2016年1月21日青海門源MS6.4地震構造應力場

李　祥，萬永革，崔華偉，高熹微，黃驥超，張珊珊

(防災科技學院，河北 三河　065201)

2016年1月21日青海門源MS6.4地震構造應力場

李祥，萬永革*，崔華偉，高熹微，黃驥超，張珊珊

(防災科技學院，河北 三河065201)

摘要：收集2016年1月21日青海門源MS6.4地震周圍震源機制解資料，應用MSATSI軟件反演了震中周圍應力場。結果顯示：區(qū)域構造應力場最大主應力軸方位由NE向順時針偏轉至NEE向，傾伏角較小，最小主應力軸方位非均勻性特征明顯，整體處于近垂直狀態(tài)；最大主應力軸方位順時針偏轉，主要受青藏塊體NE向運動產(chǎn)生的擠壓作用影響，青藏塊體北側受到穩(wěn)定的阿拉善塊體阻擋，被迫向ES方向擠出，形成以逆沖和左旋走滑為主的構造體系；地震震源機制P和T軸與其所處應力區(qū)應力方向基本一致，表明此次地震是在區(qū)域構造應力場控制下發(fā)生的。

關鍵詞：2016門源地震；青藏高原東北緣；構造應力場；MSATSI軟件

0引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心(http://www.ceic.ac.cn/)發(fā)布的消息，2016年1月21日01時13分13秒(北京時間)，青海海北州門源縣發(fā)生MS6.4級地震，震中位置為37.68°N，101.62°E，震源深度為10 km。地震的發(fā)生引起了許多研究機構的關注，中國地震局地球物理研究所迅速給出地震矩張量解、地震動預測圖和余震精定位等成果(http://www.cea-igp.ac.cn/tpxw/273572.shtml)；中國地震局地質研究所給出發(fā)震構造圖(http://news.ceic.ac.cn/CC20160121011313.html)，防災科技學院給出了地震周圍構造應力場的初步結果(http://www.cidp.edu.cn/art/2016/1/25/art_4662_71641.html)，這些結果對于理解本次地震的孕震機理研究具有重要的參考意義。

構造應力場是地球動力學研究的重要基礎資料，近年來，國內(nèi)學者使用不同的資料和方法對此進行研究，為認識構造運動、分析活動斷層危險性和解釋地震孕育機制提供了大量的應力場資料。如許忠淮[1]根據(jù)震源機制和井孔壁崩落等資料，編制了東亞地區(qū)現(xiàn)今構造應力圖；謝富仁等[2]基于震源機制、斷層滑動和應力解除等資料，總結了中國大陸現(xiàn)代構造應力場特征，將中國大陸劃分為不同的應力區(qū)；張致偉等[3]基于余震序列的震源機制解分析了汶川和蘆山余震區(qū)主壓應力和應力張量方差的空間分布特征；Wan[4]將中國大陸劃分為2°×2°網(wǎng)格，采用網(wǎng)格搜索法反演了中國大陸應力場的主應力軸方位和相對應力大小。

青海門源地震位于構造活動強烈、斷裂結構復雜的青藏高原東北緣，長期受到來自印度板塊向歐亞板塊NE向的擠壓作用。張輝等[5]根據(jù)S波分裂快波平均偏振方向分析了青藏高原東北緣應力場變化，得到該地區(qū)與青藏高原構造應力一致的結論；卜玉菲等[6]選取震源機制數(shù)據(jù)反演了甘肅及鄰區(qū)1°×1°的構造應力場，得到了該區(qū)域的最大主壓應力軸方位由NE向順時針轉至NEE向變化的規(guī)律分布。

雖然前人[2-7]研究已經(jīng)給出了此次地震周圍區(qū)域大致應力場方向，但就此次地震研究而言，地震周圍的應力場分布如何？應力場分布如何影響此次地震的孕育和今后的序列發(fā)展？本文在搜集前人所做震源機制的基礎上，求解區(qū)域更為精細的應力場空間分布，以期對地震孕震背景進行應力場方面的分析和地球動力學方面的解釋，為區(qū)域地震活動性分析提供構造應力場資料。

1地質構造與數(shù)據(jù)資料

1.1震源區(qū)地質構造背景

根據(jù)袁道陽等[8]對青藏高原東北緣進一步的構造分區(qū)，此次地震發(fā)生于阿爾金斷裂和海原—祁連斷裂之間的祁連山—河西走廊活動構造區(qū)，其南部與變形強烈的柴達木盆地相鄰，東北側受到穩(wěn)定阿拉善地塊的阻擋。自中生代末—新生代以來受到印度板塊向歐亞板塊的持續(xù)NE向推擠的遠程作用，晚第四紀以來整體構造變形十分強烈，形成以逆沖、左旋走滑為主的構造體系，以NW-NWW向的龍首山南緣斷裂、祁連山北緣斷裂和昌馬—俄博斷裂等斷裂活動為主[9-11](圖1)。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅1995年以來，就有7次MS≥5.0地震發(fā)生在祁連山—河西走廊構造帶內(nèi)，整體地震活動具有頻度高、強度大等特點。

圖1　震中周邊地質構造和地震震源機制

1.2震源機制資料

近年來隨著地震臺網(wǎng)的加密，地震觀測數(shù)量和質量都有很大的提高，這為采用震源機制解計算構造應力場提供了很好的數(shù)據(jù)支持。本文所用震源機制數(shù)據(jù)包括3部分：張輝等[7]計算了祁連山中東段震源機制結果，卜玉菲[12]研究了甘肅及鄰近地區(qū)構造應力場所用震源機制解及其后續(xù)整理的資料(表1),通過排除重復數(shù)據(jù)及人為錯誤，得到1920年12月至2015年5月統(tǒng)一格式的震源機制解148個(圖1)，大多數(shù)分布于河西走廊盆地兩側的活動斷裂及其與祁連山北緣、昌馬-俄博斷裂交匯處，阿拉善塊體和斷裂間盆地數(shù)量較少，參照世界應力圖的劃分原則[13]，走滑型、逆斷型和具有一定走滑分量的逆斷型震源機制數(shù)據(jù)占總數(shù)的80%，一定程度上反映了該區(qū)域以走滑型和逆斷型震源機制為主的構造特征。

表1　震源機制資料

2應力場計算

2.1應力場反演方法

應力場反演結果對應力場分區(qū)有著較大的依賴性，分區(qū)方法不同，得到的應力場的特征可能不同[14-15]。本文采用Hardebeck和Michael[16]的方法，使用Martínez-Garzón等[17]的MSATSI程序計算此次地震周圍的構造應力場，該方法以Michael[18]的反演方法為基礎，對可假定為均勻應力場的區(qū)域進行反演，增加了對空間(或時間)上不同方向應力場的求解。其做法是將研究區(qū)域分為多個計算單元網(wǎng)格，假定每個網(wǎng)格內(nèi)的應力均勻，相鄰網(wǎng)格點之間的應力場參數(shù)相差不大，通過在反演過程中加入阻尼對空間相鄰應力場增加平滑約束來得到應力場整體的空間分布特征。

選取合適的阻尼系數(shù)，可以更好地在反演過程中分配觀測值與理論值誤差項和模型長度項的相對權重。阻尼系數(shù)過大，則平滑約束越緊，模型長度越短，得到的誤差越大。根據(jù)MSATSI程序得到區(qū)域應力場反演的模型長度和擬合差的折中曲線(圖2)，在折中曲線拐點處取得最佳阻尼系數(shù)0.9。

圖2　擬合誤差和模型長度之間的折中曲線圖

應力場方向的不確定性是通過MSATSI程序對全部數(shù)據(jù)的抽樣估計得到的，計算中重采樣的個數(shù)默認范圍是1 000～5 000次，重采樣次數(shù)過少導致結果沒有可信度，次數(shù)過多會導致計算量大，計算時間冗長。故重采樣次數(shù)采用一個折中的次數(shù)，設定為2 000次，置信度設定為95%。

2.2結果與分析

參考前人[19]的經(jīng)驗，采用上述震源機制資料將研究區(qū)域按照0.5°×0.5°劃分成30個應力單元網(wǎng)格，進行應力場反演，得到應力場的最優(yōu)方向(圖3，表2)。

選取震源區(qū)附近震源機制解進行反演，得到最大主應力軸方位在NE和NEE向之間變化，取值范圍北偏東30.9°～78.4°；傾伏角普遍較小，在0.2°～20.2°之間變化，處于近水平的擠壓狀態(tài)(圖3中表現(xiàn)為紅色箭頭較長)。最小主應力軸方位幾乎分布于整個取值范圍，在北偏東8.3°～174.3°范圍內(nèi)變化，分布規(guī)律性較差；傾伏角一致性特征明顯，平均為77.7°(圖3中表現(xiàn)為黑色箭頭較短)，反映了該地區(qū)以逆沖為主的應力特征。

注：圖中最大主應力和最小主應力方向為三維空間矢量投影到水平面的結果，投影線段越長表明該矢量越水平，反之越垂直。圖3　震中周圍構造應力場

經(jīng)度/(°E)緯度/(°N)σ1走向/(°)傾角/(°)σ2走向/(°)傾角/(°)σ3走向/(°)傾角/(°)應力形因子99.7538.2534.513.6124.91.742.176.20.5199.7538.7545.91.6136.211.0127.778.80.7199.7539.2551.14.6137.935.0147.654.60.71100.2539.2560.44.2150.85.0110.683.40.40100.2538.2527.68.9118.13.046.480.60.37100.2538.7540.31.5130.24.4149.485.40.32100.7539.2562.512.5149.911.618.372.90.37100.7537.7536.92.0127.03.194.886.30.04100.7539.7530.91.3120.514.5125.975.40.70100.7538.2545.01.1134.86.6144.283.30.27101.2538.7543.514.4135.88.976.573.00.70101.2539.7539.80.2129.82.2135.787.80.88101.2538.2545.013.3119.448.9145.738.00.74101.2539.2542.79.2126.732.7146.455.70.85101.2537.7537.78.7126.58.0174.378.10.69101.7538.7538.63.1128.43.5170.285.30.41101.7537.7546.94.2136.56.3170.282.40.64102.2538.7547.68.6136.66.88.879.00.72102.2539.2562.013.8148.314.613.669.60.55102.2537.2534.74.0126.220.2113.969.30.19102.2537.7576.618.9172.115.7119.465.00.29102.2538.2578.48.3170.010.8131.676.30.43102.7538.7555.910.4144.67.021.277.40.57102.7537.2537.915.3135.525.7100.359.50.49102.7537.7562.514.1157.719.7119.265.40.60102.7538.2565.84.4154.615.1171.474.20.58103.2539.2564.88.1153.111.98.375.60.48103.2538.7549.020.2145.316.691.863.40.27103.2538.2555.316.8152.322.1111.261.70.51103.2537.2561.38.6153.916.6125.071.20.43

就本次地震而言，根據(jù)中國地震局地球物理研究所給出的地震震源機制解(圖3，節(jié)面Ⅰ：走向335°，傾角53°，滑動角98°；節(jié)面Ⅱ：走向141°，傾角38°，滑動角79°)得到其P軸走向為N58.8°E，傾伏角7.5°，T軸走向為N11.4°E，傾伏角79.9°；GCMT給出的震源機制解：節(jié)面Ⅰ走向343°，傾角51°，滑動角109°；節(jié)面Ⅱ走向134°，傾角43°，滑動角68°；P軸走向為N60.0°E，傾伏角4.0°，T走向為N134°E，傾伏角74.0°，與本次地震所在應力單元網(wǎng)格計算結果相比，P軸方位和傾伏角與最大主應力軸方位和傾伏角基本一致，T軸傾伏角與最小主應力軸較大的傾伏角特征一致。

3結論與討論

通過搜集門源地震周圍震源機制解資料，劃分均勻網(wǎng)格反演了該地區(qū)應力場，得到更加精細的結果，分析了研究區(qū)域整體應力場特征和震源區(qū)應力狀態(tài)，得到以下認識：

由于該區(qū)域受青藏塊體的長期NE向推擠和北側穩(wěn)定阿拉善塊體的阻擋，造成對祁連山地震帶NE-WS向的擠壓，更易形成以逆沖和左旋走滑為主的構造體系，這與研究區(qū)內(nèi)最大主應力軸方位呈NE和NEE向結果一致，表明該地區(qū)的應力場方向相對穩(wěn)定。通過分析，此次地震震源機制解P、T軸方向與應力場方向具有較好的一致性，表明其孕震過程受區(qū)域構造應力場控制。相比于前人[4,6]分區(qū)較大時的計算結果，此次反演結果更能解釋門源地震的發(fā)震機制。今后該區(qū)域地震活動仍受應力場和斷裂活動控制，震源機制解表現(xiàn)為逆斷型或左旋走滑型。

前人采用不同資料和方法[4-6]以較大的分區(qū)計算了該地區(qū)構造應力場，分析認為青藏高原東北緣最大主應力軸方位由NE向順時針向NEE向旋轉。本次研究結果與前人對應區(qū)域的研究結果具有很好的相似性，如Wan[4]和卜玉菲[6]給出的該區(qū)域平均最大主壓應力方向分別為北偏東47°和49°，與本文給出的平均結果北偏東49°接近。與前人重點分析最大主應力軸方位整體變化相比，本文研究結果更加精細，得到了區(qū)域應力場最小主應力軸傾角較大、水平擠壓、最大主壓應力方向與活動斷裂走向垂直的特征，為判斷和推測區(qū)域構造活動提供了應力場資料。

致謝：江蘇省地震局卜玉菲為本文提供了震源機制解數(shù)據(jù)，本研究圖件利用Generic Mapping Tools (GMT)[20]繪制，審稿專家給出了寶貴修改意見，在此一并致以誠摯的謝意！

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Tectonic Stress Field of 2016,MS6.4 Menyuan, Qinghai Earthquake

LI Xiang, WAN Yong-ge*, CUI Hua-wei, GAO Xi-wei, HUANG Ji-chao, ZHANG Shan-shan

(Institute of Disaster-Prevention, Sanhe 065201, China)

Abstract:There occurred a MS6.4 earthquake in Menyuan county, Qinghai province, on Jan 21, 2016. The focal mechanism solutions are collected around the epicenter. Stress field of the epicenter area is inverted by using MSATSI software. The results show that the maximum principal compressive stress axis gradually changed from NE direction in west region to NEE direction in east region with small dip angle, nearly perpendicular to the active faults with azimuth of NW and NWW direction. The direction of extensional stress axis has strong inhomogeneity, but the dip angle is consistently large in study region. The rotation of the maximum principal stress was mainly caused by the Tibetan plate moving in NE direction, blocked by the hard Alashan block in the north, and forced to extrude in SE direction , which forming a left lateral strike slip and thrust regime. The P and T axes of the focal mechanism of this earthquake are more consistent with the directions of compression and tension stress axes respectively, which indicates that the earthquake occurred in the thrust and left-lateral strike slip tectonic setting of the northeastern margin of the Tibetan plateau.

Key words:the 2016 Menyuan earthquake; northeastern margin of the Tibetan plateau; tectonic stress field; MSATSI software

收稿日期:2016-02-13

基金項目：中央高校基本科研業(yè)務費研究生科技創(chuàng)新基金資助(ZY20150319)；河北省地震科技星火計劃(DZ20140101002，DZ20150428102)

作者簡介：李祥(1990—)，男，河南省滎陽人，碩士研究生，主要研究方向為構造應力場．E-mail： xiang_li1990@163.com *通訊作者：萬永革(1967—)，男，研究員，主要從事地震學與地球動力學，構造應力場等方面研究工作. E-mail: wanyg217217@vip.sina.com.cn.

中圖分類號:P315.2

文獻標志碼:A

文章編號:1003-1375(2016)02-0036-06

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2016.02.007

李祥，萬永革，崔華偉，等．2016年1月21日青海門源MS6.4地震構造應力場[J]．華北地震科學，2016，34(2)：36-41.