聞學澤
（四川省地震局，成都 610041）
摘要 四川西部900km長的主幹走滑活動斷裂帶，呈現強烈的左旋斷層作用，是中國西南地區的主要發震帶之壹。本文將地質和歷史地震資料相結合用於定量評估該斷裂帶的地震潛勢。重新計算或估計了斷層平均滑動速率，並根據斷層幾何形態以及歷史地震破裂的時－空圖像，將該帶劃分成16個段落。根據估計的同震滑動量、歷史和史前地震時間資料，使用時間可預報和更新模型，作者估算出每壹斷裂段的地震平均復發時間。進壹步使用時間相依的概率危險性評估模型計算了未來發生段破裂地震的概率。主要結果表明：①至2026年，16個斷裂段中有6個具有較高的累積發震概率（＞0.45），這6個段落均位於沿斷裂帶至今已至少100年沒有發生破裂的空段中；②由於這6個段落的多數具有較長的平均復發時間或者具有相對於平均復發時間較短的離逝時間，故未來30年內（1996～2026年）並非均有較高的發震條件概率；③不同段落發震概率的比較表明：乾寧—康定（段8—段11）和石棉—西昌（段14和段15）兩個地區應屬於該斷裂帶未來的相對危險區。
關鍵詞 地震潛勢活動斷裂四川西部
1 引言
本文研究的斷裂帶由北西向南東縱貫整個四川西部地區（圖1），全長約900km，由4條斷裂組成，它們是：甘孜—玉樹斷裂、鮮水河斷裂、安寧河斷裂和則木河斷裂。自從晚第四紀以來，這些斷裂均表現出強烈的左旋走滑斷層作用[13]。該斷裂帶也是中國西南地區的主要發震帶之壹，自18世紀以來，至少20次震級大於或等於6.5級的地震沿該帶發生。
本文嘗試以斷層滑動速率、古地震和歷史地震資料，以及時間相依的概率模型為基礎，定量地評估出沿這壹斷裂帶不同段落的地震潛勢。
圖2是本文研究步驟的流程圖，其表示的技術路線類似於那些已由有關研究者或研究小組在板塊邊界上使用過的技術路線[8,19～21]。作者壹直在從事將這樣壹種技術路線應用於中國大陸板內環境的壹些活動斷裂[15～18]，本文是這些努力的壹部分。
2 斷層平均滑動速率
盡管從80年代以來已陸續發表了壹些有關研究斷裂帶滑動速率的估值，但結果中的差別依然存在。本文仔細分析前人報道的資料[1,3,5·6,14,18,22]，然後重新計算或估計了平均滑動速率及其標準差。重新計算或估計的平均滑動速率示意於圖3。圖3中有9個地點可獲得可靠的地貌斷錯量和沈積物的斷代數據，因而可得到計算的平均滑動速率及其標準差；圖3中另外3個地點的平均滑動速率及其不確定範圍（括號中的數字）是合理推測的結果。
圖1 四川西部主要走滑斷裂帶索引圖表示研究的斷裂帶與中國大陸其他主要活動斷裂的區域關系
圖3表明：甘孜—玉樹斷裂和鮮水河斷裂具有較高的滑動速率，達10～14mm/a，但沿安寧河與則木河斷裂，滑動速率僅在5.5～6.5mm/a之間。由圖1看到：在安寧河以及則木河斷裂的周圍有較多的次級分支斷層。壹種可能合理的解釋是：這種次級的分支斷層分散了斷塊的水平運動量，從而減小了沿安寧河以及則木河主斷裂形跡的滑動速率。
圖2 活動斷裂分段地震危險性定量評估的技術路線框圖
3 歷史地震及其破裂的時—空圖像
對於該斷裂帶來說，除了兩個部分外，其余部分均有歷史地震資料。圖4的壹組平面圖將18世紀早期至今的歷史震源空間分布分5個時期分別繪出。各震源的尺度是根據地震時的重破壞區範圍圈繪的。
在過去250余年中，斷裂帶的爐霍—道孚部分已重復發生過2～3次歷史地震（圖4），這壹斷裂部分也正是整個斷裂帶中具有最高滑動速率（13～14mm/a）的部位（圖3）。因此，沿該斷裂帶的滑動速率越高，地震的復發率也越高。
如果將震源的長度取作為相應的破裂長度，並將這些破裂長度作為時間的函數，即可得到歷史地震破裂的時－空圖像（圖5）。圖5說明：
（1）在該斷裂帶的馬尼幹戈附近部分，存在著壹個無文獻地震記載的時空域，其意味著對於該斷裂部位，除了有壹次地震（大約發生在公元1506年前後）是根據粗略的考古學方法確定年代之外[3]，得不到有關18世紀之前的、有文獻記載的地震資料。然而，在該斷裂帶的冕寧—西昌之間的部分，具有500年長的地震歷史記載。
（2）歷史地震破裂往往在原地重復發生，但在空間上相鄰的破裂之間的重疊量相對於破裂長度來說是較小的。
（3）可識別出沿該斷裂帶的3個地震破裂的空段。這3個空段均自從上壹次地震以來至少已有100年沒有發生過段破裂地震事件。
圖3 沿研究斷裂帶左旋平均滑動速率的新近估計結果滑動速率單位：mm/a
4 斷裂分段
該斷裂帶的分段是為了將它劃分為相對獨立的破裂單元。在確定段落的邊界時，考慮了以下幾點：①沿斷裂帶的大規模幾何不連續，例如羽列斷層之間的階區或者較短的斷層分支（持久性段落邊界）；②已經重復過不止壹次歷史破裂的、相鄰斷裂部位的接合區（相對穩定的段落邊界）；③歷史上僅分別破裂過壹次的兩斷裂部分之間的連接區（不確定的段落邊界）；④如果同壹斷裂部分發生過不同破裂長度的歷史地震，則考慮其中的最長破裂的端點（不確定的段落邊界）。
圖6提出了研究斷裂帶的分段模型，該模型***分出16個斷裂段並分別用S1,S2,S3，…表示。
圖4 歷史地震震源沿斷裂帶的空間分布分5個時期分別繪出從18世紀早期至今的震源，震源的大小根據地震的重破壞區面積圈繪
圖5 研究斷裂帶歷史地震破裂的時－空關系縱軸表示沿斷裂帶走向從南東到北西的空間位置，垂直虛線段表示不確定的破裂延伸
圖6 研究斷裂帶的分段圖
5 地震平均復發間隔
用於估計地震平均復發間隔的方法如下：
對平均滑動速率、同震平均滑動量均可得到或可估計出的斷裂段，平均復發間隔據“時間可預報模式”[10]和“更新模式”[21]進行計算。
對於時間可預報模式，有：
第30屆國際地質大會論文集 第5卷 現代巖石圈運動 地震地質
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式中：Tm為平均的（或中位數的）復發間隔；σd為Tm的數據不確定性；u為最晚地震的同震平均滑動量；Su為u的標準差；v為斷層平均滑動速率（不包括蠕動速率）；Sv為v的標準差。
對於更新模式，有：
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式中：um為n次同震滑動的平均值；Su為um的標準差；n為原有地震滑動的次數，當僅可測得最晚地震事件的滑動量時，n=1；σ1為復發間隔的內在不確定[見（10）式]。
對於大多數斷裂段，同震平均滑動量用這樣的方法估計[18]：將地震的面波震級M、破裂長度L、以及最大同震滑動量Dmax分別輸入壹組表示（u·L）與M，及u、M、L和Dmax之間關系的經驗公式，得到最晚地震事件同震平均滑動量的若幹種估值，然後假定每壹種估值的權重反比於相應估值的方差，取加權平均作為最佳估值。
16個斷裂段之壹的石棉段（S14），可得到的是過去4次古地震事件的14C年齡[9]。本文由這些年齡和下式[8,18]重新計算了平均（或中值的）復發間隔
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式中：Tav為n次事件復發間隔的算術平均；μ為復發間隙對數正態分布的均值[見（9）式];T為事件之間間隔時間的中值；5為T的標準差，當地震為歷史事件時，S=0;n為地震事件之間時間間隔的樣本數。
用於計算16個斷裂段的平均復發間隔及其不確定的數據均已在表1中列出。與上次事件以來的離逝時間壹道，計算出的平均復發間隔將用於計算段破裂地震的發生概率。
表1 用於計算16個斷裂段平均復發間隔的數據
續表
6 段破裂地震概率的計算
評估單個斷裂段長期地震潛勢的方法是基於壹種具有這樣假定的模型：沿壹個斷裂段發生壹次地震的概率隨著自上壹次地震以來的離逝時間而增加。該模型也稱為時間相依的概率模型[8,21]。本文計算了兩種概率：條件概率和累積概率。條件概率Pc是在已知在時刻Te之前地震未發生的條件下，壹次地震在時間區間Te至Te+DT內發生的可能性：
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式中：f（T）是隨機復發間隔T的概率密度，0是相對時間的起點，設在上壹次地震的發生時間。Te是從上壹次地震的時間到1996年1月1日的時間段，DT是壹個設置的預測時間段，取為30年。
累積概率F是在從上壹次地震後直到Te+DT的時段內發震的可能性：
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本文假定f（T）是壹種對數正態型的密度函數，並采納了具有如下密度函數形式的特征地震復發時間的通用分布[7,8]:
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其中μ（=－0.01）是該分布的均值。總不確定性σN由兩個部分：數據不確定σd和復發間隔內在不確定σ1組成：
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數據不確定σd來源於估計平均復發間隔Tm中的不確定性，內在不確定σ1（=0.21）來源於上述通用分布。
7 未來段破裂地震的震級估計
對於走滑性質的斷裂段，未來段破裂地震的震級由壹組選擇的經驗關系式作粗略估計：
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假定壹次未來的特征事件將使壹個長度相應為L的斷裂段發生破裂，由以上4個公式可得到該事件震級的4種估值。取這些估值的平均作為未來地震震級的最佳估計。
編號為S4的朱倭段是所有16個斷裂段中唯壹的非走滑性質的斷裂段（參見圖6），該段位於甘孜拉分區南東緣。這壹斷裂段曾在1967年發生6.8級地震時表現出北東向正斷層作用[1,18]。因此，該段的未來震級采用全球範圍正斷層地震的關系式[11]進行估計：
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8 概率地震潛勢的分析
表2列出了計算的未來段破裂地震的概率和預測的特征震級。由於采用了時間可預報和更新兩種復發模型，得到多少有些差別的概率值，因此，采用這兩種模型得到的概率值的平均作為最終結果。
圖7說明了計算得到的概率。從圖7看出：至2026年，有6個斷裂段具有較高的、大於或等於0.45的累積概率。這6個段落均處於根據歷史破裂時－空圖像鑒定出的地震空段的位置（參見圖5和圖7）。然而，並非這6個段落在未來30年內均有較高的發震條件概率。實際上，如果壹個斷裂段具有較長的至下次地震的復發時間，例如長於300年，則在壹個相對較短的時間區間，例如DT=30年，無論自從上壹次地震以來的離逝時間較長還是較短，計算的條件概率均不會高。這有些不同於板塊邊界構造環境的情況，板塊邊界斷裂的高活動性使得那裏的大地震或巨大地震平均的復發間隔往往僅幾十年或者在100～200年之間[8]。
在中國大陸板內環境，分析斷裂段的長期地震潛勢時不僅參考條件概率，而且還應參考累積概率可能會更好。例如，S2段和S6段在未來30年內具有相同的條件概率（Pc=0.16），但是S2段的累積概率（至2026年，F=0.71）要比S6段的累積概率（至2026年，F=0.19）高得多，從而在未來30年內，S2段要比S6段具有更高的地震潛勢。
表2 計算的16個斷裂段發震條件概率Pe（1996～2026年）和累積概率F（至2026年）
根據不同斷裂段概率值的相互比較以及從長期預測的觀點，作者提出兩個地區：乾寧—康定和石棉—西昌（參見圖6和圖7），應考慮作為未來30年的主要危險區。前壹地區包括斷裂段S8—S11，後壹地區包括斷裂段S14和S16。
9 討論
本文對四川西部主要走滑活動斷裂帶的地震潛勢進行了評估。這裏認為應強調以下幾點：
（1）本研究僅僅是壹初步的努力，結果中明顯存在有不確定性，並主要是由地質數據的不確定所引起的。這些地質數據包括斷層滑動速率、同震平均滑動、古地震斷代以及若幹段落的離逝時間等。
（2）結果中的不確定性也有由模型不確定引起的部分。特征地震的通用復發時間分布[7]是針對板緣地震資料而建立的，是否能將該分布應用於像中國大陸這樣的板內構造環境仍然是壹個問題。在沒有別的選擇的情況下，使用該模型所得結果只是壹種近似。
（3）無論本文所得結果有多粗糙，但其對於研究區的長期地震危險評價仍然是有用的。具有較高累積概率的斷裂段均指示了長期缺震空段的事實，暗示了盡管使用了不確定的數據和模型而得不到精確的發震概率，但至少得到了那壹斷裂段相對於其它斷裂段具有更高或更低地震潛勢的信息。
圖7 計算得到的、代表斷裂段未來地震潛勢的概率圖解地表的細線是四川省的邊界，粗線代表研究的斷裂帶；柱體的高度與概率值成正比
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