中国地震  2025, Vol. 41 Issue (4): 690-703
2015—2024年四川三岔口地区重力变化特征
郑兵, 唐伟, 王伟力, 易天阳, 刘宏伟, 崔靖锋, 竹任国, 何磊, 白云波, 廖明辉, 张文, 马伶俐     
四川省地震局地壳形变观测中心,四川雅安 625000
摘要:利用2015—2024年四川省龙门山断裂、鲜水河断裂和安宁河断裂交汇的三岔口地区的流动重力观测数据绘制重力场等值线变化图像,同时参考这10年间四川地区MS≥5.0的地震活动,分析研究重力变化特征。结果表明:①2015—2024年三岔口地区的重力变化特征对四川地区的强震、大震(如九寨沟MS7.0、泸定MS6.8等地震)具有中期“前兆”指示意义,显示出强震、大震的“窗口”意义;②三岔口地区外的九寨沟MS7.0地震前,重力正变化异常面积和数值快速增大,震后快速减小或者消失;③三岔口地区内的泸定MS6.8地震前,重力正变化异常的面积和数值持续增加较长时间,震后缓慢减小或者消失。本研究可为四川地区MS≥6.0地震的预测提供参考。
关键词三岔口地区    流动重力观测数据    重力变化特征    
Gravity Changes in the Intersection Region of Xianshuihe-Longmenshan-An'ninghe Faults in Sichuan Province During 2015—2024
Zheng Bing, Tang Wei, Wang Weili, Yi Tianyang, Liu Hongwei, Cui Jingfeng, Zhu Renguo, He Lei, Bai Yunbo, Liao Minghui, Zhang Wen, Ma Lingli     
Crustal Deformation Observation Center, Sichuan Earthquake Agency, Ya'an 625000, Sichuan, China
Abstract: Based on gravity observation data collected in the intersection region of the Xianshuihe-Longmenshan-An'ninghe fault zones from 2015 to 2024, contour maps of gravity field variations are constructed. These maps, together with records of earthquakes with MS≥5.0 that occurred in Sichuan Province over the same period, are used to analyze gravity field changes. The results show that: (1) gravity variation characteristics in the intersection region from 2015 to 2024 exhibit mid-term precursory significance for strong and major earthquakes in Sichuan, such as the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake and the Luding MS6.8 earthquake, indicating a distinct "window" effect for the occurrence of such events; (2) prior to the Jiuzhaigou MS7.0 earthquake, the extent and magnitude of positive gravity change anomalies increased rapidly and then decreased sharply or disappeared after the earthquake outside the intersection region; and (3) prior to the Luding MS6.8 earthquake, the extent and magnitude of positive gravity change anomalies increased over a period of time and then decreased gradually or disappeared after the earthquake within the intersection region. This study provides reference information for the prediction of earthquakes with MS≥6.0 in Sichuan Province.
Key words: The intersection region of Xianshuihe-Longmenshan-An'ninghe faults     Gravity observation data     The characteristics of gravity changes    
0 引言

三岔口地区(28°30′N~31°00′N、101°00′E~103°30′E,图 1所示浅红色区域,略大于龙思胜等(2000)研究范围)是青藏高原东缘大型走滑剪切断裂鲜水河断裂带、安宁河断裂带和大型推覆剪切断裂龙门山断裂带相交汇的区域,也是巴颜喀拉地块、川滇地块和华南地块的过渡区以及中国著名南北地震带的中部核心部位,构造活动十分强烈,强震活动受高原物质东流和这些断裂活动的控制(邓起东等,2010程佳等,2011龙思胜等,2000解朝娣等,2021)。南北地震带汇集了中国大陆五分之二的7级以上强震和一半的8级以上地震(陈兆辉等,2018王椿镛等,2015),所属四川地区更是地震频发的地区,是中国大陆强震的主体活动地区(邓起东等,2010程佳等,2011),近20年发生MS≥6.0地震9次,以2008年汶川MS8.0、2013年芦山MS7.0、2017年九寨沟MS7.0等大地震为代表(胡敏章等,2021解朝娣等,2021祝意青等,2013郑兵等,2014王伟力等,2024),给震区人民带来了巨大的生命财产损失。地震的发生并非一蹴而就,而是构造应力与应变即构造能量长期累积而致爆发的结果,孕育地震的过程中地壳内部物质迁移导致密度变化,这种密度变化会引起地表重力值发生变化(陈运泰等,1980祝意青等,20012005申重阳等,2010),而这些变化能被流动重力监测到,根据这些变化绘制的重力场变化图可用于研究地震孕育、发生以及进行震孕震过程中的重力值监测,将其提供给各级分析预报机构,对地震的预测预报和国家防震减灾工作起到了一定的参考作用。

图 1 四川省流动重力联测路线示意图 注:F1:鲜水河断裂;F2:龙门山断裂;F3:安宁河断裂;F4:则木河断裂;F5:理塘—德巫断裂;F6:小江断裂;F7:莲峰断裂;F8:化蓉山断裂;F9:龙泉山西坡断裂。

对地震活动的研究(龙思胜等,2000)表明,三岔口地区的强震或大震活动与区外邻近地区的大震或强震具有一定的呼应或响应关系:当区外邻近地区发生大震或强震活动时,因地震触发和主干活动构造或块体的相互作用,三岔口地区构造活动更为明显且有一定地震活动响应,尽管这种响应因应力传递过程而具有一定的延时性;当三岔口地区发生大震或强震时,由于主干活动构造或块体的相互作用,形成一个应力作用缓冲区,传递到该地区外的应力作用减弱,所以对区外的地震活动影响较小;三岔口地区与强震或大震活动相关的构造或块体活动情况使三岔口地区呈现出一定的地震“窗口”意义。这种地震“窗口”是否具有地球物理场前兆意义值得重视和研究。为此,本文结合四川地区近10余年发生的强震、大震活动,从重力观测变化特征角度对此进行探讨,为大震机理研究提供参考,且对地震预测的应用具有现实意义。

1 区域重力观测数据与处理

自2008年汶川8.0级地震以来,四川地区完善和发展了区域内的流动重力网(图 1),该网覆盖龙门山断裂、鲜水河断裂、理塘断裂、岷江断裂、马尔康断裂、安宁河—则木河断裂等主要断裂,能够监测MS5.0以上地震(胡敏章等,2015韩宇飞等,2020)。三岔口地区更是重点布网区域,其点位密度和测网网型分布结构度在四川测网中是比较密的。在2013年芦山MS7.0和2014年康定MS6.3地震后的2015年和2016年,四川地区MS≥5.0的地震每年仅发生了一次(2015年1月14日乐山市金口河区MS5.0和2016年9月23日甘孜州理塘县MS5.1地震),这两年是四川强震、大震后的相对平静期,所以研究的起始时间定为2015年,终止时间为2024年。

由于绝对重力点能够为相对重力联测提供高精度起算基准点,可获得真实的相对重力联测平差结果,避免重复重力观测获得的重力场动态变化图出现畸变(邢乐林等,2016),所以对四川测网2015—2024年流动重力数据进行处理时,利用中国地震局实用化攻关推广的应用软件,采用图 1所示的网内绝对重力点作为起算基准点,得到统一起算基准的绝对重力变化(李辉等,2000申重阳等,2010祝意青等;2013),在了解测量仪器的后验中误差后,依据后验中误差在平差计算时合理调整各台仪器的先验方差,以得到最佳解算结果,其精度结果如表 1所示。

表 1 2015年3月—2024年5月的重力数据处理结果

表 1共10期的重力数据处理结果表明,单位权中误差值均小于等于15×10-8m/s2,数据点值精度均值为8.0×10-8m/s2,说明重力观测资料质量可靠,具有较高的可信度,能够真实反映区域重力场的动态变化过程。

基于计算结果,以2015年作为起算基准,绘制2015—2024年的重力累积变化图和一年尺度的重力差分变化图作为研究对象。

2 2015—2024年三岔口地区重力场的变化特征 2.1 2015—2024年重力累积变化

以2015年作为起算基准绘制的2015—2024年重力变化累积等值线图,如图 2所示,等值线递进值为10×10-8m/s2。以各图等值线的重力场变化特征情况划分为4个时段进行分析研究。

图 2 2015年3月—2024年5月三岔口地区重力累积变化图 注:F1:鲜水河断裂;F2:龙门山断裂;F3:安宁河断裂;F5:理塘—德巫断裂;F7:莲峰断裂。

(1) 2015-03—2018-03时段(2015年3月—2018年3月),该时段图形重力场变化特征总体表现为重力正变化区域和数值呈小—变大—变小,如图 2(a)~2(c)所示。

图 2(a)可以看出,三岔口地区的重力变化值基本为负值变化,正变化区域主要在雅安以西、康定以东的小块区域,其最大正变化值约20×10-8m/s2,这说明此时段三岔口地区主要处于构造能量的释放时段,区域构造断裂活动平缓,地震活动处于相对的平静期。

图 2(b)中雅安以西、康定以东正变化区域快速扩大,雅安—康定—九龙—马边及其附近区域基本均为正变化区域,沿雅安北部—康定—石棉—马边区域出现密集的等值线梯度带,以雅安—石棉区域为中心出现了大面积的重力正异常变化,最大重力正变化值约100×10-8m/s2,0值线主要沿龙门山断裂分布,显示此时段三岔口地区构造断裂运动较大,聚集了大量的构造能量,而此时段正是九寨沟MS7.0地震(震中位置距龙门山断裂约115km,距三岔口地区约400km)的震前时期,对此情况祝意青等(2017)在《2017年四川九寨沟MS7.0地震前区域重力场变化》文章中有较为详尽的描述:2015年4月至2017年4月期间,自四川康定至青海西宁东部出现直径大于600km范围的重力变化异常区及其伴生的重力变化高梯度带,并以若尔盖为中心出现重力变化四象限分布特征,九寨沟MS7.0地震发生在四象限中心东侧、与南北向岷江断裂走向基本一致的重力变化梯度带上;测区南部的汶川、雅安一带重力变化剧烈。从上述内容可知三岔口区域重力正变化异常区域和数值是九寨沟地震产生的重力变化异常区及其伴生的重力变化高梯度带的组成部分,且根据地震分析预报的重力变化异常指标(重力异常影响范围:MS5.0地震震中距≥140km、MS6.0地震震中距≥220km、MS7.0地震震中距≥350km、MS8.0地震震中距≥660km)(祝意青等,2018胡敏章等,2019),九寨沟MS7.0地震的影响重力变化范围大于350km,这说明三岔口区域重力正变化异常区域和数值的快速增大是九寨沟MS7.0地震活动对龙门山断裂等断裂施加较大影响造成的,其使得地下物质东南流动,在三岔口地区聚集较多的构造能量,表现为重力正变化等值线密集且数值大,等值线梯度带基本上沿龙门山断裂分布。

图 2(c)中重力正变化区域变小,在图 2(b)中出现的三岔口重力正变化异常区基本消失,仅雅安西侧存在小块正变化最高约40×10-8m/s2的区域,雅安东北区域和石棉南部及其附近区域成为负变化区域,仅九龙和丹巴区域成为正变化区域,且丹巴出现小块正变化异常区域。总体上,图 2(c)中负变化增加的区域大于正变化增加的区域,三岔口地区重力正变化等值线分布稀疏,未形成梯度带,这说明三岔口地区的重力在九寨沟MS7.0地震后由于构造能量释放而使得正变化数值减小,相应的重力变化等值线分布密度也出现降低、稀疏趋势。

(2) 2019-03—2020-03时段(2019年3月—2020年3月),该时段图形变化总体延续图 2(c)的重力正变化面积减小趋势,如图 2(d)2(e)所示。

图 2(d)2(e)相似,雅安—康定—九龙—马边区域形成重力正变化区域,该区域边缘形成一定的梯度带,在康定—九龙之间和雅安—马边之间区域出现重力正变化异常区,图 2(e)中重力正变化区域在九龙、康定、雅安稍有扩大,重力正变化数值有所降低,重力正变化异常区转移到雅安地区,其数值为50×10-8m/s2。和图 2(c)相比,图 2(d)图 2(e)重力正变化面积虽然减小,但是正变化区域更为集中,变化数值更大。

图 2(d)中雅安—马边方向形成一条重力正变化等值线较为密集、数值较大的宽大梯度带。这条梯度带正变化数值最大为50×10-8m/s2,该梯度带有继续向研究区东南角方向延伸的趋势。而沿梯度带方向距研究区边缘约100km即为2019年长宁MS6.0地震震中位置(距最近的龙门山断裂和三岔口地区约250km),根据重力变化异常指标影响范围(祝意青等,2018胡敏章等,2019)分析,该梯度带是长宁MS6.0地震活动影响三岔口地区的构造应力而形成的,且这条梯度带方向大致指向长宁MS6.0地震震中位置,在图 2(e)中该梯度带向三岔口收缩,仅剩马边附近等值线数值近乎为0的小块区域。

(3) 2021-03—2022-03时段(2021年3月—2022年3月),该时段为芦山MS6.1和泸定MS6.8地震爆发前的时段,如图 2(f)2(g)所示。这两幅图总体趋势为重力正变化的面积和数值变大,从重力变化情况来看,图 2(e)即为三岔口地区重力正变化从减小到增大的转折点。

图 2(e)相比,图 2(f)的重力正变化面积和数值明显增大。图 2(f)显示丹巴以西区域至三岔口中南部基本均为重力正变化区域,在石棉南部区域出现重力正变化异常区,其最大数值达到60×10-8m/s2;雅安附近重力正变化异常区收缩且数值变小,在雅安西北形成局部突出,雅安—康定之间重力负变化等值线向石棉方向凹进,0值线形成一个近乎“S”的形状,芦山MS6.1地震震中就位于雅安西北局部突出的0值线旁负变化区,泸定MS6.8地震震中则在雅安—康定之间负变化等值线凹进区的0值线顶部正值变化区,这两个震中位置基本上位于“S”形的两头突出部,只是此时芦山地震震中位置重力正变化等值线梯度带比泸定地震密集,这说明了芦山地震比泸定地震累积的构造应力早,闭锁剪力位置也较早形成,这也是芦山地震比泸定地震发震早的原因。2022年6月10日马尔康MS6.0地震(震中位置在研究区外,距最近的龙门山断裂约200km,距三岔口区域约250km)在图 2(c)~2(f)上也有重力变化显示,在图 2(c)中丹巴及延伸向马尔康方向是密集的重力正变化梯度带,在图 2(d)2(e)中重力正变化数值和区域减小,在图 2(f)中康定—丹巴方向是重力正变化梯度带,该梯度带指向马尔康MS6.0地震震中方向,在研究区范围内重力正变化值最大约为40×10-8m/s2,从图形上看,该区域面积约占研究区域的一半,所以按照图形面积推算,马尔康地震震中应在0值线附近,实际上丹巴—马尔康也属于同一个重力正变化区域,马尔康地震震中确实也在0值线附近(郑兵等,2023)。根据地震分析预报的重力变化异常指标(祝意青等,2018胡敏章等,2019),马尔康地震影响重力变化范围约220km,与芦山MS6.1地震影响范围相同,泸定MS6.8地震影响范围更大,所以其重力变化范围会重叠连接。图 2(f)上形成一条雅安—石棉往马边北部方向的宽阔的重力正变化梯度带,该梯度带正变化值最大约60×10-8m/s2。该梯度带延伸方向距研究区约180km处为2021年泸县MS6.0地震震中(距三岔口区域和最近的龙门山断裂均约250km),根据重力变化异常指标影响范围(祝意青等,2018胡敏章等,2019)分析,该梯度带显然是泸县MS6.0地震震前活动的构造应力影响三岔口地区区域构造断裂活动形成的,给三岔口地区增加了构造能量。图 2(f)的两条重力正变化梯度带与图 2(d)中从三岔口指向长宁MS6.0地震震中方向的重力正变化梯度带具有类似情形,均大致指向强震震中方向。实际上从图 2(c)~2(f)可以看出,具有重力正变化的梯度带从三岔口分别指向三个强震震中方向,只是其规模和数值不同,这说明三岔口地区的重力变化情况在九寨沟MS7.0地震后一直受到这三个强震震前活动的影响。同年发生的玛多MS7.4地震(震中位置距最近的鲜水河断裂约370km,距三岔口地区约600km),因距离太远对三岔口地区重力变化的影响较小。

图 2(f)的基础上,图 2(g)的重力正变化区域稍有扩大,但是其区域形状却有很大的调整,没有前几幅图中重力变化正负相间、略显杂乱的情况,在图 2(g)中丹巴—康定—雅安南部一线东北区域为重力负变化区域,西南为重力正变化区域,正变化区域面积约占整个区域的2/3,正负变化区域泾渭分明;丹巴—康定—石棉—马边北部一线形成较为密集的、统一的重力正变化梯度带,康定—石棉区域出现较大面积的重力正变化异常区,最大数值达到约70×10-8m/s2;0值线较图 2(f)规则平顺了许多,但仍然在康定—石棉间形成一个凹陷,泸定MS6.8地震震中就位于凹陷的顶部附近的正变化异常区,芦山MS6.1地震震中已完全处于重力负变化区域,马尔康MS6.0地震震中从等值线分布推测也应该处于重力负变化区域。图 2(g)展示出芦山MS6.1和马尔康MS6.0地震发生前约3个月、泸定MS6.8地震发生前约6个月的重力变化,显然在这三个地震震前,三岔口地区及其附近区域的构造能量在累积的过程中同时完成了构造能量爆发方向的统一调整,形成了强大的构造能量合力,并已经开始释放构造能量,芦山MS6.1和马尔康MS6.0地震是在构造能量释放过程中发生的。图 2(g)的重力正变化面积和数值及梯度带分布程度是图 2(c)以来最大的,说明三岔口地区此时积累了较多的构造能量,这可能是三岔口地区发生芦山MS6.1地震后还能发生泸定MS6.8地震的原因。

(4) 2023-03—2024-05时段(2023年3月—2024年3月)。图 2(h)图 2(i)是2022年芦山MS6.1、泸定MS6.8地震震后的重力变化图,其与图 2(g)相比较,重力正变化区域面积逐渐减小。

图 2(g)相比,图 2(h)的重力正变化面积和数值均变小,正变化区域主要集中在马边—雅安—泸定—康定—石棉区域,其他区域基本为重力负变化区域,正、负区域仍然较为分明,约各占一半,雅安—康定—石棉形成等值线较密的梯度带,康定区域重力正变化值最高约为50×10-8m/s2,0值线在雅安—康定之间向石棉方向凹陷。这说明在两个地震以后三岔口地区的构造能量得到了释放,地质构造活动处于回调状态,在回调过程中发生了2023年1月26日泸定MS5.6地震。

图 2(i)中三岔口地区重力正变化区域逐步减小且开始分散,出现了丹巴以西、康定区域小块重力正变化区域和马边—雅安—石棉西北部—九龙较大面积的正变化区域,其中石棉区域正变化数值最大约60×10-8m/s2,从图 2(h)图 2(i)重力正变化区域相对变小,数值却相对增大。

由此说明在2022年芦山MS6.1、泸定MS6.8地震后,三岔口地区地质构造活动回调,开始累积构造能量,由于重力正变化面积和数值接近,说明构造活动相对平稳。

2.2 2015—2024年一年尺度重力变化

图 3为2015年3月—2024年5月一年尺度重力变化等值线图,按照图形重力正变化情况分为如下3个时段:

图 3 2015年3月—2024年5月三岔口地区一年尺度重力变化图 注:F1:鲜水河断裂;F2:龙门山断裂;F3:安宁河断裂;F5:理塘—德巫断裂;F7:莲峰断裂。

(1) 2015-03—2018-03时段(2015年3月—2018年3月),此时段对应图 3(a)~3(c),这3幅图的重力正变化面积和数值呈现小—变大—变小的趋势。

图 3(a)的重力变化情况已在图 2(a)中描述,不再赘述。图 3(b)重力正变化情况与图 2(b)类似,均是正变化面积和数值猛然增加,且变化量更大,整个三岔口地区几乎均为重力正变化异常区域,其相对于2016年的年正变化数值最大约130×10-8m/s2,可见在2017年三岔口地区各构造带受到九寨沟MS7.0地震震前活动的极大影响,活动加大,在该区域累积了较多的构造能量。祝意青等(2017)对此情况也进行了描述:2016年4月至2017年4月期间整个测区(指南北地震带整体重力监测网)出现了一个贯通南北的重力正值变化异常区,测区南部重力正值变化量值高、范围广,向北逐渐收缩,在九寨沟和玛曲附近急剧收缩为鞍状,测区南部的川西地区重力变化剧烈,沿马尔康、汶川、雅安一带出现重力变化高梯度带,九寨沟地震发生在若尔盖—九寨沟—文县重力变化高梯度带的转弯部位,重力变化对九寨沟地震有较好的反映。作为南北地震带的组成部分,三岔口地区此时的重力变化成为九寨沟地震震前活动的反映组成部分,充分说明九寨沟地震震前活动对三岔口地区的区域构造活动施加了较大的影响。

图 3(c)则是九寨沟地震发生后的年变化情况,图中显示三岔口地区重力正变化已经转为负变化,负变化区域几乎占了研究区域的2/3,其值最大约为-80 ×10-8m/s2,正变化区域主要分布在丹巴—康定—九龙以西的研究区西侧边缘部分并形成等值线梯度带。研究区域总体上处于构造能量的释放状态,这表明在九寨沟地震后,三岔口各构造带受到的压力减小,释放构造能量,表现为三岔口呈重力负变化状态。

(2) 2018-03—2022-03时段(2018年3月—2022年3月),该时段对应图 3(d)~3(g)的年变化情况,重力正变化区域呈分散—统一—分散变化。

图 3(d)中重力负变化区域将正变化区域分为康定—九龙和雅安—石棉—马边两块区域,这两块区域面积之和约占研究区面积的一小半,在康定—九龙区域出现闭合的重力正变化等值线梯度带,这说明九寨沟地震后三岔口地区的各构造带由于外界压力消失,开始各自的构造活动,导致构造能量分散;雅安—石棉—马边重力正变化区域形成宽阔的梯度带,方向指向长宁MS6.0地震震中位置,仅是年变化等值线的密度和数值小于累积变化等值线的密度和数值,再次说明长宁地震的地震活动影响了三岔口地区的重力变化情况。

图 3(e)图 3(f)类似,可以看出在图 3(e)的基础上,图 3(f)中三岔口地区重力正变化区域由北到南开始连成一片并逐步扩大,至2021年上半年研究区域除了康定—九龙以西和雅安东北小块区域为负变化以外,其余基本为重力正变化区域,面积约占3/4,在丹巴—石棉—马边出现大面积的重力正变化异常区,最大数值约90×10-8m/s2。在图 3(f)中三岔口仍然向泸县MS6.0地震震中方向形成了石棉—峨眉—马边方向的重力正变化梯度带,但年变化不如累积变化明显;芦山MS6.1地震震中位于雅安重力正变化梯度带0值线弯曲处的负值区;马尔康MS6.1地震震中虽然在研究区外,但是三岔口地区仍然形成康定—丹巴方向重力正变化梯度带,其方向指向该地震震中,郑兵等(2023)对此正变化区域的描述为:九龙—小金—成都—广元一线以西基本为重力值正变化异常区域,特别是松潘—马尔康—小金—汶川区域重力值变化等值线闭合,闭合区域重力值最大约80×10-8m/s2,该闭合区域西侧和南侧为马尔康MS6.0和芦山MS6.1地震震中区;泸定MS6.8地震震中位于雅安—九龙重力正变化梯度带上。这说明自九寨沟地震以来,2019—2021年在泸县MS6.0、芦山MS6.1、马尔康MS6.0和泸定MS6.8地震活动的影响下,三岔口地区的构造活动开始累积构造能量,并且持续稳定增加,2021年地重力正变化区域连成一片,构造能量累积达到最大。

图 3(g)则反映2022年芦山MS6.1、马尔康MS6.0、泸定MS6.8地震震前三岔口的重力变化情况。可以看出,重力正变化区域出现分化,被重力负变化区域分割为康定—石棉以西、丹巴—雅安东北及马边西侧三块大小不等的区域,总面积小于三岔口地区面积的1/2,正变化数值也大大减小;康定西南区域形成正变化数值最大约40×10-8m/s2的等值线闭合区域,0值线在康定地区呈凸出状;芦山MS6.1地震震中已经完全处于负值区域,马尔康MS6.0地震按照丹巴地区的重力变化分布情况分析,大概率也处于负值区域,泸定MS6.8地震震中也从图 3(f)的重力正变化区域内转移到0值线边缘的负值区,地震震中及其附近的0值线弯曲。图 3(g)图 3(f)相比较,说明构造能量从累积转为释放,而芦山MS6.1、马尔康MS6.0、泸定MS6.8地震就是在构造能量释放过程中发生的,重力变化就是这一情况的反映。此时段内发生的2021年玛多MS7.4地震由于震级和距离的原因,对重力年变化基本没有影响,故不再赘述。

(3) 2022-03—2024-05时段(2022年3月—2024年5月),该时段中图 3(h)图 3(i)为芦山MS6.1、马尔康MS6.0、泸定MS6.8地震后的重力年变化,其重力正变化趋势为增大—减小。

图 3(h)显示受芦山MS6.1、马尔康MS6.0、泸定MS6.8地震释放构造能量的影响,三岔口地区构造断裂受到压力,形成了丹巴—康定—石棉—马边—雅安的重力正值线变化区,并且在雅安—康定—石棉区域形成了闭合的正变化异常区,其正变化数值最大约50×10-8m/s2,丹巴—康定—石棉形成0值线扭曲、等值线较密的梯度带。图 3(h)显示的重力变化情况与图 3(c)九寨沟MS7.0地震后的变化情况类似,只是由于地震的强度和位置不同,对三岔口地质构造带的影响不同。

图 3(i)图 3(h)相比较,雅安—康定—石棉区域形成的重力闭合正变化异常区基本上变为负值,负变化数值和图 3(i)的相应位置的正变化数值基本接近,两年累计则该区域变化值回归0值,负变化区域增加近乎为0,未形成较为明显的重力正变化梯度带。即在震后构造能量的调整中,构造能量处于缓慢释放状态,说明2023—2024年三岔口的构造断裂活动平缓,三岔口地区的地震活动进入了相对平静期。

3 三岔口地区重力变化特征与地震活动的响应关系 3.1 2015—2024年四川地区MS≥5.0地震活动

收集研究时间内MS≥5.0地震用于研究四川地区的地震活动,经统计2015年1月—2024年10月四川地区MS≥5.0地震共计26次,如表 2所示。

表 2 2015—2024年四川地区MS≥5.0地震统计

(1) 按照每年发震次数统计,一年发生一次地震的年份:2015年、2016年、2021年、2023年、2024年;一年发生两次地震的年份:2017年、2018年、2020年;此外,2019年发生8次地震,基本上是开采页岩气区域发生的地震;2022年发生7次地震。

(2) 按照MS≥6.0地震统计,分别为2017年8月8日九寨沟MS7.0、2019年6月17日宜宾市长宁MS6.0、2021年9月16日泸州市泸县MS6.0、2022年6月1日雅安市芦山MS6.1、2022年6月10日马尔康MS6.0和2022年9月5日泸定MS6.8地震。

从上述统计及表 2可以看出,四川地区地震活动相对平静的时期有2015年、2016年、2023年和2024年,这4年均只发生了1次地震,震级分别为MS5.0、MS5.1、MS5.6和MS5.0,其中2015年和2023年的地震均发生在1月份,之后过了近1年半和更长的时间才又发生了下一个MS≥5.0地震,其后又有很长时间未发生MS≥5.0地震,且这个平静期均是在三岔口地区及其附近发生强震、大震以后产生的。地震震级的大小、震中距龙门山断裂和三岔口地区的距离不同对三岔口的影响是不同的,结合前面的论述,具有强大破坏力和影响力的是2017年8月8日九寨沟MS7.0和2022年9月5日泸定MS6.8地震,其不仅对人民群众的生命财产造成巨大损失,而且对地质构造活动造成巨大的影响,对附近活动断层加载了强大的应力(单斌等,2013胡敏章等,2021吴微微等,2023张致伟等,2024毕金孟等,2023),导致活动断层运动加大,积累应力。

3.2 重力场与强震或大震响应关系

三岔口地区是龙门山断裂、鲜水河断裂和安宁河断裂三大走滑断层的交汇处,位于巴颜喀拉块体的东部,受青藏高原的强烈隆升以及高原地壳物质向东逃逸的影响(龙思胜等,2000解朝娣等,2021),该地区构造复杂,地震活动频繁,同时由于构造纵横,三大断裂带牵扯广泛,使三岔口地区构造活动易受区域外强震、大震活动的影响。重力变化与构造应力之间有着密切的联系(贾民育等,1995李瑞浩等,1997祝意青等,2001李辉等,2009申重阳等,2010),重力场变化能反映出区域应力场的动态活动。以四川地区2013年芦山MS7.0地震后地震活动相对平静的2015年作为时间起点,分析研究至2024年三岔口地区的累积重力变化和1年尺度的重力年变化,虽然两者分析尺度不同,但是重力变化情况基本类似,在2013年芦山MS7.0及2014年康定MS6.3地震后,龙门山断裂和鲜水河断裂的构造能量得到卸载(解朝娣等,2021毕金孟等,2023),三岔口地区主要以重力负变化为主,释放应力。在2017年九寨沟MS7.0地震前,青藏高原物质向东南流动,在四川盆地交错,产生走滑,对周边活动断层起到构造能量加载作用,四川康定至青海西宁东部出现直径大于600km范围的重力变化异常区及其伴生的重力变化高梯度带,汶川、雅安一带重力变化剧烈(单斌等,2013祝意青等,2017程佳等,2018吴微微等,2023),三岔口地区快速出现面积和正变化数值较大的重力正变化区域,累积了大量构造能量,但是这次构造能量累积随着九寨沟地震的发生而卸载,三岔口地区表现为重力正变化区域和正变化数值快速减少,重力负变化面积快速增大,这充分说明了九寨沟地震活动对三岔口地区的构造活动的较大影响。2019—2022年三岔口地区的构造活动在2019年长宁MS6.0、泸县MS6.0、马尔康MS6.0地震等外界强震活动加载构造能量后,自身活动性加强,开始加载构造能量并持续稳定增加(郑兵等,2023毕金孟等,2023王伟力等,2024王莹等,2024),表现为重力正变化区域逐步增加并连成一片,同时正变化数值增加,出现多处重力正变化异常区域。随着区域构造能量不断积累,形成四象限重力变化特征,形成闭锁剪力,构造能量达到极限状态后左旋走滑剪切型破裂(金雯等,2023),发生了2022年芦山MS6.1和泸定MS6.8地震(陈长云等,2013郑兵等,2023毕金孟等,2023张致伟等,2024),这两次地震发生后三岔口地区构造能量迅速卸载,类似2017年九寨沟MS7.0地震,重力则表现为重力正变化区域和数值在总体减小的情况下局部集中,然后快速减小。

4 结论

综上所述,2015—2024年三岔口地区的流动重力变化特征与区域内外的强震、大震活动密切相关:

(1) 三岔口地区外的九寨沟MS7.0地震前,三岔口地区重力变化特征(如图 2(b)3(b)所示)与九寨沟地震活动的重力变化特征(祝意青等,2017)类似,但区域重力正变化异常面积和数值快速增大,震后快速减小或者消失。这一新的发现,其机理有待进一步研究,可能与区域构造运动的背景及块体相互作用有关。

(2) 三岔口地区的泸定MS6.8地震前,三岔口地区重力正变化的面积和数值以较长的时间持续缓慢增加,出现大面积的重力正变化高值异常区、密集的重力正变化等值线梯度带及四象限区域等重力正变化异常特征,震后重力正变化异常特征缓慢减小或者消失(如图 2(d)~2(i)3(d)~3(i)所示)。这些现象与强震或大震震例总结的经验一致(申重阳等,2020),可用闭锁剪力模式或其演化来解释(金雯等,2023)。

(3) 三岔口地区的重力变化特征(如四象限、梯度带)演化能够为四川地区MS≥6.0的强震、大震预测提供依据。MS≥6.0地震在孕震过程中,三岔口地区会形成指向地震震中方向的重力正变化梯度带,重力变化0值线转折畸变处附近大概率是地震剪切破裂的震中位置。三岔口地区重力变化特征与强震、大震孕震和发震时的重力变化特征相呼应,展示强震、大震孕震时的重力变化情况,具有较强的重力变化窗口效应。可以利用三岔口地区的重力变化窗口效应,分析研究三岔口地区的重力变化异常特征,类比重力空间和时间的变化情况,对于研判、预测MS≥6.0地震的发生及防震减灾具有社会现实意义。

综上,2015—2024年三岔口地区的重力变化与四川地区的强震、大震(如九寨沟MS7.0、泸定MS6.8地震)具有明显关系,可成为这些强震、大震的“前兆”指示,说明该区重力场动态变化具备一定的地震“窗口”意义。重力场动态变化对研究地震活动与地质构造活动的关系具有重要意义,对震前重力场变化的研究与总结,可为中强震乃至更高震级的地震预测预报提供可靠的参考震例和经验。

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