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关于精河6.6级地震序列视应力特点的分析

2020-09-09 162 上传者：管理员

摘要：利用新疆区域数字化观测资料计算2017-08-09精河6.6级地震序列的视应力值,讨论主震视应力与震源机制解类型及余震视应力、拐角频率和震级的关系。结果表明:1)精河6.6级地震主震视应力大小与震源机制解无相关性,主震视应力值高于余震视应力值,余震视应力和震级存在对数正相关关系,拐角频率与震级存在一定的负相关关系;2)主震后7h内视应力处于整个序列的高值阶段,且发生了多次强余震,这可能是受到震后应力调整的影响;3)天山中段6级地震序列中均存在强余震前视应力值高值现象,强余震发生后视应力值恢复到低值水平。

关键词：
地质灾害
地震序列
精河6.6级地震
视应力
震后应力调整
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新疆天山中段地区地震活动强、频度高,历史上曾发生过多次中强地震。特别是2011年以来6级地震更是呈活跃状态,先后发生2011-11-01尼勒克6.0级地震、2012-06-30新源-和静交界6.6级地震、2016-12-08呼图壁6.2级地震以及2017-08-09精河6.6级地震。地震发生后,震区的后续余震如何发展值得关注,因此需要第一时间对后续震情作出科学判定。目前判断地震序列主要还是依赖传统的统计结果,但是对于地震序列相对复杂的地区,传统统计方法显得依据不足,因此需要其他方法作为辅助手段。视应力作为震源参数,是震源区绝对应力水平的一个间接估计,应用到地震预报和震后趋势判定中效果很好[1,2]。2011～2016年新疆发生了6次6级地震,笔者对其中5个地震序列的视应力值进行研究,总结出其序列视应力的共同特征[3]。精河6.6级地震发生后,笔者计算了该地震序列中ML≥2.5地震的视应力值,将其与2011～2016年期间天山中段发生的几次6级地震序列视应力值进行对比研究,判定该地震的序列类型为主震-余震型,同时也是对前期得出的新疆天山中段地区6级地震序列余震视应力特征的补充验证。

1、地震概况及资料选取

据新疆数字地震台网测定,精河6.6级地震发震时间为2017-08-0907:27:51,微观震中位置为44.27°N、82.89°E,震源深度13km。新疆从2000年开始进行数字化改造,2006年基本完成,目前在天山中段地区的监测能力已经达到ML2.0[4,5],精河6.6级地震就发生在新疆监测能力较强的天山中段地区。为了保证数字波形的质量,确保视应力计算值准确可靠,本次研究选择波形满足下面3个条件:1)精河6.6级地震序列中ML≥2.5且震中距小于等于220km;2)记录清晰、信噪比较高;3)至少有5个台站记录。按照上述要求,共计算精河6.6级地震序列中70多个余震的视应力值。

2、视应力计算结果及分析

地震视应力是表征震源区应力水平的物理量,为地震效率与震源断层面上平均应力的乘积,是震源区平均应力下限值的一个估计[6]。通常认为,地震视应力值越高,震源区的应力水平越高;反之,震源区应力水平越低[7]。

精河6.6级地震序列地震矩M0在1012～1015N·m,拐角频率在0～10Hz,视应力多集中在0.036～2.226MPa。根据Brune模型,一定条件下应力降为视应力的4.3倍[8],可知精河6.6级地震序列的应力降结果为0.154～9.571MPa,与赵翠萍等[9]计算的应力降结果多集中在0.1～10MPa一致。

2.1视应力、拐角频率和震级的关系

研究发现,视应力会受到震级的影响[9,10]。由图1(a)可知,精河6.6级地震余震视应力与震级呈对数正相关关系,具有较大震级地震的视应力值高于较低震级地震的视应力值。由图1(b)可知,余震拐角频率随震级的增大有变小的趋势,即二者存在一定的负相关关系,但是相关系数较低。

图1余震视应力、拐角频率与震级的关系

地震余震视应力、拐角频率和震级的关系式如下(r为相关系数):

lgσapp=0.6413ΜL-1.6545,r=0.9212 (1)

lgf=-0.2964ΜL+2.4682,r=0.7955 (2)

2.2主震视应力

由于大地震不符合Brune圆盘模型,其震级-能量关系为:

lgES=1.5ΜS+4.8 (3)

据此可得到精河6.6级地震的地震波辐射能量,并估算主震的视应力。据USGS结果,精河6.6级地震的地震矩为2.82×1018N·m,计算出精河6.6级地震的能量为5.01×1014N·m,根据视应力计算公式得出精河6.6级地震视应力为5.331MPa。

同理,计算出天山中段其余3次6级地震的主震视应力(表1)。精河6.6级地震主震视应力值介于天山中段其他3次6级地震主震视应力值之间。新疆天山中段6级地震的视应力值大于吴忠良等[11]计算的中国大陆平均视应力值(0.80MPa),和云南几次6级地震主震视应力值相当[2]。为了更快、更准确地判断地震类型,研究者们试图寻求视应力与地震类型、发震断层等之间的关系。吴忠良等[11]认为,走滑型地震余震的视应力值一般低于主震,非走滑型地震余震的视应力值既可能高于又可能低于主震。陈学忠等[1]认为,低视应力值的地震多属于主余型地震。钟羽云等[12]研究得出,走滑型地震的视应力值和地震类型有一定关联。由表2可以看出,天山中段余震和主震视应力的大小与震源机制解无关,无论震源机制解为走滑型还是逆断型,主震视应力值均高于余震视应力值。天山中段4次6级地震的序列类型均为主余型,暂无震群型视应力的研究,且除新源-和静6.6级地震的断错类型为走滑型,其余3次6级地震均为逆断型。新源-和静6.6级地震主震视应力值低于精河6.6级和尼勒克6.0级地震主震视应力值,但是高于呼图壁6.2级地震主震视应力值。从上述4个地震可以看出,并不存在如走滑型地震视应力高于或者低于逆断型地震这种对应关系。因此笔者认为,在天山中段不能简单地用主震视应力值和震源断错类型来判定该区6级地震的序列类型。

2.3余震视应力

精河6.6级地震余震视应力值为0.036～4.951MPa,ML2.5～2.9、ML3.0～3.9和ML4.0～4.9地震平均视应力值分别为0.102MPa、0.560MPa和2.043MPa,主震视应力值为5.331MPa,最大余震ML5.1的视应力值为4.951MPa,余震视应力值均低于主震视应力值。盛书中等[13]研究认为,主震视应力高于绝大多数余震视应力,且余震的分布相对于主震来说是均匀的,反映了震源区应力释放完全。精河6.6级地震的余震视应力值均小于主震,由余震的空间分布可以看出,余震沿着库松木契克山前断裂分布,主要集中分布在主震的西侧10km范围内(图2),表明精河6.6级地震后能量释放均匀。

表1地震基本参数统计

表2精河6.6级地震及余震序列ML≥4.0地震视应力值

图2精河6.6级地震序列震中分布

表2和图3给出了精河6.6级地震ML≥4.0余震视应力值及时序图,可以看出,ML≥4.0余震主要发生在主震当天,仅有一个发生在08-18。主震发生后5min发生ML4.6和ML4.7地震,这两个地震较后期ML4.5余震视应力值高;主震发生后12min发生了6.6级地震余震序列中的第一个ML5.0地震;07:44:31发生的ML5.1地震的视应力偏大,也大于第二个ML5.0余震视应力值;最大余震发生后,ML4.0余震视应力值较主震发生后的同等震级余震视应力值低,最后一个强余震发生后,同等震级余震视应力值达到了0.938MPa,为同等震级的最低值。图4、图5给出精河地震ML2.5～2.9余震和ML3.0～3.9余震视应力图,图中红线为均值线。图4(a)为主震当天余震视应力曲线,可以看出,地震发生后6h,ML2.5～2.9余震视应力值在整个序列中处于高值状态,在高值过程中发生两次ML5.0地震和本次地震的最大余震(ML5.1地震)。第二个ML5.0地震后,视应力值恢复到低值状态。从图5(a)可以看出,主震发生后7h内ML3.0～3.9余震视应力值较高,在高值过程中发生了两次ML5.0余震和一次ML5.1余震。最后一次ML5.0强余震发生后,视应力值处于低值状态。

图3精河6.6级地震余震ML4.0～4.9地震视应力时序进程

图4精河6.6级地震序列ML2.5～2.9余震视应力时序进程

图5精河6.6级地震余震ML3.0～3.9余震视应力时序进程

精河6.6级地震主震后视应力水平从时间上可以分为两个阶段,分别为主震发生7h内和主震发生7h后。主震发生7h内集中发生了较多的同一震级高视应力地震,应力被大幅释放,并在较短的时间内恢复到低于天山中段视应力背景的水平。精河6.6级地震不同震级的余震视应力值随时间变化特征均表明,最后一次ML5.0较强余震发生后,余震视应力值均处于低值状态,后续亦无强余震发生,表明本次地震的能量释放较彻底,趋于结束。

3、结语

1)根据震级-能量关系得到2011年天山中段4次6级地震的地震波辐射能量,由此估算4次6级地震主震的视应力值为3.390～7.110MPa,这几次主震的视应力值代表了天山中段6级地震主震的视应力水平。精河6.6级地震主震的视应力值为5.331MPa。

2)天山中段6级地震主震视应力值与主震的震源机制解无关,无论震源机制解为走滑型还是逆断型,主震视应力值均高于余震视应力值。6.6级地震序列中,ML2.5～2.9地震平均视应力值为0.102MPa,ML3.0～3.9地震平均视应力值为0.560MPa,ML4.0～4.9平均视应力值为2.043MPa,ML4.0地震视应力值高于ML3.0地震和ML2.5～2.9地震余震序列视应力值。余震视应力值和震级存在一定的正相关性,拐角频率与震级存在一定的负相关性,但是相关系数较低。

3)精河6.6级地震后发生后,震源区及其附近集中发生了较多的高视应力地震。精河6.6级地震余震视应力水平从时间上可以分为两个阶段,分别为主震发生7h内和7h后。主震发生7h内集中发生了较多的同一震级高视应力地震,在此期间发生了3个强余震,应力被大幅释放,并在较短的时间内恢复到低于天山中段视应力背景的水平。这一现象表明,精河6.6级地震序列视应力值存在强余震前余震视应力值偏高、强余震后视应力值恢复低值的现象。前期,笔者对天山中段2012年新源-和静6.6级地震和2016年呼图壁6.2级地震的地震序列视应力随时间变化的特征进行研究发现,这两个地震余震视应力值的变化特征与精河6.6级地震相似。精河6.6级地震发生后,笔者计算了该地震序列的视应力值并与上述两个地震进行对比,结合该区的地震序列特点,认为该地震的类型为主震-余震型,结果表明该地震确实为主震-余震型地震。刘红桂[2]将余震序列中超过1MPa作为后续强余震的判别标准,并将这些地震当成标志地震,天山中段地区并未找到这种标志地震,但地震序列中的趋势变化是比较好的判别办法。因此余震视应力的时间变化特征可用于今后天山中段6级地震的震后趋势判定。值得注意的是,视应力方法虽然在序列判定中取得了较好的结果,但是由于震例总结的时间短、数量较少,因此还需要结合该区的地质构造、地震活动特征等进行综合判定。

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