漾濞6.4級地震前后震源機制一致性時空演化特征

李 見 陳 佳 葉 泵 李孝賓 楊建文 金明培 番邵輝

1 云南省地震局,昆明市北辰大道146號,650224 2 云南大理滇西北地殼構造活動野外科學觀測研究站,云南省大理市濱海大道,671000

一次中強地震的孕育和發生與周圍區域的構造應力、構造運動、斷層的活動方式、震源區介質脆性變形等密切相關,而震源機制可以反映出地震前后震源區的應力變化,是震源區構造應力的一種體現[1],大量的中小地震震源機制解總體特征可以代表一定條件下區域構造應力場的特征[2]。1978年,陳颙[3]提出了震源機制一致性的概念,用應力張量方差作為衡量震源機制一致性和震源釋放應力場與區域應力場之間一致性的參數,判斷區域地震危險性。之后,國內外學者對中小地震的震源機制一致性進行了大量研究[4-6]。劉自鳳等[4]認為,中小地震的震源機制一致性可能與強震前應力場變化密切相關。

2021年云南漾濞(25.67°N,99.87°E)發生6.4級地震,震源深度8 km。地震所處的滇西北地區1925年有儀器記錄以來共發生6.0～6.9級地震19次,7級以上地震3次(圖1),地震活動性強,漾濞6.4級地震與最近的6級以上地震發震時間間隔12 a。為研究漾濞6.4級地震前后應力場時空演化特征,本文采用CAP方法反演漾濞6.4地震主震震源機制,并基于反演得到的云南地區2015～2022年M≥3.0中小地震震源機制解結果,采用疊加應力場反演方法[4]反演漾濞6.4級地震前后不同時段的震源機制一致性參數的空間演化特征。之后,利用云南地區2013～2022年M≥3.0中小地震震源機制解結果分析震源區應力張量方差的時序演化特征,為區域地震活動性研判提供依據。

圖1 區域構造與歷史地震震中分布

1 漾濞6.4級地震震源機制解結果

使用CAP方法反演漾濞6.4級地震震源機制。CAP方法充分利用體波和面波的振幅信息,分別對Pnl波、面波進行帶通濾波,賦予不同權重,對速度模型依賴性小,能較為全面地反映震源信息[7-9]。用于計算的臺站分布如圖2所示,數據來源于云南省地震局下關地震監測中心站,速度模型為下關中心站地震觀測研究室使用的基于云南地區人工地震測深和速度結構反演研究給出的一維速度模型(表1),震中距范圍選擇350 km以內,將70 km以內的近臺面波權重設為0,震源函數持續時間、斷層面參數搜索步長等參數設置與文獻[9]相同。

圖2 用于漾濞6.4級地震震源機制解計算的臺站分布

反演得到的漾濞6.4級地震震源機制解結果如表2所示,利用震源機制解反演的殘差隨深度的變化見圖3,理論波形與實際波形的擬合見圖4。可以看出,漾濞6.4級地震為右旋走滑型地震,矩心深度為5.8 km,矩震級為MW6.03,節面Ⅰ走向、傾角、滑動角分別為39°、75°、-16°,節面Ⅱ走向、傾角、滑動角分別為133°、75°、-164°,P軸方位、仰角為356°、22°,T軸方位、仰角為86°、1°[9]。本文結果與Seismology小組公眾號、USGS及雷興林等[10]的結果差別較小,驗證了本文結果的可靠性。

表2 漾濞6.4級地震震源機制解結果

圖3 漾濞6.4級地震震源機制解反演殘差隨深度分布

圖4 漾濞6.4級地震震源機制解理論波形與觀測波形擬合

2 震源機制一致性參數時空演化特征

采用疊加應力場反演方法[4],使用zamp軟件包進行震源機制一致性參數反演,反演得到的應力張量方差是衡量地震震源釋放應力場與區域構造應力場一致性程度的定量指標[4]。當震源機制一致性參數(應力張量方差)小于 0.1時,說明明區域震源機制趨于一致,能用一個統一的應力張量來表示,應力場比較均勻;當方差大于0.2時,說明區域震源機制相對紊亂,應力場的時空演化不均勻[4-5]。

考慮到2013～2022年云南發生多次5級以上地震,其余震序列可能對震源機制一致性參數造成影響,本文對余震進行剔除。選擇2015～2022年利用CAP方法獲得的云南地區3級以上地震震源機制資料進行應力方差反演,將地震集中區域按0.1°×0.1°網格化,然后選擇節點及周圍至少30個地震進行反演,最終得到2015～2022年云南地區不同時段每個節點應力張量方差的空間分布特征,選擇的地震震源機制解分布如圖5所示。可以看出,除云南西北部三江并流區和迪慶、曲靖等地震活動性較弱的地區外,其他區域地震分布較均勻。

圖5 云南地區2013～2022年3級以上地震震源機制解分布

為分析漾濞6.4級地震前震源機制一致性參數的空間演化特征,對震前2015～2018年、2015～2019年、2015～2020年3個時間段的應力張量方差進行反演。圖6顯示,漾濞6.4級地震發生在應力張量方差低值區域內,2021年發生的2次5級以上(盈江5.1級、雙柏5.0級)地震發生在應力張量方差低值區邊緣(圖6(a),6(b),6(c))。對比2015～2018年、2015～2019年、2015～2020年逐漸遞增的3個時間段的應力張量方差變化,應力張量方差低值區域有逐漸向雙柏5.0級和盈江5.1級地震震中擴散的趨勢。隨時間推移,兩次地震震中應力張量明顯降低;而漾濞6.4級地震震中區域應力張量一直處于極低值,變化不明顯。2020年巧家5級地震和2022年紅河5級地震震中也表現出相同的震前應力張量方差降低的現象,即在2015～2018年震中區域應力張量方差不在低值區域,但是隨著時間推移,2015～2019年、2015～2020年震中區域應力張量方差逐漸下降至0.1附近。從空間分布來看,2021年漾濞6.4級地震前應力張量方差低值區主要集中于滇西楚雄-大理-保山-臨滄一帶,極低值在大理附近并向兩側擴散,隨時間推移東側向楚雄雙柏延伸,應力張量下降較多,西側向盈江延伸,應力張量下降,但幅度較小。

圖6 漾濞6.4級地震前后應力張量方差空間演化特征

考慮到2015～2018年、2015～2019年、2015～2020年存在重復時間段,對反映后續時間段應力張量方差變化存在影響,且該區域在漾濞6.4地震前有2016年云龍MS5.0、2017-03-27漾濞MS5.1地震發生,因此選擇2015～2017-03、2017-05～2019-05(2017年漾濞MS5.1地震后)、2019-06～2021-02獨立時間段進行應力張量方差反演(圖7),結合2015～2018年、2015～2019年、2015～2020年遞增時段應力張量方差反演結果,可以更真實客觀地反映漾濞6.4級地震前應力張量方差的空間分布。如圖7(a)所示,2015～2017-03應力張量方差低值區域主要集中在滇西地區,該區域發生了2016年云龍MS5.0、2017年漾濞MS5.1、2015年昌寧MS5.1地震。如圖7(b)所示,2017-05～2019-05(2017年漾濞MS5.1地震后)滇西地區應力張量方差顯著上升,與2015～2017-03時段形成鮮明對比,可能是因為2017年漾濞MS5.1地震后,該時間段滇西地區沒有5級以上地震發生,應力張量方差逐漸回升;在滇中-滇南,2018年通海MS5.0、墨江MS5.9地震區域新形成應力張量方差低值區,而2021年雙柏5.0級地震位于2個集中的應力張量方差低值區域邊緣。如圖7(c)所示,2019-06～2021-02(2021年漾濞6.4級地震發生前)應力張量方差低值區向漾濞6.4級地震區域擴散,低值區最終集中在漾濞地震附近,2021年雙柏5.0級、2021年盈江5.1級地震處于應力張量方差低值區邊緣。對比2015～2017-03、2017-05～2019-05(2017年漾濞MS5.1地震后)、2019-06～2021-02三個獨立時間段的應力張量方差變化規律,漾濞6.4級地震震中附近應力張量方差經歷了低值-顯著升高-下降形成新低值的過程。應力張量方差的低值表征震源機制趨于一致且區域應力水平高[4],第1個低值可能是受2016年云龍MS5.0、2017-03-27漾濞MS5.1地震的影響,區域應力水平增高;2017年漾濞MS5.1地震發生后,即2017-05～2019-05時段,該區域沒有5級以上地震發生,區域應力降低,震源機制比較紊亂,應力張量方差顯著上升;漾濞6.4級地震發生前(2019-06～2021-02),區域應力水平逐漸升高,應力張量方差逐漸降低形成新的低值區域,震源機制逐漸趨于一致。

圖7 漾濞6.4級地震前后應力張量方差空間演化特征

綜合圖6和7可知,2015～2018年、2015～2019年、2015～2020年3個遞增時段漾濞6.4級地震始終處于應力張量方差低值區域,變化不明顯,可能是因為計算時間段有重疊,未能排除2016年云龍MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震的影響,掩蔽了漾濞6.4級地震震中區應力張量方差由低值-顯著升高-下降形成新低值的變化過程。2015年昌寧MS5.1、2016年云龍MS5.0、2017年漾濞MS5.1、2018年通海MS5.0、2018年墨江MS5.9、2021年雙柏MS5.0、2021年盈江MS5.1地震及2021年漾濞MS6.4地震等都發生在應力張量方差低值區域,且應力張量方差低值區域的遷移擴散隨5級以上中強地震的發生而變化,應力張量方差的低值或許是這些5級以上中強震震前的共性特征。

為了分析漾濞6.4級地震后應力張量方差的時間演化規律,對漾濞6.4級地震后2021-08～2022-12時段應力張量方差進行反演(圖6(d)和7(d))。可以看出,對比震前,漾濞6.4級地震中區應力張量方差發生明顯變化,低值現象消失,迅速回升為高值,而滇西南地區形成了新的應力張量低值主體區域。結合前文可知,漾濞6.4級地震震中區附近應力張量方差經歷了由低值-顯著升高-震前下降形成新低值-震后顯著升高4個變化過程,即在漾濞6.4級地震前應力張量方差處于低值,震后升高,第1個低值的形成與該區域發生的2016年云龍MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震有關。

考慮到漾濞6.4級地震震中區附近發生過2013年洱源MS5.5、2016年云龍MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震,選擇2013～2022年云南地區3級以上地震的震源機制解資料,取30個地震為窗長,5個地震為步長,反演得到震源區附近應力張量方差的時序變化(圖8)。可以看出,漾濞6.4級地震前,應力張量方差自2019-02左右達到最高值然后轉折下降,下降時間持續1 a左右,大約2020-03下降到最低值(約0.025) 后開始轉折迅速上升,漾濞6.4級地震發生在應力張量方差最低值轉折開始上升階段,地震后應力張量方差迅速持續上升,在2022年底達到新的高值后開始轉折下降,整體呈正“V”字型變化特征。劉自鳳等[4]對2014年云南地區3次強震的研究也顯示出同樣正“V”字型特征。應力張量方差的空間分布特征顯示的漾濞6.4級地震中區附近應力張量方差經歷由低值-顯著升高-震前下降形成新低值-震后顯著升高4個變化過程與時序圖顯示的正“V”字型變化特征相吻合。2013年洱源MS5.5、2016年云龍MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震存在同樣的正“V”字型變化特征,即4次地震震前應力張量方差達到最高值,后持續下降,下降至最低值后發生轉折然后趨勢回升,整體呈正“V”字型,不同的是,2016年云龍MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震發生在正“V”字型轉折最低值階段,而不是轉折后趨勢回升階段。

圖8 漾濞6.4級地震中區附近應力張量方差時序

3 結 語

1)本文計算發現,漾濞6.4級地震為右旋走滑型地震,矩震級為MW6.03,矩心深度為5.8 km,節面Ⅰ走向39°、傾角75°,滑動角-16°;節面Ⅱ走向133°、傾角75°、滑動角-164°,與USGS等機構和雷心林等[10]得到的結果基本一致。

2)震源機制一致性空間分布結果顯示,漾濞6.4級地震震中區附近應力張量方差經歷了由低值-顯著升高-震前下降形成新低值-震后顯著升高變化的過程。漾濞6.4級地震前應力張量方差處于低值,震后升高,第1個低值的形成與該區域發生的2016年云龍MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震有關。應力張量方差低值區域的空間遷移基本與5級以上中強地震發生區域的變化相吻合,應力張量方差的低值變化、應力水平的增強或許是5級以上中強震震前的一個重要標志。但部分應力張量方差低值區域(如圖7(c)滇東地區)沒有5級以上地震發生,不同地震震中區應力張量方差低值變化特征也存在一定的差異,因此還需要對更多的震例進行研究分析。

3)漾濞6.4級地震震中區附近震源機制一致性的時間演化特征顯示,應力張量方差在地震前1～2 a達到最高值,后持續下降,下降至最低值后發生轉折并趨勢回升,整體呈正“V”字型,地震發生在正“V”字型轉折后趨勢回升階段,這與應力張量方差空間分布顯示的漾濞6.4級地震中區附近應力張量方差經歷由低值-顯著升高-震前下降形成新低值-震后顯著升高的變化過程相吻合,說明結果可靠。震源區附近發生的2013年洱源MS5.5、2016年云龍MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震存在相同的正“V”字型變化特征,與劉自鳳等[4]對云南2014年3次強震的研究結果一致,不同的是,2016年云龍MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震發生在正“V”字型轉折的最低值階段,而不是轉折后趨勢回升階段。

4)漾濞6.4級地震發生后,震中區附近應力張量方差比震前顯著升高,在滇西南(普洱、思茅等)地區形成新的應力張量低值區,有必要進一步加強滇西南地區的地震危險性研究。