2008年MW7.9汶川地震后龙门山断裂带及周边地区的应力变化

《Tectonophysics》：Stress changes in the Longmenshan fault zone and surrounding regions following the 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake

　　

高分辨率人工智能（AI）目录揭示了精确的地震丛集和沿断裂带对齐的分布。汶川地震促进了2013年芦山地震和2017年九寨沟地震的发生，而2022年芦山地震可能由先前事件触发。粘弹性松弛在龙门山断裂带西南段和中段诱发了升高的地震潜力。

## 论文解读：2008年汶川地震后龙门山断裂带及周边地区的应力演化与地震相互作用

### 研究背景

龙门山断裂带（LMSFZ）是青藏高原东缘与华南地块之间的显著构造边界，以强烈的地壳变形和复杂几何结构为特征。自2008年M_W7.9汶川地震（WC08）以来，该区域经历了一系列显著地震活动，包括2013年M_W6.6芦山地震（LS13）、2014年M_W6.1康定地震（KD14）、2017年M_W6.5九寨沟地震（JZ17），以及2022年M_W5.8芦山地震（LS22）、M_W5.9马尔康地震（MK22）和M_W6.7泸定地震（LD22）。现有研究多聚焦于单个事件，缺乏系统性连续框架来分析自2008年以来连续强震间的应力相互作用，导致对同震与震后过程累积影响的认知不足。此外，库仑应力变化（ΔCFS，一种用于评估地震触发作用的物理量）计算对建模参数高度敏感，存在显著不确定性，而统计模型（如ETAS模型）的应用常受限于地震目录的不完整性。为解决这些问题，研究人员开展了系统研究，旨在综合高分辨率人工智能（AI）地震目录与ETAS模型及ΔCFS计算，评估龙门山断裂带及周边地区的应力传递与地震潜力。该论文发表在《Tectonophysics》。

### 主要技术方法

研究人员采用以下关键技术方法：1）空间-时间流行病型余震序列（ETAS）模型，基于最大似然估计拟合，提取背景地震活动率变化；2）库仑应力变化（ΔCFS）计算，利用PSGRN/PSCMP方法（一种基于分层粘弹性模型的应力计算程序），考虑同震（弹性）和震后（粘弹性）过程；3）高分辨率AI地震目录（Li et al., 2026），基于先进相位检测算法，显著降低完备震级（M_C），整合大量微震事件。样本队列来源包括中国地震数据中心（CEDC）目录（2008–2023年，截断震级4.0）和AI目录（2013–2023年，截断震级2.0）。

### 研究结果

**2. 利用ETAS模型检测地震活动率变化**
- **2.1 空间-时间ETAS模型**：介绍模型原理，每个地震可触发余震，其时空分布由Omori定律和空间核函数描述。
- **2.2 拟合ETAS模型**：使用CEDC目录和AI目录拟合模型。AI目录的完备震级更低（M_C=2.0），其c值（描述余震早期检测延迟）更小，表明小震检测能力显著提高。
- **2.3 龙门山断裂带区域背景地震活动率**：AI目录显示LS22的背景概率较低（0.115），表明其可能由直接触发所致；其余强震背景概率高，主要受长期构造加载驱动。AI目录揭示出沿龙门山断裂带分支断裂、鲜水河断裂带（XSHFZ）及LS13、MK22震源区的更高背景地震活动，且与断裂迹线吻合更好。

**3. 库仑应力变化**
- **3.1 ΔCFS计算**：采用库仑破坏假设，考虑剪切应力变化（Δτ）和正应力变化（Δσ），使用视摩擦系数（μ′）简化孔隙压力效应。忽略动态触发和孔隙弹性回弹过程。
- **3.2 源断层与接收断层参数化**：选取后期地震的破裂面为接收断层，选用12条活动断裂作为接收断层，参数来自文献。
- **3.3 主要地震间的应力相互作用**：WC08对后续地震产生最显著影响。其对LS13、KD14、JZ17、LS22产生正ΔCFS（超过0.01 MPa经验触发阈值），而对MK22和LD22产生负ΔCFS（抑制）。LS13对LS22产生显著正ΔCFS（0.093 MPa），累积正ΔCFS达0.163 MPa，与LS22的低背景概率一致。MK22和LD22累积负ΔCFS。
- **3.4 周边断裂带上的应力传递与积累**：WC08沿龙门山断裂带东北段MW断裂产生高达10 MPa的应力增加，而在西南段和BY、PQ断裂东北段形成应力阴影。LS13和LS22部分缓解了西南段应力阴影。粘弹性松弛使西南段MW断裂逐渐脱离应力阴影，而BY、GA断裂西南端及龙门山断裂带东北段负ΔCFS持续增强。WC08与LS13之间的地震空区积累约0.3 MPa正ΔCFS，表明地震潜力升高。

**4. 讨论**
- **4.1 ΔCFS不确定性分析及对分层粘弹性模型的敏感性**：通过改变摩擦系数（0.2–0.8）、解析深度（0–15 km）、滑动模型、震源机制解和断层几何，验证了ΔCFS结果的稳健性。粘弹性模型参数敏感性测试显示，上地壳厚度对结果影响较大，但西南段MW断裂的应力演化在所有测试中保持稳定。
- **4.2 AI目录的新见解**：AI目录揭示了JZ17东南侧和MK22南侧的高背景地震活动区域，这些区域与断层交汇处和强变形区对应。JZ17东南侧地震活动分散，而MK22南侧呈现时间丛集，可能与2021年M_W7.3玛多地震触发有关。
- **4.3 邻近断裂带的地震潜力**：结合弹性块体模型的地震间耦合结果，识别出六个强锁定凹凸体（A1-A6）。西南段和中部龙门山断裂带（A1、A2）及鲜水河-小金河（XSH-XJH）交汇处（A4）经历正ΔCFS加载，且存在锁定凹凸体，地震潜力较高。WC08与LS13之间的空区虽积累正ΔCFS，但缺乏显著凹凸体，可能处于弱锁定或蠕滑状态。

**5. 结论**
本研究中，研究人员结合ETAS模型与ΔCFS计算，研究了WC08后龙门山断裂带的应力演化与地震相互作用。高分辨率AI目录提供了比CEDC目录更完整的地震活动特征，揭示了沿龙门山断裂带及LS13、JZ17、MK22等强震源区增强的背景地震活动，这些区域与断裂迹线呈现强空间相关，尽管时间丛集程度各异，表明持续断层加载和地震活动在常规目录中未完全解析。ETAS模型与ΔCFS计算的联合分析表明，WC08对区域地震活动产生了长期影响。正ΔCFS扰动可能促进了LS13和JZ17的发生，而MK22和LD22受到负ΔCFS抑制。这些结果在摩擦系数、解析深度、滑动模型和震源机制解变化下保持稳健。对KD14的贡献推断对特定建模假设敏感。在WC08后的强震中，LS22以低ETAS背景概率和显著正ΔCFS为特征，表明其可能由先前地震的应力传递直接触发。研究结果进一步表明，粘弹性松弛可显著改变大地震后的断层加载分布。松弛过程逐渐减小了WC08在龙门山断裂带西南端产生的同震ΔCFS阴影，同时增强了东北段内的负ΔCFS。这些模式在断层几何和分层粘弹性模型配置变化下保持稳健。为考虑控制地震生成的相互作用过程，研究人员通过整合统计ETAS模型、物理ΔCFS计算和独立凹凸体分布，提供了区域地震潜力的定性评估。在此框架下，龙门山断裂带西南段和中段，以及鲜水河-小金河交汇处，被视为地震潜力升高区域，值得持续监测。