滇西南地區(qū)雙震序列應(yīng)力觸發(fā)及地震活動性研究

劉方斌 袁道陽 王愛國 龐煒

1）中國地震局蘭州地震研究所，蘭州市城關(guān)區(qū)東崗西路450號 730000

2）山東省地震局，濟南市歷下區(qū)文化東路20號 250014

3）蘭州地球物理國家野外科學(xué)觀測研究站，蘭州 730000

0 引言

地震是在一定構(gòu)造應(yīng)力作用下斷層相對運動的結(jié)果，斷層的運動方式與所受構(gòu)造應(yīng)力作用有關(guān)（莊培仁等，1996）。一次大地震的同震位錯會使周圍斷裂或鄰近區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，從而引起庫侖應(yīng)力變化（解朝娣等，2010）。近年來，地震產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化與后續(xù)地震發(fā)生的時空關(guān)系引起了國內(nèi)外地震學(xué)家的廣泛關(guān)注（Harris，1998；Stein，1999；Steacy et al，2005；Gomberg et al，2008）。研究表明，很小的庫侖應(yīng)力變化（閾值為 0.1bar）就可能觸發(fā)地震（Harris，1998；Stein，1999），導(dǎo)致區(qū)域未來的地震活動發(fā)生改變。因此，探索庫侖應(yīng)力變化與地震觸發(fā)的關(guān)系，對研究地震中長期預(yù)測和靜態(tài)應(yīng)力變化是否觸發(fā)了后續(xù)地震事件具有重要意義，同時，從動力學(xué)機制上也為未來區(qū)域地震危險性分析提供了新途徑。

幾種常用的虛擬現(xiàn)實軟件每年都會更新版本，新版軟件會增加或更新一些功能，如果不及時對軟件進行更新?lián)Q代，會在一定程度上影響教學(xué)質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實軟件的更新，往往也需要計算機有更高的配置，如果計算機性能跟不上，會嚴重影響計算機繪圖的效率，在繪圖過程中甚至?xí)霈F(xiàn)黑屏、死機、無法保存、文件丟失等問題，嚴重影響教學(xué)效果。因此，園林專業(yè)的電腦制圖室應(yīng)有明確的電腦和軟件更新計劃，保障課程的順利開展。

滇西南地區(qū)地處青藏塊體東南緣，東與川滇菱形塊體相接，西北與印度板塊的東北觸角相鄰，是我國大陸構(gòu)造活動強烈且強震頻發(fā)的地區(qū)之一。該區(qū)主要分布著NW向、NE向和近SN向3組活動斷裂帶（圖1）。龍陵-瀾滄新生地震斷裂帶（F4）就是該區(qū)的一條重要的強震頻發(fā)帶，地震活動具有頻度高、強度大、周期短的特征（虢順民等，2002）。自1521年至今就發(fā)生過20多次6級以上地震，其中7級以上地震6次。同一地區(qū)在同一年甚至同一天連續(xù)發(fā)生2次強烈地震是滇西南強震活動的一個顯著特點（周瑞琦等，1998），以1976年5月29日發(fā)生的龍陵7.3、7.4級地震和1988年11月6日的瀾滄-耿馬7.6、7.2級地震最為典型。上述2次雙震型地震均發(fā)生在同一天，且發(fā)震時間間隔較短，那么前后2次強震之間是否存在觸發(fā)關(guān)系？2次雙震的觸發(fā)類型是否相同？它們與后續(xù)中強余震活動是否存在應(yīng)力變化上的關(guān)系？該區(qū)的地震活動性又怎樣？瀾滄-耿馬地震距今已有27年，震后的粘彈性松弛效應(yīng)將進一步改變周邊斷層上的應(yīng)力狀態(tài)，深入分析龍陵-瀾滄新生地震斷裂帶及其周邊主要活動斷層上的應(yīng)力積累對于認識和理解滇西南地區(qū)的強震活動和判定未來的地震危險性等具有重要意義。

圖1 滇西南地區(qū)主要活動斷裂分布

本文利用彈性半空間模型和巖石圈介質(zhì)波速模型，計算了滇西南地區(qū)2次雙震之間及對后續(xù)地震的應(yīng)力變化，同時對該區(qū)未來的地震活動性也進行了研究，進一步明確了2次雙震導(dǎo)致的周邊斷層的應(yīng)力狀態(tài)變化，為圈定未來地震危險區(qū)和探究地震相互作用提供了有力證據(jù)。

1 庫侖應(yīng)力變化計算模型

越來越多的研究表明，大地震后地殼變形過程中巖石圈的粘彈性引起的應(yīng)力變化不可忽視，粘彈性的影響可以達到同震靜態(tài)響應(yīng)的同等量級（Johnson et al，2007；雷興林等，2013）。因此，本文用靜態(tài)和粘彈性庫侖應(yīng)力模型計算模擬研究區(qū)的應(yīng)力變化。

基于均勻各向同性的彈性半空間模型和巖石圈介質(zhì)波速模型，在計算庫侖應(yīng)力變化過程中都必須輸入源斷層和接收斷層的幾何特征參數(shù)（斷層走向、傾角、滑動角）和發(fā)震斷層的同震位錯量（走滑和傾滑分量）。由于不同震源機制的參數(shù)選取對應(yīng)力變化的影響存在差異（王瑩，2011），本文主要采用CMT和張之立等（1992）所提供的震源機制參數(shù)（表1）。

1.1 巖石圈介質(zhì)波速模型

Determining the center of gravity is a critical step in the aircraft design because the stability,control,and trim calculations depend on this step.Experimental equations are used for estimation of this center in this study.

綜上所述,導(dǎo)師素質(zhì)既直接影響研究生的學(xué)術(shù)水平,又通過影響研究生的學(xué)術(shù)感知力間接影響研究生的學(xué)術(shù)水平,本文所構(gòu)建的理論模型如圖1所示。

圖2 研究區(qū)巖石圈介質(zhì)波速模型

1.2 庫侖應(yīng)力變化定義

“蘑菇，你在難為自己，是不是？鄰居把老人送到醫(yī)院時，她的兒女已拖延了老人的病情許久，我們心知肚明，她股骨干多段粉碎骨折和身體其余部位多處骨折絕不是她向警察解釋的‘下樓買菜，不慎摔倒’那么簡單的事。嚴重創(chuàng)傷急救出現(xiàn)于意外發(fā)生后數(shù)秒至數(shù)分鐘內(nèi)的第一個高峰期和數(shù)分鐘至數(shù)小時內(nèi)被稱為第二高峰期的‘黃金時段’，你緊緊把握住急救時間的有限性，護士長早上和我說起你昨晚忙而不亂，有條不紊的急救。與死亡對抗，你盡了全力，問心無愧，不要把自己逼到墻角，好嗎？老人的兒女沒有權(quán)利這樣對待你，是否傷到了其他地方？”

由表1數(shù)據(jù)可知，接地極線與極導(dǎo)線共塔架設(shè)后，極導(dǎo)線的反擊和繞擊閃絡(luò)率均低于獨立架設(shè)線路，正極每百公里降低0.031 8次(水平排列)和0.133 7次(垂直排列)，負極每百公里降低0.008次(水平排列)和0.000 1次(垂直排列)，這主要是由于共塔線路的極導(dǎo)線受到接地極線的屏蔽保護作用。

其中，Δτ為破裂面上的剪應(yīng)力變化；μ′為內(nèi)摩擦系數(shù)；Δσ為正應(yīng)力變化（張開為正，壓縮為負）；ΔCFS＞0和ΔCFS＜0分別表示斷面上被加載（應(yīng)力加大）或被卸載（應(yīng)力松弛）。本文借鑒前人（Stein et al，1992；King et al，1994；萬永革等，2000；Troise et al，1998；Astiz et al，2000）的計算取值，將內(nèi)摩擦系數(shù)定為0.4。應(yīng)變場張量可以通過斷層位錯和格林函數(shù)求得。對于彈性半空間模型，格林函數(shù)可以用 Okada（1992）的解析解，但對于巖石圈介質(zhì)波速模型，筆者則通過 PSGRN程序得出（Wang et al，2006）。

1.3 地震位錯模型

水利移民安置工程涵蓋范圍較廣、領(lǐng)域多所以移民信息量極大，所以水利移民安置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和相關(guān)工程數(shù)據(jù)的收集和整理是其安置工程的核心技術(shù)。

表1 龍陵地震和瀾滄-耿馬地震破裂參數(shù)

2 龍陵地震和瀾滄-耿馬地震靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)對比

2.1 龍陵地震

龍陵地震區(qū)位于龍陵-瑞麗斷裂（F1）、畹町?dāng)嗔眩‵2）和怒江斷裂（F3）所圍限的三角地塊內(nèi)（圖1）（周瑞琦等，1998），發(fā)震斷裂為龍陵-瀾滄斷裂帶（F4）的龍陵-永德段（虢順民等，2002）。該地震是典型的雙震型強震，主震發(fā)生前伴有2次中強地震，余震豐富，但其分布區(qū)并未呼應(yīng)2個大震節(jié)面走向相近的優(yōu)勢方向。2次地震只是造成了幾組走向不同的裂縫帶，而沒有明確的地表破裂（周蕙蘭等，1984），每個地震都有長軸方位相互垂直的2個極震區(qū)。如此強的地震為何沒有產(chǎn)生明確的地表破裂？2次強震的震中距離極近，那它們是否存在一定的應(yīng)力觸發(fā)關(guān)系？

雖然利用彈性半空間模型可以有效地計算較短時間內(nèi)的庫侖應(yīng)力變化，但在震后的更長時間（數(shù)十年～上百年）內(nèi)，有許多影響震后應(yīng)力變化的因素，如震后余滑、孔隙效應(yīng)和粘性松弛等。其中震后介質(zhì)的粘性松弛效應(yīng)對震后應(yīng)力有重大影響（孫玉軍等，2013）。上述4次地震分別距今27、39年，因此采用粘彈性巖石圈模型更合理。本文根據(jù)圖2給出的巖石圈介質(zhì)波速模型以及表1給出的震源參數(shù)模擬下地殼和上地幔的粘彈性松弛效應(yīng)，計算了研究區(qū)內(nèi)的庫侖應(yīng)力變化（圖4）。結(jié)果顯示，瀾滄-耿馬地震后近30年的粘彈性松弛應(yīng)力變化呈雙X型展布，其中，NW向的騰沖-龍陵、永德-勐省以及瀾滄的東南地區(qū)，NE向的瑞麗、鎮(zhèn)安、大理、上允、永平等地的庫侖應(yīng)力增加，潛在地震活動性有所增強。

根據(jù)庫侖破裂準則，當(dāng)斷層面上剪應(yīng)力達到抗剪強度時，巖石將會產(chǎn)生破裂。因此定義庫侖應(yīng)力變化為

為了更好地研究龍陵雙震的庫侖應(yīng)力變化對余震的影響，筆者將2次主震產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化進行疊加，結(jié)果如圖3（b）所示。圖3（b）顯示，龍陵雙震的庫侖應(yīng)力變化使得絕大多數(shù)后續(xù)中強余震位于應(yīng)力增加區(qū)內(nèi)，即龍陵雙震對后續(xù)地震的發(fā)生具有一定的觸發(fā)作用。

圖3 靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化

2.2 瀾滄-耿馬地震

圖3（c）給出了瀾滄地震對耿馬地震震源區(qū)施加的庫侖應(yīng)力分布，計算可得，耿馬地震位于庫侖應(yīng)力變化的增加區(qū)，其庫侖應(yīng)力變化值為0.35bar，說明瀾滄地震對耿馬地震有觸發(fā)作用。與龍陵雙震不同的是瀾滄-耿馬地震屬于牽動型雙震，即1次地震發(fā)生后，發(fā)震構(gòu)造牽動其他相關(guān)構(gòu)造活動而發(fā)生地震（周瑞琦等，1998）。這種地震的特點是發(fā)震斷層具有足夠的能量積累（或應(yīng)力集中），破壞程度高。同樣，筆者對2次主震采用疊加的方式對余震產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化進行了計算（圖3（d）），結(jié)果顯示，17次余震中有10次位于應(yīng)力增加區(qū)，觸發(fā)率達60%，觸發(fā)效果明顯不如龍陵地震。

瀾滄-耿馬地震發(fā)生在滇西南構(gòu)造區(qū)內(nèi)的龍陵-瀾滄斷裂帶的汗母壩-瀾滄段。根據(jù)前人的研究結(jié)果（周瑞琦等，1990；俞維賢等，1991a、1991b、1994；王輝等，1991），瀾滄斷裂（F4）和黑河斷裂（F5）的共同作用導(dǎo)致了1988年瀾滄地震的發(fā)生，并形成了長約35km的地震地表破裂帶，而耿馬地震的發(fā)震斷裂為漢母壩斷裂（F4次級斷裂），形成的地震地表破裂帶長約24km。

1988年11月6日在云南瀾滄地區(qū)發(fā)生了7.6級地震（瀾滄地震），13min后發(fā)生了耿馬7.2級地震（耿馬地震），主震后1個月內(nèi)共發(fā)生MS5.0～6.9強余震12次。

綜上所述，在瀾滄-耿馬地震中，瀾滄地震對耿馬地震的應(yīng)力觸發(fā)作用是明顯的，這與活動斷裂的研究結(jié)果是一致的（周瑞琦等，1998）；絕大多數(shù)后續(xù)余震受到了主震的應(yīng)力觸發(fā)作用，其中龍陵雙震觸發(fā)效果較明顯。表明龍陵地震和瀾滄-耿馬雙震活動機制是有差異的。

3 研究區(qū)地震活動性分析

3.1 粘彈性庫侖應(yīng)力調(diào)整

圖4 研究區(qū)粘彈性庫侖應(yīng)力場

由于前人（馬宗晉等，1980；王紹晉等，1979）對其震源機制看法不同，而震源機制參數(shù)的選取直接影響到庫侖應(yīng)力變化的分布，其中影響最大的是滑動角，其次為傾角和走向（王瑩，2011），本文采用CMT提供的參數(shù)進行計算。圖3（a）給出了龍陵7.3級地震庫侖應(yīng)力變化對后續(xù)7.4級地震的影響，研究區(qū)內(nèi)的主要活動斷裂（藍色線）也呈現(xiàn)圖中。圖3（a）顯示，7.4級地震震中位于7.3級地震應(yīng)力影區(qū)，對其發(fā)生有減緩作用。而事實上，7.3級地震發(fā)生后1.5小時該強震隨即發(fā)生，且震級比主震要大。假設(shè)沒有先前的地震，后續(xù)的地震震級可能更大，發(fā)震時間也可能更早。前次地震的發(fā)生可能延緩了后面地震的發(fā)生時間并降低了震級，這可能是同一斷裂上2個不同點源先后發(fā)生破裂所導(dǎo)致，屬于共軛性強震（周瑞琦等，1998）。

3.2 研究區(qū)地震活動性

圖5為研究區(qū)內(nèi) 1970年以來的地震活動性空間分布，圖5（a）、（b）、（c）分別給出了M≥7.0、M≥5.0、M≥3.0地震震中分布。如圖所示，M≥7.0地震主要集中分布在龍陵、上允、大理等地，呈3地獨立狀態(tài)；M≥5.0地震主要是在M≥7.0地震分布的基礎(chǔ)上類似同心圓式的向外呈輻射狀分布，但是3個地區(qū)仍呈獨立狀態(tài)；而M≥3.0地震繼續(xù)向外輻射使得3地區(qū)連成一片?？傊卣鸱植记闆r與圖4計算的庫侖應(yīng)力增強區(qū)相對應(yīng)，表明庫侖應(yīng)力變化對地震活動的影響。

圖5 地震活動區(qū)域分布

4 結(jié)論與討論

本文基于均勻各向同性的彈性半空間模型和巖石圈介質(zhì)波速模型，建立了龍陵地震和瀾滄-耿馬地震的庫侖應(yīng)力變化模型，一方面分析了雙震之間及其對后續(xù)地震的靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)作用，另一方面也給出了震后約30年的粘彈性庫侖應(yīng)力變化以及地震活動區(qū)的分布。所得結(jié)論如下：

本研究中巖石圈介質(zhì)波速模型的相關(guān)參數(shù)由crust2.0確定（圖2）。如圖2所示，分層模型各層的厚度以及vP和vS更加準確地確定了庫侖應(yīng)力變化。由于龍陵雙震和瀾滄-耿馬雙震的2次主震時間間隔較短，因此采用彈性半空間模型進行計算比較合理，上述4次地震分別距今27、39年，對于現(xiàn)階段的應(yīng)力變化，筆者則采用Maxwell粘彈性體模擬下地殼和上地幔的粘彈性松弛效應(yīng)，計算其對研究區(qū)周邊地區(qū)的庫侖應(yīng)力調(diào)整。

（1）龍陵雙震和瀾滄-耿馬雙震活動機制存在差異。龍陵雙震是同一斷裂上2個不同的點源先后發(fā)生破裂導(dǎo)致，龍陵7.3級地震的發(fā)生減緩了7.4級地震的發(fā)生，同時降低了發(fā)震震級，屬于共軛型雙震；相反，瀾滄地震對隨后的耿馬地震有一定的觸發(fā)作用，致使耿馬地震提前發(fā)生，屬于牽動型雙震。

（2）絕大多數(shù)后續(xù)余震受到了主震的應(yīng)力觸發(fā)作用，其中龍陵雙震觸發(fā)效果較明顯。

接車后首先確認故障，確實如車主所述。另外，通過與車主溝通了解到，該車尾部發(fā)生過比較嚴重的追尾事故，為此更換過車身(圖1)。

（3）根據(jù)震后粘彈性松弛應(yīng)力場變化得出現(xiàn)階段NW向的騰沖-龍陵、永德-勐省以及瀾滄以東南地區(qū)，NE向的瑞麗、鎮(zhèn)安、大理、上允、永平等地庫侖應(yīng)力變化呈增加趨勢，也說明地震危險性有所增強，這與地震活動性增強相吻合。

致謝：感謝匿名審稿專家對本文修改提出的寶貴意見。