2012年新源—和靜MS6.6地震視應(yīng)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(qū)地震局

2）中國新疆維吾爾自治區(qū)833400溫泉地震臺

2012年新源—和靜MS6.6地震視應(yīng)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(qū)地震局

2）中國新疆維吾爾自治區(qū)833400溫泉地震臺

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

新源—和靜MS6.6地震；震源參數(shù)；視應(yīng)力

0 引言

2012年6月30日5時07分新疆新源—和靜交界發(fā)生MS6.6地震，震中位于（43.4°N，84.8°E），震源深度7 km（據(jù)新疆地震臺網(wǎng)）。此次地震發(fā)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(qū)，震區(qū)構(gòu)造環(huán)境較為復(fù)雜。新構(gòu)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?jǐn)嗔阎匦聫?fù)活，形成多個山間斷裂盆地。據(jù)考察，震區(qū)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(qū)，多組不同構(gòu)造在此交匯?？κ埠訑嗔殉蔔WW右旋走滑斷裂，在中國境內(nèi)長達340 km，西部延伸至哈薩克斯坦境內(nèi)，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(nèi)，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(xù)斜列展布。

關(guān)于新源—和靜MS6.6地震，不同學(xué)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(fā)震構(gòu)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(qū)；震源斷錯性質(zhì)為走滑型，震前震源區(qū)周圍存在明顯的空區(qū)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(qū)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(qū)，震區(qū)周圍波速比在發(fā)震后恢復(fù)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(jié)面Ⅰ為發(fā)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(zhì)和主壓應(yīng)力方向及序列P軸優(yōu)勢方位與震源區(qū)周圍構(gòu)造應(yīng)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(lián)合反演；使用hypo DD方法對余震序列重新定位，推斷節(jié)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(qū)南北向擠壓導(dǎo)致NWW右旋逆沖走滑喀什河斷裂發(fā)生錯動而引起的。這些研究結(jié)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(yīng)力作為一個地震震源參數(shù)，在地殼應(yīng)力場動態(tài)變化監(jiān)視和地震預(yù)測研究中的應(yīng)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(yīng)力研究發(fā)現(xiàn)，視應(yīng)力具有地震前表現(xiàn)為低值，主震前逐漸上升，震后視應(yīng)力恢復(fù)的動態(tài)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(yīng)力研究發(fā)現(xiàn)，視應(yīng)力有一定差異，可能與震源深度和發(fā)震構(gòu)造差異有關(guān)。目前，地震視應(yīng)力研究較為廣泛，對一個地區(qū)引起地震滑動的視應(yīng)力水平進行區(qū)域平均，可作為當(dāng)?shù)亟^對應(yīng)力水平的一個間接估計（萬永革等，2008）；對中強地震序列視應(yīng)力特征研究，可為震后震情趨勢判定提供參考，對區(qū)域視應(yīng)力研究可用于斷裂帶應(yīng)力狀態(tài)分析。本文在以上研究基礎(chǔ)上，嘗試探討新源—和靜MS6.6地震震源區(qū)應(yīng)力狀況，分析地震前后中小地震的震源參數(shù)特征及視應(yīng)力變化特點，為該區(qū)今后地震監(jiān)測預(yù)報探究提供參考。

1 計算方法

地震視應(yīng)力定義（Wyss M，1968）為

式中，μ為震源區(qū)介質(zhì)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(tǒng)地震學(xué)中，ES和M0基于震級通過經(jīng)驗公式推算得到，隨著數(shù)字化地震資料的出現(xiàn)，結(jié)果更為客觀。近震源情況下，根據(jù)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(jù)上述方法，選用數(shù)字地震波形資料，計算新源地震前中小地震震源參數(shù)及視應(yīng)力，進而分析新源—和靜地震前后視應(yīng)力變化特征。

2 震源參數(shù)計算

2.1 數(shù)據(jù)篩選

選取S波1.0—20 Hz頻帶內(nèi)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(qū)中小地震的震源參數(shù)和地震視應(yīng)力。選取離震源150 km范圍內(nèi)具有高性噪比的寬頻帶數(shù)字化地震波形，要求至少被5個臺站記錄到，臺站參數(shù)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(shù)和視應(yīng)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(jié)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(jié)果的影響。在SWAS計算過程中，控制參數(shù)參考唐蘭蘭（2011）對天山中東段地區(qū)的非彈性衰減、場地響應(yīng)的結(jié)果，即Q(f)=460.7f0.515。

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

2.2 震源參數(shù)結(jié)果

利用數(shù)字地震波形數(shù)據(jù)，計算各地震震源參數(shù)，結(jié)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(yīng)力降介于8.90×104—9.19×106MPa。各震源參數(shù)與研究范圍內(nèi)的地震震級表現(xiàn)出一定對數(shù)線性關(guān)系或線性關(guān)系，見圖1，可得出地震矩對數(shù)與MS震級的關(guān)系式為： lgM0=0.39MS+ 11.11，拐角頻率與MS震級的關(guān)系式為：f0=-0.97MS+ 7.04；震源破裂半徑與MS震級的關(guān)系為：R=100.06MS+ 38.58；矩震級與MS震級的關(guān)系為：MW=0.57MS+ 1.36。即地震矩對數(shù)、震源破裂半徑、矩震級與面波震級呈一定正相關(guān)，拐角頻率與矩震級呈負(fù)相關(guān)。

圖1 震源參數(shù)與震級關(guān)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(yīng)力分析

3.1 地震視應(yīng)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(qū)震前視應(yīng)力，變化曲線見圖2，可見視應(yīng)力數(shù)值范圍為0.134—3.75 MPa。由圖2可見，地震視應(yīng)力具有比較明顯的“高值——回落——高值發(fā)震——震后低值”的變化特點，與易桂喜（2011）、李赫（2010）等的研究結(jié)果基本一致。本研究結(jié)果表明，視應(yīng)力在新源—和靜地震前持續(xù)保持在高水平范圍，與震源區(qū)震前處于高應(yīng)力狀態(tài)的理論推斷基本一致。新源—和靜MS6.6地震后，余震眾多，當(dāng)天發(fā)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(tǒng)計新源—和靜地震序列的視應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)除2次4級余震外，視應(yīng)力保持在低值水平，震后平均視應(yīng)力為0.253 MPa，震前震源區(qū)平均視應(yīng)力為0.721 MPa，可見震后視應(yīng)力明顯偏低。此次地震震源區(qū)無5級以上強余震，與震后震源區(qū)保持低應(yīng)力水平相符。

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

3.2 視應(yīng)力與震級關(guān)系

利用計算的新源—和靜MS6.6地震視應(yīng)力，繪制MS震級與視應(yīng)力關(guān)系圖，見圖3，可以看出，震級與視應(yīng)力表現(xiàn)出一定正相關(guān)關(guān)系，隨著震級增大，視應(yīng)力有增大趨勢，與大多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)果一致。兩者正相關(guān)關(guān)系對地震視應(yīng)力結(jié)果的變化分析有一定影響，但此相關(guān)性并不絕對，為了弱化相關(guān)性對視應(yīng)力的影響，在分析視應(yīng)力時，利用視應(yīng)力值和震級的相對大小來說明視應(yīng)力水平的高低。即針對震級相當(dāng)?shù)牡卣饘Ρ纫晳?yīng)力，視應(yīng)力值高的應(yīng)力水平高；對于視應(yīng)力值相當(dāng)?shù)牡卣?，則震級低的應(yīng)力水平高。由圖2標(biāo)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(yīng)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(yīng)力值明顯偏高，說明震前震源區(qū)應(yīng)力水平處在較高背景下。新源—和靜地震后視應(yīng)力值偏低，也說明此地震的發(fā)生對震源區(qū)能量有較完整的釋放，無5級余震發(fā)生在一定程度上印證了此論點。

圖3 視應(yīng)力與震級關(guān)系Fig.3 Relation of apparent stress and magnitude

4 結(jié)論

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

本研究使用朱新運博士提供的SWAS程序做震源參數(shù)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(jiān)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