依据断层活动位移协调比的概念,对鲜水河断裂带上流动跨断层形变观测场地资料进行精细化处理,计算2008年汶川MS 8.0地震后各场地的协调比序列,并计算同期发生在四川域内的3次、南北地震带北部甘肃南部的1次6级以上强震的协调比异常,发现临震前均在鲜水河断裂带上捕捉到显著或普遍的协调比异常。可见,几次强震的发生与鲜水河断裂带协调比异常在时间上高度吻合,表明该协调比异常可能是与强震密切相关的形变前兆现象,且这4次强震存在远场形变前兆。
断层活动位移协调比概念由中国地震局地震预测研究所黎凯武研究员提出,即断层活动位移三分量及其相互之间的比值,简称协调比。通常,协调比遵循该断层的构造活动背景,是一个常量。当断层加载外力时,断层活动的三分量发生改变,其协调比发生变化,即为协调比异常。
断层活动位移三分量通过如下数学模型获得。
$ \left\{\begin{array}{l} a \cos \beta_{1}+b \sin \beta_{1}=\Delta L_{1} \\ a \cos \beta_{2}+b \sin \beta_{2}=\Delta L_{2} \end{array}\right. $ | (1) |
其中,a为水平走滑量,b为水平张压量,β1、β2分别为基线观测L1、L2与断层的斜交角,ΔL1、ΔL2为基线观测长度的变化量。
由模型(1)推导断层水平的走滑量a和张压量b,加上断层垂直形变观测的变化量Δh,构成断层活动位移的3个分量,其相互比值f1、f2、f3定义为断层活动位移的协调比,即
$ f_{1}=\frac{b}{a} \quad f_{2}=\frac{\Delta h}{a} \quad f_{3}=\frac{\Delta h}{b} $ | (2) |
在2018年1月以前,鲜水河断裂带上具备协调比计算的流动跨断层形变观测场地有6个,分别是侏倭、格篓坝子、虚墟、沟普、龙灯坝及老乾宁,后因场地改造,于2018年1月启用新场地进行观测。因观测数据连续性及观测场地干扰等,采用2008年汶川地震后至新场地启用前,即2009年1月至2017年12月的观测数据资料进行分析。
2009年1月至2017年12月,四川域内共发生3次6级以上强震,分别是2013年4月20日芦山7.0级地震、2014年11月22日康定6.3级地震及2017年8月8日九寨沟7.0级地震;同期,南北地震带北部甘肃南部也发生1次6级以上地震,即2013年7月22日岷县MS 6.6强震。基于该时段鲜水河断裂带流动跨断层形变观测场地各协调比序列,可以得到以下结果。
(1)侏倭F31协调比序列:2013年3月7日,侏倭场地观测出现显著异常,于4月20日发生芦山7.0级强震(震中距280 km);同年7月3日,再次出现显著异常,于7月22日发生岷县MS 6.6强震(震中距490 km)。
(2)虚墟场地协调比序列:①F233协调比序列:2013年3月8日,虚墟场地观测出现显著异常,于4月20日发生芦山MS 7.0强震(震中距270 km);②虚墟F11协调比序列:2014年11月10日,虚墟场地观测出现显著异常,于11月22日发生康定MS 6.3强震(震中距170 km)。
(3)2017年8月8日九寨沟MS 7.0地震前,鲜水河断裂带上的6个场地均出现协调比显著异常,且6个场地距震中均小于380 km。
以上4次强震的发生与鲜水河断裂带上的协调比异常在时间上高度吻合,表明鲜水河断裂带协调比异常可能是这些强震的形变前兆现象。另有研究表明,汶川地震临震前近场变形不动点现象与远场应力场变化具有较密切的关系。地形变观测所呈现的变化反映的不是局部变形状态,而是整个区域应力状态的迁移过程,是地应力扰动的结果。因此,四川域内及邻区发生的这4次强震存在远场的形变前兆特征。