青藏高原是我国大陆现今构造最为活跃的地区,其中大型断裂带广泛分布,强震频发,高温热泉富集。龙门山、鲜水河及安宁河—则木河,三条大型断裂带在高原东南缘汇聚,形成复杂的‘Y’型构造域(图1)。自2008年以来,该区发生了多次强震,包括2008年汶川Mw7.9、2013年芦山Mw6.6、2014年康定Mw5.9、2022年芦山Mw5.8和2022年泸定Mw6.6。此外,该区分布的多个高温温泉的位置与强震位置相符。研究藏东南‘Y’型构造域的强震演化过程与特殊构造之间的关系,对理解青藏高原的构造演化、震源机理以及潜在地震风险具有重要意义。
地震目录的完备性是研究强震的余震演化过程的前提,然而,由于受到背景噪声、台站分布稀疏、强震面波干扰等因素的影响,“地震目录缺失”现象并不鲜见。因此,如何构建相对完备的地震目录,既是地震学领域的经典问题,亦是揭示壳幔结构、断层属性与震源演化等方面的基础所在。

图1 青藏高原东南缘‘Y’型构造域的断裂带、地震、温泉分布图(左下插图中的方框展示了研究区域在青藏高原的位置)
中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室博士生魏梦怡在其导师吴晶副研究员与日本数理统计所庄建仓研究员的共同指导下,将基于点过程的统计地震学方法(Zhuang et al.,2017)应用于上述五个强震序列(图2:以2008年汶川Mw7.9地震的分析过程为例),获得了更为完备的地震目录。研究表明,基于新地震目录(catalog-R)的Omori Law参数显著优于原始目录(Catalog-CENC;图3),亦优于基于模板匹配的目录(Catalog-MFT;图3)。其中,早期余震缺失导致的c值偏差被有效纠正,𝑝值波动较大的现象也有改进。

图2 基于统计学补充算法的汶川地震目录构建过程。(a)地震在时间序列上的分布;(b)通过使用双尺度经验变换(BEPIT)得到重新标度的震级与记录事件发生次数的经验分布;(c)重新标度的震级与时间; (d)观测到的(黑色点)和补充的事件(绿色点)的重标震级与重标发生时间;(e)补充后的数据在原始地震序列分布图上的位置;(f)原始数据(灰色曲线)和补充数据(黑色曲线)在时间段内的事件数目

图3 基于统计地震学补全方法的地震目录(Catalog-R:This study)、模版匹配方法地震目录(Catalog-MFT:Wu et al., 2017, JGR; Yin et al., 2018, JGR)与原始地震目录(Catalog-CENC)的Omori Law参数比较图。(a: 2008年Mw7.9汶川; b: 2013年Mw6.6芦山地震)
此外,研究团队发现:鲜水河断裂带—2014年康定Mw5.9与2022年泸定Mw6.6地震的发震断裂,分布有高温温泉,𝑝值<1,余震衰减速率较慢;龙门山断裂带中段—2008年汶川Mw7.9地震的发震断裂,温泉温度相对较高,𝑝值≈1.0–1.05,余震衰减速率适中;龙门山断裂南段—2013年Mw6.6芦山与2022年Mw5.8芦山地震的发震断裂,无温泉点分布,𝑝值>1.05,余震衰减速率较快。据此,他们指出:余震衰减参数𝑝���温泉温度呈负相关关系(图4),这为余震活动和区域构造环境之间的关系提供了新视角。
研究团队亦指出,不管是基于波形的原始目录(刘小梅,吴晶*等,2019;魏梦怡,吴晶*等,2022)与模版匹配目录(Wu* et al., 2017),亦或是该文基于统计地震学方法的补全目录(Wei,Wu*,Gao, 2025),各具有一定的优点与局限。比如:原始目录具有较好的时效性,但定位精度有限;模版匹配目录具有高精度的识别能力,但依赖模版事件且比较耗时;基于点过程的统计地震学目录具有较高完备度,但与波形的匹配度有限。因此,在未来的研究中,如何综合多个版本的目录,多角度获取研究区域地震活动特征,继而更好得刻画断裂带物理与几何形态,是值得深入探讨的科学命题。

图4 青藏高原东南缘‘Y’型构造域多次强震的余震序列衰减参数与温泉空间位置分布图
研究成果发表于国际学术期刊SRL(Wei M, Wu J*, Gao X. Catalog Replenishment Based on Statistical Method for Strong Earthquakes in the Triple Junction Area, Eastern Tibet[J].Seismological Research Letters, 2025, 96: 1953-1965. DOI: 10.1785/0220240215.)。研究得到国家重点研发计划(2022YFF0503203; 2024ZD1002305)、岩石圈演化与环境演变全国重点实验室(SKL-Z202305)以及国家自然科学基金(42274131; 41774111)联合资助。

魏梦怡(博士生)