2014年2月12日新疆于田MW7.0地震源區(qū)靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化和地震活動(dòng)率

趙立波, 趙連鋒, 謝小碧, 曹俊興, 姚振興

1 成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都　610059 2 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 地球與行星物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京　100029 3 美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校, 地球物理與行星物理研究所, 圣克魯茲CA 95064

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2014年2月12日新疆于田MW7.0地震源區(qū)靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化和地震活動(dòng)率

趙立波1,2, 趙連鋒2*, 謝小碧3, 曹俊興1, 姚振興2

1 成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都610059 2 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 地球與行星物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100029 3 美國(guó)加州大學(xué)圣克魯茲分校, 地球物理與行星物理研究所, 圣克魯茲CA 95064

2014年2月12日新疆于田MW7.0地震源區(qū)位于巴顏喀拉塊體與西昆侖塊體的連接部位，東西向拉張構(gòu)造發(fā)育，距離2008年3月21日于田MW7.1地震震中位置約100 km.根據(jù)有限斷層地震破裂過程模型，計(jì)算了2008年新疆于田地震產(chǎn)生的靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化.此次地震的斷層面呈北偏東方向，在斷層兩端出現(xiàn)3個(gè)應(yīng)力加載區(qū)，2014年于田主震位于破裂前端的庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū).這一結(jié)果表明，2008年于田地震可能對(duì)2014年地震事件起到了觸發(fā)作用.2008和2014年新疆于田地震產(chǎn)生的靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化與余震事件的空間分布具有明顯的相關(guān)性，大多數(shù)余震位于應(yīng)力加載區(qū)，發(fā)生在卸載區(qū)的余震較少.靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化與余震序列吻合較好.2014年3月21日新疆于田地震之后40天，在北西方向發(fā)生MW5.2強(qiáng)余震，其震中位置的應(yīng)力增量達(dá)到0.63×105Pa.通過比較，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化和地震活動(dòng)率之間具有較好的相關(guān)性.地震活動(dòng)率較高的區(qū)域與靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū)相對(duì)應(yīng)，如康西瓦斷裂東段、貢嘎錯(cuò)斷裂中段和東北段等區(qū)域.

于田地震； 靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化； 余震； 地震活動(dòng)率

1　引言

2014年2月12日17時(shí)19分(北京時(shí)間)，新疆于田縣發(fā)生了MW7.0強(qiáng)烈地震.震源區(qū)位于塔里木盆地南緣與青藏高原西北部的結(jié)合處(圖1).由于印度板塊和歐亞板塊對(duì)青藏高原的南北向擠壓作用(鄭劍東, 1993)，該區(qū)存在明顯的東西向地殼形變和拉張構(gòu)造(Taylor and Yin, 2009; Tapponnier and Molnar, 1976).該地震的主震斷層為從北東到南西方向的左旋走滑斷層(王衛(wèi)民等, 2014)，位于巴顏喀拉塊體與西昆侖塊體的連接部位，即阿爾金斷裂帶的尾部拉張區(qū)(程佳等, 2014).

當(dāng)作用在活動(dòng)斷層上的應(yīng)力超過其所能承受的強(qiáng)度時(shí)，斷層發(fā)生破裂，釋放積累的應(yīng)力，從而改變斷層周圍及鄰近區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài).這種應(yīng)力的改變就是庫(kù)侖應(yīng)力變化(Mitsakaki et al., 2013).庫(kù)侖應(yīng)力變化與斷層的幾何產(chǎn)狀、滑動(dòng)量和有效摩擦系數(shù)有關(guān)(Stein et al., 1994).

地震產(chǎn)生的斷層破裂過程在周圍地殼中引起靜態(tài)應(yīng)力變化(Sarkarinejad and Ansari, 2014).靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化有可能成為觸發(fā)因素，影響到其后地震發(fā)生的時(shí)-空分布.由地震破裂過程導(dǎo)致的局部應(yīng)力變化經(jīng)常富集在斷層破裂方向上(Parsons et al., 2006).

計(jì)算庫(kù)侖應(yīng)力變化主要考慮兩種接收斷層方向，即給定的接收斷層方向和最優(yōu)斷層方向.給定的接收斷層方向是假定接收斷層具有主震相似的走向、傾角和滑動(dòng)角，通常用鄰近區(qū)域的斷層面.最優(yōu)斷層方向是由地震產(chǎn)生的最大庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化確定，需要考慮主震的應(yīng)力擾動(dòng)和震源區(qū)的應(yīng)力范圍.

根據(jù)速率-狀態(tài)定律，Dieterich(1994)認(rèn)為應(yīng)力突然加載會(huì)引起地震活動(dòng)率的快速增加，隨時(shí)間衰減，最終恢復(fù)平靜.根據(jù)余震的發(fā)生，庫(kù)侖應(yīng)力變化和地震活動(dòng)率之間可以建立關(guān)系模型(Toda et al., 2008).余震序列主要發(fā)生在應(yīng)力加載區(qū)，在卸載區(qū)一般較少發(fā)生.

地震源區(qū)靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化能夠指示地震之間的相互觸發(fā)關(guān)系、余震空間分布規(guī)律和周邊活動(dòng)斷層的地震危險(xiǎn)性(例如, Das and Scholz, 1981; Stein, 1999; Deng et al., 1999; Lin and Stein, 2004; Toda et al., 2008; Parsons et al., 2008; 單斌等, 2009; 萬(wàn)永革等, 2010).很多研究者證實(shí)了庫(kù)侖破裂應(yīng)力和地震活動(dòng)率之間的相關(guān)性(例如, Reasenberg and Simpson, 1992; Toda et al., 1998; Parsons et al., 1999; Parsons, 2002).King 等(1994)計(jì)算了蘭德斯MW7.3地震在最優(yōu)斷層方向上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化，其庫(kù)侖應(yīng)力變化與余震的空間分布具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系.周龍泉等(2008)計(jì)算了2007年蘇門答臘MS8.5地震產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化，計(jì)算結(jié)果顯示，其變化值都大于經(jīng)驗(yàn)觸發(fā)值0.1×105Pa(Harris,1998),較強(qiáng)余震均位于加載區(qū).解朝娣等(2010)根據(jù)不同的地震破裂過程模型計(jì)算MS8.0汶川地震產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化，無(wú)論用Ji(2008)還是王衛(wèi)民等(2008)給出的有限斷層模型，計(jì)算所得的庫(kù)侖應(yīng)力變化的空間分布與余震活動(dòng)空間分布都能夠較好地吻合，西秦嶺南緣斷裂帶大部分處于加載區(qū)域.這一結(jié)果與萬(wàn)永革等(2009)計(jì)算的汶川地震對(duì)主要斷層產(chǎn)生的應(yīng)力的結(jié)果非常接近.汶川MS8.0地震觸發(fā)了2013年蘆山MS7.0地震，85%的余震是由兩次地震共同作用的結(jié)果(繆淼和朱守彪, 2013).宋金和蔣海昆(2011)計(jì)算玉樹MS7.1地震在最優(yōu)斷層面上產(chǎn)生的靜態(tài)庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化對(duì)余震的觸發(fā)率達(dá)75%，與汪建軍等(2012)計(jì)算的玉樹地震產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化對(duì)余震觸發(fā)率達(dá)76.4%的結(jié)果很相近，都說明玉樹地震對(duì)余震具有觸發(fā)作用.Reasenberg和Simpson(1992)計(jì)算了1989年美國(guó)加州Loma Prieta地震產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化和地震活動(dòng)率變化，應(yīng)力加載區(qū)域地震活動(dòng)率增加，卸載區(qū)域地震活動(dòng)率減小.劉桂萍和傅征祥(2000)研究了1976年唐山地震后靜應(yīng)力場(chǎng)和區(qū)域地震活動(dòng)速率變化，唐山大地震可能觸發(fā)了震源區(qū)以外3個(gè)區(qū)域的地震，使得地震活動(dòng)增強(qiáng).

圖1　區(qū)域構(gòu)造和震源機(jī)制解空間分布綠色五角星分別表示2008年和2014年新疆于田地震的震中位置，對(duì)應(yīng)的震源機(jī)制解分別來(lái)自王衛(wèi)民等(2014)和Shao和Ji(2008). 標(biāo)有續(xù)號(hào)的紅色震源機(jī)制解表示新疆于田地區(qū)MW≥5.0的地震事件，機(jī)制解取自全球矩心矩張量解目錄, 其他參數(shù)列于表1.Fig.1　Map showing the regional structures and epicenters of all MW≥5.0 earthquakes along with their focal mechanismsThe green stars are epicenters of the 2008 and 2014 Xinjiang Yutian earthquakes, and their focal mechanisms are from Wang et al. (2014) and Shao and Ji (2008) , respectively. The numbered red focal mechanisms are for other MW≥5.0 earthquakes in this region. Their focal mechanisms are from GCMT catalogues, and other parameters are listed in Table 1.

根據(jù)有限斷層模型，我們分別計(jì)算2008年新疆于田MW7.1地震和2014年新疆于田MW7.0地震產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化，分析兩次地震的關(guān)聯(lián)性及對(duì)各自余震序列的影響.使用2014年新疆于田MW7.0地震前后地震事件，計(jì)算地震活動(dòng)率變化，調(diào)查靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化與地震活動(dòng)率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

2　靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力計(jì)算

利用彈性位錯(cuò)理論，計(jì)算靜態(tài)應(yīng)力(Okada, 1992).根據(jù)庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則(Jaeger and Cook, 1969)，庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化Δσf為(Harris, 1998; Stein et al., 1992)

(1)

其中，Δτs和Δσn為斷層面上的剪切應(yīng)力變化(滑動(dòng)方向?yàn)檎?和正應(yīng)力變化(拉張為正)，μ為摩擦系數(shù)，Δp為孔隙流體壓力變化.有效摩擦系數(shù)μ′=μ(1-B)(Rice, 1992)，B為Skempton系數(shù)，(1)式為

(2)

(3)

圖2　最優(yōu)破裂面庫(kù)侖應(yīng)力計(jì)算坐標(biāo)系(引自King et al., 1994)Fig.2　The axis system used for calculating Coulomb stresses on optimum failure planes (after King et al., 1994)

(4)

(5)

則最優(yōu)破裂面上的庫(kù)侖應(yīng)力變化

(6)

其中，Δσf>0，有利于余震的發(fā)生；反之，抑制發(fā)生.

3　震源區(qū)靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化

新疆于田地區(qū)6年之內(nèi)發(fā)生了兩次強(qiáng)震，即2008年MW7.1地震和2014年MW7.0地震.從空間分布上看，這兩次地震事件沿著貢嘎錯(cuò)斷裂從西南向東北遷移(圖1).2008年新疆于田MW7.1地震是正斷兼左旋分量的斷裂(Xu et al., 2013)，該地震造成了多處房屋損壞，震中的海拔高度約為5.5 km(萬(wàn)永革等, 2010).計(jì)算過程中，震源斷層采用Shao和Ji(2008)給出的2008年于田MW7.1地震有限斷層模型(表1)，該模型由14×5個(gè)滑移單元組成.王衛(wèi)民等(2014)給出的2014年新疆于田MW7.0地震震源機(jī)制解節(jié)面(走向240°、傾角71.9°、滑動(dòng)角-2.2°)作為接收斷層面(表1).在物性參數(shù)方面，楊氏模量取值8×1010Pa，剪切模量為3.2×1010Pa，泊松比為0.25，有效摩擦系數(shù)取0.4(King et al., 1994)，計(jì)算深度為10 km.利用Coulomb 3.3軟件(Lin and Stein, 2004; Toda et al., 2005)計(jì)算庫(kù)侖應(yīng)力變化值的空間分布.

表1　2014年2月12日于田地震前后MW≥5.0地震的震源參數(shù)Table 1　The hypocentral and source parameters of the MW≥5.0 earthquake of before and after the 12 February 2014 Yutian earthquake

圖3a為2008年新疆于田地震在2014年新疆于田地震斷層面上產(chǎn)生的應(yīng)力變化.首先確定了3個(gè)應(yīng)力加載區(qū)和2個(gè)卸載區(qū).加載區(qū)即應(yīng)力重新集聚的區(qū)域，是可能再次發(fā)生較大地震的地段.卸載區(qū)則是應(yīng)力釋放的區(qū)域，通常認(rèn)為相對(duì)穩(wěn)定，不易發(fā)生較大地震.應(yīng)力加載區(qū)主要顯示在北東到西南向和北西向，應(yīng)力卸載區(qū)展現(xiàn)出西北到東南走向.2014年新疆于田地震破裂面位于應(yīng)力加載區(qū)，大約增加0.05～0.25×105Pa.震中位置增加了0.053×105Pa，根據(jù)Ziv和Rubin(2000)的研究，庫(kù)侖應(yīng)力變化增量小于經(jīng)驗(yàn)觸發(fā)值0.1×105Pa也可能觸發(fā)地震.因此，可以推測(cè)2008年新疆于田地震可能對(duì)2014年于田地震事件起到了觸發(fā)作用.

圖3b為2008年新疆于田地震在2014新疆于田地震斷層上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化剖面.2014年新疆于田主震斷裂全部位于庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū).2008年于田主震斷裂在深度13 km以上幾乎全部處于庫(kù)侖應(yīng)力卸載區(qū)，13 km以下斷裂均在庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū).2014年于田主震震中處于庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū)，庫(kù)侖應(yīng)力變化小于0.1×105Pa(Harris, 1998).2008年新疆于田地震同震滑動(dòng)產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力增加量的轉(zhuǎn)移已經(jīng)影響了2014年新疆于田地震的發(fā)生.

圖3　(a) 2008年新疆于田地震在2014年新疆于田地震破裂面上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化； (b) 沿虛線AB的深度剖面,紅色和藍(lán)色分別代表庫(kù)侖應(yīng)力增加和減小, 黑色五角星為主震位置, 黑色和紫色矩形框分別表示2008年和2014年于田地震破裂面在地表的投影Fig.3　(a) Map showing the Coulomb stress changes caused by the 2008 Xinjiang Yutian earthquake over the representative fault planes of 2014 Xinjiang Yutian earthquake；(b) Cross-sectional view of the Coulomb stress change along the dashed line AB. Colors between red and white stand for increase, and between blue and white stand for decrease of ΔCFS. Black stars show the main shock locations. The black and purple rectangles represent surface projections of the 2008 and 2014 Xinjang Yutian earthquake ruptures

2014年新疆于田MW7.0地震發(fā)生后，斷層邊緣及周邊區(qū)域發(fā)生大量余震.我們使用2014年2月12日到2015年1月1日的地震事件來(lái)研究2014年新疆于田地震后續(xù)余震空間分布.余震發(fā)生機(jī)制以應(yīng)力腐蝕開裂為主，余震序列能量主要由介質(zhì)中貯存的蠕變應(yīng)變能提供(谷繼成等,1979).谷繼成等(1982)認(rèn)為強(qiáng)余震空間分布具有平面性，遷移范圍與主震破裂長(zhǎng)度相當(dāng)，總遷移范圍及方向與主震破裂方式有關(guān).該地震后余震主要向北部和東北部延伸(圖4)，多數(shù)集中在主震斷層邊緣及震中位置周邊斷層，少部分隨機(jī)分布在其他區(qū)域，例如，貢嘎錯(cuò)斷裂西南段和康西瓦斷裂中段北部等.我們通過計(jì)算主震產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化嘗試去解釋余震空間分布.

圖4　區(qū)域構(gòu)造和余震震中(綠色圓圈)分布黑色震源機(jī)制解分別表示2014年新疆于田MW7.0地震和MW5.2余震. 紅色長(zhǎng)方形為王衛(wèi)民等(2014)反演的2014年于田地震破裂過程模型在地表的投影. 綠色圓圈表示余震空間分布. 灰色箭頭指示余震沿NE和近SN向延伸.Fig.4　The regional structures and the epicentral locations for the aftershocks (green dots)The black focal mechanisms denote the 2014 Yutian MW7.0 earthquake and the MW5.2 aftershock, respectively. The red rectangle represents surface projection of the rupture plane of the 2014 Yutian earthquake obtained by Wang et al.(2014). The green dots denote the aftershocks. The gray arrows indicate that the aftershocks extend along the NE and near NS directions.

通常以主震在最優(yōu)破裂面上計(jì)算的庫(kù)侖應(yīng)力變化來(lái)解釋余震空間分布(King et al., 1994;Toda et al., 2005).計(jì)算時(shí)假定最大主應(yīng)力方向?yàn)镹45°E，大小為100×105Pa(King et al.,1994),符合當(dāng)?shù)貐^(qū)域應(yīng)力場(chǎng)特征(馬杏垣, 1987; 徐紀(jì)人和趙志新, 2006).對(duì)于正斷層和走滑斷層，庫(kù)侖應(yīng)力等式中將出現(xiàn)低摩擦系數(shù)(Lin and Stein, 2004; Ma et al., 2005)，因此，計(jì)算的有效摩擦系數(shù)取0.4，其他物性參數(shù)如上所述.此外，2014年于田MW7.0地震導(dǎo)致的同震靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力場(chǎng)變化也會(huì)影響其周邊斷層上的應(yīng)力累積.不同深度對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)力變化增量，最大應(yīng)力增量決定了觸發(fā)作用(Lin and Stein, 2004).因此，我們采用5 km 的深度間隔計(jì)算應(yīng)力分布，選取決定觸發(fā)作用的最大應(yīng)力增量(周云等, 2015).計(jì)算過程中，斷層參數(shù)如表2所示.

圖5為2014年新疆于田地震在最優(yōu)破裂面上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化.灰色長(zhǎng)方形為有限斷層在地表上的投影，白色五角星為2014年新疆于田地震震中位置.根據(jù)King等(1994)，長(zhǎng)和短的走滑斷層兩端的應(yīng)力加載區(qū)有相似的強(qiáng)度和尺寸，長(zhǎng)斷層的卸載區(qū)主要垂直于斷層走向并向外延伸，短斷層則是沿著斷層走向，兩側(cè)卸載區(qū)逆對(duì)稱.2014年新疆于田地震是短走滑破裂，應(yīng)力加載區(qū)主要分布在主震斷層的兩端、南北方向及主震斷層邊緣部分，應(yīng)力卸載區(qū)主要有4個(gè)突出部分，北東和東南走向相對(duì)于其他部分突出，應(yīng)力下降(0.2～0.5)×105Pa.

表2　研究區(qū)域所用地質(zhì)斷層參數(shù)(周云等，2015)Table 2　Fault segment parameters of earthquake zone

圖5　2014年于田地震在最優(yōu)破裂面上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化白色五角星為震中位置, 灰色長(zhǎng)方形表示破裂面在地表的投影(王衛(wèi)民等, 2014).Fig.5　Coulomb stress change due to the 2014 Yutian earthquake calculated using the optimal fracture directionThe white star shows the epicenter of the 2014 mainshock. The gray rectangle is the surface projection of the rupture plane(Wang et al., 2014).

圖5比較了2014年新疆于田地震產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化和余震空間分布.有75.4%余震處于應(yīng)力加載區(qū)，應(yīng)力增加大于0.15×105Pa，24.6%余震發(fā)生在卸載區(qū)，應(yīng)力減小了(0.2～0.5)×105Pa.

圖6　2014年于田地震引起的周邊主要斷層的庫(kù)侖應(yīng)力變化黑色五角星為主震位置, 黑色震源機(jī)制解表示2014年新疆于田MW7.0地震.Fig.6　Coulomb stress changes in major faults caused by the 2014 Yutian earthquakeThe black star and focal mechanism denote the 2014 Yutian MW7.0 earthquake.

圖6為2014年新疆于田地震對(duì)周邊主要活動(dòng)斷層產(chǎn)生的應(yīng)力累積.普魯斷裂由西到中段應(yīng)力逐漸加載，在中段達(dá)到0.21×105Pa，東段進(jìn)入卸載區(qū)，應(yīng)力下降到0.34×105Pa.康西瓦斷裂東段以卸載為主，斷裂中段應(yīng)力加載，達(dá)到0.37×105Pa，斷裂西段沿走向方向隨著遠(yuǎn)離震中位置，應(yīng)力逐漸下降.貢嘎錯(cuò)斷裂東北段應(yīng)力加載，沿走向方向靠近震中位置應(yīng)力加載更大，中段位于應(yīng)力卸載區(qū)，斷裂西南段應(yīng)力卸載逐漸減小.龍木錯(cuò)—邦達(dá)錯(cuò)斷裂由于距離震中位置較遠(yuǎn)，在斷裂上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化不明顯.普魯斷裂中段、康西瓦斷裂中段和貢嘎錯(cuò)斷裂東北段應(yīng)力加載值均大于經(jīng)驗(yàn)觸發(fā)值0.1×105Pa，這些斷層上發(fā)生地震的概率加大.

圖7為2008年新疆于田地震在最優(yōu)斷層面上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化.白色長(zhǎng)方形為有限斷層在地表上的投影，白色五角星為2008年新疆于田地震震中位置.應(yīng)力加載區(qū)主要是北東到南西走向.應(yīng)力卸載區(qū)主要位于主震斷層的兩側(cè)，西北到東南走向，應(yīng)力下降(0.2～0.5)×105Pa.圖7中的綠色圓點(diǎn)表示2008年新疆于田地震余震事件，這些數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心.余震序列近南北分布，65%余震事件位于康西瓦斷裂和貢嘎錯(cuò)斷裂之間，20%余震位于貢嘎錯(cuò)斷裂和龍木錯(cuò)—邦達(dá)錯(cuò)斷裂之間，有15%余震位于龍木錯(cuò)—邦達(dá)錯(cuò)斷裂南部和康西瓦斷裂北部.由圖7可見， 84.6%余震位于2008年新疆于田地震靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū)，應(yīng)力增加大于0.1×105Pa，15.4%余震主要處于應(yīng)力卸載區(qū)，應(yīng)力減小了(0.15～0.4)×105Pa.

2008和2014年新疆于田地震的余震事件分別有84.6%和75.4%處于庫(kù)侖應(yīng)力加載區(qū)，庫(kù)侖應(yīng)力變化與余震空間分布吻合較好.因此，余震充分吸收了主震未完全釋放的應(yīng)力，有助于震源區(qū)應(yīng)力恢復(fù)平衡.在2014年于田地震北西向，發(fā)生了一個(gè)具有正斷兼走滑機(jī)制的MW5.2余震事件(圖4).結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)資料，接收斷層參數(shù)為走向218°、傾角47°、滑動(dòng)角-26°.2014年新疆于田地震在其節(jié)面上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化顯示了這個(gè)余震位于應(yīng)力加載區(qū)，如圖8，余震事件的震中位置的應(yīng)力增量達(dá)到0.63×105Pa.因此，2014年2月12日新疆于田地震對(duì)其后的MW5.2余震事件存在明顯的觸發(fā)作用.

4　地震活動(dòng)率變化

庫(kù)侖應(yīng)力變化的增加或減小分別可以促進(jìn)或抑制后續(xù)地震(Reasenberg and Simpson, 1992).為了檢驗(yàn)計(jì)算的庫(kù)侖應(yīng)力變化是否影響地震活動(dòng)率變化，我們通過比較主震前后兩個(gè)時(shí)期的平均地震活動(dòng)率計(jì)算速率變化(Toda et al., 1998).不同于地震矩率，地震活動(dòng)率通過累積地震數(shù)反映，與震級(jí)無(wú)關(guān)，小震越豐富對(duì)地震活動(dòng)率的影響越大(Toda and Stein, 2002).一般靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化大于等于0.1×105Pa影響地震活動(dòng)率(King et al., 1994).我們從國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心(http:∥data.earthquake.cn/data/)下載新疆于田地區(qū)2009年以來(lái)震級(jí)大于ML1.0的地震事件目錄，調(diào)查地震活動(dòng)率變化.

圖9　最小完整性震級(jí). 2014年新疆于田地震之前(方塊)和之后(圓圈)地震事件個(gè)數(shù), 最小完整性震級(jí)分別是2.7和1.9Fig.9　The minimum magnitudes of completeness, Mc, which are 2.7 and 1.9 from numbers of earthquakes before (square) and after (circle) the 2014 Xinjiang Yutian MW7.0 earthquake, respectively

為了保證地震事件的獨(dú)立性和隨機(jī)性，去除研究區(qū)域的叢集和余震(Reasenberg and Simpson, 1992)，使用Zmap(Wiemer, 2001)軟件確定2014年于田地震前后兩個(gè)時(shí)期的Mc(圖9)來(lái)保證地震目錄的完整性.2014年于田地震的背景地震目錄為2009年1月1日到2013年12月31日的數(shù)據(jù)，2014年于田地震后的數(shù)據(jù)取2014年2月12日到2014年12月31日的地震目錄.背景地震的最小完整性震級(jí)Mc=2.7，主震后的最小完整性震級(jí)Mc=1.9.根據(jù)Mc定義的理想震級(jí)下限來(lái)計(jì)算地震活動(dòng)率變化.通過計(jì)算2014年于田MW7.0地震后期平均地震率(R)與前期平均地震率(r)的比值來(lái)表示地震活動(dòng)率變化.計(jì)算過程中，我們選取5 km×5 km的網(wǎng)格單元，光滑半徑為25 km(Wyss and Wiemer, 2000)，通過高斯濾波對(duì)地震活動(dòng)率進(jìn)行光滑處理(Toda et al., 1998).

2014年新疆于田MW7.0地震之后，震源區(qū)內(nèi)普魯斷裂東段、康西瓦斷裂東段、貢嘎錯(cuò)斷裂中段和東北段的地震活動(dòng)率增加(圖10a).為了檢驗(yàn)地震活動(dòng)率變化的顯著性，我們應(yīng)用Zmap軟件(Wiemer, 2001)計(jì)算出震源區(qū)2014年新疆于田地震前后兩個(gè)時(shí)期的Z值統(tǒng)計(jì)(Habermann, 1983)結(jié)果.圖10b顯示了研究區(qū)域Z值分布，Z值只表示地震活動(dòng)率變化的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而不是變化的值.正負(fù)Z值分別表示地震活動(dòng)率降低和增加.由于只研究主震后觸發(fā)區(qū)地震活動(dòng)的現(xiàn)象，所以只關(guān)注負(fù)Z值的變化.圖10a中地震活動(dòng)率增加較大區(qū)域與圖10b中較大負(fù)Z值區(qū)域(低于-2.807)相符合，除了普魯斷裂東段區(qū)域的地震活動(dòng)率降低外，其他區(qū)域地震活動(dòng)率變化都是增加的.

圖10　2014年于田地震前后地震活動(dòng)率變化(a) 由震前地震率(r)和震后地震率(R)的比值(R/r)得到地震活動(dòng)率變化，正值表示地震率增加；(b) 地震活動(dòng)率變化的Z值分布，其中正值表示地震率減小.Fig.10　Seismicity rate changes before and after the 2014 Yutian earthquake(a) The seismicity rate changes calculated by the ratio between the mean postmainshock and premainshock rates. The positive seismicity rate changes correspond to the increasing seismicity rates. (b) Calculated Z values describing the seismicity rate changes. The positive Z values denote seismicity rate decreases.

5　討論與結(jié)論

由于地震破裂過程的復(fù)雜性，不同模型對(duì)庫(kù)侖應(yīng)力計(jì)算結(jié)果有較大的影響，尤其是鄰近斷層面的區(qū)域.我們僅采用Shao和Ji(2008)和王衛(wèi)民等(2014)給出的2008年和2014年新疆于田地震的有限斷層破裂過程模型，沒有做出與其它模型計(jì)算結(jié)果的比較.隨著更多地質(zhì)資料和GPS 數(shù)據(jù)的開放，綜合約束發(fā)震模型和靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化，結(jié)果會(huì)更可靠.我們使用比較簡(jiǎn)單的彈性半無(wú)限空間各向同性模型計(jì)算靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化，與分層地殼模型的結(jié)果進(jìn)行比較，得出非常相近的結(jié)果(程佳等, 2014).大地震發(fā)生后，地球的粘彈性松弛效應(yīng)會(huì)造成應(yīng)變擴(kuò)散(沈正康等, 2003).萬(wàn)永革等(2010)認(rèn)為粘彈性松弛效應(yīng)在發(fā)生時(shí)間間隔幾十年到幾個(gè)世紀(jì)的鄰近大地震之間的作用不可忽略，發(fā)震時(shí)間間隔較短可忽略.新疆于田地區(qū)兩次較大強(qiáng)震時(shí)隔6年，因此，可忽略粘彈性松弛效應(yīng)在震源區(qū)的應(yīng)力擾動(dòng).計(jì)算地震活動(dòng)率變化時(shí)，采用了有限的地震目錄.隨著時(shí)間的推移，可以收集更多的地震目錄事件進(jìn)行計(jì)算，增加地震活動(dòng)率計(jì)算的可靠性.另外，充分考慮實(shí)際地球的三維不均勻性、動(dòng)態(tài)觸發(fā)的作用、流體作用等因素的影響，能夠提高計(jì)算精度.

先前地震對(duì)之后地震或余震發(fā)展的影響，可以利用先前地震產(chǎn)生的附加庫(kù)侖應(yīng)力場(chǎng)為作為后續(xù)地震和余震發(fā)生的判據(jù).但是地震發(fā)生主要取決于外在應(yīng)力和地殼本身所存在的缺陷.斷層是地殼中的薄弱處，因此地震總是沿著一些斷層反復(fù)發(fā)生.主震發(fā)生后，震源區(qū)更是處于嚴(yán)重的破碎狀態(tài).后續(xù)地震的空間和時(shí)間分布規(guī)律，即它們是否能夠由“觸”而“發(fā)”主要取決于其自身原因，即區(qū)域應(yīng)力和地殼薄弱部位等，而庫(kù)侖應(yīng)力場(chǎng)僅為觸發(fā)因素.

根據(jù)已發(fā)布的有限斷層模型和靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力觸發(fā)原理，結(jié)合彈性位錯(cuò)理論計(jì)算靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化.利用地震目錄，通過比較2014年于田地震前后兩個(gè)時(shí)期的平均地震活動(dòng)率和計(jì)算Z值分布來(lái)指示地震活動(dòng)率變化，得到了以下主要結(jié)論：(1)在新疆于田地區(qū)發(fā)生2008年MW7.1和2014年MW7.0兩次較大的地震事件.通過計(jì)算震源區(qū)的靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化，發(fā)現(xiàn)2014年地震位于2008年地震之后靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力的加載區(qū)，可能指示了它們之間的觸發(fā)關(guān)系.(2)2008年新疆于田MW7.1地震和2014年新疆于田MW7.0地震在最優(yōu)破裂面上產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力變化與余震空間分布一致.應(yīng)力釋放較為完全，近期發(fā)生強(qiáng)震的可能性較低.(3)通過分析2014年新疆于田地震前后地震活動(dòng)率變化，發(fā)現(xiàn)了地震活動(dòng)較為顯著的區(qū)域，靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力增加.同樣可以說明，地震活動(dòng)率增加，有助于應(yīng)力釋放，降低強(qiáng)震發(fā)生的機(jī)率.

致謝Coulomb3.3軟件和Zmap軟件來(lái)自USGS網(wǎng)站，地震目錄來(lái)自國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心(CEDC)，震源機(jī)制解來(lái)自GCMT(http:∥www.globalcmt.org/CMTsearch.html)，圖件繪制采用GMT軟件(http:∥www.soest.hawaii.edu/gmt/). 作者之一的謝小碧感謝AFRL基金FA9453-12-C-0234部分支持.

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(本文編輯胡素芳)

Static Coulomb stress changes and seismicity rate in the source region of the 12 February, 2014 MW7.0 Yutian earthquake in Xinjiang, China

ZHAO Li-Bo1,2, ZHAO Lian-Feng2*, XIE Xiao-Bi3, CAO Jun-Xing1,YAO Zhen-Xing2

1StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation,CollegeofGeophysics,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China2KeyLaboratoryofEarthandPlanetaryPhysics,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China3InstituteofGeophysicsandPlanetaryPhysics,UniversityofCaliforniaatSantaCruz,CA95064,California,USA

On February 12, 2014, anMW7.0 earthquake occurred in Yutian region, Xinjiang, China. The epicenter of this earthquake is located in an area linking the Bayan Har block and west Kunlun block, a region with highly developed east-west trend tension structures. This earthquake is approximately 100 km away from a previous earthquake, the 2008MW7.1 Yutian earthquake. We investigate the Coulomb stress changes due to the 2008 earthquake and its triggering effect on the 2014 earthquake. The Coulomb stress changes caused by the two mainshocks and their effects on the subsequent aftershock sequences are also investigated. The main fracture of the 2008 earthquake extends along the NE direction. Based on the finite-sized fault model, we calculate its static Coulomb stress, which has three stress increase lobes at each ends. The 2014 Yutian earthquake is located in the increased Coulomb stress lobe of the 2008 earthquake, therefore it may be trigged by the 2008 earthquake. For both earthquakes, their aftershock distributions are correlated with their Coulomb stress changes caused by the mainshocks calculated based on their optimal orientations. We find that most of the aftershocks occurred in the increased Coulomb stress lobe, while few aftershocks occurred in the stress shadow zone. An apparent correlation is obtained between the mainshock stress changes and the observed spatial distribution of the aftershock occurrence, demonstrating the usefulness of the stress maps in predicting likely upcoming aftershock locations. AnMW5.2 aftershock occurred in the NW of the 2014 mainshock where the stress increases for 0.63×105Pa. The observation indicates that the regions with high seismicity rate are highly correlated with regions with high Coulomb stress changes, e.g., the eastern of the Kangxiwar fault, the middle and EN segments of Gonggar Co fault, etc.

Yutian earthquake； Static stress changes； Aftershocks； Seismicity rate

10.6038/cjg20161018.Zhao L B, Zhao L F, Xie X B, et al. 2016. Static Coulomb stress changes and seismicity rate in the source region of the 12 February, 2014MW7.0 Yutian earthquake in Xinjiang, China.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(10):3732-3743,doi:10.6038/cjg20161018.

國(guó)家自然科學(xué)基金(41374065,41474036)資助.

趙立波，男，1991年生，碩士研究生，主要從事地震學(xué)研究．E-mail:zhaolibo@mail.iggcas.ac.cn

趙連鋒，男，1972年生，副研究員，主要從事地震學(xué)研究.E-mail:zhaolf@mail.iggcas.ac.cn

10.6038/cjg20161018

P315

2016-02-15，2016-03-30收修定稿

趙立波, 趙連鋒, 謝小碧等. 2016. 2014年2月12日新疆于田MW7.0地震源區(qū)靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化和地震活動(dòng)率. 地球物理學(xué)報(bào)，59(10):3732-3743,