2012年新源—和靜MS6.6地震視應力變化分析

李艷永王范霞聶曉紅向 元

1）中國烏魯木齊830011新疆維吾爾自治區地震局

2）中國新疆維吾爾自治區833400溫泉地震臺

2012年新源—和靜MS6.6地震視應力變化分析

李艷永1）王范霞2）聶曉紅1）向 元1）

1）中國烏魯木齊830011新疆維吾爾自治區地震局

2）中國新疆維吾爾自治區833400溫泉地震臺

利用2009年1月—2012年12月寬頻帶數字地震波形資料，基于Matlab平臺，應用SWAS程序，計算新疆新源—和靜MS6.6地震震源區中小地震的震源參數，分析地震前后視應力變化特點，探尋震源區應力狀態。結果表明：新源—和靜MS6.6地震視應力具有明顯的“高值—回落—高值發震—震后降低”的特點，震級與地震矩對數、拐角頻率、震源破裂半徑及矩震級成一定線性相關性，且與視應力值存在一定相關性。

新源—和靜MS6.6地震；震源參數；視應力

0 引言

2012年6月30日5時07分新疆新源—和靜交界發生MS6.6地震，震中位于（43.4°N，84.8°E），震源深度7 km（據新疆地震臺網）。此次地震發生在天山地震帶中天山東部，地處伊犁盆地東部邊緣高海拔山區，震區構造環境較為復雜。新構造運動以來，由于印度板塊向北逆沖推移，天山再次快速隆起，部分斷裂重新復活，形成多個山間斷裂盆地。據考察，震區位于喀什河斷裂、那那提斷裂及阿吾拉勒山南緣斷裂交匯區，多組不同構造在此交匯。喀什河斷裂呈NWW右旋走滑斷裂，在中國境內長達340 km，西部延伸至哈薩克斯坦境內，是博羅科努山與伊犁盆地分界斷裂，控制伊犁盆地北部邊界。那那提斷裂呈NEE向左旋走滑斷裂，長度大于400 km，向西南延伸至吉爾吉斯斯坦境內，系中天山與南天山的界線。阿吾拉勒山南緣斷裂近東西走向，全長180 km，呈斷續斜列展布。

關于新源—和靜MS6.6地震，不同學科方向的研究者進行深入細致的分析。魏蕓蕓等（2012）研究表明，本次地震為主—余型地震，發震構造為北天山地震帶喀什河斷裂、那那提斷裂及阿吾拉勒山南緣斷裂的交匯區；震源斷錯性質為走滑型，震前震源區周圍存在明顯的空區和條帶等中短期異常，沒有短臨異常。張振斌等（2012）利用新疆區域近40個強震動臺記錄的地面運動，得出此次地震最大峰值加速度為3.484 m/s2。高朝軍等（2013）對該地震前后波速比特征進行研究表明，地震前波速比在空間上形成一個低值異常區，震區周圍波速比在發震后恢復正常。冉慧敏等（2014）利用CAP方法反演地震序列的震源機制解，得到主震節面Ⅰ為發震斷層，為走向NWW、近乎直立的左旋走滑斷層，此次地震震源斷錯性質和主壓應力方向及序列P軸優勢方位與震源區周圍構造應力場特征基本一致。秦劉冰等（2014）利用CAP方法分別對近震、遠震單獨反演和聯合反演；使用hypo DD方法對余震序列重新定位，推斷節面Ⅰ可能為此次地震的物理劈裂面，此地震可能是天山地區南北向擠壓導致NWW右旋逆沖走滑喀什河斷裂發生錯動而引起的。這些研究結果對于探究新源—和靜地震震前異常，孕震機理具有重要的啟示意義。

近年來，視應力作為一個地震震源參數，在地殼應力場動態變化監視和地震預測研究中的應用等方面受到重視。孫艷萍等（2007）對新疆2003年、2005年2次6級強震前后視應力研究發現，視應力具有地震前表現為低值，主震前逐漸上升，震后視應力恢復的動態變化過程；李國佑等（2015）對2008年、2009年大柴旦2次震中相近的6級地震序列視應力研究發現，視應力有一定差異，可能與震源深度和發震構造差異有關。目前，地震視應力研究較為廣泛，對一個地區引起地震滑動的視應力水平進行區域平均，可作為當地絕對應力水平的一個間接估計（萬永革等，2008）；對中強地震序列視應力特征研究，可為震后震情趨勢判定提供參考，對區域視應力研究可用于斷裂帶應力狀態分析。本文在以上研究基礎上，嘗試探討新源—和靜MS6.6地震震源區應力狀況，分析地震前后中小地震的震源參數特征及視應力變化特點，為該區今后地震監測預報探究提供參考。

1 計算方法

地震視應力定義（Wyss M，1968）為

式中，μ為震源區介質的剪切模量；η為地震效率；ES為地震輻射能量；M0為地震矩，ES和M0通過地震波形分析反演得到，μ通常取3.4×104MPa（Choy G L et al，1995）。

傳統地震學中，ES和M0基于震級通過經驗公式推算得到，隨著數字化地震資料的出現，結果更為客觀。近震源情況下，根據Brune圓盤模型，地震事件的震源位移譜可由震源譜低頻水平和拐角頻率表示，即

式中，D(f)和V(f)分別為地動位移譜和速度，Ω0為地震波零頻極限，f0為拐角頻率。地動位移和速度的功率譜積分分別為

根據上述方法，選用數字地震波形資料，計算新源地震前中小地震震源參數及視應力，進而分析新源—和靜地震前后視應力變化特征。

2 震源參數計算

2.1 數據篩選

選取S波1.0—20 Hz頻帶內地震波形計算震源譜，基于Matlab平臺，利用SWAS（朱新運等，2008）程序，計算新源—和靜MS6.6地震震源區中小地震的震源參數和地震視應力。選取離震源150 km范圍內具有高性噪比的寬頻帶數字化地震波形，要求至少被5個臺站記錄到，臺站參數見表1。選取新源—和靜MS6.6地震前事件和地震序列的時間范圍分別為2009年1月1日至2012年6月29日和2012年6月30日至12月31日，震級范圍為4.9≥MS≥2.5，共選取77個地震樣本。

采用SWAS計算的震源參數和視應力是震源譜平均值，在多臺波形分析時，直接舍棄震源譜計算結果不理想的地震，可以較好地消除個別臺站異常值對計算結果的影響。在SWAS計算過程中，控制參數參考唐蘭蘭（2011）對天山中東段地區的非彈性衰減、場地響應的結果，即Q(f)=460.7f0.515。

表1 震中周圍臺站參數Table 1 The station parameters around the hypocentral

2.2 震源參數結果

利用數字地震波形數據，計算各地震震源參數，結果為：地震矩范圍介于8.00×1013—2.87×1015N·m；拐點頻率介于2.2—5.8 Hz；震源破裂半徑介于217—621 km；應力降介于8.90×104—9.19×106MPa。各震源參數與研究范圍內的地震震級表現出一定對數線性關系或線性關系，見圖1，可得出地震矩對數與MS震級的關系式為： lgM0=0.39MS+ 11.11，拐角頻率與MS震級的關系式為：f0=-0.97MS+ 7.04；震源破裂半徑與MS震級的關系為：R=100.06MS+ 38.58；矩震級與MS震級的關系為：MW=0.57MS+ 1.36。即地震矩對數、震源破裂半徑、矩震級與面波震級呈一定正相關，拐角頻率與矩震級呈負相關。

圖1 震源參數與震級關系(a)M0與MS； (b)fc與MS； (c)r與MS； (d)MW與MSFig.1 Relationship between hypocentral parameters and magnitude

3 視應力分析

3.1 地震視應力變化特點

通過計算，獲得新源—和靜MS6.6地震序列及震源區震前視應力，變化曲線見圖2，可見視應力數值范圍為0.134—3.75 MPa。由圖2可見，地震視應力具有比較明顯的“高值——回落——高值發震——震后低值”的變化特點，與易桂喜（2011）、李赫（2010）等的研究結果基本一致。本研究結果表明，視應力在新源—和靜地震前持續保持在高水平范圍，與震源區震前處于高應力狀態的理論推斷基本一致。新源—和靜MS6.6地震后，余震眾多，當天發生多次地震，在滿足震級計算的條件下，參與計算的地震主要集中在2.8—3.6級。統計新源—和靜地震序列的視應力，發現除2次4級余震外，視應力保持在低值水平，震后平均視應力為0.253 MPa，震前震源區平均視應力為0.721 MPa，可見震后視應力明顯偏低。此次地震震源區無5級以上強余震，與震后震源區保持低應力水平相符。

圖2 地震視應力變化曲線Fig.2 Seismic apparent stress change curve

3.2 視應力與震級關系

利用計算的新源—和靜MS6.6地震視應力，繪制MS震級與視應力關系圖，見圖3，可以看出，震級與視應力表現出一定正相關關系，隨著震級增大，視應力有增大趨勢，與大多數學者的研究結果一致。兩者正相關關系對地震視應力結果的變化分析有一定影響，但此相關性并不絕對，為了弱化相關性對視應力的影響，在分析視應力時，利用視應力值和震級的相對大小來說明視應力水平的高低。即針對震級相當的地震對比視應力，視應力值高的應力水平高；對于視應力值相當的地震，則震級低的應力水平高。由圖2標注的地震可以看出，新源—和靜地震前，MS3.4、MS4.1、MS4.1、MS3.9地震視應力分別是3.75 MPa、2.13 MPa、1.67 MPa、2.36 MPa，與震后震級相同或相近的地震對比，視應力值明顯偏高，說明震前震源區應力水平處在較高背景下。新源—和靜地震后視應力值偏低，也說明此地震的發生對震源區能量有較完整的釋放，無5級余震發生在一定程度上印證了此論點。

圖3 視應力與震級關系Fig.3 Relation of apparent stress and magnitude

4 結論

通過視應力變化反映震源區應力狀態的積累—釋放過程，有利于震前潛在震源區應力水平及地震后的發展趨勢判定，綜合視應力變化及地震學其他震前異常識別方法，可能對地震預測有一定實踐意義。本文利用寬頻帶數字地震波形資料，計算新源—和靜地震前后震源區中小地震震源參數，對比分析該地震前后視應力變化，得出以下結果：①震級與地震矩對數、拐角頻率、震源破裂半徑及矩震級成一定相關性；②中小地震震級與視應力值高低存在一定相關性；③新源—和靜地震前后視應力變化具有“高值—回落—高值發震—震后降低”的特點，即震前震源區處于較高應力狀態，震后應力水平明顯下降，且震前地震視應力偏高。

本研究使用朱新運博士提供的SWAS程序做震源參數計算，在此表示感謝。

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About apparent stress change of Xinyuan-HejingMS6.6 earthquake in the year 2012

Li Yanyong1)，Wang Fanxia2），Nie Xiaohong2）and Xiang Yuan1）
1)Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region,Urumqi830011,China
2)Wenquan Seismic Station,Xinjiang Uygur Autonomous Region833400,China

In this paper, using the data of small earthquakes recorded since 1970 and broadband digital seismic wave recorded from January 2009 to December 2012, the hypocentral parameter and apparent stress of Xinyuan-HejingMS6.6 earthquake is calculated with the program SWAS based on Matlab platform, and the apparent stress change characteristics is also analyzed.The main results show: there is a linear correlation between the magnitude, the logarithm of the seismic moment, the corner frequency, the rupture radius of the source and the moment magnitude; There is also a certain correlation between the magnitude and the value of the apparent stress; the seismic apparent stress has obvious the characteristics of “high value—down—the high value occurred earthquake—reduced after earthquake ”.

Xinyuan-HejingMS6.6 earthquake，hypocentral parameter，apparent stress

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.003

李艷永（1984—）， 男，碩士，河南上蔡人， 工程師，主要從事地震監測工作。E-mail：370451652@qq.com

測震青年骨干專項（項目編號：20160526）

本文收到日期：2015-10-22