1998年以来伽师地震(M_(W)≥6.0)应力相互作用与强震活动的关系
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第43卷第2期 地 震地质
Vol. 43, No. 22021 年 4 月 SEISMOLOGY AND GEOLOGY Apr., 2021
doi : 10.3969/j.issn.0253-4467.2021.02.002
周云,潘正洋,王卫民,等,2021. 1998年以来伽师地震(M 莎$6.0)应力相互作用与强震活动的关系[J].地震地质,43(2):
280—296.
ZHOU Yun , PAN Zheng-yang ,WANG Wei-mis ,et al . 2021. Relationship between stress interaction and stroog earthquake activity of
Jiashi earthquakes (M w $ 6.0) since 1998 [J]. Seismolooa and Geology, 43(2) : 280—296.
1998年以来伽师地震(M w $6.0)应力
相互作用与强震活动的关系
周 云12 潘正洋3)王卫民2)* 何建坤2)王 洵2)李国辉3)
〔收稿日期〕2220-09-30收稿,2020-11-23改回。
〔基金项目〕国家自然科学基金(41904050)、中国地震局地球物理研究所基本科研业务专项(DQJB19B33)、
中国科学院“十三五”信息化建设专项项目(XXH13503-06)和中国地震局2021年度震情跟踪
定向工作任务(2221020101)共同资助。
*通讯作者:王卫民,1971年生,副研究员,主要从事地震学研究,E-mail : ****************.ee 。
1) 中国地震局地球物理研究所,北京100081
2) 中国科学院青藏高原研究所,大陆碰撞与高原隆升重点实验室,北京100101
3) 中国地震局地震预测研究所,北京10036
摘 要 新疆伽师地区位于南天山、塔里木盆地和帕米尔3个构造系统的交接部位,20世纪末一21世纪初该区在短时间内发生了一系列强震。
地震应力触发理论认为,地震之间存在相互联系。
文 中反演了 1998年和2203年2次伽师地震的震源特征,重建了断层破裂模型;之后基于黏弹性松弛 理论,计算了 2次地震与2020年M w 6.0地震的相互应力作用,并研究三者之间的触发关系。
结果表 明,1999年地震导致2203年地震发震断层西段的应力增加,东段应力卸载,使得2003年地震震源 处附近的应力增加了 0.01-lMPn ,前者对后者具有明显的触发作用;前2个地震导致2020年地震发 震断层东段的应力增加,但震中位置处增加的应力£ 0. 006MPn ,不具有明显的触发作用,2020年地 震的发生主要由其他因素导致,可能为构造运动加载或以前大地震黏弹性触发所致。
在相互触发关 系中,震后黏弹性松弛产生的作用不明显,同震应力阶变的作用占主导地位。
文中结果对于认识伽 师地区地震的发生机理和规律具有一定的意义。
关键词 伽师地震应力触发黏弹性松弛
中图分类号:P315. 72+7 文献标识码:A 文章编号:0233-4967( 2021) 02-0280- 17
0引言
据中国地震台网中心正式测定,2020年1月19日在新疆喀什地区伽师县发生M s 6.0地震 (下文简称2020年地震),震源深度为16km 。
根据USGS 地震目录可知,本次地震是继1996— 1998年一系列地震以及2003年M w 6- 0地震(下文简称2003年地震)以来,发生在伽师地区的 又一次M w >6的地震事件。
基于SSAR 资料得到的发震断层模型,结合破裂运动学特征推测,
2期周云等:1998年以来伽师地震(M”3=6.0)应力相互作用与强震活动的关系281
这次伽师地震的发震构造是柯坪塔格褶皱带山前出露的柯坪塔格逆断裂(李成龙等,2020)。
伽师地区强震活动频繁,与所处的大地构造环境密切相关。
该区位于天山、帕米尔和塔里木块体3大构造的接触部位,新生代以来,受印度-欧亚板块远程碰撞作用的影响,天山造山带重新活动并再次隆升,成为欧亚大陆内部规模最大的再生造山带(Tapponnier et al.,1977;Avouac et a.1993)。
同时,天山造山带夹持在古老而稳定的准噶尔地块和塔里木地块之间,在持续隆升的同时向两侧扩展,向S逆冲于塔里木地块之上,在山前和盆地北缘形成了逆冲断层和大规模褶皱带(张培震等,2003),这导致伽师地区成为世界范围内破坏性地震频发、致灾程度严重的强震活动区。
地震应力触发理论认为,当一个地震发生后,它将调节周边活动断裂的应力状态,进而触发或抑制周边潜在断裂的地震危险性(Derg et al,1997;Lie et al,2004)。
这种调节作用包括弹性同震应力阶变和震后黏弹性松弛导致的应力场变化。
在早期研究中,人们普遍采用弹性半空间位错模型研究大地震与后续地震之间的应力触发关系。
如1992年美国加州M w7.3Laa-ders地震,King等(1994)计算发现地震使距震中30km处Big Bear地区的同震库仑应力值增加了0.3MPa,进而触发了随后的M w6.3地震;针对1857年Fort Tejon大地震的研究发现, 1857—1907年间的13次南加州5.5级以上的地震中,至少有11次与1857年的地震有应力触发关系(Harris et a,,1996)。
然而,仅用同震库仑应力难以解释所有的地震触发作用,这是由于岩石圈的下地壳和上地幔并非是完全弹性而是黏弹性的,在震后较长的时间里(几十a甚至几百a)黏滞松弛效应可将应力传递到孕震层,从而改变断层的应力状态(Pollitz,1992;Lorea-zu-Martin et al,2006)。
如对1992年皿…7・3Laaders地震和1999年M S S.1Hector Mine地震的研究表明,如果仅考虑同震应力的作用,Hector Mine地震位于Laaders地震的应力影响区(Parsons et al,2000);但如果同时考虑同震应力和震后黏弹性效应,则可认为Laaders地震触发了后续地震(Freed et a,,2001)。
基于黏弹性层状介质模型,沈正康等(2003)模拟了1937年以来发生在东昆仑断裂带上的5个M>7地震断层错动导致的应力演化过程,结果表明前面4个地震对2001年可可西里M w7.5地震有触发作用。
对红河断裂带库仑应力变化的研究发现, 1833年发生的嵩明M8.0地震至今仍然影响着红河断裂带的地震活动(尹凤玲等,2017)。
这些研究结果均表明了考虑黏弹性应力松弛过程在估计地震危险性及分析地震应力触发时的重要性。
因此,在计算地震导致的长期应力场变化时,同震应力和震后黏弹性效应都不可忽视。
1998年以来,伽师地区发生了3次叭>6的地震,这些地震相互之间的距离均<50km (图1。
那么,这些地震之间是否也有着相互触发关系?如果有,同震应力阶变和震后黏弹性松弛,哪个发挥了主要作用?为了解决这一问题,本文首先利用地震波形资料,反演了前2次地震的震源机制与破裂过程;然后基于更符合实际的分层黏弹性地球介质模型和得到的破裂滑动分布结果,采用已有的研究方法(Wang et a,,2006)计算了1998年和2003年2次地震对伽师地区造成的应力场变化及其对2020年地震造成的影响,以研究三者的相互触发作用。
1地震震源特征
为了能够提供后续黏弹性应力计算中所需的断裂滑动分布,我们利用远场地震波形资料反演了1998年8月27日和2003年2月24日2次M>6地震的震源特征。
首先,通过剪切位错点源模型反演获得震源机制解。
震源机制解反演需求解震源深度、滑动角、节面走向、倾角与
282地震地质43卷
40°
片
塔里木
青藏高原
38°
|坪塔格逆断裂
76*41。
4
帕米尔\、
M w 6.3
1998-08-27
39°-1997-04-061997-04-11
2003-02-24
塔里木盆地
印度板块
伽师
O
巴楚
0©
阿图什图1伽师地区历史地震分布图
Fig. 1 The distribution map of historical earthquakes of Jiashi area.
aF ]为2003年2月24日M w 6. 3地震的发震断裂;F ?为2020年1月19日M w 6. 0地震的发震断裂,隶属于柯坪塔格逆断 裂;1996年和1997年3次地震的震中位置来自USGS , 1998年和2003年地震的震中位置来自赵翠萍(2006)的重定位结果,
2020年地震的震中位置来自冉慧敏等(2020)的重定位结果。
b 研究区域(红色方框)与周边主要构造的位置关系
2期周 云等:1998年以来伽师地震((M w $6.0)应力相互作用与强震活动的关系283时间函数。
根据反演得到的2个节平面,结合当地的地质构造背景确定震源破裂面的走向。
基 于从IRIS 下载的地震波形记录,采用赵翠萍(2006)的重定位结果作为震中位置,选择信噪比 较高且方位角覆盖比较均匀的远场(震中距范围为30°<A<90°)P 波垂向波形记录进行反演。
反演结果显示,1998年地震的震源深度为11.5em ,节面1和节面2的走向、倾角和滑动角分 别为57)、81。
、-9。
和148)、87° - 171。
参考余震重定位结果(赵翠萍,2006),选择节面1为 断层破裂面。
该地震的发震断层面近直立,是典型的左旋走滑断裂,其矩张量类似于赵翠萍 (2006)给出的走向55、、倾角84。
和滑动角-4。
的反演结果。
震源机制解显示,2003年地震的震源深度为15. 2km ,节面1和节面2的走向、倾角和滑 动角分别为78、、73、、56。
和293、、20、、124、。
考虑到该地震有一定的逆冲分量,而节面1的倾 角比较大,同时地震考察结果表明发震断层是一条近EW 走向且向N 倾的逆断层(沈军等, 2006),因此选择节面2为断层破裂面。
将震源机制反演计算的理论地震图与观测波形资料进 行拟合,结果显示波形的相关性较好(图2)。
表1为2次地震的震源机制解。
时间函数/S 2=-170.7
5=86.8
0=147.8力=11.51998-08-27 09:03:370 6.3 12.6 18.9 25.2 时间函数/s 2=124.15=20.26=293.3h=15.22003-02-24 02:03:42
图2 1998年和2003年2次伽师地震的震源机制解
Fip. 2 Focel mechanisms o f two Jiasht earthquanes in 1998 and 2003.
采用下半球投影,同时给出了点源模型的P 波垂向位移理论图(红线)与资料(黑线)的拟合情况。
图形下方给出了 2组 节面解(图n 中,入、<5、0、b 分别表示断层滑动角、断层倾角、断层走向、震源深度)和点源模型的震源时间函数(b )
表9 1998年和2003年2次Mw>6地震震源及断层参数
Tanie 1 Source and fauli parametere of the two earthquanes ( M w > 6 ) in 1998 and 2003地震日期北纬/(。
)东经
/(。
)深度/km 震级
方位角/(°)倾角/(°)滑动角/(°)节面1节面 2
节面1节面 2节面1节面 21998-08-2739.62
77.3311.5M w 6.3571488187-9-1712003-02-2439.57277.06715.0M w 6.378293732056124
根据有限断层反演方法(王卫民等,2008 ;周云等,2011),结合2次地震的点源模型反演 结果,选用沿走向长5iem 、沿倾向宽11km 的断层面,并将其划分成3emx2em 的153个子断 层,使用P 波和SH 波数据进行断层面时空破裂过程反演。
计算同震位移响应采用基于分层介
284地震地质43卷
质模型的广义反射透射系数矩阵方法(谢小碧等,1989),震源区的地壳结构模型获取自Csst2.0。
反演使用非线性最优化的模拟退火技术,目标函数由采用波形相关系数与同震位移矢量差的归一化加权叠加定义。
图3为反演得到的2次伽师地震的断层滑动分布。
结果显示, 2次地震均为M w6.3地震,1998年地震的破裂较为集中,最大滑动量为60cm,标量地震矩为,该结果与赵翠萍(2006)的滑动分布结果类似:最大滑动量为63cm,呈双侧破裂特征。
2003年地震的破裂较为分散,最大滑动量为56cm,标量地震矩为3.15xl01N・m。
其中2003年的地震以SE向单侧破裂为主,这与沈军等(2006)野外考察得出的该地震为N倾逆冲断层自NW向SE由深至浅破裂的结果一致。
18.0km
01224364860
18.0km
01122334455
滑动量/cm
图31998年和2003年2次伽师地震断层破裂滑动分布
Fig.3Faalz slip distritution of Jiasht in1998aad2003.
a1998年8月27日M w6.3地震断层滑动分布;U2003年2月24日M w6.3地震断层滑动分布
2应力计算方法及参数
2.1研究方法
地震发生后,同震和震后应力调整均会导致断层面上库仑应力变化。
根据库仑破裂准则,接收断层的静态库仑应力变化可以表示为
2期周云等:198年以来伽师地震(M”3=6.0)应力相互作用与强震活动的关系285
ACFS=A t+心(1)式中,ACFS为断层面上库仑应力的变化量,A t为断层面上剪切应力的变化量,“为断层的有效摩擦系数,Ab为断层面上正应力的变化量,以拉伸为正。
在不同的研究中,“的取值也有所不同,但不会改变库仑应力变化的整体分布形态(张国宏等,2008;万永革等,2009)。
在本文的计算中,取“=0.4。
因本次研究主要计算2003年和2020年地震发震断层面受到的影响,参考前文反演结果和王卫民等①的结果,选取地下15km为计算库仑应力变化的深度。
在计算库仑应力时,本文使用了德国波茨坦地球科学中心(GFZ)Wang等(2006)开发的PSGRN/PSCMP程序。
该软件主要包括2个部分,PSGRN用来计算给定分层模型下基本位错源的时变格林函数,所得结果为第2个程序PSCMP的基础数据,之后通过线性叠加方法对点位错进行计算,得到同震和震后形变的结果。
计算时重力和分层介质影响都被考虑在内,通过使用基于反混淆技术的快速傅里叶变换得到格林函数,保证了结果的稳定性。
2.2模型参数
本文的模型计算范围为(38°~41N,76°~79°E)O在进行格林函数计算时,需要先建立地下速度介质模型。
选择何玉梅等(2001)以及赵翠萍(2006)研究伽师地震群采用的速度模型(表2),该模型综合了上地壳速度反演结果和刘启元等(2000)利用接收函数得到的深部速度结构。
石耀霖等(2008)认为,塔里木块体中地壳的等效黏滞系数为1021~1023Pa-t,下地壳的黏滞系数为1021~1022Pa-t o本模型中弹性层厚度为16km,黏弹性中下地壳采用Burgers体模型。
中地壳的稳态黏滞系数取1.0xl022Pa-t,下地壳稳态黏滞系数取2.0xl021Pa-t,瞬时与稳态黏滞系数一般差1个数量级(Ryder et al.,2011)。
地幔黏滞系数比下地壳大得多,取为2.0X 102Pa・t。
表2伽师地区岩石圈地层介质模型
Table2Layered lithosphere meSium moOeS io Jiasho region
层厚度/Pm V/Pm■p1V g/Pm■p1p/p■cm3n1/Pa・s n/Pa•s
上地壳3.0 4.0 2.092013弹性弹性13.0 5.03022045弹性弹性
中地壳19.0603062061 1.0X1021 1.0xl922
下地壳
150 6.04022079 2.0X1022彳小山1上地幔7.0 3.82000 2.0X1022
注F p为P波速度;V s为S波速度;;p为密度;n和n分别表示瞬时和稳态黏滞系数
2003年伽师M w6.4地震的发震断层(图1中的FJ为隐伏断裂,未能很好地确定其断层参数,因此在设置接收断层参数时,我们参考了该地震的震源机制解。
2020年M w6.0地震的发震断层(图1中的F?)为柯坪塔格逆断裂的一部分,我们根据周德敏(2013)的结果给出了断层滑动参数,如表3所示。
①http:〃kycayjce/202001/t20200122_5494135.htme
286地震地质43卷
表32003年和2020年地震的发震断层参数
Table3Fauii parameters of earthquakes io2003aad2020
断层
起点终点
走向/(°)倾角/()滑动角/(。
)北纬/(。
)东经/(。
)北纬/(。
)东经/(。
)
F139.041677.05113906303770022229320124 F239.096277.053339.861076096442613590注F]为2003年M w6.5地震的发震断层;F?为2020年M w6.5地震的发震断层
3计算结果
3.1对发震断层应力的影响
为了进一步研究1998年以来的3次M w36地震之间的相互关系,我们计算了同震及黏弹性松弛导致的2003年2月24日M w6.3地震的发震断层F1和2020年1月19日M w6.0地震的发震断层F2上的库仑应力变化,如图4所示。
图4a为1998年地震导致的发震断层上的同震库仑应力变化,可以看到本次地震使断层F1西段的应力值增加,东段的应力值减小,变化量基本都超过了0.01MPa;同时,该地震使F:西段应力减小,东段应力增加。
经过4.5a的调整后,图4U显示应力分布和应力值并没有明显的变化,2003年地震位于应力增加区范围内,应力增加值为0.01~lMPa,达到了0.04MPa。
图4c为在原有的应力基础上增加了2003年地震同震应力的情况,本次地震明显调整了断层F1的应力状态,卸载了F1西段的应力,增加了东段的应力,同时也扩张了断层F:东段的应力增强区。
黄媛等(2006)重定位后的余震主要集中在断层的应力增强区,同时余震的分布也支持发震断层N倾的结论。
在2020年M w6.0地震发生之前,经过近22a的震后调整,断层面上应力变化不大,2220年地震位于应力增强区内,应力增加值介于0.003~0.506MPa之间,为0.005MPa。
3.2改变黏滞系数对断层库仑应力分布的影响
前文的计算结果显示,震后调整对应力分布的作用并不明显。
在计算震后的应力场演化时,地层黏滞系数的选取对结果可能会有一定影响。
我们主要参考了石耀霖等(2008)给出的塔里木盆地的黏滞系数参数,由于发震区位于盆山交会处,而山体与盆地的黏滞系数一般并不相等,因此,本文另外选取了一组黏滞性参数进行对比。
由于研究区域西南天山地壳和地幔黏滞系数尚无较好的约束,故参考了青藏高原的参数数值。
石耀霖等(2008)认为青藏高原下地壳等效黏滞系数较低,约为1019~1020Pa-s,因此将中地壳和下地壳的黏滞系数调低为S.OXIO"Pa-s和5.0X1019Pa-s,上地幔黏滞系数设为5.0X1120Pa-s,计算结果如图5所示。
可以看到,与图4相比,经4.5a的调整后,1998年地震导致F1西段的应力有所减弱;在2220年M w6.0地震发生之前,经过近20a的震后调节,F1中段的应力有所减小。
震后下地壳和上地幔中的同震应力变化,向上传递到上地壳孕震层的过程中,黏滞系数越低,应力传递越快(Shan et a,,2013)。
而天山的下地壳和上地幔黏滞系数可能比青藏高原更大(卢双疆等,2013),因此在本次伽师地震应力计算中,改变黏滞系数对应力分布并无明显影响。
3.3改变接收断层参数对断层库仑应力分布的影响
由于未能很好地界定发震断层F1和F2的断层参数,而不同的接收断层参数会对应力分布的计算结果产生影响,因此,我们参考了前人的反演结果对断层参数进行了设置。
前人利用
2期周云等:1998年以来伽师地震(M w$6.0)应力相互作用与强震活动的关系27
图4发震断层上的库仑应力变化
Fip.4Colomb stress chauae cm the seismonenic faults.
n1998年地震的同震应力;b2003年地震发生之前的应力分布;e2003年地震发生之后的应力分布,
黑色小圆圈为2003年2月24日一2003年4月30日M>3.5的余震(黄媛等,2006);d2020年地震发生之前的应力分布
CDSN的数字波形资料反演得到了2003年地震的震源机制解(走向306、、倾角50、、滑动角129。
)(徐锡伟等,2006);而根据InSAR反演获得的2020年地震的断层走向为270、、倾角为15。
、滑动角为85。
(李成龙等,2020)。
以3.2节中的参数作为地壳和地幔的黏滞系数,计算结果如图6所示。
从图中可知,1998年地震加载了F1西段的应力,2003年地震震源处的应力增加〉0.01MP c,同时卸载了东段的应力。
2003年地震卸载了F1西段的应力,加载了东段的应力,与余震分布的相关性较好;同时,加载了F2东段的应力,在2020年地震震源处的应力改变£0.01MP c。
总体而言,与图4和图5相比,接收断层参数的改变对应力分布的影响不大。
288地震地质43卷39°00,-
40°00,-
39°30'_
1998-08-27
~ I I I 应力/MPa -2.500 -1.000 -0.010 -0.006 -0.003 -0.001 0.001 0.003 0.008 0.010 1.000 2.500
图5调整黏滞系数后发震断层上的库仑应力变化
Fip. 5 CoUomU stress change cm the seismooeeia faalts aftes aajustine visccsity ccefficieei.a 1998年地震的同震应力;U 2003年地震发生之前的应力分布;c 2003年地震发生之后的应力分布, 黑色小圆圈为2003年2月24日一4月30日M>3.5的余震(黄媛等,2006) ; d 2020年地震发生之前的应力分布3. 4改变地球模型参数对断层库仑应力分布的影响
不同的地球模型参数会对应力分布的计算结果产生影响。
我们参考了周德敏(2013)在研 究柯坪-阿克苏地震带时使用的介质模型。
由于文中只给出了 P 波速度,故根据波速比1.73 计算S 波速度,得到的速度模型如表4所示。
计算应力时采用3.2节中的黏滞系数。
计算结果如图7所示。
相比于图4、图5和图6,更改地球模型参数没有改变应力的整体 分布。
1998年地震使得2003年地震震源处的库仑应力增加值〉0.01MPa ;前2次地震对2020 年地震震源处的应力影响介于0. 006〜0. 01MPa 之间。
震后的黏弹性松弛作用依然不明显。
2期周 云等:1998年以来伽师地震(M w 36.0)应力相互作用与强震活动的关系289
2020-01-1^
应力/MPa
Mw6.3
J8-08-27M w 6.3 (98-08-2776°30,77°00,77°30,78°00,76°30,77°00,78°00,
-2.500 -1.000 -0.010 -0.006 -0.003 -0.001 0.001 0.003 0.008 0.010 1.000 2.500
39°00,-39°00,-
40°00,-1998-08-2740°00,-
39°30'-*2020-01-18Mw6.02003-02-2439°30'-.^003-02-24亠 £ 4O
O ° o。
F?
O
O °o o o Qo
OO °
O /Mw6.3 «
I ° e 2003-02-24^^
o ilf w 6.3C 1998-08-2777°30,鸣003-02-234 N M w 6.3 /\
\ M w 6.3
\1998-08-27
2003-02-24e
b
图6调整断层参数后发震断层上库仑应力变化
Fig. 6 Conlomb stress cCaaga on ths seismooeaic faults aftas aajusting fauii parametes.a 1998年地震的同震应力;b 2003年地震发生之前的应力分布;c 2003年地震发生之后的应力分布, 黑色小圆圈为2003年2月24日一4月30日M >3. 4的余震(黄媛等,2006); d 2020年地震发生之前的应力分布4讨论
当断层面上的库仑应力增量〉0.01MPa ,就有可能会触发地震,即认为0.01MPa 为“触发 阈值”(Kbg ea, 1994)。
本文的计算结果表明,1998年 3地震对断层F 1在2003年地震震中所在区域附近产生的应力增量为0.01〜IMPa ,超过了触发阈值,表明两者之间存在触发 作用。
王琼等(2007)认为1998年地震对2003年地震没有触发作用,产生的应力增加近似为 0。
两者的差异可能是断层破裂模型不同所导致的。
王琼等(2007)基于断层长度估算公式,根
表4柯坪-阿克苏岩石圈的地层介质模型
Tante 4 Lcyeren ethospheo medium monei in Aksu reniou
注 F p 为P 波速度;兀为S 波速度;p 为密度;n 和n 分别表示瞬时和稳态黏滞系数。
层厚度/(m F P /(m ・s 「1Fs/(m ・s -p/y cm_3n/Pn ・ s
n/Pn ,s 上地壳
9.0 5.0 3.1 2.05弹性
弹性11.0 5.9 3.4 2.82弹性弹性中地壳10.0 6.6 3.5
2.93 5.0X1019 5.0X1020下地壳20.07.140
3.067.0xl015 5.0X1019上地幔8.1
4.0 3.320
5.0X1020图7调整地球模型参数后发震断层上的库仑应力变化
Fip. 7 Coulomb stress chaunn (o the seismonenic faulth afteo anjusting Earth monei paometee.n 1998年地震的同震应力;b 2003年地震发生之前的应力分布;e 2003年地震发生之后的应力分布, 黑色小圆圈为2003年2月24日一4月30日M >3. 5的余震(黄媛等,2006) ; d 2020年地震发生前的应力分布
据地震震级构建了破裂模型,并认为滑动是均匀分布的。
这种处理方法计算的应力结果对较远的断层影响较小。
然而2003年地震的发震断层F1距离1998年的地震震中很近(图4),这样得到的应力结果误差可能比较大。
本文根据基于地震波形反演得到的破裂滑动分布计算库仑应力,可相对更真实地反映断层的应力状态。
本文的计算结果表明,2020年地震也位于库仑应力增加区内,但应力增加值为0.003-0.006MPa,<0.01MPa,说明前2个地震对后一个地震并没有明显的触发作用,本次地震的发生可能为其他因素所导致,如区域应力加载或者以前大地震的黏弹性触发等。
同时计算结果也显示,经历长期应力演化后,2003年地震的发震断层F1东段的应力加载依然>0.01MPa,因此应加强对该段的地震危险性监测工作。
影响断层上库仑应力分布的因素较多,例如地球模型参数、接收断层参数和地壳黏弹性系数等。
本文考虑了不同的影响因素,对应力的分布情况进行了研究。
结果显示,断层面上的应力在经过长时间的黏弹性松弛后并没有发生明显的变化,这可能是由于地震震级较小导致的。
从反演结果来看,前2次地震都为M w6.3地震。
根据断层倾角的计算结果,2个发震断层的破裂最大深度均W20km,且破裂主要发生在浅部,最大滑动量W60cm,在断层模型深部几乎没有明显破裂(图3),说明这2个地震对下地壳和地幔的应力扰动有限。
黏弹性松弛理论认为,热的下地壳和地幔的流变作用,使得在震后的数年至数百年时间里,下地壳和上地幔的同震应力场变化传递到上地壳的孕震层中,进而影响断层的力学性质(Pollitz,1992;Marsaa et al, 2003;Freed et a,,2007)。
由于2个地震在深部产生的同震应力较小,故黏弹性松弛作用也不明显。
因此,在对后续地震的影响中,由同震产生的应力阶变依然占据主导地位。
1997年1月一2203年3月,新疆伽师地区发生了一系列强震活动。
尤其是自1997年1月21日起,在短短4个月的时间内,该区域发生了7次M s36.0的大地震,这种现象在中国大陆甚至世界范围内都是极为罕见的。
张竹琪等(2208)计算了1997年强震间的库仑应力作用,认为这些地震之间存在触发关系,且伽师地震的正断层活动在地震发生中起到了重要的促进作用,这在一定程度上解释了伽师地震群的发震机制。
然而,依然有一些问题没有得到很好解决,例如:为什么是短时间内发生多次零散的5级、6级地震,而不是发生1次7级地震使得能量一次性全部释放出来?根据应力触发理论,这些地震是否是一个早期特大地震(比如1902年阿图什M8坯地震)导致的库仑应力变化后的连续触发?黏弹性应力转化在这一过程中起到了多大的作用?以上这些问题有待于未来更进一步的研究。
5结论
本文基于远场波形反演,重新构建了1998年8月27日与2003年2月24日2次M w6.3地震的破裂滑动分布,并基于震后黏弹性松弛的方法计算了2次地震与2020年M w6,0地震相互之间的应力作用,得到的结论如下:
(1)1998年地震为典型的左旋走滑型地震,震源深度为11.5km,破裂比较集中,断层的走向为57°,倾角为81。
;2003年地震为逆冲兼走滑型地震,震源深度为15.2km,发震断层为一条向N低角度倾斜的逆断裂,断层的走向为293°,倾角为20°,地震以SE单方向破裂为主。
(2)1998年地震经4.5a的应力调整之后,导致2003年地震发震断层的西部应力增加,东部应力卸载,使得2003年地震震源处附近应力增加了0.01~lMPa,前者对后者具有明显的触发作用。
前2个地震导致2020年地震的发震断层东部应力增加,但震中位置处的应力增
加£0.006MPn,因此对2220年地震不具有明显的触发作用,2020年地震的发生主要由其他因素所致。
在这一过程中,震后黏弹性松弛作用并不明显,同震应力阶变占据了主导地位。
致谢本文利用IRIS地震波形资料进行计算;图件由GMT软件生成;使用汪荣江老师的PSGRN/PSCMP程序计算库仑应力。
在此一并表示感谢!
参考文献
何玉梅,郑天愉,单新建.2001.1996年3月1日新疆阿图什6.0级地震:单侧破裂过程[J]-地球物理学报, 44(4):510—519.
HE Yu-mei,ZHENG Tian-ya,SHAN Xinyian.2201.The1996Artux,Xinjiang,enrtPquuUn:A1)01x01op W io 0x^01:[J].Chinese Jouraat of Geophysics,44(4):510—519(in Chinese)■
黄媛,杨建思,张天中■2006.2003年新疆巴楚-伽师地震序列的双差法重新定位研究[J]-地球物理学报,49
(1):162—169.
HUANG Yuan,YANG Jiau-si,ZHANG Tiau-zhoun.2206.Relocetiou of the Baceu-JiasPi,Xinjiang earthquake sequence in2003using the douUle-Jifference locetiou alyorithm[J].Chinese Journai of Geophysics,49(1):162—169(in Chinese) ■
李成龙,张国宏,单新建,等.2020.2220年1月19日新疆伽师县"$6.4地震InSAR同震形变场与断层滑动分布反演[J/OL].地球物理学进展.https:〃kns.chki.oetPcmsPetaii/(1.0932.4.00200608.1616.178.0tmi.
LI Cheng Joun,ZHANG Guo-Joun,SHAN Xin-jian,e al.2020.Coseismie deformaUou and slip distriputiou of the M s6.4Jiashi,Xinjiang earthquene revealeO by Sentine)-1A SAR imaaeiy[J/OL].Prooress in Geophysics, https:〃ki.oetkcmsdeWii/P1.2982.P.20200608.16164700tmi(in Chinese).
刘启元,陈九辉,李顺成,等•2000.新疆伽师强震群区三维地壳上地幔S波速度结构及其地震成因的探讨[J.地球物理学报,43(3):356—365・
LIU Qi-yaan,CHEN Jiu-hui,LI Shun-cheng,et al.2200.Passive seismie experimeni in Xingjiang Jiashi sWoun earthquene reaiou and dischssiou oo its seismie genesis[J].Chinese Journai of Geophysics,43(3):356—365 (in Chinese).
卢双疆,何建坤•2013.青藏高原一天山大陆内部地壳变形三维数值模拟研究[J].地球物理学进展,28(2):624—632・
LU Shueng-jiang,HE Jian-hun.2017.Three-himensioual mechanicai moUeling of intraceutinental deformahou around the Tinetan plateau and Tienshan reqious[J].Prouress in Geophysics,28(2):624—632(in Chinese).
冉慧敏,上官文明,刘东亚.2020.2020年1月1日新疆伽师M s6.4地震及余震序列定位研究[J.内陆地震,34(1):56—62.
RAN Hui-min,SHANGGUAN Wen-ming,LIU Doug-ha.2022.Locetiou study of Xinjiang Jiashi M s6.4earthquene and aftershoces sequence ou Januaiy19th,2020[J].Inland Earthquane,34(1):56—62(in Chinese).
沈军,陈建波,王翠,等•2006.2003年2月24日新疆巴楚-伽师6.8级地震发震构造[J].地震地质,28(2): 205—212・
SHEN Jun,CHEN Jiau-ho,WANG Cui,et al.2206.The seismopenie tectouice of the M s6.8Bachu-Jiash:,Xinjiang earthqueUe in Fef.24,2003[J].Seismoepy and Geceuy,22(2):205—212(in Chinese).
沈正康,万永革,甘卫军,等•2003.东昆仑活动断裂带大地震之间的黏弹性应力触发研究[]•地球物理学报,46(6):786—795・
SHEN Zheng-hang,WAN Youg-je,GAN Wei-jun,et al.2003.Visceelastie trigeering betweeq laroe earthqueUes aloug。