呂苗苗 丁志峰, 徐小明 李大虎葉慶東 鄭 晨
1) 中國北京100081中國地震局地震觀測與地球物理成像重點實驗室 2) 中國北京100081中國地震局地球物理研究所 中國成都610041四川省地震局 中國天津300180中國地震局第一監(jiān)測中心
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2012年彝良MS5.7和MS5.6地震序列重定位和震源機制解特征*
1) 中國北京100081中國地震局地震觀測與地球物理成像重點實驗室 2) 中國北京100081中國地震局地球物理研究所 中國成都610041四川省地震局 中國天津300180中國地震局第一監(jiān)測中心
利用地震科學探測臺陣在云南、 貴州地區(qū)的17個流動臺站的地震記錄, 采用雙差定位法對2012年9月7日云南彝良MS5.7和MS5.6地震及其余震序列(ML≥1.0)進行重定位. 在獲得精確的震源位置后, 采用CAP法反演了MS≥4.0地震的震源機制解. 結(jié)果顯示, 彝良MS5.7主震位于(27.509°N, 103.971°E), 震源深度為9.7 km, 震源機制解節(jié)面Ⅰ走向251°、 傾角66°、 滑動角150°, 節(jié)面Ⅱ走向354°、 傾角63°、 滑動角27°; 彝良MS5.6主震位于(27.563°N, 104.034°E), 震源深度為10.0 km, 震源機制解節(jié)面Ⅰ走向235°、 傾角39°、 滑動角147°, 節(jié)面Ⅱ走向352°、 傾角70°、 滑動角56°. 反演結(jié)果顯示斷層的幾何形態(tài)、 余震分布特征、 震源機制解特征及構(gòu)造應力場等均有很好的一致性. 綜合斷層的運動學特征、 地震活動規(guī)律和地質(zhì)構(gòu)造背景, 推測彝良地震的發(fā)震斷裂為昭通斷裂帶的前緣斷裂, 即NE走向的石門斷裂. 導致震區(qū)受災嚴重的主要原因是由于彝良地震震源深度較淺, 能量釋放多發(fā)生在地殼淺部所致.
彝良MS5.7和MS5.6地震 雙差定位法 CAP法 震源機制解
據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定, 2012年9月7日11時19分, 云南省昭通市彝良縣與貴州省畢節(jié)地區(qū)交界處發(fā)生MS5.7地震, 震源深度為14 km; 12時16分, 彝良縣又發(fā)生MS5.6地震, 震源深度為10 km(中國地震臺網(wǎng)中心, 2012a). 據(jù)報道, 兩次地震造成至少80人死亡, 795人不同程度受傷(網(wǎng)易新聞, 2012). 彝良MS5.7和MS5.6地震發(fā)生在昭通斷裂帶北東端, 近年來, 該斷裂帶及其附近區(qū)域的中強地震活動性明顯增強. 例如, 2003年魯?shù)镸S5.0和MS5.1地震, 2004年魯?shù)镸S5.6地震, 2006年鹽津MS5.1地震, 2012年彝良MS5.7和MS5.6地震, 以及2014年魯?shù)镸S6.5地震等, 這些地震的發(fā)生使得昭通斷裂帶及其附近區(qū)域的地震活動性引起了地震學界的密切關(guān)注. 震后, 研究人員就上述地震開展了多方面的研究, 包括震源破裂過程的特征分析和震源深度的確定(呂堅等, 2013a)、 震源機制解和發(fā)震構(gòu)造的研究(韓立波, 蔣長勝, 2012; 徐錫偉, 于貴華, 2012; 中國地震臺網(wǎng)中心, 2012b)等. 但現(xiàn)有的研究結(jié)果仍存在一些差異, 需要進一步對比和驗證. 為此, 本文將增加彝良MS5.7,MS5.6主震及余震相對位置的更加準確的空間分布結(jié)果; 在此基礎(chǔ)上, 結(jié)合震源參數(shù)和前人的研究成果, 重點討論彝良MS5.7和MS5.6地震序列的震源深度分布和震源機制解特征, 為判定可能的發(fā)震構(gòu)造提供科學依據(jù).
雙差定位法已被國內(nèi)外地震學家廣泛應用于區(qū)域地震活動性特征、 活動斷層空間展布及其精細結(jié)構(gòu)的研究中(Waldhauser, Ellsworth, 2000; 朱艾斕等, 2005). 已有研究結(jié)果表明, 雙差定位法不依賴于主事件且能有效減小地殼速度結(jié)構(gòu)的影響, 是了解震區(qū)地震活動的時空分布規(guī)律及斷層構(gòu)造行之有效的方法. 而震源機制解能夠直觀地反映震源破裂的幾何特征和構(gòu)造應力場特征(鄭勇等, 2009). 對于中強地震, CAP(cut and paste)法是獲取震源機制解的可靠方法之一, 且得到了廣泛應用(韋生吉等, 2009; 謝祖軍等, 2012; 呂堅等, 2013b). 震源機制解為識別發(fā)震斷裂、 了解區(qū)域構(gòu)造應力場等提供了重要依據(jù).
精確的震源機制解對于確定斷層面形態(tài)、 判定相應的發(fā)震構(gòu)造非常重要. 而余震序列的空間分布特征則是研究該地區(qū)地震活動性、 探明斷層分布方式的有力證據(jù). 綜合這兩方面信息, 可以對震區(qū)孕震構(gòu)造環(huán)境及地震活動特征有一全面認識(朱艾斕等, 2008; Zhaoetal, 2012; 趙博等, 2013).
本文以2012年9月7日彝良MS5.7和MS5.6地震為例, 采用雙差定位法對該序列中ML≥1.0的745次地震進行重定位, 反演了MS≥4.0地震(共4次)的震源機制解和矩心深度. 彝良地震序列的震中空間分布特征、 震源深度優(yōu)勢分布層位及震源機制解特征, 為進一步研究該地區(qū)地震活動性和判定發(fā)震構(gòu)造提供重要的地震學基礎(chǔ)資料, 對于分析該地區(qū)未來可能的發(fā)震趨勢具有重要的現(xiàn)實意義.
從四川西部到云南與貴州交界區(qū)域, 均受到青藏高原自西向東的推擠作用. 彝良地震震區(qū)西側(cè)是構(gòu)造活動強烈的川滇菱形地塊, 東側(cè)是相對穩(wěn)定的華南地塊. 青藏高原東緣地區(qū)地殼物質(zhì)向E以及SE方向逃逸, 使得川滇地塊整體向SE向滑移, 圍繞喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)作順時針運動(徐錫偉等, 2003). 第四紀以來, 川滇地塊及周邊區(qū)域以水平剪切變形為主, 并伴有強烈的隆升運動. 在復雜的構(gòu)造環(huán)境下, 該地區(qū)發(fā)育了一系列活動斷裂, 其中昭通斷裂帶屬于大涼山次級地塊東南緣邊界斷裂帶. 根據(jù)活動地塊劃分方案(張培震等, 2003), 昭通斷裂帶位于川滇地塊與華南地塊邊界帶上(圖1), 其現(xiàn)今運動表現(xiàn)為具有顯著逆沖分量的右旋走滑性質(zhì)(聞學澤等, 2013). 從動力學角度來看, 其活動變形的動力直接來源于大涼山次級地塊的NE向運動, 間接來源于川滇地塊的SSE向運動(張培震等, 2003; 張培震, 2008).
圖1 彝良MS5.7和MS5.6地震震中及其鄰區(qū)構(gòu)造圖(引自聞學澤等, 2013) 黑色框所示范圍為昭通斷裂帶. F1:昭通—魯?shù)閿嗔眩籉2: 石門斷裂; F3: 龍樹斷裂;F4: 會澤—彝良斷裂 Fig.1 Epicenters of Yiliang MS5.7 and MS5.6 earthquakes and the surrounding regional tectonic settings (after Wen et al, 2013) The black rectangle delineates the Zhaotong fault zone. F1 : Zhaotong-Ludian fault; F2 : Shimen fault; F3: Longshu fault; F4: Huize-Yiliang fault
野外地質(zhì)調(diào)查和衛(wèi)星影像分析結(jié)果表明, NE向的昭通斷裂帶控制著昭通盆地和魯?shù)榕璧氐陌l(fā)育, 并對地層發(fā)育及區(qū)域構(gòu)造變形也有著明顯的控制作用. 在衛(wèi)星影像上其線性影像十分清晰, 斷錯一系列山脊, 形成斷層埡口、 斷層槽谷等地貌, 邀集塊—青崗嶺一帶斷層地貌尤為明顯. 昭通斷裂帶是由一系列大規(guī)模、 結(jié)構(gòu)復雜的逆沖斷裂系組成. 其NE起自鹽津東南, 向SW經(jīng)彝良、 昭通、 魯?shù)椤?會澤, 終止于巧家以南的小江斷裂帶東側(cè). 該斷裂帶總長約150 km, 總體走向為35°—45°, 傾向NW, 朝SE向推覆, 自西向東包括龍樹斷裂、 昭通斷裂帶主斷裂即昭通—魯?shù)閿嗔选?會澤—彝良斷裂和石門斷裂(聞學澤等, 2013). 2012年彝良MS5.7和MS5.6地震就發(fā)生在昭通—魯?shù)閿嗔雅c石門斷裂之間. 石門斷裂是昭通斷裂帶的前緣斷裂, 屬于區(qū)域次級走滑兼逆沖型斷裂. 其走向為NE, 傾向為NW, 在15—20 km深處與基底滑脫帶相連. 根據(jù)近年來橫跨昭通斷裂帶的GPS速度場和變形特征分析結(jié)果, 認為昭通斷裂帶魯?shù)椤土级伍]鎖作用加劇, 應變積累增強, 具備發(fā)生中強地震或大地震的規(guī)模(聞學澤等, 2013). 2014年8月3日魯?shù)镸S6.5地震的發(fā)生, 再次印證了這一觀點.
本文所用數(shù)據(jù)源自“中國地震科學探測臺陣----南北地震帶南段”項目的17個流動地震臺站于2011年8月—2013年8月記錄的地震波形資料. 臺站及所用地震震中分布如圖2所示. 可以看出, 這17個臺站能夠較好地包圍震源區(qū). 采用雙差定位法對彝良MS5.7和MS5.6地震及其余震序列(ML≥1.0)的745次地震進行重定位, 在獲得精確的震源位置后反演MS≥4.0地震的震源機制解和矩心深度. 為避免震中距增大時速度結(jié)構(gòu)的橫向不均勻性增強對波形產(chǎn)生的影響, 反演震源機制解時選擇了200 km范圍內(nèi)的臺站記錄(鄭勇等, 2009; 謝祖軍等, 2012).
圖2 彝良MS5.7和MS5.6地震震中及臺站分布
地殼厚度/kmvP/(km·s-1)vS/(km·s-1)ρ/(g·cm-3)0—55.6803.1142.6455—105.8893.3872.82910—206.0083.3952.83220—326.3443.5902.90632—366.4083.6252.92036—406.3453.5902.90640—456.8003.8633.000>457.9004.3503.310
綜合現(xiàn)有的華南地區(qū)上揚子地塊西南緣三維結(jié)構(gòu)模型(速度和密度)的研究結(jié)果(王椿鏞等, 2002; 朱介壽等, 2005), 在進行雙差定位時我們采用表1中給出的地殼速度結(jié)構(gòu)模型, 計算理論地震圖時使用表1中的密度模型.
3.1 雙差定位法
雙差定位法是相對定位方法, 要求兩震源間的距離遠小于震源與臺站間的距離和波傳播路徑上速度不均勻性的尺度. 在該條件成立情況下, 相鄰兩地震射線的傳播路徑幾乎完全相同, 走時差僅由兩震源間的相對位置和速度結(jié)構(gòu)決定(Waldhauser, Ellsworth, 2000; 楊智嫻等, 2003). 在一定搜索半徑內(nèi), 兩個相鄰地震事件i和j到臺站k走時差的觀測值與理論計算值之差構(gòu)成一個觀測方程, 即
(1)
因兩震源間的距離與震中距和速度非均勻性尺度相比足夠小, 故式(1)可表示為
(2)
式中, Δm(Δx, Δy, Δz, Δτ)為待求震源參數(shù)的偏移量. 式(2)還可寫為
(3)
將滿足條件的地震事件兩兩組對, 可得到如下矩陣方程:
(4)
式中: 假設(shè)地震事件數(shù)為N, 雙差觀測資料數(shù)為M, 則G為M×4N矩陣; m為待求震源參數(shù)的偏移量; d為由雙差觀測資料組成的M維矢量; W為加權(quán)對角矩陣.
在實際計算中, 首先采用LSQR法求解式(1), 得到阻尼最小二乘解; 然后對部分數(shù)據(jù)采用奇異值分解法計算最小二乘誤差來衡量定位精度(楊智嫻, 陳運泰, 2004).
3.2 CAP法反演震源機制解
CAP法反演震源機制解的基本思想是將地震波形分為廣義體波和面波分別進行擬合(Zhao, Helmberger, 1994; Zhu, Helmberger, 1996). 首先采用頻率-波數(shù)法計算理論地震圖(Zhu, Rivera, 2002; Tanetal, 2006), 然后將雙力偶源的理論合成位移g(t)與扣除儀器響應后的觀測波形f(t)作互相關(guān), 即
(5)
當C(t)取正的最大值時, 認為理論地震波形g(t)與觀測波形f(t)擬合得最好, 所對應的t表示g(t)相對于f(t)的時間偏移量. 反演過程的判斷標準為g(t) =f(t), 定義下式來衡量g(t)與f(t)的差異, 直接采用網(wǎng)格搜索法得到最佳震源機制解:
(6)
式中:r為震中距;r0為選定的參考震中距; 為避免反演受近臺記錄的影響, 在擬合差函數(shù)中引入距離影響因子p, 以減小距離產(chǎn)生的衰變對波形的影響, 一般體波p=1, 面波p=0.5. 擬合差定義中同時采用L1范數(shù)和L2范數(shù)準則,L1范數(shù)強調(diào)高頻體波部分,L2范數(shù)則強調(diào)低頻面波部分. 對于某一臺站, 各分量擬合差定義相同, 該臺站的擬合差為5個分量擬合差的平均值, 事件的擬合差為所有臺站及各分量擬合差的平均值, 因此最后的擬合差包含了體波和面波各分量的信息.
CAP法綜合利用了近震體波振幅與面波振幅比, 反演時賦予體波和面波不同的權(quán)重, 在避免面波起主導作用的同時又較為全面而可靠地反映了震源信息, 尤其對震源深度有著很好的約束. 另外在擬合差定義中使用了絕對振幅, 有效避免了因振幅歸一化所帶來的局部極小值解, 從而便于節(jié)面的識別.
本文挑選出具有4個以上臺站記錄的ML≥1.0地震, 共計745次, 采用雙差定位法對這些地震的震源位置進行重新定位. 一般而言, Pg波到時拾取相對于Sg波要精確些, 故反演中賦予P波1.0、 S波0.5的權(quán)重, 最后得到了575次地震的震源參數(shù). 結(jié)果顯示, 彝良MS5.7主震位于(27.509°N, 103.971°E), 震源深度為9.7 km; 彝良MS5.6主震位于(27.563°N, 104.034°E), 震源深度為10.0 km. 平均走時殘差由重定位前的0.65 s下降到0.065 s, 震源位置2倍標準差在EW方向上為0.23 km, NS方向上為0.23 km, UD方向上為0.40 km.
圖3a, b分別為彝良MS5.7和MS5.6地震序列重定位前、 后的震中分布圖. 可以看出: 重定位后震中分布更加集中, 條帶狀分布特征更加明顯(圖3b); 余震震中分布平行于活動斷裂, 沿NE向延展近20 km, 與石門斷裂走向基本一致, 說明余震活動與構(gòu)造密切相關(guān). 圖3b還給出了4次地震的震源機制解沙灘球, 分別為彝良MS5.7和MS5.6主震和兩次MS4.4余震. 圖4a, b分別為彝良MS5.7和MS5.6地震序列沿走向剖面和垂直于走向剖面的震源深度分布圖. 圖4a為沿震中分布長軸方向AA′剖面的震源深度分布圖, 震源深度分布優(yōu)勢區(qū)間為3—15 km, 震源深度較淺, 說明地震大多發(fā)生在脆性上地殼中. 而BB′剖面(圖4b)反映出沿斷層傾向的震源深度分布特征, 呈現(xiàn)出NW向較深, 向SE向逐漸變淺的特點. 這一特征較為清晰地勾勒出可能的斷層形態(tài), 且傾角在深部較緩, 淺部略陡.
圖3 彝良MS5.7和MS5.6地震序列重定位前(a)、 后(b)的震中分布
圖4 彝良MS5.7和MS5.6地震序列沿AA′(a)和BB′(b)剖面的震源深度分布
在獲得精確的震源位置后, 為進一步分析主震和余震的震源參數(shù)特征, 我們選擇P波初動明顯、 信噪比較高的波形記錄反演了彝良MS5.7和MS5.6地震序列中MS≥4.0地震(共4次)的震源機制解和震源矩心深度. 首先從原始速度記錄中扣除儀器響應, 然后積分轉(zhuǎn)換到位移記錄, 重采樣后從ZNE分量旋轉(zhuǎn)為ZRT分量, 并分為體波和面波兩部分, 分別對體波和面波作帶通濾波, 體波部分濾波頻段為0.05—0.20 Hz, 面波部分為0.05—0.10 Hz, 濾掉長周期地脈動和由積分造成的漂移. 由擬合差目標函數(shù)最小求得彝良MS5.7和MS5.6地震序列中4次MS≥4.0地震的震源機制解和最佳矩心深度, 如表2所示.
表2 彝良MS5.7和MS5.6地震序列中4次MS≥4.0地震的震源機制解
圖5和圖6分別給出了彝良MS5.7和MS5.6地震的擬合差和震源機制解隨矩心深度的變化. 可以看出: 彝良MS5.7地震在7 km深度處擬合差最小, 這與雙差定位得到的震源深度9.7 km比較接近; 彝良MS5.6地震的最佳矩心深度為9 km, 與定位得到的震源深度10 km相差亦不大. 圖中最佳矩心深度所對應的震源機制解即為最佳雙力偶解.
圖5 彝良MS5.7地震的擬合差和震源機制解(下半球投影)隨矩心深度的變化
圖6 彝良MS5.6地震的擬合差和震源機制解(下半球投影)隨矩心深度的變化
圖7為彝良MS5.7地震的波形擬合結(jié)果, 其最佳雙力偶解節(jié)面Ⅰ走向251°、 傾角66°、 滑動角150°, 節(jié)面Ⅱ走向354°、 傾角63°、 滑動角27°, 矩震級MW=5.36, 擬合差為0.8206. 在所選用的9個臺站記錄中, 理論波形與觀測波形擬合相關(guān)系數(shù)大于0.8的占76%. 圖8為彝良MS5.6地震的波形擬合結(jié)果, 其最佳雙力偶解節(jié)面Ⅰ走向235°、 傾角39°、 滑動角147°, 節(jié)面Ⅱ走向352°、 傾角70°、 滑動角56°, 矩震級MW=5.25, 擬合差為0.3769. 在所選用的8個臺站記錄中, 理論波形與觀測波形擬合相關(guān)系數(shù)大于0.8的占82.5%.
圖7 彝良MS5.7地震的理論地震波形(紅色)與觀測波形(黑色)對比波形下方第一行數(shù)字為理論波形相對于觀測波形的時移(單位: s), 正值為理論波超前;第二行數(shù)字為兩波形的相關(guān)系數(shù); 波形左側(cè)數(shù)字為臺站名及其震中距(單位: km)
圖8 彝良MS5.6地震的理論地震波形(紅色)與觀測波形(黑色)對比(圖注同圖7)
彝良MS5.7和MS5.6地震發(fā)生至今, 已有很多關(guān)于震源機制解參數(shù)的研究成果, 其具體的震源機制解雖略有差別, 震源矩心深度也有所不同, 但兩次地震的震源機制均為右旋走滑型并伴有逆沖特征. 表3列出了本文與不同文獻給出的震源機制解結(jié)果的對比. 可以看出, 本文結(jié)果與韓立波和蔣長勝(2012)研究結(jié)果相比, 走向、 傾角和滑動角均較為一致, 彝良MS5.7地震矩心深度差異略大, 但與呂堅等(2013a)矩心深度較接近. 呂堅等(2013a)在矩心深度的確定中使用遠震體波深度震相, 對深度的約束相對更準確, 從而說明本文所得的彝良MS5.7地震矩心深度也是可靠的. 本文結(jié)果與Global CMT (2012)結(jié)果相比, 整體相差較大, 可能是由于反演時所采用的數(shù)據(jù)來源和速度結(jié)構(gòu)模型不同所致, 其數(shù)據(jù)來自全球遠震波形擬合結(jié)果, 而本文數(shù)據(jù)來自近震波形擬合結(jié)果. 其它斷層面解的偏差可能是由于反演時所采用的速度和密度模型不同、 選取的臺站差異以及網(wǎng)格搜索步長不同等因素所致. 雖然各文獻采用的數(shù)據(jù)資料和方法有所不同, 但結(jié)果仍在誤差允許范圍內(nèi)保持一致, 并能相互佐證; 同時也說明CAP法對速度模型依賴程度較低, 適合在彝良地區(qū)開展震源機制解的研究工作.
本文選取的745次地震事件的震源深度主要分布在0—30 km范圍內(nèi), 重定位后震源深度向淺部偏移且分布范圍更加集中, 平均震源深度為8.32 km. 彝良兩次中強地震造成的重大傷亡和財產(chǎn)損失, 其主要原因是主震震源深度較淺, 能量釋放主要發(fā)生在上地殼;另一方面, 從地震序列來看, 這兩次地震屬于地震學中的“雙震”現(xiàn)象, 發(fā)震時刻僅隔1小時, 震中相距10 km且震級大小非常接近, 僅這兩次主震就釋放掉90%以上的能量, 且第二次地震距縣城僅5 km, 因此破壞程度非常嚴重.
表3 本文結(jié)果與不同文獻給出的震源機制解結(jié)果對比
注: 數(shù)據(jù)為同一節(jié)面的走向、 傾角和滑動角. “/”前、 后分別為彝良MS5.7和MS5.6地震的震源機制解結(jié)果.
地震震源深度是研究發(fā)震構(gòu)造和動力學特征的重要參數(shù)(張國民等, 2002), 而矩心深度表征著地震能量的釋放深度, 因此深度特征在一定程度上反映了震源區(qū)的孕震環(huán)境和對地表的破壞情況. 本文得到的彝良MS5.7地震的震源深度為9.7 km, 最佳矩心深度為7 km; 彝良MS5.6地震的震源深度為10.0 km, 最佳矩心深度為9 km. 初始破裂深度與震源矩心深度接近, 說明主震破裂過程自初始點開始沿斷層兩側(cè)擴展, 且NE側(cè)破裂長度稍長于SW側(cè), 滑動量主要集中在破裂點附近. 趙國澤等(2008)對青藏高原東邊緣及其附近區(qū)域的大地電磁測深研究發(fā)現(xiàn), 川滇地塊在15 km左右深度處存在低阻層; 李冉等(2014)在云南南部布設(shè)的孟連—羅平大地電磁測深剖面經(jīng)過該震區(qū)南側(cè), 同樣發(fā)現(xiàn)殼內(nèi)存在低阻體. 15 km以上的高阻地殼是脆性上地殼, 容易發(fā)生脆性斷裂, 是地震頻發(fā)地段; 而低阻的中下地殼由于具有一定塑性, 緩解了地殼應力的不均勻性, 從而降低了地震發(fā)生概率. 上述研究結(jié)果表明本文通過雙差定位法得到的震源深度分布集中在3—15 km是合理的.
由圖3b中沿彝良MS5.7和MS5.6地震序列震中分布長軸方向的AA′ 剖面可以看出, 余震震中基本呈NE向條帶狀叢集分布, 與石門斷裂走向一致, 延展20 km左右. 該結(jié)果與云南省地震局發(fā)布的云南彝良MS5.7和MS5.6地震烈度圖上極震區(qū)等震線呈橢圓形, 長軸走向近NE45°結(jié)果一致(周桂華等, 2013). 此外, 張璇等(2013)對中國靜止氣象衛(wèi)星亮溫變化資料研究發(fā)現(xiàn), 彝良MS5.7地震前震中區(qū)紅外熱異常沿NE向和SW向大范圍延伸, 這可能與該方向上構(gòu)造應力的集中和調(diào)整有關(guān). 從震源機制解結(jié)果來看, 彝良兩次主震有一組相近的節(jié)面, 其平均走向為243°, 平均傾角約為52°, 平均滑動角約為149°. 該節(jié)面走向與彝良兩次地震震中分布的優(yōu)勢走向比較吻合. 由此可見, 本文重定位后的震中分布結(jié)果與震源機制解結(jié)果有著較好的一致性.
從彝良MS5.7和MS5.6地震序列震中分布長軸方向的幾何特征來看, 余震沿NE方向呈條帶狀展布, 推測該地震的發(fā)震斷裂為一條NE走向斷裂. 而沿其傾向的深度剖面圖所揭示出的斷層傾向特征表明: 彝良地震震源深度分布在NW側(cè)較深, 向SE側(cè)逐漸變淺, 說明斷層傾向為NW向; 斷層上盤為NW盤, 下盤為SE盤, 結(jié)合震源機制解類型, 推測發(fā)震斷裂具有右旋走滑兼逆沖的運動學特征. 川滇交界東段昭通斷裂帶的地震危險性背景分析資料(聞學澤等, 2013)表明, 位于震區(qū)西側(cè)的昭通—魯?shù)閿嗔押驼饏^(qū)東側(cè)的石門斷裂均滿足走向NE, 傾向NW, 右旋走滑兼逆沖的特征. 由震源機制解結(jié)果可知, 斷層的平均傾角為52°, 并非特別陡峭, 所以余震震中分布與發(fā)震斷裂在空間位置上應有一定距離. 從圖3余震震中分布與地表可見斷裂的空間位置關(guān)系可知, 余震震中分布于石門斷裂西側(cè)、 昭通—魯?shù)閿嗔褨|側(cè). 若發(fā)震斷裂為昭通—魯?shù)閿嗔眩?則余震震中應分布于該斷裂西側(cè), 這與圖3中實際余震震中分布相矛盾, 因此可排除昭通—魯?shù)閿嗔褳榘l(fā)震斷裂的可能性. 考慮石門斷裂走向NE, 傾向NW, 與發(fā)震斷裂的幾何特征相符, 又具有右旋走滑兼逆沖的運動學特征; 該斷層走向與重定位后余震震中的空間分布特征一致, 與震源機制解所反映的斷層類型相吻合, 其幾何學、 運動學特征以及地震活動性等方面均滿足發(fā)震斷裂的可能性, 又能夠合理地解釋地震震中的分布情況, 故本文認為石門斷裂為此次地震的發(fā)震斷裂. 該結(jié)果與前人研究結(jié)果(徐錫偉, 于貴華, 2012; 呂堅等, 2013a)一致.
P軸、B軸和T軸反映的是地震前后震源區(qū)應力狀況的變化, 并非構(gòu)造應力場本身. 如果對同一地區(qū)大量地震的P軸和T軸方向作統(tǒng)計平均, 可獲得該地區(qū)的構(gòu)造應力方向*陳運泰, 顧浩鼎. 2007. 震源理論基礎(chǔ). 中國科學院研究生院教材: 39--42.. 由于本文中MS≥4.0地震事件偏少, 無法作統(tǒng)計平均, 但所得的P軸和T軸方位角和傾角可作為與現(xiàn)代構(gòu)造應力場比較的一個參考值. 根據(jù)現(xiàn)今中國構(gòu)造應力場資料可知, 彝良及其附近區(qū)域P軸方位約為N58°W--N35°W(許忠淮等, 1989), 主壓應力優(yōu)勢方位呈近SE--ESE向(謝富仁等, 2004; 鐘繼茂, 程萬正, 2006; Wan, 2010), 且以水平作用為主. 彝良MS5.7地震的P軸方位角為303°(N57°W), 傾角為2°; 彝良MS5.6地震的P軸方位角為106°, 傾角為18°, 與呂堅等(2013a)研究結(jié)果基本一致. 彝良MS5.6地震的P軸方位角偏大, 可能與震源區(qū)應力調(diào)整有關(guān). 總體來看, 本文求得的震源機制解P軸方位角能夠反映SE--ESE向的擠壓作用, 傾角較緩說明力的作用近水平向, 與現(xiàn)代構(gòu)造應力場作用表現(xiàn)一致. 由綜合SKS分裂快波方向(常利軍等, 2008)和GPS觀測資料(Ganetal, 2007)可知, 在青藏高原東緣地殼物質(zhì)的東向逃逸作用下, 震區(qū)西側(cè)的川滇菱形地塊向SE方向滑動, 遇到其東側(cè)穩(wěn)定的華南地塊的阻擋, 使得附近斷裂帶受到右旋走滑和逆沖作用. 在這種動力作用下, 石門斷裂附近應力不斷積累, 最終導致失穩(wěn)破裂, 觸發(fā)了此次彝良MS5.7和MS5.6地震.
中國地震局地球物理研究所“地震科學探測臺陣數(shù)據(jù)中心”為本研究提供了地震波形數(shù)據(jù); Felix Waldhauser博士提供了hypoDD定位程序以及朱露培教授提供了CAP反演程序; 審稿專家對本文提出了寶貴修改意見和建議. 作者在此一并表示感謝!
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Relocations and focal mechanism solutions characteristics of 2012 YiliangMS5.7 andMS5.6 earthquake sequence
1)SeismicObservationandGeophysicalImagingLaboratory,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100081,China2)InstituteofGeophysics,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100081,China3)EarthquakeAdministrationofSichuanProvince,Chengdu610041,China4)FirstCrustMonitoringandApplicationCenter,ChinaEarthquakeAdministration,Tianjin300180,China
Based on the recordings of 17 portable seismographs of ChinArray deployed in Yunnan-Guizhou region, the YiliangMS5.7 andMS5.6 earthquakes happened on September 7, 2012 and the aftershocks withML≥1.0 were relocated by double-difference hypocenter location algorithm (hypoDD), and then the focal mechanism solutions of earthquakes (MS≥4.0) were determined by CAP (cut and paste) method. Our results show that the YiliangMS5.7 mainshock is located at (27.509°N, 103.971°E) with initial rupture depth of 9.7 km. The best double-couple solutions for the YiliangMS5.7 earthquake have one nodal plane with strike 251°, dip 66°, rake 150°, and another plane with strike 354°, dip 63° and rake 27°. The YiliangMS5.6 mainshock is relocated at (27.563°N, 104.034°E) with initial rupture depth of 10.0 km, and the mechanism solutions of two nodal planes are 235°, 39°, 147° and 352°, 70°, 56°, respectively. The fault geometry, aftershock distribution characteristics, focal mechanism solutions and the tectonic stress field are in good consistency. Combining with the characteristic of fault kinematic, seismicity and the geological structure, we infer that YiliangMS5.7 andMS5.6 earthquakes occurred on the NE-striking Shimen fault which is the leading edge of Zhaotong fracture. The shallow focal depth of Yiliang earthquake and the energy release occurred in shallow crust are the major reasons for serious damage in the hypocentral region.
YiliangMS5.7 andMS5.6 earthquakes; double difference location method; CAP method; focal mechanism solution
10.11939/jass.2015.06.001.
國家公益性地震行業(yè)科研專項(201308011, 201008001)資助.
2015-03-10收到初稿, 2015-05-20決定采用修改稿.
e-mail: zhfding@vip.sina.com
10.11939/jass.2015.06.001
P315.3+1
A
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