dòng)構(gòu)造帶出現(xiàn)重力變化梯度帶→局部‘硬化’構(gòu)成的重力異常演化過程”。

2.1.2 蘆山地震后(201209-201309測(cè)期)

這個(gè)測(cè)期的差分圖反映的是震后重力場(chǎng)變化情況，從圖2(e)可以看出，震后三岔口地區(qū)重力場(chǎng)開始向常態(tài)轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)面積較大的重力正值變化區(qū)域，震中區(qū)是數(shù)值較小的重力正變化，說明震中區(qū)震后重力場(chǎng)接續(xù)了震前的回調(diào)變化并且已回調(diào)到較小數(shù)值的正值變化。圖2(f)顯示在2013年下半年重力場(chǎng)正值變化進(jìn)一步加大，正值變化區(qū)域增大，幾乎遍布四川測(cè)區(qū)的北部，三岔口地區(qū)重力場(chǎng)形成梯度帶，展布方向大致與龍門山斷裂帶和鮮水河斷裂帶相同，在石棉地區(qū)形成一個(gè)正值變化異常區(qū)突出部，震中區(qū)重力場(chǎng)正值變化數(shù)值變大，爐霍地區(qū)和馬爾康地區(qū)也出現(xiàn)閉合的正值異常區(qū)域。

2.2 重力場(chǎng)累積變化動(dòng)態(tài)

為了分析震區(qū)較長時(shí)間的重力場(chǎng)累積變化動(dòng)態(tài)情況，以2010年8月的首期觀測(cè)資料為基準(zhǔn)，繪制了蘆山地震前后重力場(chǎng)的累積變化動(dòng)態(tài)圖(圖3)。從圖3(a)可以看出，在蘆山震前半年，四川測(cè)區(qū)出現(xiàn)了2個(gè)重力正值變化異常區(qū)域，一個(gè)是成都-都江堰地區(qū)，另一個(gè)就是三岔口地區(qū)。成都-都江堰地區(qū)雖然出現(xiàn)重力場(chǎng)正值變化異常，但是其等值線數(shù)值和密度相對(duì)較小，而三岔口地區(qū)重力場(chǎng)形成了密集的、閉合的、不規(guī)則三角形的正值變化等值線高梯度帶環(huán)區(qū)，最高異常值高達(dá)80×10－8m/s2。這個(gè)高梯度帶環(huán)區(qū)的形狀與三岔口主要活動(dòng)斷裂帶的走向基本一致，震中則位于高梯度帶環(huán)區(qū)彎轉(zhuǎn)部位附近，這與強(qiáng)震一般發(fā)生在重力變化的局部異常、高梯度帶以及梯度帶的彎轉(zhuǎn)部位的認(rèn)識(shí)基本一致(祝意青等，1999、2001、2003、2005、2013;申重陽等，2010、2011)，充分說明震前三岔口地區(qū)積累了較多的地應(yīng)力。圖3(b)是蘆山震后的累積變化圖，由圖可知，震后測(cè)區(qū)重力場(chǎng)正值變化區(qū)位置與面積幾乎沒有變化，成都-都江堰地區(qū)和三岔口地區(qū)仍然是正值變化異常區(qū)，但是變化數(shù)值減小，等值線密度降低，梯度帶展布仍然與三岔口主要活動(dòng)斷裂帶的走向基本一致，震中仍處于梯度帶的彎轉(zhuǎn)處，而重力變化數(shù)值降低，顯示震后地應(yīng)力得到了一定的釋放。圖3(c)是震后半年的重力場(chǎng)累積變化圖，較之圖3(b)，測(cè)區(qū)重力場(chǎng)正值變化數(shù)值和面積皆增大，即成都-都江堰和三岔口這2個(gè)重力正值變化異常區(qū)在數(shù)值和面積上都增大了，三岔口地區(qū)重力正值變化等值線密度加大，形成密集的閉合梯度帶環(huán)，出現(xiàn)九龍及雅安一負(fù)一正兩個(gè)局部重力異常區(qū)及伴生的重力變化高梯度帶，且沿雅安-石棉-康定-馬爾康-爐霍分布，形成了一個(gè)內(nèi)陷的數(shù)值較小的負(fù)值區(qū)域，震中處于梯度帶拐角位置，重力正值變化增加較多，這些說明在震后半年測(cè)區(qū)重力場(chǎng)變化回調(diào)，接近了震前的狀態(tài)。

圖3 四川流動(dòng)重力累積動(dòng)態(tài)變化等值線圖(2010年08月～2013年08月)

2.3 重力段差時(shí)序變化

重力段差時(shí)序變化能夠較好地反映跨斷裂地段的重力動(dòng)態(tài)變化，故本文選取雅安-飛仙關(guān)、飛仙關(guān)-蘆山、蘆山-穆坪(跨灌縣－安縣斷裂、龍門山山前主邊界斷裂)、穆坪-蜂桶寨(跨越映秀-北川斷裂)、蜂桶寨-磽磧(跨越龍門山中央斷裂、汶川-茂汶斷裂、龍門山后山斷裂)、磽磧-達(dá)維等6個(gè)測(cè)段的重力段差時(shí)序變化(圖4)進(jìn)行分析，分析中以龍門山斷裂下盤相對(duì)上盤方向?yàn)榍斑M(jìn)方向。

圖4顯示蘆山-穆坪、穆坪-蜂桶寨、蜂桶寨-磽磧等3個(gè)跨斷裂測(cè)段段差出現(xiàn)不同的有規(guī)律的變化:蘆山-穆坪測(cè)段在201103-201204測(cè)期呈逐漸下降趨勢(shì)，在臨震前1年呈加速上升趨勢(shì)，在震后上升趨勢(shì)減緩;穆坪-蜂桶寨測(cè)段的變化趨勢(shì)與蘆山-穆坪測(cè)段相反;蜂桶寨-磽磧測(cè)段在201204-201308測(cè)期的變化量雖然沒有蘆山-穆坪大，但是其變化趨勢(shì)基本上相同。由于這3個(gè)測(cè)段均跨斷裂帶，但是由于距離震中遠(yuǎn)近的差異，測(cè)段變化量是呈逐漸衰減的狀態(tài)，但在臨震前1年的測(cè)段段差的變化量相對(duì)加大，在震后則變化量減小，這說明發(fā)震斷裂在蘆山地震前逆沖運(yùn)動(dòng)加大，能量釋放增強(qiáng)，并在地震時(shí)釋放量達(dá)到最大，震后發(fā)震斷裂運(yùn)動(dòng)減弱。其它3個(gè)不跨斷裂的測(cè)段段差雖也出現(xiàn)一定的變化，但變化呈無規(guī)律的波動(dòng)性。

圖4 震區(qū)部分測(cè)段重力段差變化時(shí)序圖(2010年08月～2013年08月)

在20108-201204測(cè)期，蜂桶寨-磽磧段差變化量很大，累積接近60×10－8(m/s2)，明顯大于同期的蘆山-穆坪、穆坪-蜂桶寨等測(cè)段。在201204-201304測(cè)期蘆山地震前后段差變化量很小，但在震后半年段差變化量又開始加大。蘆山-穆坪、穆坪-蜂桶寨測(cè)段在20108-201204測(cè)期段差變化方向盡管有所不同，但因所跨斷裂距震中較近，隨著蜂桶寨-磽磧測(cè)段段差變化量的增大，其段差變化量亦逐漸增大，在蘆山地震前后段差變化量最大，并出現(xiàn)明顯的突跳現(xiàn)象;震后半年段差變化量稍微減小，但是變化仍然明顯，顯然蜂桶寨-磽磧測(cè)段所跨斷裂帶的活動(dòng)對(duì)這2個(gè)測(cè)段所的跨斷裂帶活動(dòng)施加了影響，使它們的活動(dòng)強(qiáng)度變大;在蘆山地震后，這些鄰近震中的斷裂帶的活動(dòng)又反過來影響蜂桶寨-磽磧測(cè)段所跨斷裂帶使其活動(dòng)開始增強(qiáng)。由于蜂桶寨-磽磧測(cè)段所跨斷裂帶包含汶川地震發(fā)震斷裂帶——龍門山中央斷裂帶，從段差時(shí)序變化過程來看，顯然汶川地震斷裂帶的地震活動(dòng)影響了相鄰斷裂帶活動(dòng)，引起地下應(yīng)力的重新分布，導(dǎo)致蘆山地震震區(qū)斷裂應(yīng)變積累的速率的提高，加速了蘆山大震的孕育進(jìn)程(祝意青等，2013;趙靜等，2013)。在這個(gè)過程中，蘆山地震震中區(qū)形成北北東向的擠壓逆沖形變特征，似可以這樣認(rèn)為，是汶川巨震的孕育和爆發(fā)促進(jìn)了蘆山大震的爆發(fā)。

3 討論和結(jié)論

重力變化與構(gòu)造應(yīng)力之間有著密切的聯(lián)系(向文等，1999)，重力場(chǎng)變化能反映出區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的微動(dòng)態(tài)活動(dòng)(申重陽等，2010、2011)。通過對(duì)重力場(chǎng)變化情況的分析發(fā)現(xiàn)，在2008年汶川地震以后，受汶川地震的影響，蘆山大震震中區(qū)所在的三岔口重力場(chǎng)基本上呈增加的正值變化;在2011年上半年三岔口地區(qū)重力場(chǎng)變化等值線呈高梯度帶閉合區(qū)域，震中區(qū)位于梯度帶的拐轉(zhuǎn)部位附近且數(shù)值較小，在2011年下半年三岔口地區(qū)重力場(chǎng)基本上是數(shù)值較小的正值變化，這個(gè)過程基本上呈“上升→加速上升→減速上升”的情形。在2012年的上半年，三岔口地區(qū)重力場(chǎng)加速轉(zhuǎn)為負(fù)值變化，在蘆山大震前半年，震中地區(qū)的重力變化開始回調(diào)，這個(gè)過程基本上呈“加速下降-減速下降”狀態(tài)，在此過程中震中區(qū)基本上處于重力變化0值線附近;蘆山大震后重力場(chǎng)以較快的速度回調(diào)，在震后半年震中區(qū)重力場(chǎng)正變化數(shù)值達(dá)60×10－8m/s2左右。蘆山地震前后重力場(chǎng)變化特征基本上與1976年唐山7.8級(jí)地震(李瑞浩等，1997)、2008年汶川 8.0級(jí)地震、2008年于田 7.3級(jí)地震(申重陽等，2010)、2010年玉樹7.1級(jí)地震相類似，但是蘆山地震重力場(chǎng)變化也有自己的特點(diǎn)，那就是震后重力場(chǎng)的恢復(fù)不是平緩漸變，而是在震后半年就以較快的速度恢復(fù)到接近震前的狀況，繼續(xù)保持重力場(chǎng)正值異常狀態(tài)。這可能是由于龍門山斷裂帶南西段的活動(dòng)雖然受到汶川地震的影響而使斷裂應(yīng)變積累速度加快(趙靜等，2013)，逆沖應(yīng)變能增強(qiáng)(蔣鋒云等，2013)，發(fā)生了蘆山地震;但是在蘆山地震發(fā)生后，蘆山至汶川之間還有65km左右的閉鎖段未破裂，汶川地震和蘆山地震對(duì)尚未破裂的閉鎖區(qū)段具有一定的加載作用(蔣鋒云等，2013)，使四川測(cè)區(qū)再度出現(xiàn)重力場(chǎng)正值變化異常區(qū)域，而這一變化特征，需要給予關(guān)注。

綜合蘆山7.0級(jí)地震前后的重力場(chǎng)演化情況，可以看出蘆山地震前后的重力變化情況具有如下特點(diǎn):

(1)蘆山7.0級(jí)地震孕震時(shí)間較長，震前重力場(chǎng)經(jīng)歷了約3年的增大和約1年的減小變化，重力變化基本上呈“上升→加速上升→減速上升→加速下降→減速下降”的過程。

(2)蘆山地震發(fā)生在重力場(chǎng)變化由下降向上升的回調(diào)過程中，震后重力場(chǎng)變化以較快的速度恢復(fù)到接近震前狀況，出現(xiàn)重力正值變化異常區(qū)域。

(3)臨震前震中區(qū)重力場(chǎng)變化數(shù)值較小，構(gòu)造帶活動(dòng)速度變慢。