漾濞6.4级地震前后震源机制一致性时空演化特征

李 见 陈 佳 叶 泵 李孝宾 杨建文 金明培 番邵辉

1 云南省地震局,昆明市北辰大道146号,650224 2 云南大理滇西北地壳构造活动野外科学观测研究站,云南省大理市滨海大道,671000

一次中强地震的孕育和发生与周围区域的构造应力、构造运动、断层的活动方式、震源区介质脆性变形等密切相关,而震源机制可以反映出地震前后震源区的应力变化,是震源区构造应力的一种体现[1],大量的中小地震震源机制解总体特征可以代表一定条件下区域构造应力场的特征[2]。1978年,陈颙[3]提出了震源机制一致性的概念,用应力张量方差作为衡量震源机制一致性和震源释放应力场与区域应力场之间一致性的参数,判断区域地震危险性。之后,国内外学者对中小地震的震源机制一致性进行了大量研究[4-6]。刘自凤等[4]认为,中小地震的震源机制一致性可能与强震前应力场变化密切相关。

2021年云南漾濞(25.67°N,99.87°E)发生6.4级地震,震源深度8 km。地震所处的滇西北地区1925年有仪器记录以来共发生6.0～6.9级地震19次,7级以上地震3次(图1),地震活动性强,漾濞6.4级地震与最近的6级以上地震发震时间间隔12 a。为研究漾濞6.4级地震前后应力场时空演化特征,本文采用CAP方法反演漾濞6.4地震主震震源机制,并基于反演得到的云南地区2015～2022年M≥3.0中小地震震源机制解结果,采用叠加应力场反演方法[4]反演漾濞6.4级地震前后不同时段的震源机制一致性参数的空间演化特征。之后,利用云南地区2013～2022年M≥3.0中小地震震源机制解结果分析震源区应力张量方差的时序演化特征,为区域地震活动性研判提供依据。

图1 区域构造与历史地震震中分布

1 漾濞6.4级地震震源机制解结果

使用CAP方法反演漾濞6.4级地震震源机制。CAP方法充分利用体波和面波的振幅信息,分别对Pnl波、面波进行带通滤波,赋予不同权重,对速度模型依赖性小,能较为全面地反映震源信息[7-9]。用于计算的台站分布如图2所示,数据来源于云南省地震局下关地震监测中心站,速度模型为下关中心站地震观测研究室使用的基于云南地区人工地震测深和速度结构反演研究给出的一维速度模型(表1),震中距范围选择350 km以内,将70 km以内的近台面波权重设为0,震源函数持续时间、断层面参数搜索步长等参数设置与文献[9]相同。

图2 用于漾濞6.4级地震震源机制解计算的台站分布

反演得到的漾濞6.4级地震震源机制解结果如表2所示,利用震源机制解反演的残差随深度的变化见图3,理论波形与实际波形的拟合见图4。可以看出,漾濞6.4级地震为右旋走滑型地震,矩心深度为5.8 km,矩震级为MW6.03,节面Ⅰ走向、倾角、滑动角分别为39°、75°、-16°,节面Ⅱ走向、倾角、滑动角分别为133°、75°、-164°,P轴方位、仰角为356°、22°,T轴方位、仰角为86°、1°[9]。本文结果与Seismology小组公众号、USGS及雷兴林等[10]的结果差别较小,验证了本文结果的可靠性。

表2 漾濞6.4级地震震源机制解结果

图3 漾濞6.4级地震震源机制解反演残差随深度分布

图4 漾濞6.4级地震震源机制解理论波形与观测波形拟合

2 震源机制一致性参数时空演化特征

采用叠加应力场反演方法[4],使用zamp软件包进行震源机制一致性参数反演,反演得到的应力张量方差是衡量地震震源释放应力场与区域构造应力场一致性程度的定量指标[4]。当震源机制一致性参数(应力张量方差)小于 0.1时,说明明区域震源机制趋于一致,能用一个统一的应力张量来表示,应力场比较均匀;当方差大于0.2时,说明区域震源机制相对紊乱,应力场的时空演化不均匀[4-5]。

考虑到2013～2022年云南发生多次5级以上地震,其余震序列可能对震源机制一致性参数造成影响,本文对余震进行剔除。选择2015～2022年利用CAP方法获得的云南地区3级以上地震震源机制资料进行应力方差反演,将地震集中区域按0.1°×0.1°网格化,然后选择节点及周围至少30个地震进行反演,最终得到2015～2022年云南地区不同时段每个节点应力张量方差的空间分布特征,选择的地震震源机制解分布如图5所示。可以看出,除云南西北部三江并流区和迪庆、曲靖等地震活动性较弱的地区外,其他区域地震分布较均匀。

图5 云南地区2013～2022年3级以上地震震源机制解分布

为分析漾濞6.4级地震前震源机制一致性参数的空间演化特征,对震前2015～2018年、2015～2019年、2015～2020年3个时间段的应力张量方差进行反演。图6显示,漾濞6.4级地震发生在应力张量方差低值区域内,2021年发生的2次5级以上(盈江5.1级、双柏5.0级)地震发生在应力张量方差低值区边缘(图6(a),6(b),6(c))。对比2015～2018年、2015～2019年、2015～2020年逐渐递增的3个时间段的应力张量方差变化,应力张量方差低值区域有逐渐向双柏5.0级和盈江5.1级地震震中扩散的趋势。随时间推移,两次地震震中应力张量明显降低;而漾濞6.4级地震震中区域应力张量一直处于极低值,变化不明显。2020年巧家5级地震和2022年红河5级地震震中也表现出相同的震前应力张量方差降低的现象,即在2015～2018年震中区域应力张量方差不在低值区域,但是随着时间推移,2015～2019年、2015～2020年震中区域应力张量方差逐渐下降至0.1附近。从空间分布来看,2021年漾濞6.4级地震前应力张量方差低值区主要集中于滇西楚雄-大理-保山-临沧一带,极低值在大理附近并向两侧扩散,随时间推移东侧向楚雄双柏延伸,应力张量下降较多,西侧向盈江延伸,应力张量下降,但幅度较小。

图6 漾濞6.4级地震前后应力张量方差空间演化特征

考虑到2015～2018年、2015～2019年、2015～2020年存在重复时间段,对反映后续时间段应力张量方差变化存在影响,且该区域在漾濞6.4地震前有2016年云龙MS5.0、2017-03-27漾濞MS5.1地震发生,因此选择2015～2017-03、2017-05～2019-05(2017年漾濞MS5.1地震后)、2019-06～2021-02独立时间段进行应力张量方差反演(图7),结合2015～2018年、2015～2019年、2015～2020年递增时段应力张量方差反演结果,可以更真实客观地反映漾濞6.4级地震前应力张量方差的空间分布。如图7(a)所示,2015～2017-03应力张量方差低值区域主要集中在滇西地区,该区域发生了2016年云龙MS5.0、2017年漾濞MS5.1、2015年昌宁MS5.1地震。如图7(b)所示,2017-05～2019-05(2017年漾濞MS5.1地震后)滇西地区应力张量方差显著上升,与2015～2017-03时段形成鲜明对比,可能是因为2017年漾濞MS5.1地震后,该时间段滇西地区没有5级以上地震发生,应力张量方差逐渐回升;在滇中-滇南,2018年通海MS5.0、墨江MS5.9地震区域新形成应力张量方差低值区,而2021年双柏5.0级地震位于2个集中的应力张量方差低值区域边缘。如图7(c)所示,2019-06～2021-02(2021年漾濞6.4级地震发生前)应力张量方差低值区向漾濞6.4级地震区域扩散,低值区最终集中在漾濞地震附近,2021年双柏5.0级、2021年盈江5.1级地震处于应力张量方差低值区边缘。对比2015～2017-03、2017-05～2019-05(2017年漾濞MS5.1地震后)、2019-06～2021-02三个独立时间段的应力张量方差变化规律,漾濞6.4级地震震中附近应力张量方差经历了低值-显著升高-下降形成新低值的过程。应力张量方差的低值表征震源机制趋于一致且区域应力水平高[4],第1个低值可能是受2016年云龙MS5.0、2017-03-27漾濞MS5.1地震的影响,区域应力水平增高;2017年漾濞MS5.1地震发生后,即2017-05～2019-05时段,该区域没有5级以上地震发生,区域应力降低,震源机制比较紊乱,应力张量方差显著上升;漾濞6.4级地震发生前(2019-06～2021-02),区域应力水平逐渐升高,应力张量方差逐渐降低形成新的低值区域,震源机制逐渐趋于一致。

图7 漾濞6.4级地震前后应力张量方差空间演化特征

综合图6和7可知,2015～2018年、2015～2019年、2015～2020年3个递增时段漾濞6.4级地震始终处于应力张量方差低值区域,变化不明显,可能是因为计算时间段有重叠,未能排除2016年云龙MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震的影响,掩蔽了漾濞6.4级地震震中区应力张量方差由低值-显著升高-下降形成新低值的变化过程。2015年昌宁MS5.1、2016年云龙MS5.0、2017年漾濞MS5.1、2018年通海MS5.0、2018年墨江MS5.9、2021年双柏MS5.0、2021年盈江MS5.1地震及2021年漾濞MS6.4地震等都发生在应力张量方差低值区域,且应力张量方差低值区域的迁移扩散随5级以上中强地震的发生而变化,应力张量方差的低值或许是这些5级以上中强震震前的共性特征。

为了分析漾濞6.4级地震后应力张量方差的时间演化规律,对漾濞6.4级地震后2021-08～2022-12时段应力张量方差进行反演(图6(d)和7(d))。可以看出,对比震前,漾濞6.4级地震中区应力张量方差发生明显变化,低值现象消失,迅速回升为高值,而滇西南地区形成了新的应力张量低值主体区域。结合前文可知,漾濞6.4级地震震中区附近应力张量方差经历了由低值-显著升高-震前下降形成新低值-震后显著升高4个变化过程,即在漾濞6.4级地震前应力张量方差处于低值,震后升高,第1个低值的形成与该区域发生的2016年云龙MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震有关。

考虑到漾濞6.4级地震震中区附近发生过2013年洱源MS5.5、2016年云龙MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震,选择2013～2022年云南地区3级以上地震的震源机制解资料,取30个地震为窗长,5个地震为步长,反演得到震源区附近应力张量方差的时序变化(图8)。可以看出,漾濞6.4级地震前,应力张量方差自2019-02左右达到最高值然后转折下降,下降时间持续1 a左右,大约2020-03下降到最低值(约0.025) 后开始转折迅速上升,漾濞6.4级地震发生在应力张量方差最低值转折开始上升阶段,地震后应力张量方差迅速持续上升,在2022年底达到新的高值后开始转折下降,整体呈正“V”字型变化特征。刘自凤等[4]对2014年云南地区3次强震的研究也显示出同样正“V”字型特征。应力张量方差的空间分布特征显示的漾濞6.4级地震中区附近应力张量方差经历由低值-显著升高-震前下降形成新低值-震后显著升高4个变化过程与时序图显示的正“V”字型变化特征相吻合。2013年洱源MS5.5、2016年云龙MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震存在同样的正“V”字型变化特征,即4次地震震前应力张量方差达到最高值,后持续下降,下降至最低值后发生转折然后趋势回升,整体呈正“V”字型,不同的是,2016年云龙MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震发生在正“V”字型转折最低值阶段,而不是转折后趋势回升阶段。

图8 漾濞6.4级地震中区附近应力张量方差时序

3 结 语

1)本文计算发现,漾濞6.4级地震为右旋走滑型地震,矩震级为MW6.03,矩心深度为5.8 km,节面Ⅰ走向39°、倾角75°,滑动角-16°;节面Ⅱ走向133°、倾角75°、滑动角-164°,与USGS等机构和雷心林等[10]得到的结果基本一致。

2)震源机制一致性空间分布结果显示,漾濞6.4级地震震中区附近应力张量方差经历了由低值-显著升高-震前下降形成新低值-震后显著升高变化的过程。漾濞6.4级地震前应力张量方差处于低值,震后升高,第1个低值的形成与该区域发生的2016年云龙MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震有关。应力张量方差低值区域的空间迁移基本与5级以上中强地震发生区域的变化相吻合,应力张量方差的低值变化、应力水平的增强或许是5级以上中强震震前的一个重要标志。但部分应力张量方差低值区域(如图7(c)滇东地区)没有5级以上地震发生,不同地震震中区应力张量方差低值变化特征也存在一定的差异,因此还需要对更多的震例进行研究分析。

3)漾濞6.4级地震震中区附近震源机制一致性的时间演化特征显示,应力张量方差在地震前1～2 a达到最高值,后持续下降,下降至最低值后发生转折并趋势回升,整体呈正“V”字型,地震发生在正“V”字型转折后趋势回升阶段,这与应力张量方差空间分布显示的漾濞6.4级地震中区附近应力张量方差经历由低值-显著升高-震前下降形成新低值-震后显著升高的变化过程相吻合,说明结果可靠。震源区附近发生的2013年洱源MS5.5、2016年云龙MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震存在相同的正“V”字型变化特征,与刘自凤等[4]对云南2014年3次强震的研究结果一致,不同的是,2016年云龙MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震发生在正“V”字型转折的最低值阶段,而不是转折后趋势回升阶段。

4)漾濞6.4级地震发生后,震中区附近应力张量方差比震前显著升高,在滇西南(普洱、思茅等)地区形成新的应力张量低值区,有必要进一步加强滇西南地区的地震危险性研究。