研究团队：应急管理部国家自然灾害防治研究院 全国地震大形势研究工作组断层应力变化模拟团队

　　一、模型研究的目的、必要性和需求分析

　　目的：建立复杂耦合断裂系统下川滇地区断层应力变化模型，为认识地震孕育发生机理与判定潜在强震危险区提供具有动力学含义的力学参考。

　　必要性：地震的孕育和发生与断层面应力状态密切相关。一个精确的断层应力变化模型能够更好地服务地震科学研究，如强震的孕育机理、强震的空间迁移机制、地震动力学和潜在强震危险区的确定。

　　需求分析：目前川滇地区断层应力变化的研究多集中于单条断裂或断层系的应力变化，相关研究为认识强震间相互作用、强震发生力学机理以及强震发生后周缘断层稳定性分析等提供帮助。然而，对于典型的板内构造地震而言，从复杂耦合断层系统开展断层应力演化与应力变化的研究，是揭示强震空间迁移规律与开展潜在强震危险性分析的必然选择。一个被广泛认可的断层应力变化模型可以为探索基于动力环境分析的地震预测解决方案，更好地为解剖地震研究以及第六代区划图三维源的确定提供力学参考。

　　二、模型预期指标和技术路线

　　预期指标：建立川滇地区公共断层应力变化模型。

　　技术路线：以川滇地区的断层模型、介质物性模型和震源破裂模型为基础，利用数值模拟方法计算给出M≥7.0历史强震发生引起川滇地区断层的应力演化过程，从而构建断层应力变化模型，与前人的研究成果进行对比验证，并以后续的6级以上强震进行回溯性检验。

　　三、模型数据来源和质量分析

　　主要数据来源：

　　（1）断层数据，在中国大陆地震活动断层数据库的基础上，进一步收集近期发生的典型强震发震断层几何参数（图1）；

　　（2）介质物性数据，主要依据前人在川滇地区开展的人工测深剖面、流变结构反演的结果；

　　（3）震源数据，收集了1515年永胜7.8级地震以来47次川滇地区Ｍ≥7.0地震及邻区Ｍ≥8.0大地震的震源破裂模型。

　　上述基础数据的使用与合理性已在中国大陆地震重点危险区判定工作中通过专家咨询和论证，具体参数详见李玉江等（2020）。

　　图1 川滇地区主要断层几何与历史强震

　　图中黑色震源球为1515年永胜7.8级地震以来的川滇及邻区M≥7.0历史强震。

　　四、研制关键技术方法

　　块体边界断层几何易于通过地质、地震学或大地测量方法获取，而块体内部潜在破裂面的参数难以直接确定。在已有的M≥3.0地震的震源机制解基础上（张诚等，1989），采用HASH方法（Hardebeck et al., 2002）补充2009年1月—2019年7月川滇地区5 675次2.5≤M≤4.9地震的震源机制解。利用基于震源机制解反演应力张量的方法（Gephart et al., 1984），得到0.1°×0.1°网格点的3个主应力方向和应力形状因子（Angelier, 1979；万永革，2015），最后利用获得的应力张量确定块体内部最优破裂面和辅助破裂面（图2a）。

　　由于地震潜在破裂节面的不确定性，将最优破裂面和辅助破裂面分别作为接收断层进行应力张量投影（Toda, et al., 2011），计算2个节面上的库仑应力变化，并以库仑应力变化的最大值代表该点的应力变化（图2b）。

　　图2 基于断层潜在破裂面的库仑应力变化

　　(a) 沙滩球为块体内部最优破裂面和辅助破裂面（0.1° × 0.1°）；(b) 块体内部潜在破裂面上的应力变化。

　　　　五、完成情况与成果

　　　（1）获得了川滇地区断层应力变化模型，并给出了不同深度断层面应力变化。10 km深度上应力变化结果显示（图3），①鲜水河断裂带东南段、②安宁河断裂带、③小江断裂带北段、④龙门山断裂带西南段、⑤楚雄－建水断裂带与小江断裂带的交会处、⑥理塘断裂带沙湾段等表现出明显的应力增加（≥0.1 MPa）；⑦马边-盐津断裂带、⑧程海断裂带南段、⑨丽江-小金河断裂带南段、⑩红河断裂带北段、11龙陵-澜沧断裂带、12瑞丽-龙陵断裂带南北段等断裂带累积库仑应力增加比较显著，应力变化≥0.01MPa。同时，块体内部的川滇藏交界区、巴颜喀拉块体东部、滇西北地区等区域累积库仑应力变化比较显著，变化值≥0.01MPa。上述研究成果已较好地应用到2021~2030年中国大陆地震重点监视防御区的判定工作中。

　　图3 川滇地区断层库仑应力变化

　　(a) 川滇地区主要断层应力变化；(b) 块体内部潜在破裂面应力变化。图中黑色震源球为M≥7.0历史强震；绿色震源球为后续M≥6.0强震。

　　（2）发表文章成果：

　　[1] Yujiang, Li, Zhigang, Shao, Fuqiang, Shi and Lianwang, Chen. Stress evolution on active faults in the southwestern Yunnan region, southeastern Tibetan Plateau, and implications for seismic hazard[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 200, 104470, doi: https://doi.org/10.1016/j.jseaes.2020.104470.

　　[2] 李玉江, 石富强, 张辉, 魏文薪, 徐晶, 邵志刚. 川滇地区主要断裂带上的库仑应力变化及其对地震危险性的指示[J]. 地震地质, 2020, 42(2), 526-546.

　　未来将不断更新断层的几何结构参数，基于更为精细的断层模型、流变性模型，来开展川滇地区断层应力演化计算与断层应力变化模型构建。

　　六、验证（测试）与精度评价

　　断层应力变化的研究结果公开发表后，川滇地区陆续发生了2022年泸定M6.8、芦山M6.1和2021年漾濞M6.4等6级以上强震。回溯性分析来看，泸定地震发生在①鲜水河断裂带东南段，芦山地震发生在④龙门山断裂带西南段以及漾濞地震发生在块体内部滇西北地区（图3），均发生在断层应力显著增加的断层段上（Li et al., 2023a; Li et al., 2023b），检验效果较好，为中国大陆强震危险区判定提供了具有物理力学含义的应力指标。

　　Yujiang, Li, Haoqing, Liu and Cheng Yang. Revisiting the seismic hazards of faults surrounding the 2022 Ms6.8 Luding earthquake, Sichuan, China[J]. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 2023, 14(1), 2272569, doi: 10.1080/19475705.2023.2272569.

　　Layue, Li, Wei, Zhan, Changyun, Chen, Jingyang, Zhao and Xiaobo, Li. Stress-Strain Characteristics Before the 2021 Ms 6.4 Yangbi Earthquake in Yunnan Province, China, and Implications for the Seismogenic Mechanism[J]. Pure and Applied Geophysics, 2023, 180(7), 2543-2559, doi: 10.1007/s00024-023-03314-x.

　　七、模型使用说明

　　数据为deltaCFS-blockboundaryfault.txt、deltaCFS-innerblock.txt，

　　第1, 2, 3列分别表示经度、纬度和应力变化

　　deltaCFS-blockboundaryfault.txt 块体边界断层面上断层应力变化，对应图3a

　　deltaCFS-innerblock.txt 块体内部潜在破裂面上断层应力变化，对应图3b