2018年是M_S8.0汶川地震10周年，M_S7.0芦山地震5周年.这两大地震都发生在龙门山断裂带上.2017年M_S7.0九寨沟地震发生在虎牙断裂的西北段.该断裂与岷江断裂、龙门山断裂等断裂带构成了分割松潘甘孜块体与稳定的四川盆地的边界断裂带.该边界断裂带的产生是青藏高原隆升与其东边的稳定的四川盆地相互作用的结果.作为最年轻的造山带，青藏高原经历了复杂的多期次的多板块相互碰撞的过程(Xu et al., 2008；Zhu et al., 2012; Liu Q Y et al., 2014).自中生代以来，青藏高原东缘经历了至少两次造山运动.在印支期(晚二叠纪到早侏罗纪)，由于下地壳的部分熔融产生的埃达克质花岗岩广泛分布于松潘甘孜块体(Zhang et al., 2006; Roger et al., 2010).在此之前，该区域广泛分布着以三叠纪沉积为填充物的残余海洋(Yin and Nie, 1993).在新生代，由于印度板块和欧亚板块的碰撞，龙门山再次激活(Burchfiel et al., 1995; Roger et al., 2010).该造山运动一直持续到今天，在青藏高原东缘形成了地球上地形梯度最大的地壳急剧增厚(从四川盆地的40 km到青藏高原东缘的60 km)的构造带(Liang et al., 2004; 王椿镛等, 2008; Zhu et al., 2012; 何富君等，2017).

复杂的构造历史和复杂的构造环境也给青藏高原东缘遗留下大量的未解决的科学问题.其中最核心的问题之一就是青藏高原东缘的隆升机制以及构造变形机制.针对这一科学问题，科学家们提出了诸多模型展开探讨，但大多基于以下两个模型：Tapponnier等(1982), Hubbard和Shaw(2009)以及Hubbard等(2010)支持以地壳缩短为特征的纯剪切(Pure Shear Model, PSM)模型.该模型认为青藏高原与扬子块体的相互挤压，导致地壳东西向缩短.由于滑脱层的存在，脆性的上地壳产生褶皱和逆冲，形成青藏高原东缘剧烈的地形起伏和大型断裂.而另外一方面，Royden(1996)，Royden等(1997)，Clark和Royden(2000)等人提出了下地壳流模型(Lower Crust Flow Model，LCFM).该模型认为软弱的下地壳的横向流动带动了物质的运动.下地壳物质的垂直膨胀导致了青藏高原东缘的隆升.

该区域的另外一个重要的科学问题是汶川地震和芦山地震之后，龙门山断裂带上遗留的两大地震空区(即未破裂段)的地震活动性.杨智娴等(2003)在对1992—1999年发生的10057个中、小地震的重新定位表明，震级M < 7的中、小地震分布在一条长约470 km、宽约50 km的断裂带上.陈运泰等(2013)对汶川地震和芦山地震前后地震活动性进行了较全面的总结.汶川地震以后，他们指出龙门山断裂带西南段(从汶川地震的余震区南端至康定大约120 km的地段)是未破裂的值得警惕的特殊地段.芦山地震发生在该未破裂段的中间，将原来的地震空区分解为两个地震空区.北边的位于汶川和芦山地震之间(图 1)，称为地震空区Ⅰ；而南边的空区从天全—荣经—泸定—康定, 称为地震空区Ⅱ.地震空区Ⅰ沿断层走向的长度约为40~60 km, 距离人口密集的成都市约100 km, 其未来的地震活动性对地震灾害评估至关重要, 也是本文研究的重点.如果未经说明，以下地震空区均指的是地震空区Ⅰ.

图 1

Fig. 1

图 1 龙门山南段地震空区示意图 白色圆点为2008年以来3级以上地震.主要断裂参考了Deng et al.(2003)，包括：XSHF—鲜水河断裂；PGF—彭灌断裂; YBF—映秀北川断裂; WMF—汶川茂汶断裂; MEKF—马尔康断裂；LRBF—龙日坝断裂；DYF—大邑断裂；XDF—新津德阳断裂；LQF—龙泉山断裂.红色闭合曲线表示主要杂岩体：PGC—彭灌杂岩；BXC—宝兴杂岩.灰色圆点为区域内历史上大于6级的地震，数字为地震发生的年份.主要地震包括：WCEQ—汶川地震，LSEQ—芦山地震，DYEQ—大邑地震.红色双圆圈为主要城市位置. Fig. 1 Schematic of the seismic gap in the southern Longmenshan White dots are earthquakes with M>3 since 2008. Major faults are from Deng et al.(2003): XSHF—Xianshuihe fault; PGF—Pengguan fault; YBF—Yingxiu Beichuan fault; WMF—Wenchuan Maowen fault; MEKF—Barkam fault; LRBF—Longriba fault; DYF—Dayi fault; XDF—Xinjing Deyang fault; LQF—Longquanshan fault. The red lines delineate major complexes:PGC—Pengguan Complex; BXC—Baoxing Complex. Grey circles are historical earthquakes with M>6 and the numbers are the years of the earthquakes. Major earthquakes:WCEQ—Wenchuan Earthquake, LSEQ—Lushan Earthquake, DYEQ—Dayi Earthquake. Red double circles are big cities.

采用不同的方法，利用不同的数据，科学家们从不同角度对地震空区的地震活动性展开了讨论(Wang et al., 2008；易桂喜等, 2013；Liu M et al., 2014；Chen et al., 2013).Liu M等(2014)认为，芦山地震造成了龙门山南段形成两个地震空区，这些地震空区的库仑应力显著增加，是高风险地震灾害的区域；Chen等(2013)从地震矩释放的角度，认为如果该地区完全破裂，其震级可能会达到6.8级；Pei等(2014)通过Pg成像发现在空区的上地壳有一低速带；Wang等(2015)用P波和S波走时成像揭示了下地壳的低速带或许与地震空区有关；颜照坤等(2014)则从地质地貌上分析了芦山地震与汶川地震之间的关系，他们发现与两大地震的主震区相比，空区的地形变化相对平滑.其中Wang等(2015)，Pei等(2014)，颜照坤等(2014)认为地震空区物质的性质不利于应变能的积累，因而认为该地区发生大地震的可能性不大；而Lei等(2014)的层析成像结果表明地震空区下方20 km存在着低速异常，但他们认为高泊松比的特征也许符合应力积累环境进而可能会产生强震.因此探测该空区的精细深部结构，对于理解龙门山与四川盆地的盆山接触关系以及评价该区域的大地震风险，推断区内深部的物质运移方式及其动力学模式具有重要意义.

为了探索地震空区与震源区的深部结构特征和物性分布特点，探讨该地区的物质运移方式及动力学模式, 对空区发生大地震的风险性进行评价，本研究小组于2015年5月—2016年6月，2016年12月至今在该地区布设了两个期次共100余流动地震观测台站，主要研究内容包括：(1)区域应力分布；(2)三维高分辨率速度和各向异性分布；(3)微地震监测与定位；(4)综合以上各方面信息对地震空区Ⅰ的地震活动性进行评估.

针对该区域的隆升机制以及地震空区的地震活动性两大科学问题，成都理工大学以及中国科学院地质与地球物理研究所在空区附近先后开展了两期约3年的地震观测(图 2).主要观测内容包括：第一期包括19个宽频带地震台站和19个短周期地震台站.运行时间从2015年5月—2016年6月.第二期包括23个宽频带地震台站，布设时间为2016年12月—2018年4月；43个短周期地震台站的布设时间为2017年11月—2018年4月，预计延续到2018年6月.第一期数据从2018年6月起将按相关规定对中国大陆研究人员开放使用.

图 2

Fig. 2

图 2 龙门山南段地震空区观测台阵分布图 其中绿色三角形和圆圈分别是第一期布设的宽频带和短周期地震计；红色三角形和圆圈分别是第二期布设的宽频带和短周期地震计.蓝色三角形为四川省地震局等单位布设的固定地震台站. Fig. 2 Seismic array in the seismic gap of southern Longmenshan Triangles and circles are broad band and short period seismometers, respectively. The green and red symbols are these instruments deployed in the phase Ⅰ and Ⅱ, respectively. The blue triangles are permanent stations maintained by the Sichuan Earthquake Administration.

除本研究采集的数据之外，还大量使用了四川省地震局、云南省地震局、甘肃省地震局等省地震部门布设的固定地震台站记录的地震数据.

区域地壳应力场及其时空变化特征对地震机理、构造变形及地震应力的研究至关重要(王晓山等, 2015).利用震源机制解反演构造应力场，可以克服直接进行构造应力测量存在的不确定性.Hardebeck和Michael(2004)建立了一种基于震源机制确定区域平均应力的方法.该方法假定每个三维网格内的应力是均匀的，相邻网格之间应力没有显著变化，且断层的滑动方向与断层面上的剪切应力方向一致.利用每个网格内(子区域)的地震震源机制解求解该子区域的应力参数.目前该方法已经被应用到许多地区的构造应力研究中(Zhao et al., 2013; Luo et al., 2015；Yang et al., 2017).

Yang等(2017)将该方法应用到地震空区附近，根据波形拟合方法得到汶川—芦山地震空区附近471个震源机制解.基于震源机制计算了每个子区域最大压应力轴的分布.

震源机制主应力倾角在一定程度上与岩石圈流变性质随深度变化有关(石耀霖和朱守彪, 2003; Bokelmann and Beroza, 2000)，因此可以作为研究岩石层流变结构的一种手段.图 3显示应力随深度的变化情况.杨宜海等(2015)发现在芦山震源区P轴仰角在孕震层的浅部(12~13 km)和深部(18~20 km)分布范围较收敛，主要分布在0°~20°范围内，应力主轴接近水平，表明孕震层深部的18~20 km为柔性软弱层；但在15~17 km的孕震层中部，P轴仰角分布较离散，变化较浅部和深部大得多，显示出脆性的孕震层特性.但图 3a和3c显示的空区的西北端(汶川地震震源区)的P轴仰角分布则要相对复杂得多.在每个深度的仰角中值都在20°左右，在每个深度上仰角分布都比西南边离散得多，每个深度的仰角中值均大于西南边，显示出完全不一样的孕震环境.

图 3

Fig. 3

图 3 P轴仰角随深度的变化 (a)利用震源机制计算的P轴仰角随深度和距离的分布，红色和蓝色分别为仰角小于(或者等于)20°以及大于20°的P轴；水平轴为沿龙门山断裂带的距离; (b)和(c)分别为空区东北和西南仰角随深度的分布；红色+显示每个深度的仰角中值.剖面位置见图 4. Fig. 3 Variations of plunges of P-axis with depth (a) Plunges of P-axis vary with depth and distance.The red and blue bars are P-axes with plunges smaller than and larger than 20 degrees, respectively; (b) and (c) are distribution of plunges of P-axis in the Wenchuan and Lushan rupture zone, respectively. Red + are the median values of plunges at different depths.

随后采用应力张量反演技术得到了地震空区附近的两个深度范围的构造应力场.图 4显示两个深度范围的网格大小为0.05°×0.05°的应力分布图.对于浅层(18 km以上)，研究区内地震空区西南区域(芦山震源区)以近似水平挤压为主(浅色背景)，最大压应力方向基本一致呈NWW—SEE向，大部分为逆冲型的应力状态.地震空区东北的浅层应力状态要复杂得多.靠近空区的区域，应力状态与芦山震源区接近，为NW—SE向，但在靠近汶川地震的区域，最大压应力方向偏向NWW—SEE向.这一应力方向的变化，可能也是汶川地震包含一定走滑分量的原因.龙门山后山断裂(汶川茂文断裂)附近区域以逆冲型为主，且最大压应力基本垂直于后山断裂，而由西南向东北沿龙门山中央断裂(映秀北川断裂)和前山断裂(彭灌断裂)，应力状态呈现出显著变化.在盆山交界处，最大主压应力轴的倾角较大，呈现正断型的应力环境.

图 4

Fig. 4

图 4 0.05°×0.05°网格的不同深度的应力反演结果 其中红色和蓝色短棒分别为深度小于18 km和大于18 km的最大压应力分布.由于两个深度地震分布不一致，有些点只有在某一个深度范围才有相应的最大压应力值.背景灰度代表最大压应力仰角.绿色、蓝色和黄色箭头分别标识图 3a, 3b和3c的剖面位置(数据基于Yang等(2017)). Fig. 4 Inverted stress fields at varied depths in grid of 0.05°×0.05° Red and blue bars are maximum compressive stresses above and below depth 18 km, respectively. Due to the uneven distribution of events at the two depths, bars may not appear at every grid node for both depths. The background colors indicate the plunges of the P-axes. Green, blue and yellow arrows indicate the locations of the three depth profiles shown in Figs. 3a, 3b and 3c, respectively (Based on Yang et al., 2017).

图 4也显示，18 km上下应力状态存在很大的变化.在芦山地震震源区，最大压应力从浅部的NW—SE向转到SWW—NEE向.而在汶川震源区，特别是彭灌杂岩体下方，不同深度压应力方向变化特别剧烈.不同深度压应力方向的变化，可能说明18 km上下物质运动是解耦的.

应力场可以由不同的数据集获得，如震源机制解、原地应力测量以及剪切波分裂测量等(Luo et al., 2015).地震空区西南地区，本文反演的最大压应力方向略微不同于原地应力测量和深钻套孔应力解除法的地壳应力(Huang et al., 2009)，但是与GPS观测结果以及其他通过震源机制解获得的区域应力场一致(Zhang et al., 2004; Gan et al., 2007).由近震S波分裂揭示的地震各向异性则复杂得多.该地区的东北侧的快波方向表现为NE—SW向，在南侧表现为NWW—SEE向，而在东侧表现为W—E向(Gao et al., 2014).考虑近震S波分裂分析技术获取的是地壳中震源区以上的平均应力状态，各向异性结果与本研究的差异可能体现了在地震空区西南地区应力状态在横向和纵向都发生了变化.地震空区东北地区，原地应力测量和GPS观测的应力场方向大致为NWW—SEE向，与本文研究中汶川主震附近的应力结果一致.

基于杨宜海等(2015)和Yang等(2017), 以及本文的分析，可以得出以下主要结论:

(1) 从应力分布的角度来看，地震空区是一个由应力状态简单(西南，芦山震源区)向应力状态复杂(东北，汶川震源区)过渡的地区; 空区西南最大压应力主要为NW—SE向，与断裂带基本垂直，仰角较小；空区东北最大压应力过渡到SWW—NEE向，与断裂带存在一定的夹角.

(2) 在地震空区东北，应力变化显著.龙门山后山断裂由逆冲型应力场主导.正断型、逆冲型和混合型应力状态同时出现在龙门山前山断裂附近.相反，地震空区西南地区由逆冲型应力场主导.

(3) 应力场随时间同样显示出强烈变化(Yang et al., 2017).在2009年以前，地震活动更加集中在龙门山前山断裂和中央断裂，且受正断型和走滑型应力场主导; 而在2009年以后，地震活动性在地震空区东北集中在龙门山后山断裂，而在地震空区西南整体上受逆冲型应力控制.

(4) 最大压应力由南向北均随深度发生了变化.这可能预示了浅部和深部存在解耦运动.

利用本小组布设的第一期观测资料中的宽频带地震流动台站、部分芦山科考台站(21个台)和四川省地震局(21个台)的固定台网记录的波形数据，通过接收函数方法，给出这些台站下方100 km深度范围内的地壳上地幔S波速度结构，并开展了偏移成像.台站间距大约20~25 km，大多数台站数据记录质量均较好，少部分台站(4个台)或许由于布设环境和条件限制，数据质量相对其他台站要差一些，但仍然可用.观测台阵覆盖了芦山地震和汶川地震主震区在内的龙门山断裂带32°N以南区域，松潘甘孜地块东南部区域以及四川盆地西部地区.收集了从2015年5月至2016年3月M_S5.5以上，震中距在30°~90°的191个远震事件波形数据.同时也收集了芦山科考台阵M_S5.5以上297个远震事件(记录时间2014-01—2015-12)；四川省地震局固定台站记录的M_S5.0以上的1044个远震事件(记录时间2012-10—2013-10)，其中地震目录参考美国地质调查局(USGS)的全球地震目录.数据和台站分布见何富君等(2017)中的图 1及图 2.

图 5a和5b分别显示研究区域的Moho深度图和泊松比分布图.四川盆地和松潘甘孜块体形成了非常明显的对比：四川盆地平均Moho深度约40 km，而松潘甘孜块体以及四川盆地西南地壳厚度超过50 km.四川盆地平均泊松比接近或者低于0.25，而除局部区域外，松潘甘孜块体以及四川盆地西南的平均泊松比在0.25~0.28之间.

图 5

Fig. 5

图 5 利用接收函数HK扫描得到的研究区域的Moho界面深度图(a)和泊松比分布图(b)(根据何富君等(2017)重新绘制) Fig. 5 Moho depth (a) and Poisson′s ratios (b) obtained from the HK scanning method applied to the receiver functions (modified from He et al., 2017)

龙门山断裂带的地壳厚度大约在40~50 km之间，而泊松比具有分段特征.该区域的两大杂岩体(宝兴杂岩和彭灌杂岩)下方Moho面深度大约在45~50 km之间，而泊松比相对较高(0.28~0.30).地震空区在图 5a与图 5b都显示出鲜明特征.在图 5a中，沿龙门山断裂带，地震空区的Moho面(45~50 km)相对于两边较深.而相同深度的Moho面似乎向北西向延伸直到龙日坝断裂，形成一个将Moho面较深(55~65 km)的松潘甘孜块体切割的条带，而该条带大致与马尔康断裂重合.由图 5b可见，该条带的泊松比(0.3~0.5)显著高于其两侧物质.这样的条带结构及其与空区、龙门山断裂带、马尔康断裂以及龙日坝断裂之间的关系，可能决定了区域物质流动和变形机制.随后将结合速度剖面进一步展开讨论.

图 6显示穿过汶川地震、地震空区及芦山地震的速度剖面.剖面穿过地震空区，并穿过汶川和芦山地震主震位置.汶川地震和芦山地震余震大多分布在S波速度为3.4~3.6 km·s^-1的区域.两大震源区之间S波速度为3.2~3.4 km·s^-1, 很少有地震发生.该低速体向下延伸直达40 km左右.在地震相对发育的深度(10~20 km)，龙门山断裂带在空区以下的区域速度相对较低.偏低的速度可能意味着物质形变模式有别于弹性介质的形变模式.另外一个值得注意的现象是，汶川地震和芦山地震震源区上方地形变化相对于地震空区来说更为剧烈，起伏更大.地震空区地表较为平滑.这可能间接表明该区域地表抬升以塑性流变为主，而两大震源区的地表抬升以弹性破裂(即以地震的形式)为主.

图 6

Fig. 6

图 6 穿过地震空区(平行于龙门山断裂带)的速度剖面 红色“Ⅰ”表示利用HK扫描得到的Moho深度以及误差范围.红色五角星和黄色五角星分别为汶川和芦山地震震中在剖面上的投影.黑色圆点为大于3级的地震事件. Fig. 6 Shear wave velocity profile based on receiver function inversion The red "Ⅰ" indicates the Moho depth yielded from the HK scanning method, and the lengths are the errors. The red and yellow stars are the projections of the Wenchuan and Lushan earthquakes to the profile, respectively. The black dots are earthquakes of M>3.

相比于地震空区两端，在地震空区以下50~70 km深度存在相对的低速带.该低速带可能是由于地幔上涌导致的局部部分熔融的结果(Wang et al., 2015；Lei et al., 2014).部分熔融体的速度高于下地壳介质，而低于周围地幔物质.接收函数HK叠加方法探测到的往往是部分熔融区的上表面(如图 6中红色“Ⅰ”所示).而基于速度剖面得到的往往是部分熔融区的下表面.图 6显示部分熔融在地震空区下方比较发育，导致该部分地壳的泊松比相对较高.

图 6也显示，Moho深度总体上西南深，东北浅.在剖面-100 km到-50 km之间，地壳厚度从接近75 km变浅至50 km.这一Moho巨变带可能是四川盆地的南部边界.S波速度结构显示在20~50 km深度，龙门山断裂带最南端有低速层的存在，这可能表明青藏高原与四川盆地相互作用，除了在纵向产生逆冲推覆外，同时在横向上在龙门山断裂带南端向青藏高原东南缘逃逸.东北端Moho厚度大约为40 km左右，与四川盆地一致.结合图 5及层析成像结果(另文发表)，可以推断四川盆地地壳延伸至龙门山断裂带以下.或者说，空区东北的龙门山断裂带可能已经逆冲到了四川盆地地壳之上.

基于第一期布设的19个短周期和14个宽频带台站数据，以及5个临近区域的四川省地震局的台站数据，Wang等(2018, 另文发表)利用匹配滤波方法(Zhang and Wen, 2015)研究了空区及临近区域的微地震分布.Wang等(2018)分析了2015年5月到2016年2月之间的数据，详细讨论了技术方法和参数，对成果进行了全面深入的分析，本文将简要讨论与地震空区相关的结果.

满足Gutenburg-Richter关系(即震级和事件数量的幂指数关系)的最小震级称为完整性震级(M_c).小于该震级的事件可能因为能量太低而不能被现有探测技术探测到，而大于该震级的事件是可以被探测到的，或者说是完整的.M_c越小，说明某个方法的探测能力越强.通过拟合不同震级的地震事件数量，我们发现匹配滤波使得微震的完整性震级从1.4级减小到0.2级左右，而b值均约为1(详情将另文发表).微震序列中存在几次很明显的微震群.

图 7显示了两个剖面的微震分布.芦山地震震源区的模板事件数量少于汶川地震震源区，但检测到的微震活动非常活跃，可能表明其仍处于局部的应力调整阶段.芦山地震一般认为发生在龙门山断裂带以东的隐伏断裂上，但在其西部的断裂上仍然有非常密集的微震分布.汶川地震震源区的微震活动也比较活跃，但总体上弱于芦山地震震源区，这可能归因于应力调整随时间逐步趋向完成，微震活动也随之逐步减弱.汶川地震震源点东北也存在一个较显著的地震群.这个震群可能和北西—南东走向的米亚罗断裂有关.该断裂在汶川地震时被重新激活，目前其微震活动甚至超过了汶川地震的震中区.对比图 7b和7d可以发现，米亚罗断裂基本上终止于龙门山断裂带，而没有延伸到盆地.

图 7

Fig. 7

图 7 地震空区微地震分布 (a)显示了覆盖后山断裂和中央断裂的微地震平面分布，而(c)显示了覆盖前山断裂的微震平面分布; (b)和(d)分别为(a)和(c)的垂直剖面投影.所有图形中红色为模板事件，而蓝色为匹配滤波得到的新事件.其中黄色和红色五角星分别为芦山地震和汶川地震的投影. Fig. 7 Micro-seismicity around the seismic gap (a) and (c) show the map view of the seismicity and the dashed rectangles indicate the locations of the depth-profiles shown in (b) and(d), respectively. Red and blue dots are template events and detected events, respectively. Red and yellow stars are the Wenchuan and Lushan earthquakes, respectively.

图 7显示地震空区的微震活动显著弱于其临近区域，也就是说地震空区基本没有大于完整性震级M_c=0.2的地震活动.当然也不能排除这个区域存在比完整性震级更小的地震活动的可能性.模板事件在地震空区的稀疏分布也可能导致部分事件的缺失.但从图 7也可以看出，芦山地震震源区的模板事件数量少于汶川地震震源区，但检测到的微震密度显著较大.所以微震分布并不完全取决于模板事件的多少.当然也不能排除其可能存在的影响.但是模板事件缺失本身也说明地震空区缺乏M_c=1.4级以上的地震活动.

为了进一步验证地震空区微震的缺失是否是由于模板事件的缺失引起的，本小组正在发展另外一个不依赖真实模板事件的微震检测方法：合成模板匹配方法.该方法将研究空间分解为一定大小的网格，每个网格视为一个虚拟震源.合成每个虚拟震源的不同震源机制的波形.将合成波形作为模板进行检测(Zhang X and Zhang J, 2016).另外一个方法就是本小组提出的并首次应用到页岩气开发中的微震监测的震源位置和震源机制联合扫描算法(Joint Source Scanning Algorithm, jSSA)(Liang et al., 2016).这两个方法的显著优点是不依赖于真实的模板事件的分布.这些方法将可以更真实地评估微震活动的空间分布.

另外一个值得注意的现象是芦山地震震源区的微震分布最深可达25 km或者更深，而地震空区北东向基本上浅于12 km.如此大的差异，可能显示了地震空区两边的脆性孕震深度存在显著差异.

图 8显示基于第二期密集台阵数据，利用走时定位获得的微震分布.显然，龙门山断裂带在空区下方仍然没有监测到地震活动.但是在龙门山断裂带以东，发现微震分布形成一个北东—南西走向的条带，大致平行于大邑断层.由此可见，尽管龙门山断裂带在该段非常平静，但是其东边的断层，包括很多隐伏断层却有较强的活动性，应该引起足够的重视.

图 8

Fig. 8

图 8 基于密集台阵，通过走时定位获得的微震分布(详情将另文发表) Fig. 8 Micro earthquakes determined by traveltimes recorded by an array with 70 stations(details will be published elsewhere)

前文总结了区域震源机制解及应力反演，结构研究及微震定位的初步结果.基于以上成果，可以就震源空区的形成机制及区域地震活动性得到一定的初步认识.

图 9a为地震空区及临近区域构造解释示意图.在北西—南东向的区域构造应力P₀的作用下，青藏高原东缘整体上处于挤压的应力环境.但是局部应力状态可能会受到地质构造的几何形态和物质物理性质的影响而变化.根据前人研究(胡幸平等，2008；易桂喜等, 2012, 2016；杨宜海等，2015；Yang et al., 2017)，最大压应力沿龙门山断裂带从南向北存在显著变化.易桂喜等(2016)和杨宜海等(2015)对芦山地震及余震的震源机制开展了详细研究.他们都发现芦山地震主震以及余震的震源机制单一，逆冲型地震占90%以上，最大压应力方向(P₁)基本与区域应力方向(P₀)一致(图 4)；易桂喜等(2012)对汶川地震及余震序列进行了分段统计，他们发现汶川地震余震区南段(绵竹以南)和中段(绵竹—平武)的最大压应力优势方向逐步从NW—SE过渡到W—E.显然，在地震空区两边，最大压应力方向存在一定程度的偏转.汶川地震主震也是以逆冲为主兼一定程度的右旋走滑(王卫民等, 2008；胡幸平等，2008).Yang等(2017)以及图 3—4以及图 7也显示空区两边应力环境及微震分布均存在显著变化.

图 9

Fig. 9

图 9 地震空区平面解释图(a)和剖面解释图(b) 其中断裂带包括LMSF—龙门山断裂带，MEKF—马尔康断裂带，LRBF—龙日坝断裂带，DYF—大邑断裂带，MJF—岷江断裂带，XSHF—鲜水河断裂带，ANHF—安宁河断裂带，ZMHF—则木河断裂带；主要地震破裂带包括WCEQ—汶川地震破裂带，LSEQ—芦山地震破裂带，DYEQ—大邑地震破裂带.P0代表区域最大压应力方向；P1—P4分别表示4个区域的最大压应力优势方向.P1代表地震空区西南区域；P2代表地震空区东北，绵竹(MZ)以南区域；P3代表绵竹和平武(PW)之间区域；P4代表平武以北区域.P1方向参考易桂喜等(2016)，P2—P4参考易桂喜等(2012).(b)中，龙门山断裂带在该段位于部分熔融区的上方，导致上地壳温度上升，断层面以非震滑动为主，所以没有积累应变能的条件，用虚线表示.而大邑断层(DYF)等盆地内的断层位于刚性的四川盆地上，具有积累应变能的条件，用实线表示.P21和P22分别表示最大压应力P1在平行于龙门山断裂带和垂直于龙门山断裂带方向上的分量. Fig. 9 Schematic explanation of the seismic gap: (a) Map view, and (b) Cross section XSHF—Xianshuihe fault; LMSF—Longmenshan fault; MEKF—Barkam fault; LRBF—Longriba fault; DYF—Dayi fault; MJF—Minjiang fault; ANHF—Anninghe fault; ZMHF—Zemuhe fault; Major earthquakes include:WCEQ—Wenchuan Earthquake, LSEQ—Lushan Earthquake, DYEQ—Dayi Earthquake. P0—Regional maximum stress; P1, P2, P3 and P4 are maximum stresses of four segments of the LMSF from southwest to the northeast ends, respectively. The azimuths of P1 are based on Yi et al. (2016), and P2—P4 are based on Yi et al. (2012). In (b), the LMSF is located above a zone with relatively weak upper crust and lower crust due to the high temperature resulted from the partial melting at the base of the crust. Therefore, the LMSF is aseismic. On the other hand, other faults located above the strong crust of the Sichuan basin have the potential to accumulate strain energy to produce relatively large events.

应力方向的变化导致空区两边存在沿断层的拉张分量.如图 9a所示，以空区东北段(汶川地震主震区)最大压应力P₂为例，其可以分解为平行于龙门山断裂带的P₂₁分量和垂直于龙门山断裂带的P₂₂分量.P₂₁分量非零是导致汶川地震中存在走滑分量的原因.同时也意味着地震空区受到横向拉张的应力作用.

何富君等(2017)以及本文图 5—6均显示，地震空区下方及其向西北方向的延长线存在一个条带状的Moho面隆起带，而沿该条带的泊松比相对较高(0.3左右).该条带与马尔康断裂基本一致.而Lei等(2014)的层析成像结果也表明地震空区下方20 km存在着低速异常和较高的泊松比.

基于以上分析可以做出如下假设：由于存在局部应力差，地震空区受到横向拉张的应力作用，其下地壳出现撕裂；地幔物质上涌造成Moho面的隆升；高温地幔物质与下地壳物质相互作用，部分熔融，造成下地壳的硫辉岩化(Wu et al., 2017).对于这类构造，接收函数往往探测到的是熔融体的上表面，因而Moho面往往偏浅(图 5a).同样，由于高温高压的作用，该部分地壳泊松比偏高(图 5b).该拉张构造发端于龙门山断裂带的地震空区，在空区下方也最发育，向西北逐渐变窄，直至尖灭.由于该段物质以塑性抬升为主，因而地表地形较为光滑(图 6，9b).

如图 6及9a, 9b所示，由于下地壳部分熔融的加温作用，龙门山断裂带在该段由于温度的升高，物质运动以塑性流动为主，因此断层不具备能量积累的条件，这可能是迄今为止监测不到微震的原因(图 7—8).但是，其东边的断裂系统，包括大邑断裂以及其他隐伏断裂等，其向下延伸断层面位于刚性的四川盆地上，因而仍然有可能积累能量并以地震的形式释放(图 8，图 9a, 9b).实际上2013年芦山地震以及1970年的大邑地震就是发生在这些龙门山断裂带以东的断裂带上.

Liu等(2013)发现汶川地震和芦山地震造成了地震空区的库仑应力显著增加，是高风险地震灾害的区域；Chen等(2013)基于地震矩释放也认为如果该地区完全破裂，其震级会达到6.8级.库仑应力的增加和地震矩释放的亏空，结合本文的结果，我们认为大邑断裂等盆地内断裂可能是下一个值得关注的地段.

目前为止，根据应力反演、接收函数分析以及微震定位讨论了地震空区以及临近区域的应力状态，三维结构，以及微地震活动性.提出了地震空区可能产生的机制，讨论了地震空区的龙门山断裂和临近断层的地震活动性.需要进一步探讨的问题包括：(1)图 9b将龙门山断裂带在地震空区缺乏地震活动的现象归因于塑性抬升，那么在塑性抬升过程中是否有类似于圣安德列斯断裂中段一样的蠕滑现象(苏珊·霍夫, 2015)？应变能是否可能以慢地震或者震颤的形式释放？如果有，是否能够监测到？(2)如果大邑等断层有积累应变能的能力，其断层几何形态如何？最大可能孕育的地震是多大？(3)模板匹配滤波方法能有效地提高低信噪比事件的识别率，但是其受到模板事件本身分布的限制.有必要发展基于合成波形匹配滤波的方法，避免模板事件本身的影响.

为了探索地震空区与震源区的深部结构特征和物性分布特点，探讨该地区的物质运移方式及动力学模式, 对空区发生大地震的风险性进行评价，本研究小组联合中国科学院地质与地球物理研究所于2015年5月至今共开展了2期共约3年的地震观测.主要研究内容包括：(1)区域应力分布；(2)三维高分辨率速度和各向异性分布；(3)微地震监测与定位.综合以上各方面信息对地震空区Ⅰ的地震活动性进行评估.目前得到的主要结论包括：

(1) 从应力分布的角度来看，地震空区是一个由应力状态(西南，芦山震源区)简单向应力状态复杂(东北，汶川震源区)过渡的地区; 芦山震源区以逆冲为主，最大压应力轴基本水平，且基本与区域应力方向一致；在地震空区东北，应力变化显著.龙门山后山断裂由逆冲型应力场主导.正断型、逆冲型和混合型应力状态同时出现在龙门山前山断裂附近.相反，地震空区西南地区由逆冲型应力场主导.

(2) 接收函数研究发现，四川盆地和松潘甘孜块体形成了非常明显的对比：四川盆地平均Moho深度约40 km，而且延伸到龙门山断裂带以下.

(3) 一个条带状结构从地震空区延伸到龙日坝断裂，该条带上Moho面相对于松潘甘孜块体向上隆起，泊松比大于0.3，可能是下地壳部分熔融的结果.

(4) 地震空区以下，上地壳速度相对偏低，在下地壳也存在明显的部分熔融体，可能是地震能量不能积累的原因.

(5) 匹配滤波使得研究区域的最小完整性震级从M_c=1.4下降到M_c=0.2；但是地震空区的地震活动性仍然很低.芦山地震和汶川地震可能仍然处于应力调整期，所以大于M_c=0.2的微震活动依然很强烈.当然也不排除观测到的微震活动体现的是空区两端的背景微震活动水平.基于密集的监测台阵(约70台地震计)的走时定位初步显示，龙门山断裂带的地震空区段仍然很平静，但是其东边的断裂带(包括大邑断裂以及隐伏断裂)上地震活动非常活跃.可能是该区域下一个大地震发生的断裂.

综合以上结果，提出了地震空区产生的机制：空区两端水平应力差导致空区地壳的撕裂，地幔物质上涌，部分熔融，地壳相对于松潘甘孜块体抬升.该撕裂区可能从空区一直延伸到马尔康断裂，但是在空区段最发育.该区域以塑性抬升为主，因此地震活动性低，地表地形较平滑.

本研究所使用的部分波形资料来自于四川省地震台网，中国地震局地球物理研究所布设的芦山科考台网(Fang et al., 2015), 本文接收函数反演程序来自美国圣路易斯大学Robert Herrmann教授的CPS软件包(Hermann, 2013)，HK叠加方法与CCP成像程序来自美国圣路易斯大学朱露培教授的hk1.3与ccp1.0程序包(Zhu, 2000)，大部分图件采用GMT绘制.