中強(qiáng)震對(duì)地殼應(yīng)力場(chǎng)的影響
——以盈江地區(qū)5次中強(qiáng)震為例

盛書(shū)中, 萬(wàn)永革, 胡曉輝, 宮猛, 張?zhí)K祥

1 東華理工大學(xué)地球物理與測(cè)控技術(shù)學(xué)院， 南昌 330013 2 防災(zāi)科技學(xué)院， 河北三河 065201 3 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 合肥 230026

0 引言

地殼應(yīng)力場(chǎng)的積累與增強(qiáng)會(huì)引起斷層錯(cuò)動(dòng)，斷層錯(cuò)動(dòng)又會(huì)引起地殼應(yīng)力場(chǎng)的釋放，斷層運(yùn)動(dòng)與地殼應(yīng)力場(chǎng)間不斷地調(diào)整，因此，詳細(xì)研究震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)變化是認(rèn)識(shí)地震孕育規(guī)律的一個(gè)關(guān)鍵因素.Yamakawa(1971)討論了地震會(huì)對(duì)震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)，從而引起震源區(qū)應(yīng)力偏轉(zhuǎn).許忠淮(1985)研究唐山地震震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)震后最大主應(yīng)力軸偏轉(zhuǎn)了約30°，后續(xù)大量研究均表明震后震源區(qū)存在應(yīng)力偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象(Michael，1987；Hauksson，1994；刁桂苓等，1994，2005；Zhao et al.，1997；Hardebeck and Hauksson，2001；Ickrath et al.，2014；Sheng and Meng，2020).Ickrath等(2014)研究了1999年土耳其MW7.4伊茲米特地震震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)，研究結(jié)果表明主震改變了震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)性質(zhì)，震前震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)為走滑型應(yīng)力場(chǎng)，主震后震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)變?yōu)檎龜嘈蛻?yīng)力場(chǎng)，主震后經(jīng)過(guò)2個(gè)月的調(diào)整，震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)又恢復(fù)到震前走滑型應(yīng)力場(chǎng).Hardebeck和Okada(2018)較系統(tǒng)地總結(jié)了國(guó)外地震引起的應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象方面的研究，發(fā)現(xiàn)主震震級(jí)小于～6.2級(jí)時(shí)引起的應(yīng)力偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象報(bào)道較少，認(rèn)為引起顯著應(yīng)力偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象的臨界震級(jí)約為6.2級(jí)，但也有震級(jí)較小地震引起顯著應(yīng)力場(chǎng)變化的震例，如美國(guó)加利福尼亞州圣哈辛托斷裂上的一次5.5級(jí)地震則引起主應(yīng)力軸傾角的變化(Martínez-Garzón et al., 2016)，他們估計(jì)該臨界震級(jí)受無(wú)偏轉(zhuǎn)震例研究報(bào)道較少的影響，因此，仍需要開(kāi)展大量的研究工作去進(jìn)一步確定應(yīng)力偏轉(zhuǎn)的震級(jí)閾值.震源區(qū)震后應(yīng)力偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象為我們揭示了地震對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響，同時(shí)也提供了估計(jì)震源處應(yīng)力量值的新途徑(Yin and Rogers，1995；Hardebeck and Hauksson，2001；萬(wàn)永革等，2006；Wesson and Boyd，2007；盛書(shū)中和萬(wàn)永革，2011；萬(wàn)永革等，2012).可見(jiàn)，同震或震后應(yīng)力場(chǎng)變化可以為我們揭示地震過(guò)程中震源區(qū)應(yīng)力演化特征以及估計(jì)震源區(qū)應(yīng)力量值，所以，震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)變化具有重要的研究意義.

云南盈江地區(qū)中強(qiáng)震頻發(fā)，備受研究者關(guān)注，研究者圍繞歷次中強(qiáng)震序列的發(fā)震構(gòu)造、震源機(jī)制解和地震重定位等開(kāi)展了一系列研究工作.徐彥等(2012)基于2008年盈江地震序列中強(qiáng)震震源機(jī)制解測(cè)定與地震序列重定位結(jié)果，對(duì)該序列的發(fā)震構(gòu)造及地殼流變特征進(jìn)行了分析.2011年3月10日盈江發(fā)生MS5.9地震，震后研究人員就該地震序列震源機(jī)制解、重定位和應(yīng)力降等開(kāi)展了一系列研究工作(房立華等，2011；趙小艷等，2012；鄧菲等，2016).2014年5月盈江陸續(xù)發(fā)生2次中強(qiáng)震，震后研究人員針對(duì)該雙震開(kāi)展了詳細(xì)的研究工作，如許力生等(2014)利用云南省地震臺(tái)網(wǎng)記錄的波形資料研究了該雙震的破裂歷史；為了研究其發(fā)震構(gòu)造，研究人員測(cè)定了震源機(jī)制解，并對(duì)地震序列開(kāi)展了重定位工作(趙旭等，2014；楊婷等，2016)；此外，對(duì)本次地震序列的剪切波分裂也開(kāi)展了詳細(xì)的研究(李金等，2015；孫楠等，2017；吳朋等，2018)，研究結(jié)果顯示主震前快剪切波優(yōu)勢(shì)偏振方向與區(qū)域主壓應(yīng)力方向一致，快剪切波偏振方向在地震序列過(guò)程中存在變化.Xu等(2015)對(duì)2008—2011年間盈江地區(qū)發(fā)生的5個(gè)地震序列進(jìn)行了重定位研究，結(jié)果表明2011年3月10日的地震序列發(fā)生在以71°向南西傾斜的雙層斷層上，其余震序列分布和區(qū)域已知主要斷裂走向相共軛.Xu等(2020)對(duì)云南地區(qū)震源機(jī)制解開(kāi)展了詳細(xì)的研究工作，并給出云南地區(qū)自2000年1月至2014年12月的統(tǒng)一震源機(jī)制解目錄，為深入研究該地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)提供了基礎(chǔ).

有關(guān)云南地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)展了大量研究工作，大多數(shù)研究工作均涉及盈江地區(qū)(錢(qián)曉東等，2011；Zhao et al., 2013；Xu et al., 2016；孫業(yè)君等，2017)，但缺少針對(duì)盈江地區(qū)中強(qiáng)震對(duì)該地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)影響的研究.因此，本研究目標(biāo)為利用2008年以來(lái)盈江地區(qū)地震震源機(jī)制解，詳細(xì)研究該地區(qū)發(fā)生的中強(qiáng)震是否對(duì)區(qū)域地殼應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)，即中強(qiáng)震對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響，確定盈江地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)及其是否存在時(shí)空變化，為盈江地區(qū)地震孕育環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)分析和中強(qiáng)震對(duì)應(yīng)力場(chǎng)影響等研究提供參考，以及為應(yīng)力場(chǎng)時(shí)空變化研究中是否需要考慮中強(qiáng)震對(duì)應(yīng)力場(chǎng)影響提供參考.

1 數(shù)據(jù)和方法

本研究的研究區(qū)域?yàn)楸本?4.5°—25.4°、東經(jīng)97.6°—98.2°，時(shí)間范圍為2008年3月21日—2014年11月19日，從Xu等(2020)的研究中收集到震源機(jī)制解262個(gè)，震源機(jī)制解空間分布情況見(jiàn)圖1，所用地震的矩震級(jí)范圍為3.03～5.82，震源深度主要分布在20 km以內(nèi).震源機(jī)制解類型為15個(gè)正斷層型，10個(gè)正斷走滑型，189個(gè)走滑型，6個(gè)逆沖兼走滑型，6個(gè)逆沖型，36個(gè)過(guò)渡型(Zoback，1992)，可見(jiàn)，盈江地區(qū)地震以走滑型地震為主.

圖1 各時(shí)段震源機(jī)制解空間分布圖(a) 、(b)、 (c)、 (d)和(e)分別對(duì)應(yīng)表2中的5個(gè)時(shí)段；(f)為全部震源機(jī)制解空間分布圖；紅點(diǎn)示意中強(qiáng)震震中，圖中數(shù)字對(duì)應(yīng)表1中的中強(qiáng)震序號(hào).Fig.1 The focal mechanism solutions spatial distribution of each time period(a) to (e) are consistent with the 5 periods in Table 2； (f) shows the spatial distribution of all focal mechanisms solutions, red dots represent the moderate earthquakes epicenter, Numbers in graphs correspond to the serial numbers of moderate earthquakes in Table 1.

本研究中應(yīng)力場(chǎng)反演我們采用MSATSI軟件(Martínez-Garzón et al., 2014)，該軟件包是Hardebeck和Michael(2006)給出的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)阻尼反演程序SATSI(Spatial And Temporal Stress Inversion)的Matlab版，增加了相應(yīng)的繪圖功能.MSATSI軟件在應(yīng)力場(chǎng)反演和結(jié)果成圖方面較為便捷，因此，被廣泛應(yīng)用于區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)反演工作(Ickrath et al.，2014；王曉山等，2015；Xu et al.，2016；Sheng and Meng，2020).考慮應(yīng)力場(chǎng)的時(shí)空連續(xù)性，Hardebeck和Michael(2006)基于Michael(1987)線性應(yīng)力場(chǎng)反演方法，增加相鄰網(wǎng)格點(diǎn)間應(yīng)力場(chǎng)連續(xù)性約束，在綜合考慮應(yīng)力場(chǎng)反演殘差和相鄰網(wǎng)格點(diǎn)間差異的基礎(chǔ)上，給出了區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)阻尼反演方法.該方法考慮了應(yīng)力場(chǎng)的時(shí)空連續(xù)性，因此，可以有效地抑制由于單獨(dú)反演各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)而產(chǎn)生相鄰網(wǎng)格點(diǎn)間應(yīng)力場(chǎng)出現(xiàn)突然變化的假象.

2 應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果及分析

使用上述數(shù)據(jù)和方法，我們研究中強(qiáng)震對(duì)盈江地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的影響.首先，為了研究5次中強(qiáng)震對(duì)研究區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的擾動(dòng)，中強(qiáng)震參數(shù)見(jiàn)表1，根據(jù)發(fā)震時(shí)間將數(shù)據(jù)分為5段，反演各時(shí)段的應(yīng)力場(chǎng)，研究結(jié)果見(jiàn)表2和圖3.其次，根據(jù)震源機(jī)制解空間分布的叢集性，我們將研究區(qū)分為南北兩部分，分別反演應(yīng)力場(chǎng)，以考察南北部應(yīng)力場(chǎng)是否存在差異.再次，為了考察研究時(shí)段內(nèi)，盈江地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)是否存在時(shí)空演化，我們?cè)谌繑?shù)據(jù)中隨機(jī)抽取震源機(jī)制解反演應(yīng)力場(chǎng).最后，鑒于前面的研究表明盈江地區(qū)在研究時(shí)段內(nèi)存在穩(wěn)定的應(yīng)力場(chǎng)，我們將整個(gè)研究時(shí)段的全部震源機(jī)制解作為整體進(jìn)行了應(yīng)力場(chǎng)反演，獲得盈江地區(qū)該時(shí)段內(nèi)的總體應(yīng)力場(chǎng)，研究結(jié)果見(jiàn)表3和圖4.

表1 中強(qiáng)震參數(shù)表Table 1 Parameters of the moderate earthquakes

表2 各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果表Table 2 The stress field inversion result of each time period

2.1 各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果及分析

先前研究認(rèn)為引起應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)的地震震級(jí)下限為～6.2級(jí)(Hardebeck and Okada，2018)，但也有較小地震引起應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)的震例(Martínez-Garzón et al., 2016)，本次研究的中強(qiáng)震震級(jí)小于該震級(jí)下限，這意味著這些地震的發(fā)生可能對(duì)應(yīng)力場(chǎng)沒(méi)有產(chǎn)生顯著的擾動(dòng)，即盈江地區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)在時(shí)間上仍是連續(xù)的.因此，考慮到時(shí)間上應(yīng)力場(chǎng)可能是連續(xù)的，我們使用阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演了該地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)；同時(shí)，為了捕獲中強(qiáng)震可能引起的應(yīng)力場(chǎng)變化，我們分時(shí)間段單獨(dú)反演各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)，即進(jìn)行了阻尼和無(wú)阻尼的分時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)反演.阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)誤差和模型長(zhǎng)度的折中曲線確定阻尼系數(shù)大小為1.6(見(jiàn)圖2).由表2可見(jiàn)，前3個(gè)時(shí)段內(nèi)所用震源機(jī)制解的旋轉(zhuǎn)角均方根值基本滿足要求，后兩個(gè)時(shí)段的旋轉(zhuǎn)角均方根值相對(duì)較小，總體滿足震源機(jī)制解多樣性要求.除第三個(gè)時(shí)段的單獨(dú)反演殘差平均值為36.1°外，其余各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果的殘差平均值均小于35°，反映各時(shí)段內(nèi)所用的震源機(jī)制解滿足應(yīng)力場(chǎng)均勻性假設(shè).應(yīng)力場(chǎng)反演的兩個(gè)基本假設(shè)均得到滿足，反映了應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果是可靠的.

圖2 模型長(zhǎng)度與數(shù)據(jù)擬合誤差之間的折中曲線Fig.2 The trade-off curve of model length and data misfit

盡管阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演給出的置信區(qū)間相對(duì)較小，但總體上兩種應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果是一致的(見(jiàn)表2和圖3)，反映了研究結(jié)果的穩(wěn)定性.

各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果均表明：盈江地區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)為走滑型，最大主應(yīng)力軸呈NNE-SSW向，最小主應(yīng)力軸呈SEE-NWW向，最大和最小主應(yīng)力軸傾角近水平，中間主應(yīng)力軸傾角近直立，該結(jié)果與先前的研究結(jié)果一致(錢(qián)曉東等，2011；Zhao et al.，2013；Xu et al.，2016；孫業(yè)君等，2017；Jin et al.，2019).

總體上兩種反演獲得的應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果均表明：中強(qiáng)震對(duì)應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生了擾動(dòng)，但主應(yīng)力軸方位變化不顯著(見(jiàn)表2和圖3).阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果表明：各時(shí)段主應(yīng)力軸走向和傾角最優(yōu)值變化較小，最大主應(yīng)力軸方位角的最大和最小值分別為215°和206°(26°的反方向).主應(yīng)力軸的95%置信區(qū)間均非常集中(見(jiàn)圖3)，各時(shí)段主應(yīng)力軸走向和傾角的最優(yōu)值差異較小且它們的95%置信區(qū)間有重疊，可見(jiàn)，阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果中最大主應(yīng)力軸存在順時(shí)針偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象但并不顯著.無(wú)阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果表明：各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生了相對(duì)較大的變化，最大主應(yīng)力軸走向的最大旋轉(zhuǎn)角達(dá)到19°，發(fā)生在第3個(gè)和第4個(gè)地震之后的應(yīng)力場(chǎng)間，同時(shí)，這兩個(gè)時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果的置信區(qū)間較大且有相互重疊部分，因此，雖然這兩個(gè)時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)存在較大差異，但考慮置信區(qū)間后，則它們的差異不顯著.綜上可見(jiàn)，兩種反演所得應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果均顯示各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)存在差異，但考慮到各時(shí)段主應(yīng)力軸的95%置信區(qū)間存在重疊區(qū)域 (見(jiàn)圖3)，則中強(qiáng)震引起的應(yīng)力場(chǎng)變化并不顯著.因此，這5次中強(qiáng)震對(duì)應(yīng)力場(chǎng)存在影響但并不顯著.

圖3 各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果圖圖中黑色加號(hào)示意應(yīng)力場(chǎng)反演的最優(yōu)值，紅色、綠色和藍(lán)色點(diǎn)示意2000次抽樣給出的最大、中間和最小主應(yīng)力軸的95%置信區(qū)間； (a)為阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果， (b) 為無(wú)阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果；數(shù)字表示各時(shí)段與表2中序號(hào)一致.Fig.3 The stress field inversion result of each time segmentThe black ‘+’ symbols denote the best fit principle stresses, while the red, green and blue dots denote the 95% confidence areas of maximum, intermediate and minimum principal stresses by 2000 times bootstrap resampling, respectively. (a) and (b) represent the damping and no damping inversion result respectively. Numbers represent each time period and consistent with the serial number in Table 2.

2.2 盈江地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)時(shí)空變化研究

為了進(jìn)一步確定盈江地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)是否存在時(shí)空變化，我們進(jìn)行了如下兩方面研究.首先，為了確定盈江地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)在空間上是否存在變化，根據(jù)地震主要發(fā)生在大盈江斷裂和卡場(chǎng)—大竹寨附近(見(jiàn)圖1f)，大體上可以分為南北兩部分，因此，以北緯24.8°為界，將研究區(qū)劃分為南北兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)反演，所得盈江地區(qū)南北部應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果見(jiàn)圖4a、4b和表3.反演得到的應(yīng)力場(chǎng)最優(yōu)解相差較小且其95%置信區(qū)間相互重疊，可見(jiàn)南北部應(yīng)力場(chǎng)可能存在較小的差異.其次，為了進(jìn)一步確定南北部應(yīng)力場(chǎng)差異的存在，我們將整體數(shù)據(jù)隨機(jī)劃分為與北部和南部區(qū)域震源機(jī)制解數(shù)量相同的數(shù)據(jù)集，分別進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)反演，并重復(fù)上述過(guò)程1000次，獲得這1000次應(yīng)力場(chǎng)反演的平均反演殘差分布(見(jiàn)圖4d).從圖4d可見(jiàn)，總體作為一個(gè)區(qū)域反演應(yīng)力場(chǎng)的平均殘差大于南北部應(yīng)力場(chǎng)反演平均殘差以及隨機(jī)劃分?jǐn)?shù)據(jù)為南北兩部分的應(yīng)力場(chǎng)反演平均殘差，一定程度上是由于應(yīng)力場(chǎng)擬合參數(shù)的增加導(dǎo)致反演殘差降低，同時(shí)也反映了應(yīng)力場(chǎng)可能存在空間差異.南北地區(qū)震源機(jī)制解單獨(dú)反演應(yīng)力場(chǎng)時(shí)的平均殘差小于隨機(jī)選取與南北部數(shù)量相等的震源機(jī)制解的應(yīng)力場(chǎng)反演平均殘差，這個(gè)結(jié)果反映南北地區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)確實(shí)存在差異，即盈江地區(qū)南北部應(yīng)力場(chǎng)存在空間差異；但從平均殘差的差異大小來(lái)看，這個(gè)差異較小，反映其南北部應(yīng)力場(chǎng)接近.最后，為了進(jìn)一步確定盈江地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)是否存在時(shí)空變化，我們從全部震源機(jī)制解中進(jìn)行1000次隨機(jī)抽取26個(gè)(5個(gè)時(shí)間段震源機(jī)制解數(shù)的中位數(shù))震源機(jī)制解反演應(yīng)力場(chǎng)，所得結(jié)果見(jiàn)圖5.可見(jiàn)，隨機(jī)抽取26個(gè)震源機(jī)制解反演應(yīng)力場(chǎng)，反演的平均殘差總體上均滿足應(yīng)力場(chǎng)均勻性要求(見(jiàn)圖5c)，反映任意抽取的地震集均滿足應(yīng)力場(chǎng)均勻性假設(shè)，且總體上應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果較為穩(wěn)定(見(jiàn)圖5a).圖5a顯示有部分結(jié)果較為離散，為了定量地衡量隨機(jī)抽取26個(gè)地震所得應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果間的差異大小，我們用Kagan(1991)提出的方法計(jì)算他們與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)間的3D旋轉(zhuǎn)角大小，所得結(jié)果見(jiàn)圖5b.由圖5b可見(jiàn)，隨機(jī)抽取26個(gè)地震所得應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果間差異較小，有78.3%的3D旋轉(zhuǎn)角小于等于近距離相似地震對(duì)間的3D旋轉(zhuǎn)角15°(Kagan，2000)，可見(jiàn)盈江地區(qū)在研究時(shí)段內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)是穩(wěn)定的.綜上可見(jiàn)，盈江地區(qū)的地殼應(yīng)力場(chǎng)在我們研究的時(shí)段內(nèi)是穩(wěn)定的，且可以作為一個(gè)均勻應(yīng)力場(chǎng)來(lái)看.

圖4 北部(a)、南部(b)、區(qū)域總體(c)應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果和平均殘差柱狀圖(d)圖(d)中紅線表示南北地區(qū)單獨(dú)反演應(yīng)力場(chǎng)時(shí)的平均殘差，藍(lán)線表示全部數(shù)據(jù)反演應(yīng)力場(chǎng)的平均殘差，灰色柱表示1000次隨機(jī)選取與南北地震數(shù)量一致震源機(jī)制解反演應(yīng)力場(chǎng)時(shí)的平均殘差.圖例同圖3.Fig.4 The stress field inversion result of the Northern region (a), Southern region (b), the whole regional (c) of the study area and figure (d) is the histogram of The red line in Figure (d) represents the when all the focal mechanism solutions inverted together, and the histogram show 1000 tests in which the focal mechanism solutions were reshuffled and divided into two sets the same sizes as the northern and southern data sets. The legend is the same as Fig.3.

圖5 1000次隨機(jī)抽取26個(gè)震源機(jī)制解反演應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果圖(a)、與總體應(yīng)力場(chǎng)間3D旋轉(zhuǎn)角(b)和平均殘差柱狀圖(c)圖(b)中紅線對(duì)應(yīng)15°旋轉(zhuǎn)角.圖例同圖3.Fig.5 The 1000 times stress field inversion results of 26 focal mechanism solutions selected randomly from the whole data set (a), the 3-D rotation angle between the inversion result and the regional stress field (b) and the histogram of (c)The red line in figure (b) corresponds to the rotation angle of 15°. The legend is the same as Fig.3.

2.3 盈江地區(qū)總體應(yīng)力場(chǎng)研究結(jié)果

鑒于前面研究表明盈江地區(qū)在研究時(shí)段內(nèi)存在時(shí)空均勻應(yīng)力場(chǎng)，因此，我們使用本研究中全部震源機(jī)制解反演盈江地區(qū)的總體應(yīng)力場(chǎng).由表3可見(jiàn)，全部震源機(jī)制解旋轉(zhuǎn)角均方根值為38.5°，反映所用震源機(jī)制解基本上符合多樣性假設(shè)；總體數(shù)據(jù)反演的殘差平均值為23.2°，反映全部數(shù)據(jù)作為整體反演應(yīng)力場(chǎng)是滿足應(yīng)力場(chǎng)均勻性假設(shè)，說(shuō)明用全部數(shù)據(jù)反演應(yīng)力場(chǎng)時(shí)滿足應(yīng)力場(chǎng)反演的兩個(gè)基本假設(shè)，所得應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果是可靠的.整個(gè)區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)為走滑型(見(jiàn)圖4c)，可見(jiàn)總體應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果與各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果是一致的.前面各時(shí)段反演結(jié)果表明應(yīng)力場(chǎng)存在較小變化，且各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)的95%置信區(qū)間存在重疊區(qū)域；整個(gè)研究區(qū)作總體應(yīng)力場(chǎng)反演時(shí)，所用震源機(jī)制解依然滿足應(yīng)力場(chǎng)均勻性要求，且反演結(jié)果和各時(shí)段結(jié)果相近.綜上可見(jiàn)，盈江地區(qū)在研究時(shí)段內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng)為走滑型，最大主應(yīng)力軸呈NNE-SSW向，最小主應(yīng)力軸呈SEE-NWW向，最大和最小主應(yīng)力軸傾角近水平，中間主應(yīng)力軸傾角近直立，該結(jié)果與先前的研究結(jié)果一致(錢(qián)曉東等，2011；Zhao et al.，2013；Xu et al.，2016；孫業(yè)君等，2017；Jin et al.，2019).

表3 研究區(qū)總體和南北部應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果表Table 3 The stress field inversion results of the whole study area and the Northern and Southern region

3 討論與結(jié)論

距離盈江縣～70 km的龍陵縣，在1976年5月29日曾發(fā)生7.3級(jí)和7.4級(jí)雙震，在本研究中，我們未考慮該雙震對(duì)研究區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的影響.一方面，先前的觀測(cè)條件有限，可以收集到的震源機(jī)制解資料較少，且不同方法給出的震源機(jī)制解誤差水平不一樣，因此，難以為應(yīng)力場(chǎng)反演提供充足的約束以及給出可靠的誤差范圍估計(jì).另一方面，先前研究表明大地震會(huì)引起震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，但在震后幾年內(nèi)主應(yīng)力軸方位會(huì)恢復(fù)到震前方位.如1994年1月17日加州北嶺MW6.4地震引起震源區(qū)最大主應(yīng)力軸發(fā)生17°的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在1995年底主應(yīng)力軸方位恢復(fù)到震前方位(Zhao et al.，1997).1999年土耳其伊茲米特MW7.4地震發(fā)生后，震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)由走滑型變?yōu)檎龜嘈?，?jīng)過(guò)兩個(gè)月的調(diào)整后，震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)又恢復(fù)到震前的走滑型(Ickrath et al., 2014).2004年蘇門(mén)答臘—安達(dá)曼9.2級(jí)地震、2010年智利莫爾8.8級(jí)地震和2011年日本9.0級(jí)地震均引起了震源區(qū)主應(yīng)力軸方位的劇烈變化，使得應(yīng)力場(chǎng)為擠壓型的震源區(qū)在震后短期內(nèi)出現(xiàn)大量正斷層型地震，日本9.0級(jí)地震震源區(qū)、莫爾8.8級(jí)地震震源區(qū)和蘇門(mén)答臘—安達(dá)曼9.2級(jí)地震震源區(qū)南部主應(yīng)力軸方位在震后幾個(gè)月內(nèi)又恢復(fù)到震前狀態(tài)(Hardebeck, 2012).基于上述兩方面原因，本研究未考慮1976年龍陵雙震對(duì)本研究區(qū)所研究時(shí)段的影響.

盈江地區(qū)各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)反演，均滿足應(yīng)力場(chǎng)均勻性假設(shè)和震源機(jī)制解多樣性假設(shè)，雖然阻尼和無(wú)阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演的最優(yōu)結(jié)果均顯示各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)間存在變化，但是各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)的95%置信區(qū)間相互重疊，說(shuō)明這5次中強(qiáng)震對(duì)應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生的擾動(dòng)較小.盈江地區(qū)作為整體反演應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，所用震源機(jī)制解能夠滿足多樣性假設(shè)，反演殘差也滿足應(yīng)力場(chǎng)均勻性假設(shè)，因此，整體應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果是合理和可靠的，說(shuō)明盈江地區(qū)在研究時(shí)段內(nèi)存在相對(duì)均勻的應(yīng)力場(chǎng).對(duì)盈江地區(qū)隨機(jī)抽取地震數(shù)據(jù)集反演應(yīng)力場(chǎng)，反演平均殘差滿足應(yīng)力場(chǎng)均勻性假設(shè)，最優(yōu)主應(yīng)力軸分布較為集中，且與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果間的3D旋轉(zhuǎn)角較小，反映盈江地殼在研究時(shí)段內(nèi)，該地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的時(shí)空變化較小.綜上可見(jiàn)，5次中強(qiáng)震對(duì)該地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生的擾動(dòng)較小，擾動(dòng)后整個(gè)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)仍可以視為均勻應(yīng)力場(chǎng)，足見(jiàn)中強(qiáng)震對(duì)應(yīng)力場(chǎng)擾動(dòng)非常小.5次中強(qiáng)震中，震級(jí)最大的為MW5.82，根據(jù)震級(jí)和破裂尺度間經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，可知其破裂尺度為～10 km(Wells and Coppersmith，1994)；震級(jí)最小的地震MW～5.0，則破裂尺度～3 km，可見(jiàn)中強(qiáng)震的破裂尺度較小，則其對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響也較小，所以盈江地區(qū)雖然發(fā)生了5次中強(qiáng)震事件，但該地區(qū)的地殼應(yīng)力場(chǎng)依然保持時(shí)空均勻性.這一結(jié)果表明，我們可以利用中強(qiáng)震后余震震源機(jī)制解獲取研究區(qū)的背景應(yīng)力場(chǎng).當(dāng)主震對(duì)應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生較大擾動(dòng)時(shí)，用余震獲得的應(yīng)力場(chǎng)只是震后應(yīng)力場(chǎng)，與背景應(yīng)力場(chǎng)間存在差異(Hardebeck and Okada，2018；Sheng and Meng, 2020)，因此，利用余震反演應(yīng)力場(chǎng)，所得應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果是反映區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)還是震源區(qū)震后應(yīng)力場(chǎng)，取決于主震對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響.

在本研究中，我們使用了阻尼和無(wú)阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演方法反演各時(shí)段應(yīng)力場(chǎng)，研究結(jié)果表明兩者所得的應(yīng)力場(chǎng)存在一定的差異，因此，研究者在反演應(yīng)力場(chǎng)時(shí)應(yīng)該視具體問(wèn)題的需要決定是否添加阻尼.當(dāng)使用阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演時(shí)，所得應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果非常穩(wěn)??；雖然各時(shí)段震源機(jī)制解資料數(shù)量差異較大，但它們的置信區(qū)間均非常集中，反映使用阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演時(shí)，基于時(shí)空上應(yīng)力場(chǎng)變化是連續(xù)和平滑的假設(shè)，在資料較少的網(wǎng)格點(diǎn)依然可以給出穩(wěn)健的結(jié)果.使用無(wú)阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演時(shí)，第1、3和4三個(gè)時(shí)段反演結(jié)果的置信區(qū)間非常離散，說(shuō)明參與反演的震源機(jī)制解雖然大體上滿足震源機(jī)制解多樣性要求，但其數(shù)量相對(duì)較少，如Martínez-Garzón等(2016)的研究認(rèn)為要獲得可靠的反演結(jié)果至少需要約30個(gè)震源機(jī)制解，Yoshida等反演應(yīng)力場(chǎng)時(shí)要求網(wǎng)格點(diǎn)至少有10個(gè)震源機(jī)制解(Yoshida et al., 2014).特別是第3個(gè)時(shí)段兩種反演方式獲得的最優(yōu)解存在較大的差異，阻尼和無(wú)阻尼反演結(jié)果給出的最大主應(yīng)力軸走向分別為208°和198°，相對(duì)與第2個(gè)時(shí)段最大主應(yīng)力軸走向的旋轉(zhuǎn)角分別為4°和15°，可見(jiàn)，阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演方法會(huì)減小相鄰網(wǎng)格間應(yīng)力場(chǎng)的差異(Hardebeck and Michael, 2006).Hardebeck和Michael(2006)用阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演方法研究1987年科林加(Coalinga)地震引起的最大水平主應(yīng)力方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為～10°，無(wú)阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果得到的旋轉(zhuǎn)角為15°且與Michael(1984)的研究結(jié)果一致，上述結(jié)果表明阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果會(huì)減小時(shí)空相鄰網(wǎng)格點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)的差異，這與本研究所得的結(jié)果是一致的.在研究地震是否引起應(yīng)力場(chǎng)變化時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎使用阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演方法，因?yàn)?，地震事件?huì)引起震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的突然釋放，必然會(huì)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)時(shí)空連續(xù)性產(chǎn)生一定的影響，阻尼應(yīng)力場(chǎng)反演會(huì)在一定程度上減小該影響.

當(dāng)前應(yīng)力場(chǎng)研究中，趨于將研究區(qū)細(xì)化為更小的網(wǎng)格，如研究云南地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，Xu等(2016)使用0.7°的網(wǎng)格、孫業(yè)君等(2017)使用0.5°的網(wǎng)格以及Tian等(2019)使用0.3°的網(wǎng)格，以便獲得更為精細(xì)的應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果.但從本研究來(lái)看，總體可以作為一個(gè)區(qū)域來(lái)研究時(shí)，研究區(qū)進(jìn)一步細(xì)化的必要性大大降低，或者說(shuō)當(dāng)前的資料與方法能觀測(cè)到的應(yīng)力場(chǎng)下限是一定的.若要研究更為精細(xì)的應(yīng)力場(chǎng)，首先務(wù)必要確保研究資料充足且滿足基本假設(shè)；再者，研究區(qū)或網(wǎng)格應(yīng)力場(chǎng)反演殘差較大，進(jìn)一步細(xì)化后應(yīng)力場(chǎng)反演殘差明顯降低，或是當(dāng)研究區(qū)存在明顯的構(gòu)造差異時(shí)，則有必要進(jìn)一步分區(qū)，進(jìn)行更為精細(xì)的應(yīng)力場(chǎng)研究，否則細(xì)化研究區(qū)不一定能獲得更為精確的應(yīng)力場(chǎng).

綜合上述研究結(jié)果，本研究獲得以下結(jié)論：(1) 5次中強(qiáng)震對(duì)盈江地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生的擾動(dòng)較小，沒(méi)有引起盈江地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)在時(shí)間上的顯著變化；(2) 從隨機(jī)抽取地震反演應(yīng)力場(chǎng)以及南北部地殼應(yīng)力場(chǎng)研究結(jié)果可見(jiàn)，在研究時(shí)段內(nèi)，盈江地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)在時(shí)空上可以視為均勻應(yīng)力場(chǎng)；(3) 盈江地區(qū)地殼應(yīng)力場(chǎng)為走滑型，最大主壓應(yīng)力軸走向?yàn)镹NE-SSW，最小主壓應(yīng)力軸走向?yàn)镾EE-NWW，最大和最小主應(yīng)力軸傾角近水平，中間主應(yīng)力軸傾角近直立.

致謝云南大學(xué)徐彥教授為本研究提供了震源機(jī)制解資料，本文部分圖件使用GMT繪圖軟件進(jìn)行繪制(Wessel and Smith, 1991)，兩位匿名專家提出了寶貴的修改意見(jiàn)，特此致謝.