云南亞失穩(wěn)臺網(wǎng)記錄的震源機制解分析

王曉山，馮向東，趙志遠(yuǎn)，余海琳，許 鑫

（1.河北省地震局,石家莊 050021；2.防災(zāi)科技學(xué)院,河北 三河 065201）

0 引言

2011年馬瑾院士在大量研究基礎(chǔ)上，首次提出了斷層亞失穩(wěn)模型，被列入中國地震局“地震科技近期重點突破方向”，認(rèn)為“預(yù)測地震，關(guān)鍵在于抓住地震前的亞失穩(wěn)階段”。在實驗室研究取得一定成果之后，她探索將亞失穩(wěn)從實驗室推向野外，推動以亞失穩(wěn)為理論基礎(chǔ)的地震預(yù)測研究不斷向前發(fā)展。馬瑾院士團隊將中強以上地震易發(fā)多發(fā)的滇西北地區(qū)選為亞失穩(wěn)野外實驗研究區(qū)，試圖尋找應(yīng)力加速釋放和斷層加速協(xié)同化的地震活動性證據(jù)，以期將實驗室中成功預(yù)測的斷層失穩(wěn)部位和失穩(wěn)時刻在野外實驗中推廣[1-2]。因此，對該野外觀測區(qū)應(yīng)力狀態(tài)的精細(xì)研究顯得尤為重要和迫切，本文將利用云南亞失穩(wěn)臺網(wǎng)架設(shè)以來記錄的中小地震事件波形，使用HASH方法進(jìn)行震源機制解反演，進(jìn)而統(tǒng)計分析該區(qū)的應(yīng)力場特征，為精細(xì)刻畫紅河斷裂帶北段的應(yīng)力狀態(tài)提供一個很好的解決途徑。

云南亞失穩(wěn)臺網(wǎng)位于滇西北地區(qū)紅河斷裂帶的北段，周邊布設(shè)有密集的地震觀測臺網(wǎng)。該臺網(wǎng)由云南區(qū)域測震臺網(wǎng)的9個子臺、下關(guān)小孔徑測震臺網(wǎng)的5個子臺和亞失穩(wěn)實驗區(qū)臺陣的30個子臺組成，共計44個臺站（圖1）。其中30個亞失穩(wěn)臺站背景噪聲測試結(jié)果表明所選臺站位置干擾較小，達(dá)到Ⅱ級臺基噪聲水平以上[3]。

圖1 震源機制解計算所用的臺站分布圖

云南亞失穩(wěn)臺網(wǎng)位于滇西北地區(qū)，處于青藏高原東南緣川滇菱形塊體的西南部，北西接德欽-中甸斷裂，東南鄰紅河斷裂帶。該區(qū)因為發(fā)育大量規(guī)模不等的斷陷盆地，新構(gòu)造運動及第四紀(jì)地殼變形強烈，并且歷史強震活動顯著而備受關(guān)注。區(qū)內(nèi)的斷陷盆地多以引張正斷為特征，或為兼有扭動的引張裂陷性質(zhì)，其主體形成時代在晚第三紀(jì)至第四紀(jì)早期。它們的形態(tài)及其在空間上的展布與晚第三紀(jì)以來的構(gòu)造應(yīng)力場相關(guān)。從宏觀上看，這些晚新生代以來的斷陷盆地主要與區(qū)域一級的NNW向構(gòu)造線一致，與紅河斷裂帶延伸方向一致。邢全友和馬瑾[4]對大理地區(qū)區(qū)域應(yīng)力場進(jìn)行數(shù)值模擬的結(jié)果表明，作用到大理地區(qū)的最大主應(yīng)力方向為NW15°～20°，即NNW向。向宏發(fā)等[5]從地質(zhì)上論證了滇西北地區(qū)為北北西-近南北向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場，劉光勛等[6]指出滇西北地震活動區(qū)的地震構(gòu)造形式是由走滑斷裂運動而形成的較大范圍的拉分構(gòu)造，最大水平主應(yīng)力方向近NS向。謝富仁等[7]通過斷層擦痕確定了滇西北及鄰區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場，區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場以水平作用為主，在滇西北地區(qū)，最大主應(yīng)力方向為NNE；在滇西北外圍地區(qū)，最大主應(yīng)力方向為NNW或NW。虢順民等[8]指出紅河斷裂帶第四紀(jì)以來發(fā)生的大規(guī)模右旋走滑運動，使斷裂東盤塊體產(chǎn)生右旋滑移，導(dǎo)致北部尾端的質(zhì)量虧損，形成了拉張區(qū)。

1 計算方法和震源機制解統(tǒng)計特征

使用HASH方法對云南亞失穩(wěn)臺網(wǎng)運行期間中小地震的震源機制解進(jìn)行計算。HASH方法是在Resenberg等[9]編寫的求解P波初動震源機制解程序FPFIT基礎(chǔ)上改進(jìn)的，可以給出最佳解和質(zhì)量評價，質(zhì)量評價綜合考慮了震源位置、P波初動極性和速度模型的不確定性帶來的影響[10-11]。其計算過程如下：①根據(jù)輸入的P波極性和/或振幅比計算可能的斷層面解，如果滿足矛盾符號比等條件，通過網(wǎng)格搜索搜索出所有可能的解；②若不滿足條件，設(shè)定其他可能的速度模型和震源深度，計算方位角和離源角等進(jìn)一步求得一組可能的斷層面解；③重復(fù)N次，遴選出滿足矛盾比等條件的一組可能的斷層面結(jié)果；④剔除掉明顯不成叢的結(jié)果，將剩余的大多數(shù)接近的結(jié)果在平均法線到節(jié)面的向量坐標(biāo)中進(jìn)行平均，從而得到最佳解及解的評價結(jié)果。HASH方法中使用S/P振幅比約束節(jié)面，可提高低質(zhì)量結(jié)果的可靠性，但會降低高質(zhì)量結(jié)果的穩(wěn)定性。

挑選出亞失穩(wěn)臺網(wǎng)控制范圍內(nèi)的2018年3月—2020年8月1 338個質(zhì)量C以上的中小地震震源機制解進(jìn)行震源機制解參數(shù)的統(tǒng)計分析（圖2），具體分類標(biāo)準(zhǔn)見表1[10]。2組節(jié)面合并統(tǒng)計，節(jié)面走向（strike）各個方位均勻分布，在NE-SW和NW-SE方向稍顯優(yōu)勢；節(jié)面傾角（dip）統(tǒng)計結(jié)果表明該區(qū)地震以斜滑為主，幾乎沒有近水平的節(jié)面；節(jié)面滑動角（rake）顯示以正斷層型為主，幾乎沒有逆斷層型地震發(fā)生。P軸方位（Paz）優(yōu)勢方向為近NS向，與此相對應(yīng)的正交方向，T軸方位（Taz）的優(yōu)勢取向為近EW向，P軸傾角（Pdip）接近直立的高傾角最多，在 0°～90°范圍都有分布，T 軸傾角（Tdip）則接近水平，B軸傾角（Bdip）接近水平。各參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果顯示滇西北地區(qū)的震源錯動方式以正斷層型為主，逆斷層型地震比例很小（圖2）。與云南地區(qū)整體的震源機制以走滑類型為主的特征存在差異[12-16]，表現(xiàn)出滇西北地區(qū)局部的應(yīng)力場特征，這可能與該區(qū)多組斷層交匯、盆嶺相間、地殼活動形成了多個應(yīng)力集中點有密切聯(lián)系。郭祥云等[15]指出大理—麗江地區(qū)正斷層型震源機制比例較其他地區(qū)更高一點，與本文的統(tǒng)計結(jié)果較為一致。

圖2 震源機制解各參數(shù)統(tǒng)計特征

表1 Hash方法計算震源機制解質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)

2 震源機制解聚類分析

刁桂苓等[17]提出利用系統(tǒng)聚類對數(shù)量較多的中小震震源機制進(jìn)行分析的方法，將每2個解的P軸和T軸夾角之和作為距離，采用最長距離法和最短距離法作聚類分析。對劃分為同類的震源機制解，利用矢量合成方法計算該類解應(yīng)力軸的平均空間取向。本文對1 338個中小地震震源機制解采用最長距離法進(jìn)行聚類分析，取閾值T＝120，全部解被分為12類。表2列出了每類解的主應(yīng)力軸平均參數(shù)和解的數(shù)量，將聚類后的震源機制解的P軸和T軸分別做下半球投影（圖3）。

圖3 震源機制解最長距離聚類P、T軸投影

從表2可以看出，第1、2、3類為走滑類型，所占比例為26.9%；第4、5、6、7類為正斷層類型，所占比例為57.8%；第8、9類為逆沖型，所占比例為5.4%；第10、11、12類為不確定類型，所占比例為9.9%。從聚類結(jié)果可以看出，震源機制解類型以正斷層類型為主，與前文根據(jù)各參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果相同。各類解平均的P軸方位以NNW-SSE和NNESSW為主，整體呈近NS向。平均P、T軸夾角均大于87°，表明聚類后的平均解質(zhì)量很高。

表2 系統(tǒng)聚類不同震源機制類型各平均軸參數(shù)

3 漾濞地震前震源機制解一致性研究

2021年5月21日在云南亞失穩(wěn)臺網(wǎng)的邊緣發(fā)生漾濞6.4級地震，本文將對亞失穩(wěn)臺網(wǎng)控制范圍內(nèi)的地震進(jìn)行震源機制解一致性參數(shù)空間掃描，進(jìn)而討論漾濞地震前震源機制解一致性的空間分布特征。劉自鳳等[18]使用多個不同來源匯編而成的1 158個ML≥2.5地震的震源機制解對滇西北地區(qū)進(jìn)行震源機制解一致性掃描，顯示維西-喬后斷裂南段及鄰區(qū)震源機制一致性較好，但文中給出的空間分布顯示維西-喬后斷裂在區(qū)域邊緣，而從震源機制解分布可以進(jìn)行遠(yuǎn)大于該區(qū)域范圍的一致性參數(shù)掃描，作者可能集中討論滇西北地區(qū)而忽視了其他區(qū)域。漾濞地震后劉自風(fēng)等[19]使用CAP方法反演得到MS≥3.0地震的震源機制對其進(jìn)行一致性參數(shù)空間掃描，顯示滇西地區(qū)的大理—保山—臨滄一帶應(yīng)力張量方差偏低。

本文使用ZMAP軟件包[20]集成的應(yīng)力場反演方法計算震源機制解一致性參數(shù)。將研究區(qū)域按照0.02°×0.02°進(jìn)行網(wǎng)格化，每個網(wǎng)格節(jié)點及其周圍至少10個震源機制解，選用Michael方法進(jìn)行應(yīng)力張量反演，最后獲得震源機制解一致性參數(shù)空間分布圖（圖4）。從圖4可以看出，漾濞主震發(fā)生在震源機制解一致性低值區(qū)向高值區(qū)過渡地帶，兩側(cè)構(gòu)造應(yīng)力場差異明顯，震源區(qū)速度結(jié)構(gòu)反演顯示漾濞主震位于高低速過渡區(qū)且靠近高速區(qū)域邊界上，震源區(qū)波速比較低且周圍波速結(jié)構(gòu)差異較大[21]。因此我們推測漾濞主震受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的作用，在震源區(qū)應(yīng)力積累，并且流體（或者部分熔融物質(zhì)）從中下地殼深度范圍進(jìn)入發(fā)震斷層區(qū)，導(dǎo)致斷層弱化，最終共同作用引發(fā)了該次強震。漾濞地震序列的前震和主震的矩心與起始破裂點的位置關(guān)系顯示，兩地震向南東方向單側(cè)破裂，斷層以“前震-主震”型地震序列典型的“撤退式”方式破裂，MS5.6前震的發(fā)生降低了斷層面的抗剪強度，從而發(fā)生了更大的MS6.4主震[22]。漾濞6.4級地震序列中大部分地震的震源機制解有正斷兼走滑特征，符合負(fù)花狀構(gòu)造系統(tǒng)的斷層運動特征，震源深度剖面顯示的斷裂均為更大規(guī)模的維西-喬后斷裂的伴生負(fù)花狀構(gòu)造系統(tǒng)的內(nèi)部斷裂，在深部交匯于同一個斷層面[23]。該區(qū)域可能最終會演化為拉分盆地，如同滇西北存在的大量走滑斷裂的伴生盆地一樣[6]。

圖4 滇西北地區(qū)震源機制解一致性空間分布圖

4 結(jié)論

本文通過對云南亞失穩(wěn)臺網(wǎng)2018年3月—2020年8月期間1 338個中小地震震源機制解的統(tǒng)計分析，獲得以下認(rèn)識：亞失穩(wěn)臺網(wǎng)控制區(qū)域的震源破裂以正斷層為主，主壓應(yīng)力方向近NS向，這與云南地區(qū)整體的震源機制類型不一致，表現(xiàn)出局部構(gòu)造影響下的應(yīng)力場非均勻性。系統(tǒng)聚類分析給出了定量的震源機制解分類，正斷層類型占比57.8%，各類解平均的P軸方位以NNW-SSE和NNE-SSW為主，整體呈近NS向。

震源機制解一致性參數(shù)空間掃描顯示漾濞主震發(fā)生在一致性參數(shù)由低值區(qū)向高值區(qū)過渡地帶，與速度結(jié)構(gòu)反演顯示的漾濞主震位于高低速過渡區(qū)且靠近高速區(qū)域邊界上的結(jié)論類似，這可能得益于密集臺陣將計算震源機制的震級下限降低，使更多的微震震源機制用于空間掃描。