2010年山西地区M≥4.6主余型地震序列的视应力研究

王 霞，宋美琴，梁向军，李宏伟，吴昊昱

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

·地震活动性·

2010年山西地区M≥4.6主余型地震序列的视应力研究

王 霞1，2，宋美琴1，2，梁向军1，2，李宏伟1，2，吴昊昱1，2

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

利用山西地区2010年3次M≥4.6地震序列及其50 km范围内的背景地震波形资料，采用视应力方法获得3次序列的差视应力值。结果表明，河津—万荣地震序列的余震视应力均高于背景应力水平，反映其震源区应力水平较高，于2011年1月15日又发生河津ML4.1地震；大同—阳高序列和阳曲序列的余震视应力基本低于背景应力水平，且较短时间内恢复到背景应力水平。

差视应力；河津—万荣序列；大同—阳高序列；阳曲序列

0 引言

视应力是地震效率与震源断层面上平均应力的乘积，可作为当地绝对应力水平的一个间接估计[1]。传统地震学研究中，地震辐射能量Es与标量地震矩M0只能从震级出发，通过理论公式换算得到，视应力计算结果并不相互独立，实际物理意义较差。20世纪80年代以来，随着宽频带数字地震学的发展，地震辐射能量和地震矩的测定成为一些地震学观测和研究机构的常规工作。根据美国国家地震信息中心(NEIC)的宽频带辐射能量测定结果和哈佛矩心矩张量(CMT)测定结果，Choy等[2]学者讨论了全球地震视应力的分布，得到全球地震视应力的平均值为0.5 MPa；吴忠良等[1]根据上述类似的方法和资料，计算了中国大陆地震的视应力分布，发现中国大陆地震的视应力略高于全球平均水平，而青藏高原东缘的视应力比邻近地区高一倍以上。此后，国内学者对视应力的研究逐渐增多，并将其结果用于地震趋势判断[3-4]。如秦嘉政等[5]研究结果表明，大姚M6.2主震前，视应力出现了高值变化时段；王卫东等[6]论述了泾阳M5.2地震经历前期视应力积累—震前突调—主震异常高值—震后逐渐恢复的过程；吴晶等[7]计算了2000年6月6日甘肃景泰M5.9地震前后周围小地震视应力，结果是震前视应力出现高值异常；刘红桂等[8]通过研究云南的4个地震序列，认为地震序列中只要发生了视应力值超过1 MPa的中小地震，其后一定会发生中强震；陈学忠等[9]研究了1995年7月20日河北沙城ML4.1地震序列，其余震的视应力随时间逐渐下降；王琼等[10]计算了1999年11月29日岫岩M5.4地震序列的视应力，认为存在震前低视应力阶段、震时高视应力阶段及震后稳定阶段。

梁向军等[11]对2001—2011年山西ML≥2.0地震进行计算得到该地区的视应力，结果表明，山西地区5次4.5级以上地震前1年均出现过视应力高值，且地震发生在高值异常下降的过程中，对中强震的震中预测具有一定指示意义。目前，已有对山西地区视应力时空特征的研究分析，但对该地区地震序列的视应力研究仍属空白，因此，尝试对2010年山西地区M≥4.6地震序列进行视应力的计算和分析。

1 视应力测定方法

地震视应力定义为：

式中：μ为剪切模量(对于地壳介质，μ可取3.0×104MPa)；Es和M0分别为地震能量和地震矩。Es和M0的测定是根据文献[12]的方法，不再赘述。选取震源区周围多台平均的方法求得每一个地震的视应力值。

2 资料选取

2010年，在山西地区的南、中、北部先后发生3次中等地震(见第37页图1)，其序列情况如下。

(1) 1月24日，河津—万荣M4.8地震发生后，余震较多，截至4月5日20时，共发生余震211次(以最近的万荣单台记录为准)，其中ML0.0～0.9地震128次，ML1.0～1.9地震72次，ML2.0～2.9地震11次，最大余震为ML2.8地震。

图1 2010年山西地区3个地震序列分布图Fig.1 Distribution of 3 earthquake sequences in Shanxi area in 2010

(2) 4月4日，大同—阳高M4.6地震发生，截止5月6日，共发生余震372次，其中ML0.0以下地震84次，ML0.0～0.9地震266次，ML1.0～1.9地震20次，ML2.0～2.9地震1次，ML3.0～3.9地震1次，最大余震为ML3.4地震。

(3) 6月5日，阳曲M4.6地震发生，截止7月31日，共发生余震102次，其中ML0.0～0.9地震59次，ML1.0～1.9地震35次，ML2.0～2.9地震7次，ML3.0～3.9地震1次，最大余震为ML3.4地震。

在近震源条件下，选取震中距200 km以内的台站，根据各台站波形记录的质量，选取信噪比较高、记录较清晰的波形数据，对其进行去倾和仪器响应校正处理。在震源谱计算时，选S波波段1.0～20 Hz的波形进行分析。对以上3次地震序列中ML≥1.5地震及2009—2010年序列周围50 km范围内的同等震级地震进行视应力值计算。另外，收集梁向军等[11]2001—2008年河津—万荣地区和大同—阳高地区ML≥2.0地震的视应力32个和31个、2002年11月至2008年12月阳曲地区ML≥2.0地震的视应力77个，去除2002年9月3日太原ML5.0地震序列的影响。将收集的背景地震视应力值和本文计算的结果共同进行视应力和震级拟合，增加拟合曲线的可靠性。

3 计算结果及分析

视应力与震级间具有相关性，即震级越大，视应力越高。为了消除震级对视应力的影响，引入差视应力概念。根据视应力与震级的指数关系得到理论视应力。差视应力是指实际计算得到的视应力与理论视应力的差值，随时间的变化也反映研究区内应力状态的趋势性变化。

3.1 河津—万荣地震序列差视应力

图2为河津—万荣地震序列周围50 km范围内的地震视应力与震级关系图，其拟合曲线呈现指数形态，显示两者具有较好的相关性。通过拟合关系式，得出河津—万荣地震序列的差视应力值。

图2 河津—万荣地震序列50 km范围内地震的视应力与震级关系Fig.2 Relationship between apparent stress and magnitude of earthquakesin the 50km range of Hejin-Wanrong sequence

为便于分析差视应力随时间的变化特征，对河津—万荣地震序列按时间排序，给出其差视应力的变化曲线(见第38页图3)。由图3可以看出，河津—万荣序列的余震应力水平均高于背景应力水平，且出现一次高值变化过程，最高值为最大余震(15号地震)；最大余震前，差视应力波动较平稳，之后水平有所增高，且波动起伏大，表明震源区应力水平仍较高，2011年1月15日发生河津ML4.1地震。

3.2 大同—阳高地震序列差视应力

第38页图4为大同—阳高地震序列周围50 km范围内的地震视应力与震级的关系图，其拟合曲线呈现指数形态，显示两者具有较好的相关性。由图4中的拟合关系式可得该序列的差视应力随时间变化曲线(见图5)。

图3 河津—万荣地震序列的差视应力随时间变化曲线Fig.3 Variation of differential apparent stress of Hejin-Wanrong earthquake sequence with time

图4 大同—阳高地震序列50 km范围内地震的视应力与震级关系Fig.4 Relationship between apparent stress and magnitude of earthquakesin the 50 km range of Datong-yanggao sequence

图5 大同—阳高地震序列的差视应力变化曲线Fig.5 Variation of differential apparent stress of Datong-yanggao earthquake sequence

由图5可以看出，大同—阳高序列最大余震的应力水平明显低于背景水平，与其他余震相比，其差视应力值最低(-7.4 bar)；最大余震发生之后，差视应力恢复到0 bar附近(即背景应力水平)，且表现较为平稳。

3.3 阳曲地震序列差视应力

图6为阳曲地震序列周围50 km范围内的地震视应力与震级关系图，其拟合曲线呈现指数形态，显示两者具有较好的相关性。通过图6中的拟合关系式，获得阳曲地震序列的差视应力随时间的变化曲线(见图7)。

图6 阳曲序列50 km范围内地震的视应力与震级关系Fig.6 Relationship between apparent stress and magnitude of earthquakesin the 50km range of Yangqu sequence

图7 阳曲地震序列的差视应力变化曲线Fig.7 Variation of differential apparent stress of Yangqu earthquake sequence

阳曲序列除最大余震外，其他余震应力水平均低于背景应力水平，且出现一次明显高值和一次低值变化过程，高值为最大余震(5号ML3.4地震)，低值为次大余震(7号ML2.5地震)；在最大和次大余震发生前后，差视应力波动幅度较为平稳。

4 结论与讨论

河津—万荣地震序列的余震应力水平均高于背景应力水平，且在最大余震发生时出现一次高值变化过程，最大余震发生之后较之前的差视应力波动幅度大且有所增高；大同—阳高地震序列的余震差视应力在最大余震处出现一次低值变化过程，之后恢复到0 bar附近(背景应力水平)；阳曲序列的余震应力水平除最大余震外均低于背景应力水平，且在最大和次大余震处出现一次明显高值和一次低值变化过程，其他时段变化较为平稳。

值得注意的是，河津—万荣序列ML≥1.0地震明显多于大同—阳高序列与阳曲序列，表明其序列发育较多。该序列的余震应力水平明显高于背景应力水平，表明在河津4.8级主震发生后，震源区附近又集中发生了较多的高应力地震，应力被缓慢释放，且没有恢复到背景应力水平，其震源区应力水平仍较高，因此序列持续时间长且又于2011年1月15日发生了河津ML4.1地震；大同—阳高序列和阳曲序列的余震应力水平基本低于背景应力水平，在4.6级主震发生后的较短时间内，恢复到背景应力水平，表明主震已大幅度释放应力，因此余震序列持续时间短且发育较少。

由于资料有限，结果仅限于2010年3次M≥4.6地震序列的分析，今后需要补充背景地震资料，进行其他地震序列的研究。

[1] 吴忠良，黄 静，林碧苍.中国西部地震视应力的空间分布[J].地震学报，2002，24(3)：293-301.

[2] Choy G L,Boatwright J L.Global patterns of radiated seismic energy and apparent stress[J].J Geophys Res,1995,100:18205-18288.

[3] 陈学忠，王小平，王林瑛，等.地震视应力用于震后趋势快速判定的可能性[J].国际地震动态，2003(7)：1-4.

[4] 钟羽云，张 帆，张震峰，等.应用强震应力降和视应力进行震后趋势快速判定的可能性[J].防灾减灾工程学报，2004，24(1)：8-14.

[5] 秦嘉政，钱晓东.云南地区地震视应力的时间和空间分布研究[J].地震学报，2006，28(3)：221-229.

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[8] 刘红桂，刘 杰，丁页岭，等.地震视应力在云南地震序列中的前兆特征[J].地震学报，2006，28(5)：462-471.

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[11] 梁向军，李 丽，宋美琴，等.山西地区视应力时空变化特征分析[J].中国地震，2014(1)：102-110.

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Study on Apparent Stress of The Main-aftershockEarthquakeSequences withM≥4.6 in Shanxi in 2010

WANG Xia1,2, SONG Mei-qin1,2, LIANG Xiang-jun1,2, LI Hong-wei1,2, WU Hao-yu1,2

(1.Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan, Shanxi 030021, China;2.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025, China)

By using the 3earthquake sequences withM≥4.6 in Shanxi in 2010 and the background seismic waveform data in the range of 50 km, the differential apparent stress values of the 3 sequences are obtained by the method of apparent stress. The results show that the apparent stresses of the aftershocks of Hejin-Wanrong earthquake sequence are all higher than the background stress level. It is indicated that the stress level of the source region is higher. And aML4.1 earthquakeoccurred in Hejin on January 15, 201. Comparatively, the apparent stresses of aftershocks of Datong-yanggao sequence and Yangqu sequence are below the background stress level, and back to the background stress level in a short time.

Differential apparent stress; Hejin-Wanrong sequence; Datong-yanggao sequence; Yangqu sequence

1000-6265(2017)01-0036-04

2016-07-22

山西省地震局科研项目(SBK-1502)，中国地震局星火计划(Xh15007)联合资助。

王 霞(1987— )，女，山西省忻州人。2012年毕业于中国地质大学，硕士研究生，工程师。

P315.5

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