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s5.5地震序列ML≥3.4地震的震源机制解研究'> 2013年洱源Ms5.5地震序列ML≥3.4地震的震源机制解研究

  摘要:利用云南省地震台网的宽频带数据,采用CAP方法计算了2013年3月3日洱源Ms5.5地震前后共10次ML≥3.4地震的震源机制解,分析了洱源Ms5.5地震前后震源机制解的一致性变化特征,结合精定位结果、震后现场灾害评估报告及震区地质构造情况,判定维西一巍山断裂以西的苍山西麓炼铁盆地东缘主边界断裂带为洱源Ms5.5地震的发震构造,震源机制解节面Ⅱ(走向160°、倾角48°、滑动解-99°)为其发震断层面。
  关键词:CAP方法;震源机制解;洱源地震序列;发震构造
  中图分类号:P315.7文献标识码:A文章编号:1000-0666(2015)02-0196-07
  0 引言
  据中国地震台网测定,北京时间2013年3月3日13时41分,云南省人理白族自治州洱源县(25.9°N,99.7°E)发生Ms5.5地震,地震灾区主要涉及洱源县、漾濞县、云龙县12个乡镇,61个行政村(居委会),受灾人口达39311户、141588人,造成较大的经济损失,据现场调查房屋破坏程度确定此次地震的极震区为Ⅶ度,等震线形状呈椭圆形,长轴走向为北西向,4月17日该区域再次发生Ms 5.0地震,给灾区造成较大的经济损失。
  洱源Ms5.5地震发生于滇西北裂陷带南段,位于印支板块和川滇菱形块体的交汇区域,该区域地质构造复杂,活动断裂较多,主要分布有NW向红河断裂、NE向程海断裂、北北西的维西一巍山断裂及走向基本与其一致的其它次级断裂。
  可靠的震源机制解结果可反映震源区的受力状态,发震断层及其运行方式,进而可分析地震的成因,对于了解地震的孕育、发生机理及区域构造动力学环境等具有十分重要的意义(郑勇等,2009;龙锋等,2010;吕坚等,2013),单个地震的震源机制解可反映出在构造应力场作用下地震断层活动的性质,多个地震的震源机制解可反映出较人区域内的平均构造应力状况(龙海英等,2007;张建国等,2009;曹颖等,2013;虎雄林等,2013)。本文采用CAP方法,利用云南数字台网宽频带波形资料,反演计算了洱源Ms5.5地震序列的主震及其发生前后ML≥3.4地震的震源机制解,并对比了研究区域历史中强地震震源机制解结果,同时结合主震的余震分布情况及区域地质构造,探讨了该地震序列的发震断层面。
  1 地震概况
  2013年3月3日发生的洱源Ms 5.5地震,震源深度9 km,4月17日该区域再次发生Ms 5.0地震,目前关于这两次5级以上地震之间的关系公开发表的研究成果相对较少,依据云南省速报台网编目资料,在2013年3月3日至6月31日期间,该地震序列共记录886次地震(图1),其中0.0~0.9级498次、1.0~1.9级308次、2.0~2.9级62次、3.0~3.9级15次、4.0~4.9级地震1次、5.0~5.9级2次。吴开统等( 1990)将地震序列划分为主一余型(包括前一主一余型),震群型和孤立型,判别主一余型地震时最人余震与主震的震级差要火于0.6,此次地震序列中两次强震的震级差为0.5,与0.6的震级差较为接近,且这两次地震发生的位置十分相近,更多的地震专家还是倾向于将Ms 5.0地震判定为3月3日Ms 5.5地震的强余震。从图1可看出,在最大强余震发生前后地震活动性差异明显,4月17日Ms 5.0地震后,余震衰减迅速,地震活动性也趋于平静。根据洱源地震序列的特点,本文将此次地震序列判定为主余型地震。
  2 CAP计算方法及资料计算
  2.1 CAP方法基本原理
  近年来,CAP方法在求解震源机制解的方法中应用较多,CAP方法(Cut and Paste)相比以往的P波初动、体波反演或是面波反演,算得上是一种全波形反演方法,它将宽频带地震记录分成Pnl和面波两个部分进行反演并允许他们相对浮动,在适当的时间变化范围内,搜索出合成地震图和观测地震图全局差异最小的震源机制解。CAP方法具有对参与反演的台站数要求不多、方位角分布不需太均匀、反演结果对速度模型和地壳结构横向不均匀性依赖较小的特点,日前国内的一些研究结果充分证明了CAP方法在震源机制解与地震矩心深度研究方面的有效性与可靠性(Zhao,Helmgerger, 1994; Zhu, Helmgerger, 1996;龙锋等,2010;吕坚等,2013)。CAP方法的主要原理为:任意一个双力偶震源的理论合成位移s(i)可表示为
  2.2 资料与反演计算
  本文选取了震中距在250 km以内的20个云南数字化台网宽频带波形记录数据,采用CAP方法反演了2013年3月3日至2013年4月18日期间10个ML≥3.4地震的震源机制解结果,这10次地震事件的参数列于表1。
  反演过程中,我们移除了观测数据的仪器响应,再将观测数据旋转至径向、切向和垂向,采用F-K方法计算格林函数。本文采用的速度模型参考了云南地区人工测深的研究结果(胡鸿翔等,1986;王椿镛等,2002;胡家富等,2003;张巾杰等,2005;林中洋等,2008),其模型见表2。实际计算过程中笔者将波形记录数据分为Pnl波及面波两部分进行反演,来降低速度结构横向不均匀造成的影响,并将观测数据分别进行0.05~0.2 Hz、0.05~0.1 Hz的4阶Butterworth带通滤波器来压制噪声,理论地震图采用与观测地震图相同的分解及滤波原则。
  通过观测数据我们能够得到Pnl波垂向和径向以及面波的垂向、径向和切向5个部分,进行理论地震图与观测地震图的对比过程中允许两者进行相对的移动,以达到较好的一致性,当满足具有最小误差值时的断层面解即为最佳震源机制解(赵小艳等,2009;龙峰等,2010)。   3 反演结果及分析
  图2和图3是笔者得到的洱源Ms 5.5地震的震源机制解波形反演结果及深度拟合误差分布图,从图3可以看出,以8 km为震源深度计算出的主震震源机制解波形拟合较好,参与计算的20个地震观测台站观测地震图与理论地震图的平均相关系数为84.8%;图2展示了部分台站的相关系数,红线是理论地震图,黑线是观测地震图,波形下面第一行数字为理论地震图相对观测地震图的移动时间(s),第二行数字为二者的相关系数(%),说明计算结果是可靠的,其断层面解节面I:走向353°、倾角43°、滑动角-80°;节面Ⅱ:走向160°、倾角48°、滑动角-99°。本文结果与中国地震局地球物理研究所、USGS、Harvard等研究机构的结果进行对比,从表3中可看出本文计算的洱源Ms 5.5主震震源机制解结果与上述研究机构的结果较为相近,此次地震主要表现为正断层。
  图3显示,震源深度为8 km时具有最小的反演误差,这与台网中心给出的震源深度结果相近,矩心深度在5~13 km范围内震源机制解结果随深度的变化一致性较好,在此范围内震源机制解对深度的依赖不人。
  图4给出了表1中10个地震事件的震源机制解结果及其震中位置,从图中可看出,在这10次地震事件中正断层地震事件为6个(1、2、3、5、6、7号地震事件),占60%,走滑型地震为4个(4、8、9、10号地震事件),占40%。在时间上,洱源Ms5.5地震发生前,在主震东北方向发生了2个ML≥ 3.4的地震,均为正断层,在空问上,1、2、6号地震离主震稍远,最远距离约为31.5 km,其余地震事件相对集巾。图5给出了该序列震源机制解滑动角随时间变化的情况,在1~7号地震事件之间,正断层的地震类型占到6例(4号地震除外),比例高达86%,震源机制解滑动角集中在-7°~-140°之间(4号地震除外),正断层特征明显,而Ms 5.0地震后,地震类型迅速转变为走滑型,滑动角迅速改变至-6°~11°之间,共3例,比例为100%。震源机制的一致性程度方面,在3月3日Ms 5.5地震和4月17日Ms 5.0强余震期间,余震的震源机制解多表现为正断层,一致性较好,而4月17日Ms 5.0地震后,其余震的地震类型迅速发生改变(图4),这可能与该区域的应力释放程度有关,即Ms 5.5强震后该区域积累的应力并未释放完全,应力场的一致性优势并没有被破坏,从而发生4月17日Ms 5.0强余震,而Ms 5.0强余震发生后,应力释放较为充分,应力场趋于复杂,故后续余震震源机制解类型发生转变,出现走滑型,与Ms 5.0强余震发生前表现出较火的差异性。
  杨国华等( 2003)利用GPS观测资料对云南地区地壳水平运动与形变进行了研究,他依据红河断裂、小江断裂和滇中中部北西走向线段为界,将云南地区划分为不同的活动块体,本文研究的洱源地震序列处于其划分的滇西地区、滇中西南单元和滇中东北单元交汇区域,在( 25.5°~27.3°N,99.5°~100.8°N)范围内,历史上曾出现过多次强震,依据1982年以来Harvard提供的8次5级以上地震震源机制解资料,该区域的历史强震基本为正断层(图6),历史地震主要沿丽江一木里断裂分布,研究区域内1996年2月3日曾经发生过7级地震。在云南地区各板块以水平运行为主的背景下(胡家富等,2003年),洱源地震序列出现多次以正断层为主的震例(包括两次5级以上地震),这可能与川滇菱形块体向南滑移过程中南部边界与印支板块交汇区域的相瓦运动,造成较复杂的局部应力场有关。根据杨国华等(2003)利用GPS观测资料对云南地区地壳水平运动与形变的研究成果,滇中西南单元的运动以北东东南西西的拉张性变形为主,本文研究的洱源地震序列位于杨国华等(2003)所划分的滇中西南单元和滇西地区交汇地带(以红河断裂划分),而红河断裂两侧板块的差异运动并不明显,反而是连续形变的活动模式稍突出些,1996年的丽江地震震源机制解显示P轴近于直立、T轴近于水平的东西拉张,这是否表明洱源地震序列可能延续了该区域作用力的特点,而致使地震序列中的地震多表现为正断层。
  据地质力学研究所(2013)在洱源Ms 5.5地震后的现场科学考察结果,主震周围主要分布有北西的维西一巍山断裂及走向基本与其一致的其它次级断裂,洱源Ms 5.5地震与东边的维西一巍山断裂最近距离约10 km,位于维西一巍山断裂以西的苍山西麓炼铁盆地东缘主边界断裂带,该断裂带为一条第四纪期问活动明显,呈北北西走向,整体倾向南西西方向,且地表由多条平行分布的次级正断层所构成的张性活动断裂带,洱源Ms 5.5震源机制解节面Ⅱ走向160°,表现为北北西方向。房立华等利用中国科学台阵数据计算了洱源Ms 5.5地震后19小时内的余震分布情况(图7)(中国地震局地球物理研究所,“中国地震科学台阵探测项日一南北地震带南段”项目组,2013),根据其计算结果,余震在剖面AA'和BB'上均有分布,但主要集中在以北北西为主的AA'剖面上,震后现场调查的烈度结果为极震区烈度为Ⅶ度,等震线形状呈椭圆形,长轴走向为北西向。结合上述结果判定维西一巍山断裂以西的苍山西麓炼铁盆地东缘主边界断裂带为此次地震的发震构造,震源机制解节面Ⅱ:走向160°、倾角48°、滑动解-99°,为其发震断层面。
  4 结论与讨论
  通过计算2013年3月3日洱源Ms 5.5地震前后Ms≥3.4地震事件的震源机制解,结果显示:洱源Ms 5.5地震震源机制解节面I:走向353°、倾角43°、滑动角-80°;节面Ⅱ:走向160°、倾角48。、滑动角-99°,矩心深度8 km、矩震级5.25,P轴方位角8°、仰角83°,T轴方位角256°、仰角3°,地震类型表现为止断层,判定维西一巍山断裂以西的苍山西麓炼铁盆地东缘主边界断裂带为此次地震的发震构造,震源机制解节面Ⅱ:走向160°、倾角48°、滑动解-99°为其发震断层面。4月17日Ms 5.0地震发生之前,正断层的地震类型一致性较好,比例高达86%,这可能是该区域中强震发生前的一个特征。洱源地震序列位处滇中西南单元和滇西地区的交汇区域,是否受滇中西南单元北东东一南西西的拉张性变形影响,而在云南地区多以走滑型地震居多的背景下,在该区域多次发生正断层地震的原因,还需进一步的研究佐证。

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