2014年于田MS7.3地震對后續(xù)余震和遠(yuǎn)場小震活動的動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)

王瓊， 解朝娣， 冀戰(zhàn)波， 劉建明

1 新疆維吾爾自治區(qū)地震局， 烏魯木齊　830011 2 云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院， 昆明　650091 3 中國地震局地球物理研究所， 北京　100081

2014年于田MS7.3地震對后續(xù)余震和遠(yuǎn)場小震活動的動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)

王瓊1， 解朝娣2， 冀戰(zhàn)波3， 劉建明1

1 新疆維吾爾自治區(qū)地震局， 烏魯木齊830011 2 云南大學(xué)資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院， 昆明650091 3 中國地震局地球物理研究所， 北京100081

摘要本文采用離散波數(shù)法，計算了2014年于田MS7.3地震的斷層破裂在近場和遠(yuǎn)場產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化，并結(jié)合地震活動特征，討論了MS7.3地震對后續(xù)余震活動和遠(yuǎn)場區(qū)域小震活動的動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)作用.結(jié)果表明， ① MS7.3地震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化對其西南側(cè)主體余震區(qū)的地震活動起到了抑制作用，這可能是本次MS7.3地震序列余震活動水平不高的主要原因；距主震約30 km的北東方向余震區(qū)后續(xù)地震活動受到了主震產(chǎn)生的動態(tài)和靜態(tài)應(yīng)力變化的共同觸發(fā)作用，動態(tài)應(yīng)力變化峰值為2.78 MPa，靜態(tài)應(yīng)力變化為0.80 MPa，這與該區(qū)余震較為活躍相一致；距主震約45 km的北部余震區(qū)受到動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)作用，應(yīng)力變化峰值為0.72 MPa. ② MS7.3地震產(chǎn)生的動態(tài)庫侖應(yīng)力變化空間分布呈非對稱性，其中北東方向、北部余震分布與動態(tài)應(yīng)力變化正值區(qū)存在相關(guān)性，從應(yīng)力變化的角度解釋了MS7.3地震的后續(xù)余震空間活動特征. ③ MS7.3地震在沙雅、伽師地區(qū)的遠(yuǎn)場接收點產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化峰值分別為0.09 MPa、0.1 MPa，對兩個區(qū)域的小震活動具有動態(tài)觸發(fā)作用.

關(guān)鍵詞2014年于田MS7.3地震； 庫侖破裂應(yīng)力變化； 動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)； 區(qū)域地震活動

1引言

強(qiáng)震震源斷裂錯動所造成的應(yīng)力場變化往往導(dǎo)致區(qū)域地震活動性的變化(King et al.,1994；Stein et al.，1997；Harris，1998；Brodsky et al.，2000；張彬等，2008；Lei et al.，2011; Sarkarinejad and Ansari,2014).這類影響被稱為應(yīng)力觸發(fā)，地震應(yīng)力觸發(fā)包括靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)和動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)(Kilb et al.,2002；萬永革等，2002).靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)主要研究的是地震斷層位錯在附近產(chǎn)生的靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化對后續(xù)地震的影響，而動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)則主要指大地震快速破裂錯動所激發(fā)的地震波傳播到某些處于臨界狀態(tài)的高應(yīng)力區(qū)而引起的地震事件.目前國內(nèi)外關(guān)于靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的研究較多(Papadimitriou et al.，2001；萬永革等，2003；Toda et al.，2008；Wang et al.,2009；繆淼和朱守彪，2013；盛書中等,2015；李玉江等，2015)，主要研究方向為大地震對后續(xù)余震的應(yīng)力觸發(fā)及對余震空間分布的解釋.20世紀(jì)90年代初以來，國內(nèi)外一些學(xué)者開展了一系列關(guān)于動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)地震的相關(guān)研究(Hill et al.,1993； Cotton and Coutant,1997；Gomberg et al.,1997；Kilb et al.，2000； Husen et al.，2004； Parsons，2005；吳小平等，2007；虎雄林等，2008；解朝娣等，2009；Durand et al.，2013；Morton and Bilek，2014).上述工作的研究結(jié)果表明，由于動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化峰值具有非對稱性而能更好地解釋震后地震活動的變化；也由于地震波通過某區(qū)域產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化大大超過靜態(tài)應(yīng)力變化，因而能夠在一定程度上合理地解釋發(fā)生在傳統(tǒng)定義的余震區(qū)之外的小震活動和遠(yuǎn)程區(qū)域的中小地震活動.因此，開展大地震對后續(xù)地震的動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)研究受到廣泛關(guān)注.

2014年2月12日17時19分在新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū)于田縣發(fā)生MS7.3地震，震中位置為北緯36.05°，東經(jīng)82.53°，震源深度11.0 km(圖1). 距本次MS7.3地震約110 km曾發(fā)生過2008年3月21日于田MS7.3地震，2008年MS7.3地震序列中包含10次5級強(qiáng)余震；而2014年MS7.3地震后震區(qū)僅發(fā)生2次5級強(qiáng)余震，遠(yuǎn)低于2008年于田MS7.3地震余震活動水平(圖1).2014年MS7.3地震的余震主要集中分布在其西南40 km范圍內(nèi)，此外在其北東方向約30 km、正北方向的45 km之外區(qū)域也存在2個余震集中活動區(qū)(圖1).另外，2014年MS7.3地震后距其大約600 km的沙雅、阿圖什和伽師地區(qū)出現(xiàn)了小震日頻度顯著升高現(xiàn)象.本研究通過計算于田MS7.3地震斷層破裂產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化，定量研究了MS7.3地震對近場余震活動和遠(yuǎn)場區(qū)域小地震活動的動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)作用，并探討MS7.3地震的余震區(qū)活動特征和MS7.3地震后遠(yuǎn)場區(qū)小震集中活動的可能成因.

2原理和方法

首先采用離散波數(shù)法(Bouchon and Aki，1997；Bouchon，1981)計算于田MS7.3地震的震源破裂擴(kuò)展在近場和遠(yuǎn)場產(chǎn)生的位移波場，進(jìn)而求得應(yīng)力波場，最后計算出動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化.計算步驟如下：

(1) 根據(jù)分離波數(shù)法相關(guān)理論，將震源斷層面離散成一系列小單元面，每個小單元面上的位錯產(chǎn)生的位移場簡化為小單元面處雙力偶點源所產(chǎn)生的位移場(吳小平等，2007).

(2) 應(yīng)用離散波數(shù)法合成位移理論地震圖計算程序(Bouchon，2003)，計算主震破裂在某深度介質(zhì)平面上各接收點處產(chǎn)生的地震波位移.

(3) 應(yīng)用差分原理由位移計算出應(yīng)變分量，再采用虎克定律由應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)力，得到主震地震波在各接收點處產(chǎn)生的應(yīng)力分量Δσij(x,t).

圖1　2008年3月21日于田MS7.3和2014年2月12日于田MS7.3地震及其MS≥2.0余震震中分布Fig.1　The epicenter distribution of MS7.3 Yutian earthquake on Mar.21,2008, and MS7.3 Yutian earthquake on Feb.12,2014 and the MS≥2.0 aftershocks

在此基礎(chǔ)上，假設(shè)投影斷層面的法向單位矢量為n(n1,n2,n3)和滑動方向單位矢量為s(s1,s2,s3)，由柯西公式可得投影斷層面上的動態(tài)應(yīng)力變化矢量：

(1)

設(shè)斷層面的走向為γ，傾角δ和滑動λ，斷層面在震源直角坐標(biāo)系中的法向單位矢量n(n1,n2,n3)和滑動方向單位矢量s(s1,s2,s3)可通過以下關(guān)系進(jìn)行投影得到：

(2)

(3)

將應(yīng)力矢量分別投影到斷層面的法線方向和滑動方向上，得到正應(yīng)力變化Δσ(x,t):

(4)

和切應(yīng)力變化Δτ(x,t):

(5)

則動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化為(Kilbetal.,2002)

(6)

μ′為視摩擦系數(shù).

離散波數(shù)法(DWN法)可以計算全波場，即通過計算震源斷層在任一接收點處產(chǎn)生的地震波位移，繼而求得應(yīng)變、應(yīng)力,最后獲取接收點處產(chǎn)生的完整的庫侖破裂應(yīng)力的時空演化全程，包含起伏震蕩的動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化和基本穩(wěn)定的靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化(Bouchon，2003).本文采用DWN法，計算了2014年于田MS7.3地震破裂擴(kuò)展在近場區(qū)產(chǎn)生的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化以及遠(yuǎn)場接收點產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化量.

3研究區(qū)域和模型參數(shù)

選取35.3°N—36.5°N，81.78°E—83.28°E作為近場研究區(qū)域，以0.12°×0.15°為步長劃分研究區(qū)域，共獲得121個接收點(即場點).根據(jù)張勇等(2014)和周云等(2015)得到的于田MS7.3地震破裂過程的反演結(jié)果，假設(shè)震源為一個以有限速度擴(kuò)展的雙側(cè)破裂走滑斷層,斷層上沿埋深0.5km,下沿埋深35.0km，視摩擦系數(shù)μ′取為0.5.將震源斷層分解成10×5個小單元面，即相當(dāng)于50個位錯點源，滑動振幅取張勇等(2014)和周云等(2015)結(jié)果的平均值2.0m.層厚3～35km的速度結(jié)構(gòu)模型參數(shù)參考了張廣偉(2014)關(guān)于2014年于田7.3級地震震區(qū)附近的一維速度模型結(jié)果，層厚150 km的參數(shù)參考了冀戰(zhàn)波(2014)的研究結(jié)果和crust2.0模型.具體參數(shù)見表1.

表1　速度結(jié)構(gòu)模型參數(shù)

表3　于田MS7.3地震震源模型及參數(shù)

表2　于田MS7.3地震震源參數(shù)

表2列出了于田MS7.3地震的震源參數(shù)．于田MS7.3地震震源位置采用新疆地震局雙差定位結(jié)果，震源機(jī)制解選擇GCMT節(jié)面I結(jié)果. 表3列出了計算所需的震源模型及參數(shù)，根據(jù)張勇等(2014)和周云等(2015)關(guān)于MS7.3地震的震源斷層幾何特征和滑動分布結(jié)果，斷層長度為80 km，斷層寬度35 km；破裂模式為雙側(cè)破裂，北東向傳播約40 km，南西向約40 km，破裂速度2.8 km·s-1，破裂持續(xù)時間約25 s.

按照Heaton(1990)的方法，上升時間約為破裂持續(xù)時間的1/10，由主震的破裂持續(xù)時間25 s，可得上升時間為2.5 s.

4結(jié)果分析

4.1于田MS7.3地震序列特征

2014年2月12日于田MS7.3地震后至9月30日，共計發(fā)生335次MS≥2.0余震，其中4級地震27次，5級地震2次.雙差定位結(jié)果的空間分布顯示，余震主要分布在主震西南40 km范圍內(nèi).此外，在主震北東方向約30 km、正北方向約45 km之外也存在2個小震集中活動區(qū)域(圖1).西南主體余震區(qū)強(qiáng)度不高，共發(fā)生4級以上余震21次，其中5級地震2次，最大余震為3月22日MS5.1地震；北東余震區(qū)發(fā)生16次3級以上余震，其中4級余震6次，最大地震為2月12日MS4.7；北區(qū)以2級以下余震活動為主，僅發(fā)生3次3級以上地震，最大地震9月6日MS4.3余震.而在本次MS7.3地震西南約110 km處，2008年3月21日曾發(fā)生2008年于田MS7.3地震，據(jù)新疆區(qū)域臺網(wǎng)測定，2008年3月21日—10月31日期間共記錄到834次MS≥2.0余震事件，其中4級地震49次，5級地震10次.與2008年于田MS7.3地震序列相比，本次MS7.3地震序列中等以上余震活動水平明顯偏低.

選取圖1插圖中示意的西南主體余震區(qū)作為研究區(qū)，采用G-R關(guān)系分析2014年2月12日至9月30日余震序列的震級結(jié)構(gòu).最小二乘擬合結(jié)果顯示，在MS2.3～4.8震級段，G-R關(guān)系線性較好，線性擬合的誤差為0.04；在高震級段震級-頻度關(guān)系明顯偏低，顯示4.9～6.4級地震缺失(圖2).

4.2近場動態(tài)應(yīng)力變化對后續(xù)余震活動的影響

圖3給出2014年于田MS7.3地震在余震平均分布深度10 km處的平面上產(chǎn)生的不同時刻的近場動態(tài)和穩(wěn)態(tài)(靜態(tài))庫侖破裂應(yīng)力變化的空間演化圖像.地震破裂開始之后的前40 s，動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化的空間分布圖像演化較快，正區(qū)主要分布在MS7.3地震的北部和兩側(cè)，并逐漸擴(kuò)大；50 s之后動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化的空間分布圖像基本穩(wěn)定，表明該時段已基本進(jìn)入靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化階段，此后正區(qū)主要分布在主震的兩側(cè).

圖2　2014年于田MS7.3地震西南余震區(qū)序列累積頻度-震級分布圖Fig.2　Diagram for the cumulative frequency and magnitude of the 2014 MS7.3 Yutian earthquake sequence in the southwestern part of aftershock zone

圖3　2014年于田MS7.3地震在不同時刻產(chǎn)生的近場庫侖破裂應(yīng)力變化和MS≥2.0余震的空間分布Fig.3　Map for the spatial distribution of Coulomb failure stress change in the near field at the different time point induced by 2014 MS7.3 Yutian earthquake and MS≥2.0 aftershocks

在動態(tài)和靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化的整個階段，西南余震區(qū)MS≥2.0余震多數(shù)分布在庫侖破裂應(yīng)力變化的負(fù)值區(qū)，僅少量分布在正區(qū)及其邊緣，表明MS7.3主震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力不利于該區(qū)后續(xù)余震活動.余震的活動受控于震區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，主震在其西南主破裂區(qū)產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力為負(fù)值，可能是本次地震序列明顯缺少MS4.9～6.4范圍的中強(qiáng)余震和余震頻次偏低的原因.

主震北東方向約30 km的余震區(qū)在15.69 s之后一直處于動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化的正區(qū)，直至進(jìn)入靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力階段，表明主震產(chǎn)生的動態(tài)和靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化對該區(qū)余震均有觸發(fā)作用；正北方向約45 km之外余震區(qū)在20.39 s至25.88 s處于動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化的正區(qū)，之后演變?yōu)樨?fù)區(qū)，表明主震產(chǎn)生的動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化有利于該區(qū)余震活動，但靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化對該區(qū)余震活動沒有促進(jìn)作用.

張勇等(2014)、周云等(2015)關(guān)于本次于田MS7.3地震的破裂過程結(jié)果顯示，MS7.3地震整個破裂持續(xù)了20～25 s，能量主要在前15 s內(nèi)釋放，破裂在斷層面上的分布比較集中，優(yōu)勢破裂方向為主震北東方向. 圖3顯示，15.69 s開始主震北部、北東方向出現(xiàn)動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化正值區(qū)；29.02 s后北部余震區(qū)動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化演變?yōu)樨?fù)值區(qū)，北東方向余震區(qū)一直處于動態(tài)和靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化的正值區(qū).MS7.3地震破裂過程結(jié)果與其在不同時刻產(chǎn)生的完全庫侖破裂應(yīng)力變化結(jié)果較為一致.

為了定量分析MS7.3地震對近場余震區(qū)的應(yīng)力觸發(fā)作用，又分別計算了主震北東方向和北部余震區(qū)接收點的動態(tài)庫侖應(yīng)力變化量，其中主震北東余震區(qū)選取2014年2月12日MS4.7余震震中位置(36.10°N,82.99°E)作為接收點，主震北部余震區(qū)選取2014年9月6日MS4.3余震震中位置(36.50°N,82.51°E)作為接收點，接收斷層參數(shù)參考2次余震的震源機(jī)制解.

MS7.3地震在北東方向余震區(qū)接收點處產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化于7.06 s開始變化，在15.69 s達(dá)到峰值2.78 MPa，44.71 s后趨于穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)值為0.80 MPa(圖4a).該接收點距MS7.3地震震中約為42 km, 接收點處的動態(tài)庫侖應(yīng)力變化峰值遠(yuǎn)高于動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的閾值0.1 MPa，穩(wěn)態(tài)值也高于靜態(tài)庫倫破裂應(yīng)力的閾值0.01 MPa，表明MS7.3地震產(chǎn)生的動態(tài)和靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化均對該余震區(qū)地震活動具有觸發(fā)作用.

MS7.3地震在其北部余震區(qū)產(chǎn)生的動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化時程圖顯示，動態(tài)庫侖應(yīng)力變化于10.20 s開始變化，在25.88 s達(dá)到峰值0.72 MPa， 42.35 s后趨于穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)值為-0.08 MPa(圖4b). 該接收點距MS7.3地震震中約為50 km, 接收點處的動態(tài)應(yīng)力變化峰值高于動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的閾值，表明MS7.3地震產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化可能對該余震區(qū)地震活動具有動態(tài)觸發(fā)作用.但該接收點處的穩(wěn)態(tài)值為負(fù)值，顯示MS7.3地震產(chǎn)生的靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化對該區(qū)地震活動沒有促進(jìn)作用.動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力持續(xù)時間雖短，但其強(qiáng)度遠(yuǎn)大于靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力,且對于快速的動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力震蕩，正的動態(tài)庫侖應(yīng)力變化比負(fù)值的同樣大小的應(yīng)力改變對斷層的力學(xué)作用要大得多(Kilb et al.,2000).因此，綜合考慮動態(tài)和靜態(tài)應(yīng)力作用認(rèn)為，動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)在該區(qū)可能起主導(dǎo)作用.

4.3遠(yuǎn)場小震活動的動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)

2014年于田MS7.3地震后3個月內(nèi)(圖5中紅色圈)，新疆沙雅(圖5中1區(qū))、阿圖什(圖5中2區(qū))和伽師地區(qū)(圖5中3區(qū))出現(xiàn)小震密集活動. 基于G-R關(guān)系，上述三個區(qū)域的最小完備震級分別為MS1.4、MS1.0和MS1.0.

圖4　MS7.3地震余震區(qū)接收點處產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化時程圖(a) 主震北東側(cè)余震區(qū); (b) 主震北部余震區(qū).Fig.4　Evolution of Coulomb failure stress at the receiver points of the aftershock zone of MS7.3 earthquake(a) The aftershock zone in the northeast of mainshock； (b) The aftershock zone in the north of mainshock.

圖5　2014年2月12日于田MS7.3地震前后3個月(2013年11月12日至2014年5月11日)塔里木盆地北緣MS≥0地震震中分布Fig.5　Map for the epicenter distribution of MS≥0 earthquakes in the northern edge of Tarim basin three months before and after the MS7.3 earthquake on Feb.12, 2014

2014年2月12日于田MS7.3地震后，沙雅地區(qū)MS≥1.4小震累積日頻度顯著升高(圖6)：2月12日開始該區(qū)MS≥1.4小震日頻度逐步升高，2月17日日頻度達(dá)14次，MS7.3地震后至2014年底，1.4級以上地震平均日頻度為0.30次/日，高于2010年以來平均日頻度0.16次/日.阿圖什地區(qū)2月12日至12月31日，MS≥2.8地震日頻度為0.06次/日，高于2010年以來該區(qū)平均日頻度0.02次/日，其中2—5月該區(qū)連續(xù)發(fā)生13次MS≥2.8地震，出現(xiàn)顯著增強(qiáng)活動(圖8)，平均日頻度達(dá)0.12次.伽師地區(qū)2月12日至12月31日，MS≥2.1地震日頻度為0.04次/日，高于2010年以來該區(qū)平均日頻度0.02次/日，其中2—4月出現(xiàn)顯著增強(qiáng)活動(圖10)，連續(xù)發(fā)生11次MS≥2.1地震，平均日頻度達(dá)0.18次，遠(yuǎn)超過其背景地震活動水平.

通過計算MS7.3地震在沙雅、阿圖什和伽師地區(qū)產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化，定量分析MS7.3地震對這3個地區(qū)小震活動的觸發(fā)作用.

選取沙雅地區(qū)(40.4°N—41.4°N，83.0°E—84.6°E(1.0°×1.6°))、阿圖什地區(qū)(39.9°N—40.9°N，76.5°E—77.8°E(1.0°×1.3°))和伽師地區(qū)(39.2°N—39.8°N，76.7°E—77.6°E(0.6°×0.9°))作為研究區(qū)，分別以0.10°×0.16°、0.1°×0.13°和0.06°×0.09°為步長劃分各研究區(qū)域，獲得每個研究區(qū)的121個場點，由此計算于田MS7.3地震在各區(qū)接收點產(chǎn)生的動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化值.

MS7.3地震在沙雅地區(qū)的接收點處產(chǎn)生的動態(tài)庫侖應(yīng)力變化時程圖顯示(圖7)，動態(tài)應(yīng)力變化在接收點于85 s開始變化，在181 s達(dá)到峰值0.09 MPa，235 s后趨于穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)值為0.003 MPa. 該區(qū)接收點距MS7.3地震震中約為590 km，動態(tài)應(yīng)力變化峰值比穩(wěn)態(tài)值大近2個數(shù)量級，接近動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的閾值，表明MS7.3地震產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化對該區(qū)地震活動具有一定觸發(fā)作用；在阿圖什地區(qū)接收點，動態(tài)庫侖應(yīng)力變化于158 s開始，在209 s達(dá)到峰值0.06 MPa，263 s后趨于穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)值為0.007 MPa(圖9). 該區(qū)接收點距MS7.3地震震中約為670 km，動態(tài)應(yīng)力變化峰值比穩(wěn)態(tài)值大1個數(shù)量級，略低于動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的閾值，表明MS7.3地震可能對阿圖什地區(qū)地震活動觸發(fā)作用不顯著；在伽師地區(qū)接收點，動態(tài)庫侖應(yīng)力變化于106 s開始，在193 s達(dá)到峰值0.11 MPa，于244 s趨于穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)值為0.002 MPa(圖11).該區(qū)接收點距MS7.3地震震中約為610 km，動態(tài)庫侖應(yīng)力變化峰值比穩(wěn)態(tài)值大2個數(shù)量級，達(dá)到動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的閾值，表明MS7.3地震產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化對伽師地區(qū)地震活動具有較為明顯的觸發(fā)作用.

5討論與結(jié)論

基于離散波數(shù)法，本文計算了MS7.3地震斷層破裂在近場和遠(yuǎn)場產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化，討論了MS7.3地震對近場余震活動和遠(yuǎn)場區(qū)域小地震活動的動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)作用，研究了于田MS7.3地震的近場和遠(yuǎn)場動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)問題.得到如下認(rèn)識：

(1) 于田7.3地震在不同時刻產(chǎn)生的近場庫侖破裂應(yīng)力變化的空間分布顯示，在動態(tài)和靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力階段，于田MS7.3地震的西南余震區(qū)MS≥2.0余震多數(shù)分布在庫侖破裂應(yīng)力變化的負(fù)值區(qū)，僅少量分布在正區(qū)及其邊緣，表明MS7.3主震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力對該區(qū)后續(xù)余震活動具有一定抑制作用.MS7.3地震序列震級結(jié)構(gòu)分析表明，該序列明顯缺少MS4.9～6.4范圍的中強(qiáng)余震、且余震頻次較以往同等大小的地震序列偏低，可能與主震在其西南側(cè)余震區(qū)產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力為負(fù)值有關(guān).

圖6　于田MS7.3地震前后沙雅地區(qū)MS≥1.4小震累積頻度曲線Fig.6　Curve for cumulative frequency of MS≥1.4 Earthquake in the Shaya area before and after the MS7.3 Yutian earthquake

圖7　于田MS7.3地震在沙雅地區(qū)接收點處產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化時程圖Fig.7　Evolution of Coulomb failure stress at the receiver points of the Shaya area by MS7.3 Yutian earthquake

圖8　于田MS7.3地震前后阿圖什地區(qū)MS≥2.8地震累積頻度曲線Fig.8　Curve for cumulative frequency of MS≥2.8 Earthquake in the Artux area before and after the MS7.3 Yutian earthquake

圖9　于田MS7.3地震在阿圖什地區(qū)接收點處產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化時程圖Fig.9　Evolution of Coulomb failure stress at the receiver points of the Artux area by MS7.3 Yutian earthquake

圖10　于田MS7.3地震前后伽師地區(qū)MS≥2.1地震累積頻度曲線Fig.10　Curve for cumulative frequency of MS≥2.1 Earthquake in the Jiashi area before and after the MS7.3 Yutian earthquake

圖11　于田MS7.3地震在伽師地區(qū)接收點處產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化時程圖Fig.11　Evolution of Coulomb failure stress at the receiver points of the Jiashi area by MS7.3 Yutian earthquake

(2) 距主震約30 km的北東方向余震區(qū)受到主震產(chǎn)生的動態(tài)和靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化的共同觸發(fā)作用.該余震區(qū)自15.69 s一直處于動態(tài)和靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化的正值區(qū)，在該區(qū)接收點產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化在15.69 s達(dá)到峰值2.78 MPa，于44.71 s后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)值為0.80 MPa. 該接收點處的動態(tài)庫侖應(yīng)力變化峰值和穩(wěn)態(tài)值均高于動態(tài)、靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)閾值，表明MS7.3地震產(chǎn)生的動態(tài)和靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化均對該余震區(qū)地震活動具有較明顯的觸發(fā)作用，這與該區(qū)余震較為活躍相一致.

主震產(chǎn)生的動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化有利于其正北方向約45 km之外的余震活動，但靜態(tài)應(yīng)力變化不利于該區(qū)余震活動. 主震北部余震區(qū)自15.69 s開始出現(xiàn)動態(tài)庫侖應(yīng)力變化正值區(qū)，29.02 s后該區(qū)動態(tài)應(yīng)力變化演變?yōu)樨?fù)值.選取的接收點的動態(tài)應(yīng)力變化在25.88 s達(dá)到峰值0.72 MPa，42.35 s后趨于穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)值為-0.08 MPa.在近場動態(tài)應(yīng)力和靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)都很重要(Cotton and Coutant,1997)，動態(tài)應(yīng)力變化可能誘發(fā)主震斷層以外的斷層活動，這可能是該區(qū)出現(xiàn)余震活動的主要原因；靜態(tài)應(yīng)力變化對該區(qū)的余震活動具有一定阻礙作用，這可能是該區(qū)余震活動水平不高的原因.綜合分析認(rèn)為，該區(qū)余震活動受到動態(tài)和靜態(tài)應(yīng)力變化的共同作用，由于動態(tài)應(yīng)力變化峰值比靜態(tài)變化值高一個數(shù)量級，故在該區(qū)動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)可能起著主導(dǎo)作用.

7.3級主震在其北東方向和北部余震區(qū)產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化在15 s和25 s左右出現(xiàn)峰值，且北東方向余震區(qū)在15.69 s后的動態(tài)和靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化均為正值，該結(jié)果與張勇等(2014)、周云等(2015)得到的于田MS7.3地震震源破裂特征研究結(jié)果較為一致.

(3) 周云等(2015)關(guān)于2014年于田MS7.3地震的研究結(jié)果顯示，MS7.3地震產(chǎn)生的靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力空間分布呈現(xiàn)花瓣狀的對稱性，其中北部余震處于靜態(tài)應(yīng)力變化正區(qū)，北東余震區(qū)的靜態(tài)應(yīng)力變化為負(fù)值，余震空間分布與靜態(tài)應(yīng)力變化正區(qū)的相關(guān)性不大.本研究結(jié)果顯示，MS7.3地震產(chǎn)生的動態(tài)庫侖應(yīng)力變化空間分布呈非對稱性，其中北東、北部余震分布與動態(tài)應(yīng)力變化正區(qū)存在相關(guān)性，且北東余震區(qū)接收點處的動態(tài)應(yīng)力變化峰值比北部地區(qū)高1個數(shù)量級，也表明從動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的角度可以更合理地解釋MS7.3地震的后續(xù)余震活動的空間特征.

(4) 于田MS7.3地震后3個月內(nèi)距MS7.3地震分別為590 km、610 km和680 km左右的沙雅、伽師和阿圖什地區(qū)出現(xiàn)小震密集活動，MS7.3地震在沙雅、伽師和阿圖什地區(qū)接收點產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化峰值分別為0.09 MPa、0.11 MPa和0.06 MPa，其中沙雅、伽師地區(qū)接收點的動態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化峰值接近觸發(fā)閾值，對兩個區(qū)域的小震活動具有觸發(fā)作用，而在阿圖什地區(qū)動態(tài)應(yīng)力變化低于閾值，顯示對該區(qū)小震活動觸發(fā)作用不顯著.與以往背景活動水平相比，MS7.3地震后沙雅、伽師地區(qū)的小震累積日頻度增大較阿圖什地區(qū)顯著，這與MS7.3地震在3個區(qū)域產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力變化大小具有一致性.動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的閾值隨地點的不同而不同，依賴于所屬地塊的特性和響應(yīng)(Gomberg et al.，1996;萬永革等，2002)．沙雅、伽師地區(qū)位于塔里木盆地內(nèi)，在盆地中傳播的面波到達(dá)盆地的另一側(cè)后會被反射回來，造成面波在盆地內(nèi)部多次往返傳播，從而在盆地內(nèi)造成長持續(xù)時間、大振幅的地面振動(Kawas and Aki，1989)，對地震波具有一定的放大作用，這可能是這2個區(qū)域動態(tài)應(yīng)力擾動較阿圖什地區(qū)明顯的原因.

(5) 沙雅、伽師和阿圖什地區(qū)小震觸發(fā)活動存在不同時間尺度的延遲.遠(yuǎn)場小震活動速率分析顯示，MS7.3地震后當(dāng)天，沙雅地區(qū)小震即開始出現(xiàn)高于背景值的增強(qiáng)活動，伽師和阿圖什地區(qū)小震則分別在30天、50天后出現(xiàn)增強(qiáng)活動.造成這種延遲時間差異性的主要原因是動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)的延遲時間存在不確定性，因為斷層受到力學(xué)作用并發(fā)生力學(xué)性質(zhì)改變并不代表破裂立即產(chǎn)生，被觸發(fā)地震的時間延遲與斷層摩擦滑動或成核過程相關(guān)的巖石本構(gòu)性質(zhì)的模式有關(guān)(Kilb et al.,2000;Gomberg et al.,1997;Parsons，2005；吳小平等，2007；解朝娣等，2009).目前已觀測到的動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)延遲時間范圍存在與地震波通過具有同步性的觸發(fā)和滯后很長一段時間才發(fā)生后續(xù)地震的觸發(fā)，其可能的機(jī)理解釋為：若震源區(qū)處于臨界物理狀態(tài)，則地震可能即刻被觸發(fā)，即動態(tài)應(yīng)力觸發(fā)作用與地震波通過具有同步性；若動態(tài)應(yīng)力變化僅改變了斷層失穩(wěn)率，則失穩(wěn)可能在動態(tài)應(yīng)力停止但弱化還未發(fā)生前很長一段時間后發(fā)生.致謝與中國地震臺網(wǎng)中心蔣海昆研究員進(jìn)行了有益的討論，謹(jǐn)致謝意.

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(本文編輯胡素芳)

Dynamically triggered aftershock activity and far-field microearthquakes following the 2014MS7.3 Yutian, Xinjiang Earthquake

WANG Qiong1, XIE Chao-Di2, JI Zhan-Bo3, LIU Jian-Ming1

1EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion,Urumqi830011,China2SchoolofResourceEnvironmentandEarthScience,YunnanUniversity,Kunming650091,China3InstituteofGeophysics,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100081,China

AbstractWe systematically examine how dynamic stresses from seismic waves following the 2014 MS7.3 Yutian, Xinjiang, earthquake affect aftershocks and regional microseismicity in the near and far field. The full Coulomb stress changes are computed based on the discrete wavenumber method. We find that the static Coulomb stress changes caused by the MS7.3 earthquake discourage aftershocks occurrence in the southwestern part of the aftershock zone, which may explain why the aftershock activity in this region is relatively weak. Aftershock rates at the region about 30 km to the northeast of the mainshock are relatively high, which are consistent with positive dynamic and static stress changes in that region, with the peak values of 2.78 MPa and 0.80 MPa, respectively. Aftershocks about 45 km north of the mainshock are mostly triggered by the dynamic stress change with a peak value of 0.72 MPa. The peak values of dynamic stress change in the remote Shaya and Jiashi areas are 0.09 MPa and 0.1 MPa, respectively, which are high enough to trigger microearthquakes in these areas. Overall the spatial distributions of dynamic stress changes induced by the Yutian mainshock show asymmetrical patterns, and there is a positive correlation between the aftershock distribution and the positive area of dynamic stress change in the northeastern and northern regions.

Keywords2014 MS7.3 Yutian Earthquake; Coulomb failure stress change; Dynamic stress triggering; Regional seismicity

基金項目地震科技星火計劃項目(XH13027)資助.

作者簡介王瓊，女，1973年生，正研級高級工程師，主要從事地震學(xué)、應(yīng)力觸發(fā)等方面研究.E-mail: wangqio8715@sina.com

doi:10.6038/cjg20160419 中圖分類號P315

收稿日期2015-05-16，2015-12-31收修定稿

王瓊， 解朝娣， 冀戰(zhàn)波等. 2016. 2014年于田MS7.3地震對后續(xù)余震和遠(yuǎn)場小震活動的動態(tài)應(yīng)力觸發(fā).地球物理學(xué)報，59(4):1383-1393,doi:10.6038/cjg20160419.

Wang Q, Xie C D, Ji Z B, et al. 2016. Dynamically triggered aftershock activity and far-field microearthquakes following the 2014MS7.3 Yutian, Xinjiang Earthquake.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(4):1383-1393,doi:10.6038/cjg20160419.