2009年姚安MS6.0地震序列發(fā)震斷層及應(yīng)力場(chǎng)特征

李 君 王勤彩

1) 中國(guó)北京100036中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所 2) 中國(guó)北京100036中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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2009年姚安MS6.0地震序列發(fā)震斷層及應(yīng)力場(chǎng)特征

李 君1)王勤彩1，2),

1) 中國(guó)北京100036中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所 2) 中國(guó)北京100036中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

本文使用2009年7月9日—12月23日2009年姚安MS6.0地震序列中ML≥1.0地震的震相數(shù)據(jù)， 采用雙差定位法對(duì)該序列進(jìn)行重定位， 共得到643次地震的精定位結(jié)果； 利用P波初動(dòng)和振幅比法獲取了20次ML≥3.0地震的震源機(jī)制解； 在此基礎(chǔ)上采用滑動(dòng)擬合法得到姚安MS6.0地震序列的震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)． 研究結(jié)果表明： ① 2009年姚安MS6.0地震序列的發(fā)震斷層為NW走向、 NE傾向的高角度右旋走滑斷層； ② 該序列的余震條帶延伸方向與2000年姚安MS6.5地震序列一致， 兩次主震震源機(jī)制解一致且兩個(gè)地震序列均發(fā)生在馬尾箐斷裂上， 2009年姚安MS6.0地震序列是馬尾箐斷裂向NW方向的延伸； ③ 姚安MS6.0地震震源區(qū)的最大主應(yīng)力方向?yàn)镹NW--SSE向， 接近水平, 與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向一致； ④ 2009年姚安MS6.0地震序列是在區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)的背景下， 位于高低速過(guò)渡帶高速一側(cè)的震源區(qū)應(yīng)力高度積累， 使得馬尾箐斷裂向NW方向破裂擴(kuò)展的結(jié)果．

姚安MS6.0地震序列 雙差定位法 P波初動(dòng)法 振幅比法 應(yīng)力場(chǎng)

引言

2009年姚安MS6.0地震發(fā)生在滇中地塊內(nèi)部， 震中位于(25.55°N， 101.105°E)． 滇中地塊是川滇菱形地塊的次級(jí)構(gòu)造， 是由麗江—小金河斷裂、 安寧河—小江斷裂和紅河斷裂圍成的三角形區(qū)域． 由于青藏高原地殼物質(zhì)向東運(yùn)移和阿薩姆頂點(diǎn)楔入的共同影響， 川滇地區(qū)地震活動(dòng)強(qiáng)烈． 位于川滇菱形地塊南部的滇中地塊， 其周邊斷裂歷史上發(fā)生了多次M≥6地震， 而其內(nèi)部地震活動(dòng)較弱. 但近年來(lái)， 滇中地塊西部接連發(fā)生了5次M≥6.0地震， 即2000年姚安MS6.5， 2001年永勝M(fèi)S6.0， 2003年大姚MS6.2，MS6.1及2009年姚安MS6.0地震(王新嶺等， 2005)． 其中， 2009年姚安MS6.0地震造成1人死亡， 372人受傷， 直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)21.541億元(劉涌梅， 2009)． 因此， 研究姚安MS6.0地震的震源斷層特征和孕震機(jī)制， 對(duì)預(yù)測(cè)地塊內(nèi)部中強(qiáng)地震的發(fā)生、 減少人民生命和財(cái)產(chǎn)損失具有重要意義．

“十五”中國(guó)數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)完成后， 云南省地震局區(qū)域數(shù)字地震遙測(cè)臺(tái)網(wǎng)共建成臺(tái)站46個(gè)， 于2008年1月正式運(yùn)行． 2009年姚安MS6.0地震后， 震區(qū)還布設(shè)了6個(gè)臨時(shí)臺(tái)站． 數(shù)字地震臺(tái)站的加密為我們獲得精確的地震位置和震源機(jī)制解提供了保障．

本文擬利用云南及其鄰區(qū)固定臺(tái)站和震區(qū)臨時(shí)臺(tái)站的地震波形和震相資料， 采用雙差定位法對(duì)2009年姚安MS6.0地震序列進(jìn)行精定位， 并利用P波初動(dòng)和振幅比法計(jì)算部分余震的震源機(jī)制解. 根據(jù)所得的震源機(jī)制解反演震區(qū)應(yīng)力場(chǎng)， 進(jìn)而研究姚安地震的發(fā)震構(gòu)造和孕震機(jī)制．

1 資料分析

本文所使用數(shù)據(jù)為云南省地震局臺(tái)網(wǎng)中心2009年7月9日—12月23日搜集的姚安MS6.0地震序列中ML≥1.0地震的震相報(bào)告和ML≥3.0地震波形數(shù)據(jù)； 共使用臺(tái)站52個(gè)(圖1)， 其中固定臺(tái)站46個(gè)， 震區(qū)臨時(shí)臺(tái)站6個(gè)， 臺(tái)站儀器均為寬頻帶地震儀． 固定臺(tái)站中7個(gè)臺(tái)站儀器型號(hào)為CTS-1， 數(shù)采型號(hào)為EDAS-24L， 儀器幅頻特性平坦段為120 s—50 Hz， 其余臺(tái)站儀器型號(hào)為KS-2000M， CMG-3ESPC和BBVS-60； 臨時(shí)臺(tái)站儀器型號(hào)均為CMG-3ESPC， 數(shù)采型號(hào)為EDAS-24IP， 儀器幅頻特性平坦段為50 s—50 Hz．

圖1 研究區(qū)臺(tái)站、 斷裂及歷史地震分布

由震相報(bào)告整理出HypoDD輸入格式的地震序列目錄和震相到時(shí)文件， 取初至波為直達(dá)波， 雙差定位所使用的臺(tái)站與余震震源的距離均小于200 km． 本文使用52個(gè)臺(tái)站的波形數(shù)據(jù)計(jì)算余震震源機(jī)制解．

2 地震精定位

本文采用Waldhauser和Ellsworth(2000)提出的雙差定位法對(duì)2009年姚安MS6.0地震序列進(jìn)行精確定位. 該方法利用地震對(duì)之間的走時(shí)差反演震源位置， 能夠有效消除地震對(duì)至臺(tái)站的傳播路徑上相同部分的路徑效應(yīng)， 對(duì)速度模型的依賴性相對(duì)較小． 然而， 震源所在地層的速度值會(huì)對(duì)定位結(jié)果產(chǎn)生影響， 所以仍需盡可能選取接近真實(shí)的地殼速度模型． 本文以胡鴻翔等(1986)得到的滇西地區(qū)人工測(cè)深剖面的P波速度為基礎(chǔ)， 并參考李永華等(2009)獲取的云南及其鄰區(qū)vP/vS結(jié)果以及吳建平等(2006)的云南地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)， 確定了姚安及其鄰區(qū)的分層速度模型和地殼波速比， 如表1所示．

表1 姚安及其鄰區(qū)的分層速度模型和地殼波速比

在雙差定位過(guò)程中， 震源位置初始值和輸入的震相文件均由震相報(bào)告中提?。?根據(jù)讀數(shù)精度對(duì)震相數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)， P波為初至波， 其讀數(shù)精度高于S波， 因此取P波權(quán)重為1.0， S波權(quán)重為0.7． 每個(gè)地震對(duì)的觀測(cè)記錄次數(shù)大于8， 震源距離小于5 km， 迭代次數(shù)為10次， 均方根殘差由迭代前的0.51 s降至迭代后的0.1 s, 最終共得到643次地震的精定位結(jié)果， 占參與重定位地震總數(shù)的91%． 圖2給出了雙差重定位前、 后余震震源位置的分布. 可以看出， 雙差定位前余震震中的條帶狀分布不明顯， 震源深度集中在5—10 km， 地震叢短軸CD剖面的震源分布呈球形， 無(wú)法判別震源斷層產(chǎn)狀(圖2a)． 雙差定位后余震震中分布呈NW向條帶狀分布， 條帶中西部余震分布比較密集， 東部相對(duì)稀疏， 震源深度集中在3—13 km， 震源斷層傾向?yàn)镹W向， 高傾角， 且接近直立(圖2b)， 該結(jié)果與王長(zhǎng)在等(2011)采用雙差層析成像法得到的2009年姚安MS6.0地震序列的精定位結(jié)果一致， 與使用流動(dòng)地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)定位得到的2000年姚安MS6.5地震震中分布條帶方向(秦嘉政等， 2003； 王新嶺等， 2005)也一致．

圖2 不同方位角φ、 仰角δ下雙差重定位前(a)、 后(b)姚安MS6.0地震序列余震震中分布及震源深度剖面圖AB和CD分別為重定位后地震叢的長(zhǎng)軸和短軸， 下同

3 震源機(jī)制解及應(yīng)力場(chǎng)特征

利用P波初動(dòng)和振幅比法(Snokeetal， 1985； Snoke， 1989)計(jì)算2009年姚安MS6.0地震序列的震源機(jī)制解. 該方法綜合利用振幅比和P波初動(dòng)符號(hào)確定震源機(jī)制解， 克服了傳統(tǒng)P波初動(dòng)法在節(jié)面交界處難以辨別P波符號(hào)、 過(guò)度依賴臺(tái)站分布的弱點(diǎn)， 對(duì)求解中小地震震源機(jī)制解有非常好的效果．

圖3 2009年姚安MS6.0地震序列震源機(jī)制解及震源區(qū)最大(紅色箭頭)、 最小(藍(lán)色箭頭)主應(yīng)力方向分布Fig.3 Distribution of focal mechanisms of Yao’an MS6.0 earthquake sequence in 2009 and orientation of maximum (red arrow) and minimum principal stress (blue arrow) in the source area

本文使用云南省地震局臺(tái)網(wǎng)中心固定臺(tái)站和震區(qū)臨時(shí)臺(tái)站所記錄的ML≥3.0地震波形數(shù)據(jù)， 讀取該波形數(shù)據(jù)的P波初動(dòng)、 SV/P和SH/P振幅比， 采用格網(wǎng)搜索法得到了姚安MS6.0地震序列中20次地震的震源機(jī)制解， 如圖3所示． 可以看出， 震源機(jī)制以走滑為主， 兩個(gè)節(jié)面方向分別為NE向和NW向． 結(jié)合地震精定位結(jié)果(圖2)可知， 2009年姚安MS6.0地震序列震源斷層為NW向右旋走滑斷層， 與張建國(guó)等(2009)、 王長(zhǎng)在等(2011)及秦雙龍等(2012)得到的結(jié)果一致． 表2為本文得到的2009年姚安MS6.0主震震源機(jī)制解與GCMT(2009)結(jié)果的對(duì)比， 可以看出兩者非常接近．

表2 本文結(jié)果與GCMT(2009)得到的2009年姚安MS6.0主震震源機(jī)制解結(jié)果的對(duì)比

利用上述所得的震源機(jī)制解數(shù)據(jù)， 采用滑動(dòng)擬和法(許忠淮， 戈澍謨， 1984)得到了姚安MS6.0地震序列震源區(qū)的應(yīng)力場(chǎng). 圖4給出了姚安MS6.0地震序列震源機(jī)制解P，T，N軸及震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)主軸分布． 可以看出，P軸和T軸均接近水平向，P軸集中分布在0°和180°左右，T軸集中分布在90°和270°左右． 2009年姚安MS6.0地震序列震源區(qū)的最大主應(yīng)力方位角為171°、 傾角為11°， 最小主應(yīng)力方位角為80°、 傾角為6°， 即震源區(qū)的最大主應(yīng)力方向?yàn)镹NW--SSE向， 接近水平向； 最小主應(yīng)力方向?yàn)镋NE--WSW向， 接近水平向. 這與王紹晉等(2002)得到的2000年姚安MS6.5地震震源區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)方向一致， 與闞榮舉等(1977)、 許忠淮等(1987)和王紹晉等(2002)得到的滇中地塊內(nèi)部區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向也基本一致．

圖4 姚安MS6.0地震序列的震源機(jī)制解P, T, N軸及應(yīng)力場(chǎng)主軸分布圖實(shí)心圓旁邊的數(shù)字代表發(fā)震順序Fig.4 Distribution of P, T and N axes of focal mechanism solutions and principal axes of stress field The numbers represent the order of earthquake occurrence. Red, green and blue circles represent P, T and N axes of focal mechanisms, respectively. The triangle, star and diamond represent maximum, minimum and middle principal stress of source area， respectively

結(jié)合余震分布方向和震源機(jī)制解特征可知， 2009年姚安MS6.0地震序列的主震震源機(jī)制解NW向節(jié)面為發(fā)震斷層面． 姚安MS6.0地震序列是在近NS向主壓應(yīng)力作用下， NW走向的高角度斷層發(fā)生右旋走滑所致．

圖5 2000年姚安MS6.5地震序列(紅色圓圈)和2009年姚安MS6.0地震序列(藍(lán)色圓圈)震中分布圖 Fig.5 Distribution of epicenter locations of Yao’an MS6.5 earthquake sequence in 2000 (red circles) and Yao’an MS6.0 earthquake sequence in 2009 (blue circles)

4 討論與結(jié)論

對(duì)地震精定位結(jié)果與震源機(jī)制解進(jìn)行綜合分析可以看出， 2009年姚安MS6.0地震序列震源斷層為NW走向、 NE傾向的高角度右旋走滑斷層， 斷層長(zhǎng)度約為15 km． 2000年1月15日該地區(qū)曾發(fā)生MS6.5地震序列， 如圖5所示． 可以看出， 兩次地震的震源機(jī)制解非常接近， 震源機(jī)制解NW向節(jié)面與余震延伸方向一致， 兩個(gè)地震序列發(fā)生在同一斷層上， 即NW向高角度右旋走滑斷層． 據(jù)此可以推測(cè)， 2009年姚安MS6.0地震序列是2000年姚安MS6.5地震向NW方向的延伸．

姚安MS6.5和MS6.0地震序列均發(fā)生在滇中地塊內(nèi)部， 主要發(fā)育有NS走向和NW走向的斷層． NS走向的永勝—宜賓斷裂、 磨盤山—綠汁江斷裂、 羅茨—易門斷裂和普渡河斷裂等均為左旋走滑斷裂； NW走向的建水—楚雄斷裂、 通海—牟定斷裂和馬尾箐斷裂等均為右旋走滑斷裂(毛玉平， 萬(wàn)登堡， 2001)． 毛玉平和萬(wàn)登堡(2001)通過(guò)對(duì)震區(qū)地震地質(zhì)調(diào)查和航片解譯以及地震序列余震震源分布和震源機(jī)制解等資料分析認(rèn)為， 2000年姚安MS6.5地震序列發(fā)生在NW走向的馬尾箐斷裂上， 2009年姚安MS6.0地震震源斷層是2000年姚安MS6.5地震破裂帶向NW方向的延伸， 因此本文推斷， 2009年MS6.0地震是馬尾箐斷裂沿NW方向的進(jìn)一步破裂．

姚安MS6.0地震的發(fā)生與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的增強(qiáng)有關(guān)． 印度板塊與歐亞板塊碰撞使得青藏高原物質(zhì)東移， 受華南地塊的阻擋， 高原物質(zhì)向南東進(jìn)而向南運(yùn)動(dòng)， 使得川滇地區(qū)圍繞喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng), 造成川滇菱形地塊東側(cè)斷裂以左旋走滑活動(dòng)為主, 而其西側(cè)斷裂以右旋走滑活動(dòng)為主(王閻昭等， 2008)． 姚安MS6.0地震序列位于滇中地塊內(nèi)部靠近西側(cè)邊界， 震源斷層為右旋走滑性質(zhì)， 與滇中地塊西邊界的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一致． 川滇地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)在川西地區(qū)的主壓應(yīng)力方向接近EW向， 在菱形地塊北部為NW--SE向， 到滇中地塊為NNW--SSE向(崔效鋒等， 2006)． 姚安MS6.0地震震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)方向也為NNW--SSE向， 與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向一致． 2000—2009年， 滇中地塊內(nèi)部發(fā)生了5次M>6.0地震， 顯示該地區(qū)這一時(shí)期區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的增強(qiáng)． 2009年姚安MS6.0地震序列位于地殼高低速過(guò)渡帶附近， 且大多數(shù)地震位于高速體一側(cè)(王長(zhǎng)在等， 2011)． 震源區(qū)位于易于應(yīng)力積累的部位， 因此推測(cè)2009年姚安MS6.0地震序列是在區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)的背景下， 位于高低速過(guò)渡帶高速一側(cè)的震源區(qū)應(yīng)力高度積累， 導(dǎo)致馬尾箐斷裂向NW方向破裂擴(kuò)展的結(jié)果．

綜上所述， 本文通過(guò)對(duì)2009年姚安MS6.0地震序列精定位結(jié)果、 20次ML≥3.0地震震源機(jī)制解和震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的研究， 得到結(jié)論如下：

1) 2009年姚安MS6.0地震序列的震源斷層為NW走向、 NE傾向的高角度右旋走滑斷層．

2) 2009年姚安MS6.0地震序列與2000年姚安MS6.5地震序列的余震條帶延伸方向一致， 兩次主震震源機(jī)制解也一致. 兩個(gè)地震序列均發(fā)生在馬尾箐斷裂上， 2009年姚安MS6.0地震序列是馬尾箐斷裂向NW方向擴(kuò)展的結(jié)果．

3) 2009年姚安MS6.0地震震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)為NNW-SSE向， 接近水平向, 與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向一致．

4) 2009年姚安MS6.0地震序列是在區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)的背景下， 位于高低速過(guò)渡帶高速一側(cè)的震源區(qū)應(yīng)力高度積累， 使得馬尾箐斷裂向NW方向破裂擴(kuò)展的結(jié)果．

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Seismogenic faults and stress field characteristics ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009

Li Jun1)Wang Qincai1,2),

1)InstituteofEarthquakeScience,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100036,China2)KeyLaboratoryofEarthquakePrediction,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100036,China

This paper adopted double difference earthquake location algorithm to relocate the earthquakes withML≥1.0 of theMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009 from July 9 to December 23, 2009, and obtained precise locations of 643 earthquakes, and then the focal mechanisms of 20 earthquakes withML≥3.0 were determined by using the first motion of P-wave and amplitude ratio method. The stress field ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence are obtained by using moving fitting method. The results show that: ① The seismogenic fault ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009 is of right-lateral strike-slip type with NW trending, NE dipping, and high-angle. ② The extend-ing direction ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009 is consistent with that of theMS6.5 Yao’an earthquake sequence in 2000, so does the focal mechanism solution of mainshock. Both of the two sequences occurred on Maweiqing fault, and the sequence in 2009 occurred on the NE-trending extending of Maweiqing fault. ③ The stress field ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009 trends in NNW-SSE direction, which is coincident with the regional stress field. ④ With the strengthening of regional stress field, the stress accumulation in the source region located at the higher velocity side of transitional zone alternating between high and low velocity zones makes the Maweiqing fault extend NE-wards, resulting in the occurrence of Yao’an earthquake sequence in 2009.

Yao’anMS6.0 earthquake sequence； double difference earthquake location algorithm； P-wave first motion method; amplitude ratio method； stress field

李君， 王勤彩. 2016. 2009年姚安MS6.0地震序列發(fā)震斷層及應(yīng)力場(chǎng)特征. 地震學(xué)報(bào), 38(2): 199--207. doi:10.11939/jass.2016.02.005.

Li J, Wang Q C. 2016. Seismogenic faults and stress field characteristics ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009.ActaSeismologicaSinica, 38(2): 199--207. doi:10.11939/jass.2016.02.005.

國(guó)家自然基金青年科學(xué)基金(41404047)和中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所重點(diǎn)項(xiàng)目(2014IES010204)共同資助.

2015-09-16收到初稿， 2016-01-18決定采用修改稿.

e-mail: wangqc@seis.ac.cn

10.11939/jass.2016.02.005

P315.1

A