2021, Vol. 42
地震活动断层不同区段和时段均具有不同的力学特性，主要是表现在活动断层上发生地震的断层段所呈现的震前、同震、震后和震间4个时域范围内的滑动行为。换言之，地震活动断层的滑动行为分为震前、同震、震后和震间4个滑动阶段。通过研究活动断层地震破裂段震前、同震、震后和震间滑动，可深入破解沿活动断层破裂段的应力、应变的积累和释放的时空信息变化（Reilinger et al，1999；Yagi et al，2001；Ozawa et al，2004）。震前预滑是较难识别的滑动，表明了地震短临预测的艰难；同震滑动是地震破裂所产生的滑动，主要通过震后应急科考、破裂反演以及InSAR技术获取同震形变场而得到；震后和震间滑动是地震活动断层行为研究中的一个重要课题，需要长时域监测资料的积累。文中所示同震和震后滑动研究，是基于1973年炉霍MS 7.6地震后在地震破裂段的应急科考和数十年跨断层变形观测积累资料，获得同震和震后断层滑动随时间的演化行为，进而从同震、震后滑动行为中，全面理解同震、震后、震间以及未来发震的震前4个时域范围的滑动行为，获得断层破裂段大地震的复发轮回认识。
NW走向的鲜水河断裂是青藏高原西南强烈左旋走滑活动断裂，分布在四川省内，由甘孜延伸到泸定，全长约360 km，具有明显的分段性特征，大致以道孚（乾宁）惠远寺为界分为两段，北西段由炉霍断裂、道孚断裂和乾宁断裂3条次级NW走向呈左阶羽列的左旋走滑断裂组成，结构比较单一；南东段由雅拉河断裂、中谷断裂、色拉哈—康定断裂、折多塘断裂和磨西断裂5条断裂组成，其几何形态与内部结构比较复杂。在距今300多年内，鲜水河断裂带各段落上大多发生过7级以上强震，且呈现复发现象，例如：1973年2月6日在鲜水河断裂炉霍段发生MS 7.6地震，应急科考发现地震使得鲜水河断裂形成约90 km长的地表破裂（唐荣昌等，1976；钱洪等，1988；闻学泽等，1989；Allen et al，1991）。强震发生后，在地震断裂破裂段内（炉霍县虾拉沱），沿活动断层和近地表破裂形迹布设了短基线、短水准、蠕变等变形观测系统进行监测，观测数据已累积40多年。因此，鲜水河断裂的炉霍段是深入研究震后滑动行为和变形特征的理想场所，通过对鲜水河断裂炉霍段大震复发和震后滑动变形行为的时空特征分析，可以理解活动断裂同断层段上的地震复发轮回。
2 历史地震活动与破裂段震后滑动 2.1 历史地震活动据全新世以来的活动，将鲜水河断裂带以惠远寺拉分盆地为界分为2段：北西段长约200 km，由炉霍断裂、道孚断裂和乾宁断裂3条呈左阶羽列展布相对单一主干断裂组成，平均水平滑动速率在10—15 mm/a；南东段结构较为复杂，乾宁—康定段由3条次级断层近平行展布而成，单条断裂的滑动速率 < 10 mm/a，但3条断层滑动速率之和在10 mm/a左右，康定以南断层又呈一条单一主干断层延伸，滑动速率值亦在8—10 mm/a左右。鲜水河断裂炉霍段历史上曾发生多次MS≥7.0地震，如1816年12月8日71/2、1923年3月24日7.3级地震和1973年2月6日MS 7.6地震（图 1），显示了该断裂段大地震的复发性特征。
|
图 1 鲜水河断裂带炉霍段5级以上历史地震分布（公元前26年—公元2021年，MS≥5.0）索引图指示虾拉沱场地的位置与1973年炉霍MS 7.6地震破裂（浅绿线）的关系 图例说明：1 板块边界；2 Ⅰ级地块；3 Ⅱ级地块；4 活动左旋走滑断层；5 活动正断层；6 活动逆冲断层；7 1973年炉霍7.6级地震破裂段 Fig.1 Distribution of historical earthquakes with MS≥5 in the Luhuo segment of the Xianshuihe fault zone |
1973年2月6日炉霍MS 7.6地震的发生，使鲜水河断裂带炉霍段再次破裂。基于此次地震破裂段建立的各种观测系统（图 2）所积累的大地测量数据，研究鲜水河断裂炉霍段震后滑动/变形及其随时间的变化，解释观测该地震破裂段的震后断层行为（地震后滑动/变形）。图 1为鲜水河断裂带炉霍段及附近区域MS 5.0以上历史地震分布，显示了鲜水河断裂带位置及其与1973年炉霍MS 7.6地震破裂段（浅绿线）的关系。
|
图 2 鲜水河断裂带炉霍段虾拉沱场地的跨断层形变观测系统分布（杜方等，2010） 图例说明：1 断层；2 逆断层；3 正断层；4 走滑断层；5 公路；6 短水准测线（老）；7 短水准测线（新）；8 短水准短基线测线；9 蠕变测线；10 炉霍7.6级地震纪念碑亭；11 1973年炉霍7.6地震的地表破裂带（地震断层） Fig.2 Distribution of cross-fault deformation observation system at the Xialatuo site in the Luhuo segment of the Xianshuihe fault zone(Du Fang et al, 2010) |
1973年炉霍MS 7.6地震后，在炉霍县虾拉沱区附近沿地震破裂段和近地表破裂形迹先后布设跨断层的短基线、短水准、蠕变等形变观测系统，其中跨断层短基线和短水准已获取40多年的观测数据，蠕变测项也已积累30多年的观测数据。
（1）同震滑动。1973年炉霍MS 7.6地震后，应急科考发现该地震产生的地裂缝主要沿鲜水河断裂地表露头密集成带分布。同震水平错动明显大于垂直位移，地裂缝带的水平错距最大达3.6 m，垂直位移20—30 cm，显示鲜水河断裂左旋走滑为主的破裂特征。
（2）震后滑动。实测到震后早期，断层滑动呈对数函数型衰减。监测显示，在以主断层为中心的140 m宽区带内，跨断层短基线监测显示，断层左旋蠕变速率从1976—1978年间的10.27 mm/a开始逐渐减速，至2005—2009年降至2.27 mm/a，遵循对数函数的形式减速；在以主断层为中心的40 m宽区带内，在1990—2009年间，蠕变记录显示，断层蠕变速率从0.93 mm/a逐渐减速至0.68 mm/a。
3 分析与讨论 3.1 断层滑动行为与地震轮回1973年炉霍MS 7.6地震发生后，经数十年监测，发现鲜水河断裂带炉霍破裂段仍处于震后滑动后期。从震后滑动时间变化估计，该破裂段将在未来数十年逐步重新趋于“闭锁”，为此计算了1973年炉霍MS 7.6震后各个阶段炉霍断层段左旋蠕变/变形率。
图 3为鲜水河断裂带炉霍段主断层滑动行为及其时间变化示意图。其中：浅绿色实线表示应急科考获得的同震滑动，深绿色实线表示实际跨断层形变观测系统监测到的断层震后滑动，虚线表示推断的各个阶段断层滑动行为，即震后的“后期滑动”、震间的“闭锁”和震前的“预滑”，显示出鲜水河断裂炉霍段大震复发和震后滑动变形行为的时空特征，以及地震断层同段重复破裂与应力、应变积累和释放的地震轮回周期。由此可见，针对震前、同震、震后和震间4个时域范围内断层滑动行为的研究，有利于活动断层破裂段地震轮回特征的认识和研究，地震轮回研究可用于预测断层段未来可能发生大震的震级和时间研判，从而进行地震危险性评估。
|
图 3 鲜水河断裂带炉霍段滑动行为及其时间变化示意图 Fig.3 Schematic diagram of the sliding behavior and time changes of the Luhuo segment of the Xianshuihe fault zone |
1973年炉霍MS 7.6地震同震滑动造成沿鲜水河断裂炉霍段出现长约90 km的地表破裂带。
（1）1973—1978年，炉霍断裂段震后早期滑动。形变监测显示，1973年炉霍MS 7.6地震震后滑动初期，脆性上地壳的断层面似乎是张开松弛的，从而产生了与长期蠕变速率相近的左旋震后高速蠕变；在较深处的韧性地壳中，沿断层面滑动速率较大；经地质方法确定，断层长期变化的平均滑移率为8—12 mm/a（数千至数百万年）。
（2）1979—2009年，炉霍断裂段震后滑动衰减。在震后滑动第6年起，脆性上地壳的断层面趋向于重新耦合或重新闭锁，震后蠕变速率逐渐降低，表现为呈对数函数形式变化。然而，在延性中地壳更深处断层面上仍可能发生连续的高速蠕变。在上地壳和中地壳发生的2种运动均可能导致如图 3所示的变形模式。
（3）未来几十年，炉霍断裂段震后滑动趋于“闭锁”。由震后沿主断层滑动的时间变化来看，1973年炉霍MS 7.6地震破裂段将逐步趋于“重新闭锁”，形成破裂段的应力、应变积累和下一次大震的释放。通过震后滑动变形行为的时空特征分析，可以分析研究活动断层段上大地震的孕育周期。
4 结论综上研究，主要表明：
（1）1973年炉霍MS 7.6地震同震滑动。大地震产生炉霍段破裂，是断层段应力、应变的充分释放。
（2）1973年炉霍MS 7.6地震造成炉霍段破裂后的前5年，虾拉沱场地跨断层形变监测表现为断层段的开放性滑动，震后左旋走滑以10.3 mm/a的速率发生震后蠕变，且伴随着微小的张性分量。然而，自1979年以来，震后蠕变从5.3 mm/a逐渐减慢至2.3 mm/a，蠕变速率的时间变化遵循对数函数，表明从1979年开始，断层的破裂面逐渐趋于重新耦合或重新闭锁。
（3）历史大震记录和活动断裂破裂段的震后走滑、震间闭锁、震前预滑和地震破裂的断层行为，表现出断裂段的大地震周期活动，在炉霍破裂段大震后实测到了震后走滑活动。
（4）从震后断层蠕变的时间变化估计，1973年炉霍MS 7.6地震破裂段在未来数十年将逐步趋于“重新闭锁”，使得破裂段的应力、应变的再次积累和下一次大震的再释放，展示在破裂段上的大震轮回。
Ozawa S, Kaidzu M, Murakami M, et al. Coseismic and postseismic crustal deformation after the MW 8 Tokachi-oki earthquake in Japan[J]. Earth Planets Space, 2004, 56: 675-680. DOI:10.1186/BF03352530 |
Reilinger R E, Ergintav S, Bürgmann R, et al. Coseismic and Postseismic Fault Slip for the 17 August, 1999, M=7.5, Izmit, Turkey Earthquake[J]. Science, 2000, 289(5 484): 1519-1524. |
Yagi Y, Kikuchi M, Sagiya T. Co-seismic slip, post-seismic slip, and aftershocks associated with two large earthquakes in 1996 Hyuga-nada, Japan[J]. Earth Planets Space, 2001, 53: 793-803. DOI:10.1186/BF03351677 |