2016年1月21日青海门源MS6.4地震构造应力场

李　祥，万永革，崔华伟，高熹微，黄骥超，张珊珊

(防灾科技学院，河北 三河　065201)

2016年1月21日青海门源MS6.4地震构造应力场

李祥，万永革*，崔华伟，高熹微，黄骥超，张珊珊

(防灾科技学院，河北 三河065201)

摘要：收集2016年1月21日青海门源MS6.4地震周围震源机制解资料，应用MSATSI软件反演了震中周围应力场。结果显示：区域构造应力场最大主应力轴方位由NE向顺时针偏转至NEE向，倾伏角较小，最小主应力轴方位非均匀性特征明显，整体处于近垂直状态；最大主应力轴方位顺时针偏转，主要受青藏块体NE向运动产生的挤压作用影响，青藏块体北侧受到稳定的阿拉善块体阻挡，被迫向ES方向挤出，形成以逆冲和左旋走滑为主的构造体系；地震震源机制P和T轴与其所处应力区应力方向基本一致，表明此次地震是在区域构造应力场控制下发生的。

关键词：2016门源地震；青藏高原东北缘；构造应力场；MSATSI软件

0引言

据中国地震台网中心(http://www.ceic.ac.cn/)发布的消息，2016年1月21日01时13分13秒(北京时间)，青海海北州门源县发生MS6.4级地震，震中位置为37.68°N，101.62°E，震源深度为10 km。地震的发生引起了许多研究机构的关注，中国地震局地球物理研究所迅速给出地震矩张量解、地震动预测图和余震精定位等成果(http://www.cea-igp.ac.cn/tpxw/273572.shtml)；中国地震局地质研究所给出发震构造图(http://news.ceic.ac.cn/CC20160121011313.html)，防灾科技学院给出了地震周围构造应力场的初步结果(http://www.cidp.edu.cn/art/2016/1/25/art_4662_71641.html)，这些结果对于理解本次地震的孕震机理研究具有重要的参考意义。

构造应力场是地球动力学研究的重要基础资料，近年来，国内学者使用不同的资料和方法对此进行研究，为认识构造运动、分析活动断层危险性和解释地震孕育机制提供了大量的应力场资料。如许忠淮[1]根据震源机制和井孔壁崩落等资料，编制了东亚地区现今构造应力图；谢富仁等[2]基于震源机制、断层滑动和应力解除等资料，总结了中国大陆现代构造应力场特征，将中国大陆划分为不同的应力区；张致伟等[3]基于余震序列的震源机制解分析了汶川和芦山余震区主压应力和应力张量方差的空间分布特征；Wan[4]将中国大陆划分为2°×2°网格，采用网格搜索法反演了中国大陆应力场的主应力轴方位和相对应力大小。

青海门源地震位于构造活动强烈、断裂结构复杂的青藏高原东北缘，长期受到来自印度板块向欧亚板块NE向的挤压作用。张辉等[5]根据S波分裂快波平均偏振方向分析了青藏高原东北缘应力场变化，得到该地区与青藏高原构造应力一致的结论；卜玉菲等[6]选取震源机制数据反演了甘肃及邻区1°×1°的构造应力场，得到了该区域的最大主压应力轴方位由NE向顺时针转至NEE向变化的规律分布。

虽然前人[2-7]研究已经给出了此次地震周围区域大致应力场方向，但就此次地震研究而言，地震周围的应力场分布如何？应力场分布如何影响此次地震的孕育和今后的序列发展？本文在搜集前人所做震源机制的基础上，求解区域更为精细的应力场空间分布，以期对地震孕震背景进行应力场方面的分析和地球动力学方面的解释，为区域地震活动性分析提供构造应力场资料。

1地质构造与数据资料

1.1震源区地质构造背景

根据袁道阳等[8]对青藏高原东北缘进一步的构造分区，此次地震发生于阿尔金断裂和海原—祁连断裂之间的祁连山—河西走廊活动构造区，其南部与变形强烈的柴达木盆地相邻，东北侧受到稳定阿拉善地块的阻挡。自中生代末—新生代以来受到印度板块向欧亚板块的持续NE向推挤的远程作用，晚第四纪以来整体构造变形十分强烈，形成以逆冲、左旋走滑为主的构造体系，以NW-NWW向的龙首山南缘断裂、祁连山北缘断裂和昌马—俄博断裂等断裂活动为主[9-11](图1)。据不完全统计，仅1995年以来，就有7次MS≥5.0地震发生在祁连山—河西走廊构造带内，整体地震活动具有频度高、强度大等特点。

图1　震中周边地质构造和地震震源机制

1.2震源机制资料

近年来随着地震台网的加密，地震观测数量和质量都有很大的提高，这为采用震源机制解计算构造应力场提供了很好的数据支持。本文所用震源机制数据包括3部分：张辉等[7]计算了祁连山中东段震源机制结果，卜玉菲[12]研究了甘肃及邻近地区构造应力场所用震源机制解及其后续整理的资料(表1),通过排除重复数据及人为错误，得到1920年12月至2015年5月统一格式的震源机制解148个(图1)，大多数分布于河西走廊盆地两侧的活动断裂及其与祁连山北缘、昌马-俄博断裂交汇处，阿拉善块体和断裂间盆地数量较少，参照世界应力图的划分原则[13]，走滑型、逆断型和具有一定走滑分量的逆断型震源机制数据占总数的80%，一定程度上反映了该区域以走滑型和逆断型震源机制为主的构造特征。

表1　震源机制资料

2应力场计算

2.1应力场反演方法

应力场反演结果对应力场分区有着较大的依赖性，分区方法不同，得到的应力场的特征可能不同[14-15]。本文采用Hardebeck和Michael[16]的方法，使用Martínez-Garzón等[17]的MSATSI程序计算此次地震周围的构造应力场，该方法以Michael[18]的反演方法为基础，对可假定为均匀应力场的区域进行反演，增加了对空间(或时间)上不同方向应力场的求解。其做法是将研究区域分为多个计算单元网格，假定每个网格内的应力均匀，相邻网格点之间的应力场参数相差不大，通过在反演过程中加入阻尼对空间相邻应力场增加平滑约束来得到应力场整体的空间分布特征。

选取合适的阻尼系数，可以更好地在反演过程中分配观测值与理论值误差项和模型长度项的相对权重。阻尼系数过大，则平滑约束越紧，模型长度越短，得到的误差越大。根据MSATSI程序得到区域应力场反演的模型长度和拟合差的折中曲线(图2)，在折中曲线拐点处取得最佳阻尼系数0.9。

图2　拟合误差和模型长度之间的折中曲线图

应力场方向的不确定性是通过MSATSI程序对全部数据的抽样估计得到的，计算中重采样的个数默认范围是1 000～5 000次，重采样次数过少导致结果没有可信度，次数过多会导致计算量大，计算时间冗长。故重采样次数采用一个折中的次数，设定为2 000次，置信度设定为95%。

2.2结果与分析

参考前人[19]的经验，采用上述震源机制资料将研究区域按照0.5°×0.5°划分成30个应力单元网格，进行应力场反演，得到应力场的最优方向(图3，表2)。

选取震源区附近震源机制解进行反演，得到最大主应力轴方位在NE和NEE向之间变化，取值范围北偏东30.9°～78.4°；倾伏角普遍较小，在0.2°～20.2°之间变化，处于近水平的挤压状态(图3中表现为红色箭头较长)。最小主应力轴方位几乎分布于整个取值范围，在北偏东8.3°～174.3°范围内变化，分布规律性较差；倾伏角一致性特征明显，平均为77.7°(图3中表现为黑色箭头较短)，反映了该地区以逆冲为主的应力特征。

注：图中最大主应力和最小主应力方向为三维空间矢量投影到水平面的结果，投影线段越长表明该矢量越水平，反之越垂直。图3　震中周围构造应力场

经度/(°E)纬度/(°N)σ1走向/(°)倾角/(°)σ2走向/(°)倾角/(°)σ3走向/(°)倾角/(°)应力形因子99.7538.2534.513.6124.91.742.176.20.5199.7538.7545.91.6136.211.0127.778.80.7199.7539.2551.14.6137.935.0147.654.60.71100.2539.2560.44.2150.85.0110.683.40.40100.2538.2527.68.9118.13.046.480.60.37100.2538.7540.31.5130.24.4149.485.40.32100.7539.2562.512.5149.911.618.372.90.37100.7537.7536.92.0127.03.194.886.30.04100.7539.7530.91.3120.514.5125.975.40.70100.7538.2545.01.1134.86.6144.283.30.27101.2538.7543.514.4135.88.976.573.00.70101.2539.7539.80.2129.82.2135.787.80.88101.2538.2545.013.3119.448.9145.738.00.74101.2539.2542.79.2126.732.7146.455.70.85101.2537.7537.78.7126.58.0174.378.10.69101.7538.7538.63.1128.43.5170.285.30.41101.7537.7546.94.2136.56.3170.282.40.64102.2538.7547.68.6136.66.88.879.00.72102.2539.2562.013.8148.314.613.669.60.55102.2537.2534.74.0126.220.2113.969.30.19102.2537.7576.618.9172.115.7119.465.00.29102.2538.2578.48.3170.010.8131.676.30.43102.7538.7555.910.4144.67.021.277.40.57102.7537.2537.915.3135.525.7100.359.50.49102.7537.7562.514.1157.719.7119.265.40.60102.7538.2565.84.4154.615.1171.474.20.58103.2539.2564.88.1153.111.98.375.60.48103.2538.7549.020.2145.316.691.863.40.27103.2538.2555.316.8152.322.1111.261.70.51103.2537.2561.38.6153.916.6125.071.20.43

就本次地震而言，根据中国地震局地球物理研究所给出的地震震源机制解(图3，节面Ⅰ：走向335°，倾角53°，滑动角98°；节面Ⅱ：走向141°，倾角38°，滑动角79°)得到其P轴走向为N58.8°E，倾伏角7.5°，T轴走向为N11.4°E，倾伏角79.9°；GCMT给出的震源机制解：节面Ⅰ走向343°，倾角51°，滑动角109°；节面Ⅱ走向134°，倾角43°，滑动角68°；P轴走向为N60.0°E，倾伏角4.0°，T走向为N134°E，倾伏角74.0°，与本次地震所在应力单元网格计算结果相比，P轴方位和倾伏角与最大主应力轴方位和倾伏角基本一致，T轴倾伏角与最小主应力轴较大的倾伏角特征一致。

3结论与讨论

通过搜集门源地震周围震源机制解资料，划分均匀网格反演了该地区应力场，得到更加精细的结果，分析了研究区域整体应力场特征和震源区应力状态，得到以下认识：

由于该区域受青藏块体的长期NE向推挤和北侧稳定阿拉善块体的阻挡，造成对祁连山地震带NE-WS向的挤压，更易形成以逆冲和左旋走滑为主的构造体系，这与研究区内最大主应力轴方位呈NE和NEE向结果一致，表明该地区的应力场方向相对稳定。通过分析，此次地震震源机制解P、T轴方向与应力场方向具有较好的一致性，表明其孕震过程受区域构造应力场控制。相比于前人[4,6]分区较大时的计算结果，此次反演结果更能解释门源地震的发震机制。今后该区域地震活动仍受应力场和断裂活动控制，震源机制解表现为逆断型或左旋走滑型。

前人采用不同资料和方法[4-6]以较大的分区计算了该地区构造应力场，分析认为青藏高原东北缘最大主应力轴方位由NE向顺时针向NEE向旋转。本次研究结果与前人对应区域的研究结果具有很好的相似性，如Wan[4]和卜玉菲[6]给出的该区域平均最大主压应力方向分别为北偏东47°和49°，与本文给出的平均结果北偏东49°接近。与前人重点分析最大主应力轴方位整体变化相比，本文研究结果更加精细，得到了区域应力场最小主应力轴倾角较大、水平挤压、最大主压应力方向与活动断裂走向垂直的特征，为判断和推测区域构造活动提供了应力场资料。

致谢：江苏省地震局卜玉菲为本文提供了震源机制解数据，本研究图件利用Generic Mapping Tools (GMT)[20]绘制，审稿专家给出了宝贵修改意见，在此一并致以诚挚的谢意！

参考文献：

[1]许忠淮. 东亚地区现今构造应力图的编制[J]. 地震学报, 2001, 23(5): 492-501.

[2]谢富仁, 崔效锋, 赵建涛, 等. 中国大陆及邻区现代构造应力场分区[J]. 地球物理学报, 2004, 47(4): 654-662.

[3]张致伟，周龙泉，龙锋，等. 汶川8.0和芦山7.0级地震序列应力场时空特征[J]. 地震地质，2015，37(3)：804-817.

[4]Wan Y G. Contemporary tectonic stress field in China[J]. Earthquake Science, 2010, 23(4): 377-386.

[5]张辉, 高原, 石玉涛, 等. 基于地壳介质各向异性分析青藏高原东北缘构造应力特征[J]. 地球物理学报, 2012, 55(1): 95-104.

[6]卜玉菲, 万永革, 张元生. 甘肃及邻近地区的构造应力场[J]. 地震地质, 2013, 35(4): 833-841.

[7]张辉, 徐辉, 姚军, 等. 祁连山中东段基于CAP方法的中小地震震源机制研究[J]. 山西地震, 2010(1): 25-29.

[8]袁道阳, 何文贵, 刘小凤, 等. 10余年来甘肃省中强地震的发震构造特征[J]. 西北地震学报, 2006, 28(3): 235-241.

[9]葛肖虹, 刘俊来. 北祁连造山带的形成与背景[J]. 地学前缘, 1999, 6(4): 223-230.

[10]邓起东, 张培震, 冉勇康, 等. 中国活动构造基本特征[J]. 中国科学(D辑), 2002, 32(12): 1020-1030, 1057.

[11]陈文彬. 河西走廊及邻近地区最新构造变形基本特征及构造成因分析[D]. 北京: 中国地震局地质研究所, 2003.

[12]卜玉菲. 甘肃及邻近地区构造应力场研究[D]. 兰州: 中国地震局兰州地震研究所, 2013.

[13]Zoback M L. First-and second-order patterns of stress in the lithosphere: the world stress map project[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 1992, 97(B8): 11703-11728.

[14]Hardebeck J L, Hauksson E. Role of fluids in faulting inferred from stress field signatures[J]. Science, 1999, 285(5425): 236-239.

[15]Townend J, Zoback M D. Implications of earthquake focal mechanisms for the frictional strength of the San Andreas fault system[J]. Geological Society, London, Special Publications, 2001, 186(1): 13-21.

[16]Hardebeck J L, Michael A J. Damped regional-scale stress inversions: methodology and examples for southern California and the Coalinga aftershock sequence[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2006, 111(B11): B11310.

[17]Martínez-Garzón P, Kwiatek G, Ickrath M, et al. MSATSI: a MATLAB package for stress inversion combining solid classic methodology, a new simplified user-handling, and a visualization tool[J]. Seismological Research Letters, 2014, 85(4): 896-904.

[18]Michael A J. Use of focal mechanisms to determine stress: a control study[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 1987, 92(B1): 357-368.

[19]Hardebeck J L, Michael A J. Stress orientations at intermediate angles to the San Andreas Fault, California[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2004, 109(B11): B11303.

[20]Wessel P, Smith W H F. New version of the generic mapping tools[J]. Eos, Transactions American Geophysical Union, 1995, 76(33): 329.

Tectonic Stress Field of 2016,MS6.4 Menyuan, Qinghai Earthquake

LI Xiang, WAN Yong-ge*, CUI Hua-wei, GAO Xi-wei, HUANG Ji-chao, ZHANG Shan-shan

(Institute of Disaster-Prevention, Sanhe 065201, China)

Abstract:There occurred a MS6.4 earthquake in Menyuan county, Qinghai province, on Jan 21, 2016. The focal mechanism solutions are collected around the epicenter. Stress field of the epicenter area is inverted by using MSATSI software. The results show that the maximum principal compressive stress axis gradually changed from NE direction in west region to NEE direction in east region with small dip angle, nearly perpendicular to the active faults with azimuth of NW and NWW direction. The direction of extensional stress axis has strong inhomogeneity, but the dip angle is consistently large in study region. The rotation of the maximum principal stress was mainly caused by the Tibetan plate moving in NE direction, blocked by the hard Alashan block in the north, and forced to extrude in SE direction , which forming a left lateral strike slip and thrust regime. The P and T axes of the focal mechanism of this earthquake are more consistent with the directions of compression and tension stress axes respectively, which indicates that the earthquake occurred in the thrust and left-lateral strike slip tectonic setting of the northeastern margin of the Tibetan plateau.

Key words:the 2016 Menyuan earthquake; northeastern margin of the Tibetan plateau; tectonic stress field; MSATSI software

收稿日期:2016-02-13

基金项目：中央高校基本科研业务费研究生科技创新基金资助(ZY20150319)；河北省地震科技星火计划(DZ20140101002，DZ20150428102)

作者简介：李祥(1990—)，男，河南省荥阳人，硕士研究生，主要研究方向为构造应力场．E-mail： xiang_li1990@163.com *通讯作者：万永革(1967—)，男，研究员，主要从事地震学与地球动力学，构造应力场等方面研究工作. E-mail: wanyg217217@vip.sina.com.cn.

中图分类号:P315.2

文献标志码:A

文章编号:1003-1375(2016)02-0036-06

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2016.02.007

李祥，万永革，崔华伟，等．2016年1月21日青海门源MS6.4地震构造应力场[J]．华北地震科学，2016，34(2)：36-41.