2012-04-11苏门答腊北部附近海域发生M_W8.6大地震，这是该区域继2004年M_W9.1级地震之后发生的第4次M_W≥8.5地震^[1]。苏门答腊地区位于印度板块、澳大利亚板块和巽他板块交接部位。在苏门答腊岛南部，印度-澳大利亚板块相对于巽他板块的运动速率为56 mm/a，而其北部相对运动速率下降至39 mm/a(图 1)，正是由于这种东高西低的差异运动，在巽他海沟西侧的澳大利亚板块内部形成多条N向和NNE向左旋走滑断裂^[2]。此次地震正是发生在这些断裂上的左旋走滑型地震。

震后，Wei等^[3]利用地震波反演主震及余震的破裂滑动分布；郑增记等^[4]利用GRACE数据提取此次地震的同震及震后形变；薛燕等^[5]和缪淼等^[6]模拟了苏门答腊地区近期强震引起的静态库仑应力分布，认为2004年M_W9.1地震对本次地震具有显著的促进作用；谈洪波等^[7]通过模拟研究发现同震只是粘弹介质情况下的瞬时效应，对于漫长的震后效应来说，其形变和重力变化有可能比同震效应大好几倍，持续时间可能达上百年。本文考虑采用弹性-粘弹性分层半空间介质模型，并叠加2004年M_W9.1地震震后影响，对此次地震同震及其震后重力和形变效应进行理论模拟，为利用实际重力和形变资料解释以及孕震过程研究提供部分理论依据。

1 发震介质模型和断层模型 1.1 介质模型

基于Crust2.0地壳模型，将研究区(80°~110°E，-10°~20°N)分成0.5°×0.5°小块，分别获取其地壳结构参数，并计算其平均值，得到表 1所示的地壳平均波速分层结构模型(上地壳、中地壳、下地壳、上地幔)。

1.2 断层模型

2012年苏门答腊M_W8.6地震的断层模型如图 2(a)所示, 红星为震中，颜色表示滑动量大小，等值线表示破裂开始时间。最优选取的发震断层参数为：走向20°、倾角80°，分别沿走向和倾向方向均匀地分成19×8块子断层，每个子断层20 km×5 km，并给出每个子断面的滑动角和滑动量。图 2(b)为2004年苏门答腊M_W9.1地震的断层模型，走向为320°，倾角为11°，分别沿走向和倾向方向均匀地分成30×15块子断层，每个子断层的尺度为15 km×12 km，并给出每个子断面的滑动角和滑动量。

2 同震及震后地表重力和形变模拟

考虑海水质量重新分布的影响，对2012年苏门答腊M_W8.6地震产生的地表同震效应以及考虑2004年M_W9.1地震的震后效应进行模拟计算。

2.1 同震情形

同震地表水平经向位移(图 4(a))以发震断层共轭线为界分成东北和西南正负2个区域(东向为正)，等值线具有一定的对称性；近震区位移变化量很大，最大正幅值超过1 700 mm，最大负幅值达-1 300 mm，但衰减很快，影响范围主要集中于断层在地表的投影区附近；远震区则慢速衰减，影响范围广。

水平纬向位移(图 4(b))以断层为界分成西北和东南正负2个区域(向北为正)；西北区域为负，发震断层左旋运动使得下盘具南向分量、上盘具北向分量；近震区幅值(－2 000~－100 mm，+100~+2000 mm)快速衰减，远震区慢速衰减。

地表垂直形变(图 3(c)，指向地心为正)和重力变化(图 3(d))非常相似，均呈东北、东南、西北、西南正负四象限分布，西北和东南为负，东北和西南为正，且具有一定的对称性。近场变化集中于断层两侧，垂直位移正、负变化范围分别为50~500 mm、-500~-50 mm；正、负重力变化范围分别为20~170 μGal、-220~-20，衰减很快；远场变化量较小，衰减较慢，影响范围较广。此次地震使得马来西亚首都吉隆坡地表下降9.3 mm，重力增大3.2 μGal。

大地水准面变化呈正负四象限分布(图 3(e)，向下为正)，主要集中于断层两侧，极值达到±2.5 mm，向外迅速衰减，至吉隆坡为0.2 mm。

2.2 震后形变和重力变化的年变率模拟

考虑2004年M_W9.1地震震后效应，给出2012年M_W8.6地震在震后50 a形变和重力变化的平均年变率(去除同震效应)，见图 5。

地表水平经向位移年变化率(图 4(a))以2次地震发震断层为界呈正负6区域分布，西北为正、东北为负，西南和东南呈负-正交替变化；近场年变化显著，变化范围-2~-8 mm/a和2~10 mm/a，随离断层距离增加而减小，且衰减很快。纬向位移年变率(图 4(b))复杂，南部为正、北部为负，而西南和东南部呈正负交替变化；近场年变率明显，负、正年变率范围分别为-1~-8 mm/a和2~12 mm/a, 随着与断层距离的增加而快速衰减。垂直位移和重力年变率(图 4(c)、4(d))形态相似，以断层为界呈较复杂的正负交替分布，变化量主要集中在断层附近，垂直位移极值达4 mm/a, 重力变化达1.2 μGal/a。

对比图 4、5可以看出，2004年M_W9.1地震震后效应叠加在2012年M_W8.6地震上，使得水平形变二象限以及垂直位移和重力变化四象限分布变为复杂的正负6象限分布。因此，2004年地震的震后效应不容忽视。

2.3 长期时变效应模拟

参考重力变化的4象限分布，选取4个有代表性的点：点1(90.0°E，0.0°N)、点2(90.0°E，5.0°N)、点3(95.0°E，0.0°N)和点4(95.0°E，5.0°N)，考虑2004年M_W9.1地震的震后影响，模拟4个点在2012年M_W8.6地震震后1 000 a的地表形变和重力变化。

水平经向位移(图 5(b))随时间不断增大，震后400 a内变化较快，变化率较大，800 a后变化趋于稳定；点1、3为负变化，点2、4为正变化(向东为正)；点1和点4从同震到基本稳定的变化量较大(-146~-825 mm、118~1 340 mm)，点2变化相对较小(38.7~53.7 mm)。水平纬向位移量(图 5(c))震后400 a内变化较快，变化率较大，900 a后基本稳定；点1、2为负变化，点3、4为正变化(向北为正)。垂直位移和重力变化(图 5(d)、5(e))形式和相对关系比较类似，变化率随时间不断减小，震后100 a内变化较快，并在400 a后基本稳定；点1、4为正变化，点2、3为负变化。总体看来，垂直位移和重力变化量值较小、稳定较快，而水平位移变化量值较大，变化可持续到震后800 a，这与走滑型地震引起的地表震后效应一致。

3 结语

1) 根据谈洪波等^[8-9]给出的断层产状、错动方式与地表形变和重力变化特征的关系，苏门答腊M_W8.6地震显示出发震断层左旋走滑特征：同震近场水平形变集中于断层附近，位移量超过2 000 mm，向两侧快速衰减；远场变化在0~±50 mm之间，衰减较慢，影响范围广；同震垂直位移和重力变化明显以发震断层为界呈正负4象限对称分布，西北和东南为负变化，东北和西南为正变化，变化量相对较小，衰减较慢，影响范围较广。

2) 此次地震影响范围很广，吉隆坡离震中约960 km，同震引起经度、纬度及垂向方向的位移达20.6 mm、9.7 mm和9.3 mm，对重力的影响为3.2 μGal；而离震中最远的老挝首都万象(约2 040 km)影响分别为3.6 mm、0.3 mm、1.1 mm和0.4 μGal。

3) 表 2中分别给出海洋地震和陆地型地震的同震模拟结果，可以看出海水的重新分布对水平位移影响很小，而对垂直位移和重力变化影响明显。考虑海水质量重新分布后同震垂直位移和重力变化明显增大，说明海水质量重新分布是海洋型地震同震模拟时必须考虑的因素之一。

4) 震后50 a年均变化率(图 4)直观揭示了地表形变和重力的变化过程, 受2004年M_W9.1地震的震后效应影响呈复杂的正负6区域分布; 震后50 a近场年均形变率超过10 mm/a，年均重力变化率1.2 μGal /a，可被当今测量手段监测到。

5) 震后长期时变效应显示震后形变和重力变化均有明显的改变(图 6)：水平经向位移和纬向位移在震后400 a内变化较大，变化速率较快；而垂直位移和重力变化在震后100 a内变化很快，随后慢慢减缓，变化率随时间逐步减小，400 a后基本稳定；震后形变和重力变化量可达到同震效应的10倍(与点相对断层的位置有关)。相对而言，水平位移比垂直位移大得多，这与此次地震为走滑型有关。