地球物理学报  2015, Vol. 58 Issue (5): 1827-1833   PDF    
引用本文
李培, 秦四清, 薛雷, 李国梁. 2015. 2015年4月25日尼泊尔Mw7.8地震孕育过程分析与震后趋势研判. 地球物理学报, 58(5): 1827-1833, doi: 10.6038/cjg20150533   
LI Pei, QIN Si-Qing, XUE Lei, LI Guo-Liang. 2015. On the seismogenic process of the 25 April 2015 Mw 7.8 earthquake and future earthquake situation. Chinese J. Geophysics, 58(5): 1827-1833, doi: 10.6038/cjg20150533   
2015年4月25日尼泊尔Mw7.8地震孕育过程分析与震后趋势研判
李培, 秦四清, 薛雷, 李国梁    
中国科学院地质与地球物理研究所 中国科学院页岩气与地质工程重点实验室, 北京 100029
投稿时间:2015-05-16    最后修改时间: 2015-05-19 .
基金项目：国家自然科学基金重点项目(41030750)资助.
作者简介：李培,男,1986年生,博士生,主要从事岩石破裂致灾机理研究.E-mail:lipei@mail.iggcas.ac.cn
通讯作者：秦四清,男,1964年生,中国科学院地质与地球物理研究所研究员,主要从事工程地质、非线性岩土力学与岩土工程类研究,目前科研兴趣:强震预测研究.E-mail:qsqhope@mail.iggcas.ac.cn
摘要：基于作者提出的孕震断层多锁固段脆性破裂理论及板间地震区划分原则,划分了伊斯兰堡—加德满都地震区.从孕育周期界定与主震事件判识角度,分析了该地震区大(巨)震事件的孕育过程,研判了其未来震情.结果表明:伊斯兰堡—加德满都地震区至少已经历三个完整的孕育周期,是一个Mw8.3~8.6地震危险区;2015年4月25日尼泊尔Mw7.8地震,是该区当前孕育周期第三锁固段损伤累积至峰值强度点时发生的一次标志性大震事件;2015年5月12日尼泊尔Mw7.3地震发生后,该地震区再次处于临界状态,将发生Mw8.0~8.2地震.
关键词： 伊斯兰堡—加德满都地震区     尼泊尔Mw7.8地震     地震孕育周期     锁固段     震后趋势    
On the seismogenic process of the 25 April 2015 Mw 7.8 earthquake and future earthquake situation
LI Pei, QIN Si-Qing, XUE Lei, LI Guo-Liang    
Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
Abstract: In this study, we divided the Islamabad—Kathmandu seismic zone based on the brittle failure theory of multiple locked patches in a seismogenic fault system and principles for dividing interplate seismogenic zones. Furthermore, we analyzed the seismogenic process of the large or great earthquake events in the zone from the angles of the definition of seismogenic period and the recognition of the main shock event, and forecasted the future earthquake situation.The results showed that the Islamabad—Kathmandu seismic zone has undergone at least three complete seismogenic periods and it is a dangerous seismic zone with Mw8.3~8.6 earthquake. The Nepal Mw7.8 earthquake on 25 April 2015 is a symbolic major earthquake event by the time the damage of the third locked patch is accumulated to the peak stress in the current seismogenic period. After the Mw7.3 earthquake on 12 May 2015, it has been at the critical state again for this seismic zone and a Mw8.0~8.2 earthquake will occur.
Key words: Islamabad—Kathmandu seismic zone     Nepal Mw7.8 earthquake     Seismogenic period     Locked patch     Future earthquake situation    
1 引言

基于断层运动模式及相关地震活动性受断层面上一个或多个“锁固段”所控制的新认识，我们于2010年首次提出了“孕震断层多锁固段脆性破裂理论”(秦四清等， 2010a，b).该理论的数学描述可简单表示为

式中，Sc为锁固段变形膨胀起点对应的累积Benioff应变(简称为CBS)值，Sf(k)为第k个锁固段峰值强度点(即将发生的中等强度预震、大级别预震或主震)对应的CBS值.式(1)首次给出了岩石加载过程中体积膨胀起点与峰值强度点之间的量化应变关系.基于此，可根据锁固段膨胀起点对应的CBS值，提前给出锁固段发生宏观破裂对应的临界CBS值，结合实时监测信息可进行预测分析.

需注意的是，Benioff应变计算取决于一个地震周期完整且准确的地震目录以及对孕震区域的准确识别.由于历史地震目录不完整或误差较大，故计算误差不可避免，会影响预测临界CBS值的精度.为此，我们提出一种修正Benioff应变误差的方法，即

式中Δ表示应变误差，Sc*和Sf*分别为第一个锁固段膨胀点和发生宏观破裂对应的应变值.

2010年1月—2015年5月，作者逐步完善了基于该理论进行强震预测的方法体系，先后提出了孕震时空区域划分四原则(秦四清等，2010c)、较大事件震级预测方法(秦四清等， 2012a，2014g)、不同震级标度类型之间的转换关系(秦四清等，2013e)、最小完整性震级确定方法(秦四清等，2014a)与孕育周期界定和主震事件判识方法(秦四清等， 2014b，c，d，e，f).先后分析了中国及其邻区板内地震区(秦四清等， 2010c，d，e，2011a，b，c，2012b，2013a，b，c，d，e，2014a，b，c，d，)与环太平洋地震带板间地震区未来震情(秦四清等，2015)，编制完成《中国及其周边地震区划分图》(3.2版)(秦四清等，2014j).截至目前，对中缅边境地震区(秦四清和薛雷，2011c; 秦四清等，2014c)、昭通地震区(秦四清等，2012b)、汶川地震区(秦四清等，2014g)、海原地震区(秦四清等，2013b)、于田地震区(秦四清等，2014h)和普洱地震区(秦四清等，2014i)的前瞻性地震预测结果已得到实际验证，表明孕震断层多锁固段脆性破裂理论经得起重复性检验.

据美国地震台网(NEIC)测定，2015年4月25日6时11分(UTC)，尼泊尔境内(北纬28.15°，东经84.71°)发生Mw7.8地震，震源深度15 km.该震发生后，2015年4月25日、4月26日与5月12日，又分别发生了Mw6.6、Mw6.7与Mw7.3地震.据尼泊尔内政部统计，截至5月13日，地震已导致超过8200人遇难.

2015年尼泊尔Mw7.8震群事件发生在印度板块与欧亚板块的接触带——喜马拉雅地震带，位于我们命名的伊斯兰堡—加德满都地震区(见图 1)，属板间地震.该Mw7.8地震能被预测吗？是主震事件吗？未来是否有更大地震发生？本文根据作者近五年研究提出的孕震断层多锁固段脆性破裂理论(秦四清等，2010a)，详细探讨并回答这些科学问题.

图 1 伊斯兰堡—加德满都地震区地震构造图 Fig.1 Seismotectonic map of the Islamabad—Kathm and u seismic zone
2 地震区划分

根据秦四清等(2015)提出的板间地震区初划原则与合理性检验原则，我们划分了伊斯兰堡—加德满都地震区(图 1).该地震区的划分涉及到板内与板间地震区分界线的厘定问题.与该地震区接触的板内地震区有中吉边境地震区、于田地震区、日土地震区、噶尔—革吉地震区、仲巴地震区、拉孜地震区、日喀则地震区、洛扎—林芝地震区(原墨脱地震区)与洛隆地震区等.通过板内(秦四清等， 2014a，b，c，d)和板间地震区(秦四清等，2015)分区方案的对比研究，我们认识到板间地震区空间展布形态受板块边界控制，板内地震区边界受断裂分布控制，板间与板内地震区的分界线受控于较大尺度板块边界断裂的走向线.伊斯兰堡—加德满都地震区与上述板内地震区的分界线为嘉黎—察隅断裂、马尼翁断裂、藏南滑脱拆离系断裂与咯喇昆仑断裂，分界线以北为已划定的中国西藏板内地震区，以南为新划定的伊斯兰堡—加德满都板间地震区. 3 尼泊尔Mw7.8地震孕育过程与震后趋势分析

分析该地震区大(巨)震孕育过程及其未来震情时，1900年之前地震目录主要参考宋治平等(2011)编著的《全球地震目录》一书，1900年以来地震目录主要引自美国国家地震信息中心(NEIC).为减小发震前CBS监测值与预测临界值的误差，数据分析时考虑了最小完整性震级Mc(秦四清等，2014a).

数据处理时，先把不同的震级标度统一换算为地方震级ML(秦四清等，2015)，然后依次计算地震矩、地震能量、Benioff应变与CBS值.需说明的是，对本文分析涉及到的震级标度为MK(表示由灾害信息确定的震级)的地震目录，本文统一按ML震级标度考虑.

伊斯兰堡—加德满都地震区曾发生ML≥8.0地震7次，列于表 1.以下分析表明，该地震区至少已经历3个完整的孕育周期，目前处于第4孕育周期巨震临震状态.

表 1 伊斯兰堡—加德满都地震区ML≥8.0地震事件 Table 1 The earthquake events with ML≥8.0 in the Islamabad—Kathm and u seismic zone
3.1 第一孕育周期

在第一孕育周期，发生了1505年6月6日尼泊 尔格尔纳利河MS8.2主震事件.Ambraseys和Jackson(2003)根据地震烈度估算该震为MS8.3.由于1505年6月6日之前该区无地震目录记载，故无法根据我们的理论分析其孕育过程. 3.2 第二孕育周期

图 2示出了该区第二孕育周期多锁固段逐次累进性破裂过程中巨震事件的力学联系.经误差修正，根据1669年6月4日巴基斯坦拉瓦尔品第MK8.0地震起点对应的CBS值，可较准确地连续预测到1803年9月1日印度库马翁MS8.1地震、1833年8月26日尼泊尔加德满都北部MS8.0地震和1897年6月12日印度阿萨姆邦MS8.7地震的临界CBS值.根据秦四清等(2014c)提出的主震事件判识准则，判断1897年MS8.7地震为主震事件.

图 2 伊斯兰堡—加德满都地震区1555年9月1日— 1899年9月25日之间CBS值与时间关系
数据分析时选用ML≥6.7地震事件，横坐标对应的 时间减去3000年为实际年份，误差修正已被考虑. Fig. 2 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 1 September 1555 to 25 September 1899 for the Islamabad—Kathm and u seismic zone
The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.

需指出的是，关于1897年6月12日地震，美国地震台网(NEIC)给出的震级值为MS8.3.计算表明，该震发生前伊斯兰堡—加德满都地震区积累能量约为4.10×1017J，约相当于一个MS8.6地震对应的能量，故我们认为将该震修订为MS8.6合理. 3.3 第三孕育周期

图 3示出了该区第三孕育周期大震、巨震事件间的力学联系.经误差修正，根据1905年4月4日印度坎格拉Mw7.8地震起点对应的CBS值，可 较准确地连续预测到1934年1月15日尼泊尔加德满都Mw8.0地震与1950年8月15日中国西藏察隅 Mw8.6地震的临界CBS值.根据秦四清等(2014c)提出的主震事件判识准则，判断1950年Mw8.6地震为主震事件.

图 3 伊斯兰堡—加德满都地震区1905年4月4日—1950年8月15日之间CBS值与时间关系
数据分析时选用ML≥6.7地震事件，横坐标对应的 时间减去3000年为实际年份，误差修正已被考虑. Fig. 3 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 4 April 1905 to 15 August 1950 for the Islamabad—Kathm and u seismic zone
The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.

需指出的是，关于1950察隅地震震级参数，NEIC测定值为Mw8.6，Ben-Menahem等(1974)通过震源机制解得出的震级值为Mw8.37.计算表明，察隅地震发生前该地震区积累能量约为1.55×1017J，约相当于一个MS8.3地震对应的能量，故我们认为将该震修订为MS8.3合理.

根据前三个孕育周期主震事件，可定义伊斯兰堡—加德满都地震区为Mw8.3~8.6地震危险区. 3.4 第四孕育周期

图 4示出了该区当前孕育周期强震、大震事件间的力学联系.经误差修正，根据1975年1月19日克什米尔与中国西藏交界MS6.8地震起点对应的CBS值，可较准确地连续预测到1988年8月20日尼泊尔萨加玛塔MS6.9地震、2005年10月8日巴基斯坦穆扎法拉巴德Mw7.6地震和2015年4月25日尼泊尔Mw7.8地震的临界CBS值.

图 4 伊斯兰堡—加德满都地震区1964年9月26日— 2015年5月12日之间CBS值与时间关系
数据分析时选用ML≥6.7地震事件，横坐标对应的 时间减去3000年为实际年份，误差修正已被考虑. Fig. 4 Temporal distribution of cumulative Benioff strain in the period from 26 September 1964 to 12 May 2015 for the Islamabad—Kathm and u seismic zone
The earthquake events with ML≥6.7 are selected for data analysis. The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years. The error correction is also considered.

上述分析表明，2015年4月25日尼泊尔Mw7.8 地震，是该地震区当前孕育周期第三锁固段损伤累积至峰值强度点时发生的一次标志性大震事件，2005年巴基斯坦穆扎法拉巴德Mw7.6震群事件是其发震的直接导火索，其孕育过程遵循着孕震断层多锁固段脆性破裂理论.根据秦四清等(2014c)提出的主震事件判识准则，判断该震并非主震事件.该区当前孕育周期存在第四锁固段，当被加载至临界点时，将发生Mw8.0~8.2地震.需指出的是，2015年5月12日尼泊尔Mw7.3地震，是巨震发生前的一次显著性preshock 或 foreshock事件.

截止到2015年5月12日，该区CBS监测值约为7.73E+08J1/2，已略微超越临界值7.56E+08 J1/2，表明该区已达临界状态，巨震可随时发生.对该地震区巨震四要素预测结果如下：震级： Mw8.0~8.2；震源深度：12~28 km；发震时间窗口：中短期；震中位置：从该区巨震迁移规律和目前地震活动性判断，巨震发生在区域①的可能性较大，②或③区次之.我们将跟踪该区地震活动性动态，期望对震中位置区域有更准确的判断.

类比第二和第三孕育周期大(巨)震事件孕育过程，预计该地震区至少还将发生两次Mw≥8.0地震，建议有关部门加强监测，采取必要的防震减灾措施. 4 结论

本文基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论，运用板间地震区初划原则与合理性检验原则，从孕育周期界定与主震事件判识角度，分析了伊斯兰堡—加德满都地震区大(巨)震事件孕育过程并研判了其未来震情，得出如下结论：

(1)伊斯兰堡—加德满都地震区至少已经历三个完整的孕育周期，是一个Mw8.3~8.6地震危险区.

(2)2015年4月25日尼泊尔Mw7.8地震，是该区当前孕育周期第三锁固段损伤累积至峰值强度点时发生的一次标志性大震事件.

(3)该地震区当前孕育周期已再次处于临界状态，将发生Mw8.0~8.2地震.

致谢 感谢审稿专家提出的宝贵修改意见和编辑部老师的帮助！
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