安寧河—?jiǎng)t木河地震帶震源參數(shù)及應(yīng)力狀態(tài)的研究①

阮 祥，程萬(wàn)正，喬惠珍，張永久，張致偉

（四川省地震局，四川成都 610041）

安寧河—?jiǎng)t木河地震帶震源參數(shù)及應(yīng)力狀態(tài)的研究①

阮 祥，程萬(wàn)正，喬惠珍，張永久，張致偉

（四川省地震局，四川成都 610041）

利用2001－2008年安寧河—?jiǎng)t木河地震帶100次3級(jí)以上中小地震波形資料計(jì)算了地震震源機(jī)制解。采用力軸張量法計(jì)算給出安寧河－則木河地震帶平均主應(yīng)力方向?yàn)镹W－SE，與歷史中強(qiáng)地震震源機(jī)制解結(jié)果一致；走滑錯(cuò)動(dòng)占的比例較大，且分布集中。由小震的震源波譜參數(shù)繪制出視應(yīng)力平面分布和深度分布剖面圖，顯示在安寧河－則木河地震帶及其附近區(qū)域相對(duì)高視應(yīng)力區(qū)出現(xiàn)在石棉附近地下5km和15km兩個(gè)不連通區(qū)域，西昌以南的則木河斷裂帶地下5km左右區(qū)域，以及西昌以北地下10～20km區(qū)域。若將相對(duì)高視應(yīng)力分布區(qū)作為未來(lái)強(qiáng)震危險(xiǎn)性的估計(jì)指標(biāo)，則安寧河斷裂帶北段及則木河斷裂帶中北段未來(lái)存在潛在的強(qiáng)震危險(xiǎn)性，而在這些地段近8年也有小震活動(dòng)的密度和強(qiáng)度的顯現(xiàn)。

震源機(jī)制解；視應(yīng)力分布；地震危險(xiǎn)性；安寧河－則木河地震帶

Abstract：Based on the middle－small earthquake data from 2001to 2008in Anninghe－Zemuhe earthquake belt，100focal mechanisms of ML≥3.0earthquakes are calculated.Using mechanical axis tensor method the direction of mean stress field of Anninghe－Zemuhe earthquake belt is given，with direction of NW－SE，which is in accord with the results given by historical moderatestrong earthquakes in the area.The strike－slip earthquakes account for large proportion in all earthquakes and located in narrow areas.The plane and section of apparent stress are plotted after calculating parameters of source spectrum of small earthquakes，it shows that the high value areas are two underground disconnected regions at depths of 5km and 15km near Shimian county，at depth of 5km on Zemuhe fault at south of Xichang city，and at depths of 10km to 20km at north of Xichang city，respectively.If relative high value area of apparent stress is thought as indicant of future strong earthquake risk，north segment of Anninghe fault and mid－north segment of Zemuhe fault are the potential strong earthquake risk area.In these areas density and intensity of small earthquakes have increased in recent 8years.

Key words：Focal mechanism solution；Apparent stress；Earthquake risk；Anninghe－Zemuhe earthquake belt

0 引言

中國(guó)大陸現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)具有明顯的分區(qū)性，表現(xiàn)在不同地區(qū)應(yīng)力作用方向和應(yīng)力結(jié)構(gòu)的不同，我國(guó)川滇地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的這種空間非均勻特征尤為明顯［1－2］。利用數(shù)字地震記錄資料針對(duì)一些潛在地震危險(xiǎn)性較高的地震帶進(jìn)行研究，給出構(gòu)造帶震源破裂參數(shù)及應(yīng)力場(chǎng)非均勻分布特征的分析結(jié)果有實(shí)際的參考價(jià)值。

安寧河—?jiǎng)t木河地震帶是歷史強(qiáng)震發(fā)生最頻繁的主要地震活動(dòng)地區(qū)之一，帶內(nèi)NS向的安寧河斷裂及NNW向的則木河斷裂年平均滑動(dòng)速率分別為5．1±2．5和2．8±2．3mm／a［3］。該區(qū)域歷史上曾發(fā)生多次強(qiáng)震［4］：1327～1536年由北向南依次發(fā)生3次M地震，分別為1327年康定石棉間M，石棉冕寧間M，及冕寧西昌間M；此后該斷裂帶平靜，直至1732年西昌M發(fā)生，其間間隔250年，7級(jí)地震的平靜更是持續(xù)近400年，至1850年西昌以南則木河斷裂的M地震發(fā)生；1952年冕寧發(fā)生的M地震是該斷裂帶上距今最近的一次強(qiáng)震。

針對(duì)安寧河－則木河地震帶的強(qiáng)震背景，且已接近強(qiáng)震復(fù)發(fā)周期，地震危險(xiǎn)性日益增強(qiáng)，本文利用多年來(lái)中小地震震源機(jī)制解研究了該地震帶區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)特征，以期對(duì)未來(lái)強(qiáng)震發(fā)生地區(qū)的判斷提供有益的參考。

1 資料和研究方法

1.1 資料

本文選取了北至四川康定，南至云南東川的的研究區(qū)域（26.00°～30.20°N；101.50°～103.20°E）。2000年后川滇數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)正式投入運(yùn)行，本文選用該區(qū)域內(nèi)數(shù)字地震波觀測(cè)資料從2000年到2008年汶川8.0級(jí)地震前，具有清晰波形記錄的100個(gè)3級(jí)以上地震，地震波形資料取自成都遙測(cè)臺(tái)網(wǎng)，部分取自昆明遙測(cè)臺(tái)網(wǎng)。圖1顯示研究區(qū)域內(nèi)2000年到2008年3級(jí)以上中小地震也有叢集發(fā)生的特征，且4級(jí)以上的地震叢集與歷史中強(qiáng)地震形成了有規(guī)律的間隔，與歷史強(qiáng)震震源區(qū)重合。鮮水河斷裂與龍門山斷裂交匯地區(qū)則較大面積的分布著ML3.0～3.9地震。

1.2 震源機(jī)制解及應(yīng)力場(chǎng)

選取ML≥3.0以上地震進(jìn)行震源機(jī)制解反演時(shí)以層狀介質(zhì)中一點(diǎn)源位錯(cuò)震源模型，采用廣義透射系數(shù)的快速算法和理論地震圖擬合直達(dá)波最大振幅比的方法，反演小震震源機(jī)制［5－6］。

圖1 安寧河—?jiǎng)t木河地震帶ML3.0以上地震震中分布（2000－2008）Fig.1 Distribution of ML≥3.0earthquakes in Anninghe－Zemuhe earthquake belt（2000－2008）.

震源機(jī)制解包括可能是震源斷層的2個(gè)節(jié)面的參數(shù)，滑動(dòng)角λ是斷層的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，可描述斷層的各種運(yùn)動(dòng)類型。例如：λ≈0°表示左旋走滑斷層，λ≈± 180°表示右旋走滑斷層，λ≈＋90°表示逆斷層，λ≈－90°表示正斷層。分別對(duì)節(jié)面1和節(jié)面2統(tǒng)計(jì)，使用滑動(dòng)角λ來(lái)確定斷層的錯(cuò)動(dòng)性質(zhì)，并約定數(shù)值區(qū)間［7］。

除節(jié)面參數(shù)外，震源機(jī)制解也包括了三個(gè)應(yīng)力軸的方位角和仰角，基于此震源斷層面解的空間取向及參數(shù)，即力軸張量在地理坐標(biāo)系中的表達(dá)式，采用計(jì)算平均力軸張量及主值的方法［7－8］，求解相應(yīng)的本征方程，可以求得構(gòu)造區(qū)段的應(yīng)力場(chǎng)方向。

1.3 視應(yīng)力分布

視應(yīng)力與引起地震滑動(dòng)的平均應(yīng)力水平之間通過(guò)地震波輻射效率聯(lián)系在一起。對(duì)一個(gè)地區(qū)中引起地震滑動(dòng)的平均應(yīng)力水平進(jìn)行區(qū)域平均，則可以作為當(dāng)?shù)氐慕^對(duì)應(yīng)力水平的一個(gè)間接的估計(jì)［9］。視應(yīng)力被定義為地震效率和平均應(yīng)力的乘積：

式中地震波輻射能量由下式求得

式中，ρ為介質(zhì)密度，SV為速度的功率譜積分：

相應(yīng)的位移功率譜積分

于是，

地震矩可由下式求得

根據(jù)視應(yīng)力定義式（1）取μ＝3.5×1011dyn／cm2，求得視應(yīng)力值［7］。

2 震源機(jī)制確定的應(yīng)力狀態(tài)

2.1 構(gòu)造主應(yīng)力場(chǎng)方向

研究給出的2000－2008年安寧河—?jiǎng)t木河地震帶3級(jí)以上100次地震及震源機(jī)制解分布見(jiàn)圖2。

基于研究區(qū)內(nèi)100次中小地震震源機(jī)制解的力軸空間方位參數(shù)，計(jì)算平均應(yīng)力張量，進(jìn)而得到平均應(yīng)力場(chǎng)的主值及方位［8］。根據(jù)整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)100次中小地震震源機(jī)制解得到的平均主壓應(yīng)力方位角為308.3°，即主壓應(yīng)力方位呈現(xiàn)為NW－SE方向。

2.2 震源錯(cuò)動(dòng)類型

根據(jù)安寧河－則木河地震帶100次地震震源機(jī)制解2個(gè)節(jié)面得到的滑動(dòng)角，由于研究區(qū)內(nèi)安寧河—?jiǎng)t木河斷裂及鮮水河斷裂南段走向近NS或NNW，我們將節(jié)面走向近NS向的統(tǒng)一為節(jié)面1，將走向近EW向的節(jié)面統(tǒng)一為節(jié)面2，在此基礎(chǔ)上把震源機(jī)制分為8個(gè)錯(cuò)動(dòng)類型，即：1逆傾滑動(dòng)，2左旋逆傾滑動(dòng)，3左旋走向滑動(dòng)，4左旋正傾滑動(dòng)，5正傾滑動(dòng)，6右旋正傾滑動(dòng)，7右旋走向滑動(dòng)，8右旋逆傾滑動(dòng)［7］。由圖3可看出節(jié)面1的地震震源機(jī)制解多為走向滑動(dòng)和正傾滑動(dòng)類型。尤為顯著的是錯(cuò)動(dòng)類型3、7的地震，即左旋和右旋的純走向滑動(dòng)類型占了44%的比例，接近一半；另外是錯(cuò)動(dòng)類型5、錯(cuò)動(dòng)類型1，即正傾滑動(dòng)和逆傾滑動(dòng)也占了一定比例，分別為16%和14%。圖4則顯示了節(jié)面1的錯(cuò)動(dòng)類型分布，可以看出傾滑型地震在整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)零星分布，表明該型地震屬于局部偶發(fā)事件，相反走滑型地震分布則較為叢集，表明了明顯的斷層的走滑屬性。

圖2 安寧河—?jiǎng)t木河地震帶3級(jí)以上地震震源機(jī)制解分布圖（斷裂編號(hào)同圖1）Fig.2 Distribution of focal mechanism solution of ML≥3.0 earthquakes in Anninghe－Zemuhe earthquake belt.

圖3 地震震源錯(cuò)動(dòng)類型統(tǒng)計(jì)Fig.3 Statistics of source dislocation types.

圖4 地震震源錯(cuò)動(dòng)類型的分布Fig.4 Distribution of different dislocation sources.

2.3 視應(yīng)力分布狀況

根據(jù)區(qū)內(nèi)100次中小地震波形資料計(jì)算了每個(gè)地震的視應(yīng)力值，經(jīng)kriging插值后在平面上繪制等值線圖5。研究區(qū)內(nèi)有多個(gè)明顯的視應(yīng)力相對(duì)高值區(qū)，但總體強(qiáng)度并不大，最高值為9.2bar。相對(duì)高值區(qū)出現(xiàn)在安寧河斷裂北段石棉至冕寧段及則木河斷裂普格段。根據(jù)歷史地震震源分布，距第一個(gè)高值區(qū)即安寧河斷裂石棉至冕寧段最近的一次大震為1480年級(jí)，距今已500多年，易桂喜等［10］的b值研究結(jié)果也顯示該地區(qū)處于低b值區(qū)，聞學(xué)澤［11］認(rèn)為該區(qū)在2015年前7級(jí)地震發(fā)震概率超過(guò)60%，高視應(yīng)力的結(jié)果也進(jìn)一步顯示該區(qū)處于強(qiáng)震發(fā)生的高危險(xiǎn)性區(qū)域。而另外一個(gè)高值區(qū)則是1850年級(jí)地震的震源區(qū)［4］，作為有大震背景的高視應(yīng)力區(qū)，雖未達(dá)到7級(jí)地震的復(fù)發(fā)周期，但高視應(yīng)力的現(xiàn)象依然需要注意區(qū)內(nèi)中等強(qiáng)震的發(fā)生。其他視應(yīng)力有所顯示的區(qū)域還包括龍門山斷裂南段的部分區(qū)域。

圖5 視應(yīng)力值在平面上的分布（AB為剖面位置）Fig.5 Plane distribution of apparent stress（ABis the location of section）.

鑒于地震帶內(nèi)斷裂基本均呈NNW－SSE走向，我們沿?cái)嗔褞×薔NW－SSE走向的剖面，如圖5中AB所示，將研究區(qū)內(nèi)地震投影到剖面上后插值形成剖面的視應(yīng)力分布見(jiàn)圖6。可以看到區(qū)內(nèi)地震集中分布在5～15km深度范圍內(nèi)?？闯鰩讉€(gè)視應(yīng)力相對(duì)高值區(qū)的深度分布，其中最高值出現(xiàn)在石棉附近鮮水河斷裂與安寧河斷裂交匯處，靠南一側(cè)即安寧河斷裂一側(cè)高視應(yīng)力區(qū)在5km以上的區(qū)域，而靠北一側(cè)即鮮水河斷裂一側(cè)高值區(qū)則在10 km以下，兩個(gè)相對(duì)高值區(qū)并不連通，形成犬牙交錯(cuò)的形態(tài)。此外石棉至西昌段內(nèi)還有兩個(gè)相對(duì)高值區(qū)，其視應(yīng)力值相對(duì)前述的高值區(qū)較弱，其中剖面170km附近的高值區(qū)深度在5km附近，而剖面230km附近的高值區(qū)則在15km左右。西昌以南剖面300km左右有兩個(gè)深度較淺的相對(duì)高值區(qū)，深度在5km以上。

圖6 震源深度及視應(yīng)力深度剖面圖Fig.6 Section of source depth and apparent stress.

3 分析和討論

安寧河－則木河地震帶歷史強(qiáng)震有震源機(jī)制解結(jié)果是稀少的。僅有1952年9月30日冕寧級(jí)地震的解，主壓應(yīng)力方向?yàn)?28°，力軸仰角21°；還有1次是1989年6月9日石棉5.3級(jí)地震的解，主壓應(yīng)力方向?yàn)?42°，力軸仰角18°。這兩次中強(qiáng)震的震源斷層的錯(cuò)動(dòng)類型呈近走滑兼具斜滑分量的特征。本文給出地震帶內(nèi)大量最新的震源機(jī)制解，并利用力軸張量方法給出安寧河—?jiǎng)t木河地震帶平均主應(yīng)力方向?yàn)镹W－SE。這與歷史上該帶內(nèi)大地震求出的中強(qiáng)地震震源機(jī)制解得到的主應(yīng)力方向的結(jié)果是大體一致的。

根據(jù)近8年地震帶內(nèi)地震的數(shù)字波形記錄，本文求取大量小震的震源波譜參數(shù)，根據(jù)這些資料研究繪出視應(yīng)力平面分布和深度分布剖面圖，探索用于地震危險(xiǎn)性估計(jì)。研究區(qū)域內(nèi)視應(yīng)力分布是不均勻的，高值出現(xiàn)在石棉附近地下5km和15km兩個(gè)不連通區(qū)域，西昌以南的則木河斷裂帶地下5km左右區(qū)域，以及西昌以北地下10～20km區(qū)域，而小江斷裂帶北段及則木河斷裂帶南段地區(qū)視應(yīng)力值相對(duì)較低。若將相對(duì)高視應(yīng)力分布區(qū)作為未來(lái)強(qiáng)震危險(xiǎn)性的估計(jì)指標(biāo)之一，則安寧河斷裂帶北段及則木河斷裂帶中北段未來(lái)存在潛在的強(qiáng)震危險(xiǎn)性。雖然地震危險(xiǎn)性估計(jì)方法較多，如根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的分段破裂特征，活動(dòng)速率估計(jì)，地震活動(dòng)性等，目前仍屬于探索中的問(wèn)題。但可以結(jié)合分析的是，在這些相對(duì)高視應(yīng)力分布區(qū)近8年小震活動(dòng)的密度和強(qiáng)度顯現(xiàn)，即在康定附近ML3.0～3.9地震活動(dòng)較頻繁，石棉附近ML4.0～4.9地震出現(xiàn)叢集，沿安寧河斷裂小震活動(dòng)較少，西昌以南的則木河斷裂帶與大涼山斷裂帶之間的區(qū)域，如普格、布拖一帶出現(xiàn)多次ML4.0～4.9地震。這些地段中小地震明顯活躍是一佐證。

［1］ 謝富仁，崔效鋒，趙建濤，等.中國(guó)大陸及鄰區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分區(qū)［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2004，47（4）：654－662.

［2］ 崔效鋒，謝富仁，張紅艷.川滇地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分區(qū)及動(dòng)力學(xué)意義［J］.地震學(xué)報(bào)，2006，28（5）：451－461.

［3］ 王閻昭，王恩寧，沈正康，等.基于GPS資料約束反演川滇地區(qū)主要斷裂現(xiàn)今活動(dòng)速率［J］.中國(guó)科學(xué)：D輯，2008，38（5）：582－ 597.

［4］ Wen X Z，Ma S L，Xu X W，et al.Historical pattern and behavior of earthquake ruptures along the eastern boundary of the Sichuan Yunan faulted－block，southwestern China［J］.Phys Earth Planet Int，2008，168：16－36.

［5］ 梁尚鴻，李幼銘，束沛鎰，等.利用區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)波振幅比資料測(cè)定小震震源參數(shù)［J］.地球物理學(xué)報(bào)，1984，27（3）：249－257.

［6］ 刁桂苓，于利明，寧杰遠(yuǎn)，等.1989年大同震群的破裂特征［J］.地球物理學(xué)報(bào)，1993，36（3）：360－368.

［7］ 程萬(wàn)正，阮祥，張永久.川滇次級(jí)地塊震源機(jī)制解類型與一致性參數(shù)［J］.地震學(xué)報(bào)，2006，28（5）：561－573.

［8］ 鐘繼茂，程萬(wàn)正.由多個(gè)地震震源機(jī)制解求川滇地區(qū)平均應(yīng)力場(chǎng)［J］.地震學(xué)報(bào)，2006，28（4）：337－346.

［9］ 吳忠良，黃靜，林碧蒼.中國(guó)西部地震視應(yīng)力的空間分布［J］.地震學(xué)報(bào)，2002，24（3）：293－301.

［10］ 易桂喜，聞學(xué)澤，蘇有錦.川滇活動(dòng)地塊東邊界強(qiáng)震危險(xiǎn)性研究［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2008，51（6）：1719－1725.

［11］ 聞學(xué)澤.活動(dòng)斷裂地震潛勢(shì)的定量評(píng)估［M］.北京：地震出版社，1995：1－150.

Research on Source Parameters and Stress State in Anninghe－Zemuhe Earthquake Belt

RUAN Xiang1，CHENG Wan－zheng1，QIAO Hui－zhen1，ZHANG Yong－jiu1，ZHANG Zhi－wei1
（Earthquake Administration of Sichuan，Chengdu 610041，China）

P315.727

A

1000－0844（2011）01－0046－05

2009－10－14

行業(yè)專項(xiàng)課題（200808053）；國(guó)家十一五科技支撐計(jì)劃子課題（2006BA（01B02－01－01））

阮 祥（1981－），男（漢族），云南人，助理工程師，現(xiàn)主要從事地震學(xué)和地震預(yù)報(bào)方面的研究.