云南景谷MS 6.6、云南滄源M S 5.5地震譜振幅相關系數特征分析*

崔子健，李志雄，陳章立

(1.中國地震局地震預測研究所地震預測重點實驗室，北京100036;2.中國地震應急搜救中心，北京100049;3.中國地震局，北京100036)

0 引言

地震震源機制解的計算結果，無論是對區域構造應力場的研究，還是對于地震預測相關方面的研究，都起著舉足輕重的作用。已有研究表明，強震受到構造應力場的制約，一般情況下震源機制與應力場的方向相吻合 (李欽祖等，1982)。但地震震源機制解的統計平均與構造應力場方向并不完全一致 (Yamakawa，1971)，而大量研究表明，大震之前小地震震源機制趨于主震震源機制的現象在一定程度上代表了應力方向集中產生于主震破裂的應力方向上。Wiemer和Wyss(2002)研究了美國1992年Landers7.3級地震前和1999年Hector Mine7.1級地震前，震中及附近地區中等地震的滑動角與斷層滑動角之差的變化，發現滑動角偏差越小，研究區域應力方向越一致，發生較大地震的危險性相對較高。陳颙 (1978)根據邢臺、海城前震序列的研究，提出利用震源機制一致性可作為判定前震序列的新參數。刁桂苓等(1994，2011)根據多個震例的研究指出，主震前中小地震震源機制解趨于一致;王俊國和刁桂苓(2005)根據千島弧地區震源機制解一致性特征，提出利用震源機制和構造應力場的一致性參數進行地震預測的思路。

受臺網布局和觀測點密度的制約，直接求解諸多小地震的震源機制解往往存在較大的困難，也難以精確給出其中多數小地震的震源機制解。為了克服這一困難，朱航等 (2006)、崔子健等(2012)根據Lund和B?evarsson(2002)提出的微震體波譜振幅相關分析的方法，對幾個震例進行研究，結果表明，前震序列的譜振幅相關系數較高，表現出震源機制相似性較強的特點。

在實際發生的強震中，主-余型地震序列數目遠多于前-主-余型序列。作為譜振幅相關分析法判別小震群序列類型應用研究的拓展，本文通過研究發生在滇南地區的2例主-余型地震序列(2014年10月7日云南景谷 MS6.6地震序列、2015年3月1日云南滄源MS5.5地震序列)的譜振幅相關系數的特征，探討該方法在中強地震后趨勢分析中應用的可能。

1 譜振幅相關分析法

地震記錄位移譜Uij(f)可表達為

式中，Uij(f)為臺站j記錄的地震i的位移譜;f為頻率;Sj(f)為地震i包含輻射圖型因子的震源譜;Pij(f)為地震i至臺站j之間的傳播路徑效應，用于描述地震波在傳播過程中的衰減;L'j(f)為臺站j的局部場地效應;Nj(f)為臺站j附近的地面運動噪聲;Ij(f)為臺站j的儀器響應;Surj為臺站j附近地表自由表面效應。

Si(f)表示為

其中，S'i(f)為地震i的震源譜。根據Brune模型(Brune，1970)，S'i(f)可表示為

式中，Ω'0i為地震i的震源譜低頻漸近線值;fc為拐角頻率。

式 (2)中的φij為震源輻射圖型因子，由震源機制解的斷層面走向、傾角、滑動角以及臺站j相對于震源i的位置所確定，反映了震源機制信息。根據震源理論可知，同一個震源的P、S波輻射圖型因子不同，而利用二者的綜合信息可以得到更為可靠的震源機制解 (Kisslinger et al.，1981)。所以，本文綜合利用P波和S波資料進行相關性研究。

定義譜振幅為

式中，Gij為幾何擴散因子，Rij為震源距，Q(f)為介質的品質因子，v為地震波傳播速度。

從地震記錄中扣除噪音和儀器響應，令Lj(f)=L'j(f)Surj后，則地震i在臺站j記錄到的地面運動位移譜為

由式 (7)、(8)及式 (2)、(3)可以看出，若這兩次地震震中位置足夠接近，即其間距遠小于震源距Rij，且震源機制 (輻射圖型因子)相同，則臺站j記錄這兩次地震的地面運動位移譜Uxj(f)與Uyj(f)的相對大小只與這兩次地震Ω'0的相對大小有關;若震源機制不同，則還應與這2次地震震源機制的差異有關。所以，當用地震記錄反演譜振幅時，若這兩次地震震源機制相同，則反演得到的 Ω0xj和 Ω0yj的相對大小只與 Ω'0x和 Ω'0y的相對大小有關;如果震源機制不同，則還與震源機制有關。因此可由臺站的地震波形記錄反演地震x與y的譜振幅Ω0xj、Ω0yj，通過計算其相關系數rxy來確定震源機制是否相似。地震x、y的譜振幅相關系數 rxy可表示為 (Lund，B?evarsson，2002)

式中，xjl、yjl分別表示臺站j記錄的地震x、y的l分量波形資料所反演得到的譜振幅Ω0xj、Ω0yj的對數值;分別為xjl與yjl的平均值;n表示所使用的臺站數目;l取值為1～5，依次表示徑向、垂向分量的P波記錄，徑向、切向、垂向的S波記錄。

對于譜振幅相關系數隨時間變化特征分析，有兩種做法:①將序列中的地震按發生時間順序排列，地震m與其前面 (m-1)個地震為一組，計算組內每2個地震的rxy，得出(m-1)個相關系數rxy，對rxy求算術平均值，其結果代表了地震m時刻的組內譜振幅的相關程度。以步長為1進行滑動，計算每個組內的譜振幅相關系數的算術平均值，最后可以得到隨時間變化的譜振幅相關系數;②以固定窗長 (如窗長為5)，步長為1進行滑動。考慮到景谷地震序列余震數目較多，采用第2種滑動方式進行計算;而滄源地震序列余震數目較少，采用第1種滑動方式進行計算。

根據上述原理分析，設計如下計算步驟:①對地震序列資料精確定位;②將三分量地震記錄旋轉為徑向、切向、垂向，并采用延遲時間窗方法計算其位移譜 (Chael，1987;黃玉龍等，2003)，圖1為孟連臺記錄到的一個ML4.7地震波形及其位移譜圖像;③采用多臺聯合反演方法反演Q值 (Atkinson，Meren.，1992);④采用Moya等 (2000)給出的方法反演臺站場地響應;⑤獲得經過路徑及場地校正后的譜振幅 (劉杰等，2003);⑥計算各分組的譜振幅相關系數，得到譜振幅相關系數隨時間變化特征。

圖1 孟連臺記錄到的2014-10-07 M L4.7地震的波形 (a)及其計算得到的觀測位移譜 (b)Fig.1 Waveform of M L4.7 earthquake on Oct.7，2014 recorded by Menglian Station(a)and the calculated observed displacement spectral(b)

2 譜振幅相關系數計算結果

2.1 2014年景谷M S6.6地震

2014年10月7日云南省普洱市景谷傣族彝族自治縣發生 MS6.6地震，震中位置 (23.4°N，100.5°E)。該地震序列為主-余型，最大余震為12月6日MS5.8、5.9地震。MS6.6、5.8、5.9地震的震源機制解基本相同，均為走滑型 (圖2)。從歷史地震類型分析，震區100 km范圍內，90%的M≥6.0地震為主-余型。

筆者利用景谷MS6.6地震周邊滄源臺(CAY)、瀾滄臺 (LAC)、臨滄臺 (LIC)、孟連臺(MEL)、云縣臺 (YUX)、思茅臺 (SIM)6個地震臺記錄到的60個M≥3.0余震觀測資料計算譜振幅相關系數。圖3中區域a為景谷地震序列分布圖，圖4a為地震的震級—時間圖。根據前述方法步驟，計算景谷地震序列的譜振幅相關系數，結果如圖4b所示。景谷MS6.6地震發生后，其余震譜振幅相關系數在0.88～0.96間波動，表現出很強的震源機制相似性，這一特征與已有震源機制解結果 (圖2)一致。在譜振幅相關系數高值背景下，12月6日發生了MS5.8、MS5.9強余震。

圖2 景谷地震序列M S≥5.0地震震源機制解①http://www.globalcmt.org/CMTsearch.htmlFig.2 Maps of focal mechanism solutions of M S≥5.0 earthquakes in Jinggu earthquake sequence

整個序列的譜振幅相關系數雖然波動范圍不大，但也表現出一定的起伏性。根據相關系數的變化特點，可將其大致分為5個階段:①2014年10月7日主震發生后至10月11日14時，譜振幅相關系數為0.91～0.96，此階段余震活動最為密集，并發生了3次M≥4地震;②10月11日14時至10月16日11時，譜振幅相關系數為0.88～0.90，處于相對低值階段。與上一階段相比，余震頻度降低，且無M≥4地震發生;③10月16日11時至11月20日20時，譜振幅相關系數為0.92～0.96，處于相對高值階段，期間發生了3次M≥4地震;④11月20日20時至12月4日0時，譜振幅相關系數呈下降趨勢，余震活動減弱;⑤12月4日0時至12月10日0時，譜振幅相關系數小幅升高，這一階段地震較為活躍，并發生了2次M≥5強余震。

2.2 2015年滄源M S5.5地震

2015年3月1日云南省臨滄市滄源佤族自治縣發生 MS5.5地震，震中位置 (23.5°N，98.9°E)，震源機制結果 (圖5)顯示為走滑型破裂。該地震序列為主-余型，后續余震數目相對較少。根據歷史地震統計，瀾滄江以西滇西南地區M≥5地震類型主要為主-余型、多震型，其中70%為主-余型，30%為多震型，主-余型地震居多。

圖3 2014年景谷6.6級 (區域a)、2015年滄源5.5級 (區域b)地震序列及周圍臺站分布圖Fig.3 Distributions of the Jinggu M S6.6 earthquake sequence in 2014(area a)and the Cangyuan M S5.5 earthquake sequence in 2015(area b)in south of Yunnan Province and the surrounding stations

圖4 2014年景谷M S6.6地震序列震級—時間圖 (a)及譜振幅相關系數隨時間變化曲線 (b)Fig.4 M-t plot of the Jinggu M S6.6 earthquake sequence(a)and curve of the correlation coefficient of spectral amplitude varied with time(b)

圖6 2015年滄源M S5.5地震序列震級時間圖(a)及譜振幅相關系數隨時間變化曲線 (b)Fig.6 M-t plot of the Cangyuan M S5.5 earthquake sequence(a)and curve of the correlation coefficient of spectral amplitude varied with time(b)

滄源MS5.5地震后，利用3月1～3日滄源臺(CAY)、瀾滄臺 (LAC)、芒市臺 (MAS)、畹町臺 (WAD)、永德臺 (YOD)5個地震臺站記錄的9次M≥2.5地震波形資料計算序列譜振幅相關系數。圖3中區域b為滄源地震序列分布圖，圖6a為滄源地震的震級—時間圖，圖6b為計算結果。結果顯示，滄源地震譜振幅相關系數與景谷6.6級地震相似，其值較高，大于0.9，表現出余震序列震源機制相似性較強的特征。

3 討論與結論

(1)2014年10月7日景谷發生MS6.6地震后，其余震序列譜振幅相關系數在0.88～0.96間波動，整體維持在高值，顯示震源機制一致性很強。本研究得到的譜振幅相關系數高值與景谷地震序列幾次M≥5地震震源機制具有較強的相似性(圖2)相吻合，表明譜振幅相關系數在一定程度上能夠反映震源機制的相似程度。

已有研究發現，強余震發生前，震源機制具有一致性的特征 (刁桂苓，趙英萍，2004;趙英萍，刁桂苓，2004)。在景谷余震序列譜振幅相關系數高值背景下，12月6日發生了MS5.8、5.9強余震。該高值體現出景谷MS6.6地震后余震序列的震源機制較為一致，應力場控制作用仍較強。受強應力水平的作用，發生強余震的可能性較大。且從時間進程來看，這種高值貫穿于序列的全過程，這有利于對強余震的早期判別。但6級強地震的譜振幅相關系數高值是否一定會對應較強余震的發生，以及閾值與最大余震震級的關系，需進一步研究。

從景谷MS6.6地震序列譜振幅相關系數隨時間變化曲線看 (圖4b)，主震后的4天內，譜振幅相關系數維持在相對較高值，余震活動最為密集。之后，相關系數雖然波動范圍不大，但也具有一定的起伏性。11月中下旬達到較低值0.88，之后小幅上升，于12月6日發生MS5.8、5.9強余震。整體而言，M≥4地震多發生在相關系數相對高值階段。

(2)2015年3月1日距離景谷主震160 km左右的滄源地區發生了MS5.5地震。黃浩和付虹(2014)通過對2008～2011年滇西地區6例地震序列的譜振幅相關系數的研究，認為譜振幅相關系數的高值有利于區域中強地震叢集發生。景谷地震序列較高的譜振幅相關系數可能對滄源地震的發生具有指示意義。滄源地震序列與景谷地震序列相似，譜振幅相關系數處于高值 (圖6b)。二者的譜振幅相關系數特征也許顯示滇南較大區域具有較強的應力水平，存在發生中強地震的背景。景谷地震與滄源地震所在地區的歷史地震序列均以主-余型為主，對于發生在類似區域，且無前震出現的中強地震來說，不能簡單地利用譜振幅相關系數的絕對值預測后續地震的大小，但譜振幅相關系數的高值有利于較強余震或區域中強地震的發生。

(3)在以往的譜振幅相關分析研究中，主要側重于小震群序列類型的判別 (崔子健等，2012)。對于有前震的中強地震來說，可通過比較前震序列與余震序列譜振幅相關系數的大小來判定主震后震源機制一致性的增強與減弱，從而探討發生較大或更大地震的可能性 (崔子健等，2015)。在實際震例中，強震前往往并無前震發生。利用譜振幅相關系數法對中強地震后續趨勢進行判定，相比于小震群序列類型的判定，具有更大的難度。本文只是對相繼發生在滇南地區的兩例主-余型地震序列的譜振幅相關系數研究進行初步探索，并得到了一些認識，在今后的實際工作中可供參考。當把這種方法繼續拓展應用到更多的地區，在不同的構造區積累足夠多的震例，則有可能確定不同區域的判別標準與普適性。

本文在撰寫過程中得到云南省地震局付虹研究員的幫助，審稿專家提出了寶貴的意見與建議，在此向他們表示衷心感謝。

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