2010年山西地區M≥4.6主余型地震序列的視應力研究

王 霞，宋美琴，梁向軍，李宏偉，吳昊昱

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

·地震活動性·

2010年山西地區M≥4.6主余型地震序列的視應力研究

王 霞1，2，宋美琴1，2，梁向軍1，2，李宏偉1，2，吳昊昱1，2

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025)

利用山西地區2010年3次M≥4.6地震序列及其50 km范圍內的背景地震波形資料，采用視應力方法獲得3次序列的差視應力值。結果表明，河津—萬榮地震序列的余震視應力均高于背景應力水平，反映其震源區應力水平較高，于2011年1月15日又發生河津ML4.1地震；大同—陽高序列和陽曲序列的余震視應力基本低于背景應力水平，且較短時間內恢復到背景應力水平。

差視應力；河津—萬榮序列；大同—陽高序列；陽曲序列

0 引言

視應力是地震效率與震源斷層面上平均應力的乘積，可作為當地絕對應力水平的一個間接估計[1]。傳統地震學研究中，地震輻射能量Es與標量地震矩M0只能從震級出發，通過理論公式換算得到，視應力計算結果并不相互獨立，實際物理意義較差。20世紀80年代以來，隨著寬頻帶數字地震學的發展，地震輻射能量和地震矩的測定成為一些地震學觀測和研究機構的常規工作。根據美國國家地震信息中心(NEIC)的寬頻帶輻射能量測定結果和哈佛矩心矩張量(CMT)測定結果，Choy等[2]學者討論了全球地震視應力的分布，得到全球地震視應力的平均值為0.5 MPa；吳忠良等[1]根據上述類似的方法和資料，計算了中國大陸地震的視應力分布，發現中國大陸地震的視應力略高于全球平均水平，而青藏高原東緣的視應力比鄰近地區高一倍以上。此后，國內學者對視應力的研究逐漸增多，并將其結果用于地震趨勢判斷[3-4]。如秦嘉政等[5]研究結果表明，大姚M6.2主震前，視應力出現了高值變化時段；王衛東等[6]論述了涇陽M5.2地震經歷前期視應力積累—震前突調—主震異常高值—震后逐漸恢復的過程；吳晶等[7]計算了2000年6月6日甘肅景泰M5.9地震前后周圍小地震視應力，結果是震前視應力出現高值異常；劉紅桂等[8]通過研究云南的4個地震序列，認為地震序列中只要發生了視應力值超過1 MPa的中小地震，其后一定會發生中強震；陳學忠等[9]研究了1995年7月20日河北沙城ML4.1地震序列，其余震的視應力隨時間逐漸下降；王瓊等[10]計算了1999年11月29日岫巖M5.4地震序列的視應力，認為存在震前低視應力階段、震時高視應力階段及震后穩定階段。

梁向軍等[11]對2001—2011年山西ML≥2.0地震進行計算得到該地區的視應力，結果表明，山西地區5次4.5級以上地震前1年均出現過視應力高值，且地震發生在高值異常下降的過程中，對中強震的震中預測具有一定指示意義。目前，已有對山西地區視應力時空特征的研究分析，但對該地區地震序列的視應力研究仍屬空白，因此，嘗試對2010年山西地區M≥4.6地震序列進行視應力的計算和分析。

1 視應力測定方法

地震視應力定義為：

式中：μ為剪切模量(對于地殼介質，μ可取3.0×104MPa)；Es和M0分別為地震能量和地震矩。Es和M0的測定是根據文獻[12]的方法，不再贅述。選取震源區周圍多臺平均的方法求得每一個地震的視應力值。

2 資料選取

2010年，在山西地區的南、中、北部先后發生3次中等地震(見第37頁圖1)，其序列情況如下。

(1) 1月24日，河津—萬榮M4.8地震發生后，余震較多，截至4月5日20時，共發生余震211次(以最近的萬榮單臺記錄為準)，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，最大余震為ML2.8地震。

圖1 2010年山西地區3個地震序列分布圖Fig.1 Distribution of 3 earthquake sequences in Shanxi area in 2010

(2) 4月4日，大同—陽高M4.6地震發生，截止5月6日，共發生余震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，最大余震為ML3.4地震。

(3) 6月5日，陽曲M4.6地震發生，截止7月31日，共發生余震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，最大余震為ML3.4地震。

在近震源條件下，選取震中距200 km以內的臺站，根據各臺站波形記錄的質量，選取信噪比較高、記錄較清晰的波形數據，對其進行去傾和儀器響應校正處理。在震源譜計算時，選S波波段1.0～20 Hz的波形進行分析。對以上3次地震序列中ML≥1.5地震及2009—2010年序列周圍50 km范圍內的同等震級地震進行視應力值計算。另外，收集梁向軍等[11]2001—2008年河津—萬榮地區和大同—陽高地區ML≥2.0地震的視應力32個和31個、2002年11月至2008年12月陽曲地區ML≥2.0地震的視應力77個，去除2002年9月3日太原ML5.0地震序列的影響。將收集的背景地震視應力值和本文計算的結果共同進行視應力和震級擬合，增加擬合曲線的可靠性。

3 計算結果及分析

視應力與震級間具有相關性，即震級越大，視應力越高。為了消除震級對視應力的影響，引入差視應力概念。根據視應力與震級的指數關系得到理論視應力。差視應力是指實際計算得到的視應力與理論視應力的差值，隨時間的變化也反映研究區內應力狀態的趨勢性變化。

3.1 河津—萬榮地震序列差視應力

圖2為河津—萬榮地震序列周圍50 km范圍內的地震視應力與震級關系圖，其擬合曲線呈現指數形態，顯示兩者具有較好的相關性。通過擬合關系式，得出河津—萬榮地震序列的差視應力值。

圖2 河津—萬榮地震序列50 km范圍內地震的視應力與震級關系Fig.2 Relationship between apparent stress and magnitude of earthquakesin the 50km range of Hejin-Wanrong sequence

為便于分析差視應力隨時間的變化特征，對河津—萬榮地震序列按時間排序，給出其差視應力的變化曲線(見第38頁圖3)。由圖3可以看出，河津—萬榮序列的余震應力水平均高于背景應力水平，且出現一次高值變化過程，最高值為最大余震(15號地震)；最大余震前，差視應力波動較平穩，之后水平有所增高，且波動起伏大，表明震源區應力水平仍較高，2011年1月15日發生河津ML4.1地震。

3.2 大同—陽高地震序列差視應力

第38頁圖4為大同—陽高地震序列周圍50 km范圍內的地震視應力與震級的關系圖，其擬合曲線呈現指數形態，顯示兩者具有較好的相關性。由圖4中的擬合關系式可得該序列的差視應力隨時間變化曲線(見圖5)。

圖3 河津—萬榮地震序列的差視應力隨時間變化曲線Fig.3 Variation of differential apparent stress of Hejin-Wanrong earthquake sequence with time

圖4 大同—陽高地震序列50 km范圍內地震的視應力與震級關系Fig.4 Relationship between apparent stress and magnitude of earthquakesin the 50 km range of Datong-yanggao sequence

圖5 大同—陽高地震序列的差視應力變化曲線Fig.5 Variation of differential apparent stress of Datong-yanggao earthquake sequence

由圖5可以看出，大同—陽高序列最大余震的應力水平明顯低于背景水平，與其他余震相比，其差視應力值最低(-7.4 bar)；最大余震發生之后，差視應力恢復到0 bar附近(即背景應力水平)，且表現較為平穩。

3.3 陽曲地震序列差視應力

圖6為陽曲地震序列周圍50 km范圍內的地震視應力與震級關系圖，其擬合曲線呈現指數形態，顯示兩者具有較好的相關性。通過圖6中的擬合關系式，獲得陽曲地震序列的差視應力隨時間的變化曲線(見圖7)。

圖6 陽曲序列50 km范圍內地震的視應力與震級關系Fig.6 Relationship between apparent stress and magnitude of earthquakesin the 50km range of Yangqu sequence

圖7 陽曲地震序列的差視應力變化曲線Fig.7 Variation of differential apparent stress of Yangqu earthquake sequence

陽曲序列除最大余震外，其他余震應力水平均低于背景應力水平，且出現一次明顯高值和一次低值變化過程，高值為最大余震(5號ML3.4地震)，低值為次大余震(7號ML2.5地震)；在最大和次大余震發生前后，差視應力波動幅度較為平穩。

4 結論與討論

河津—萬榮地震序列的余震應力水平均高于背景應力水平，且在最大余震發生時出現一次高值變化過程，最大余震發生之后較之前的差視應力波動幅度大且有所增高；大同—陽高地震序列的余震差視應力在最大余震處出現一次低值變化過程，之后恢復到0 bar附近(背景應力水平)；陽曲序列的余震應力水平除最大余震外均低于背景應力水平，且在最大和次大余震處出現一次明顯高值和一次低值變化過程，其他時段變化較為平穩。

值得注意的是，河津—萬榮序列ML≥1.0地震明顯多于大同—陽高序列與陽曲序列，表明其序列發育較多。該序列的余震應力水平明顯高于背景應力水平，表明在河津4.8級主震發生后，震源區附近又集中發生了較多的高應力地震，應力被緩慢釋放，且沒有恢復到背景應力水平，其震源區應力水平仍較高，因此序列持續時間長且又于2011年1月15日發生了河津ML4.1地震；大同—陽高序列和陽曲序列的余震應力水平基本低于背景應力水平，在4.6級主震發生后的較短時間內，恢復到背景應力水平，表明主震已大幅度釋放應力，因此余震序列持續時間短且發育較少。

由于資料有限，結果僅限于2010年3次M≥4.6地震序列的分析，今后需要補充背景地震資料，進行其他地震序列的研究。

[1] 吳忠良，黃 靜，林碧蒼.中國西部地震視應力的空間分布[J].地震學報，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] 陳學忠，王小平，王林瑛，等.地震視應力用于震后趨勢快速判定的可能性[J].國際地震動態，2003(7)：1-4.

[4] 鐘羽云，張 帆，張震峰，等.應用強震應力降和視應力進行震后趨勢快速判定的可能性[J].防災減災工程學報，2004，24(1)：8-14.

[5] 秦嘉政，錢曉東.云南地區地震視應力的時間和空間分布研究[J].地震學報，2006，28(3)：221-229.

[6] 王衛東，張永志，邵廣周，等.陜西中南部的視應力場研究[J].西北地震學報，2004，26(4)：243-346.

[7] 吳 晶，顧瑾萍.甘肅景泰Ms5.9地震前后小地震視應力計算討論[J].地震，2004，24(1):170-174.

[8] 劉紅桂，劉 杰，丁頁嶺，等.地震視應力在云南地震序列中的前兆特征[J].地震學報，2006，28(5)：462-471.

[9] 陳學忠，許向彤，翟文杰.1995年7月20日河北沙城ML4.1地震序列破裂過程中應力變化的研究[J].地震學報，2005，27(3)：276-281.

[10] 王 瓊，陳學忠，王林瑛.岫巖地震序列視應力變化及其預測意義[J].地震，2005，25(2)：91-97.

[11] 梁向軍，李 麗，宋美琴，等.山西地區視應力時空變化特征分析[J].中國地震，2014(1)：102-110.

[12] 陳學忠，李艷娥.2006年7月4日河北文安5.1地震前震中周圍地區小震視應力隨時間的變化[J].中國地震，2007，23(4)：327-336.

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

山西省地震局科研項目(SBK-1502)，中國地震局星火計劃(Xh15007)聯合資助。

王 霞(1987— )，女，山西省忻州人。2012年畢業于中國地質大學，碩士研究生，工程師。

P315.5

A