滇西北地區(qū)強(qiáng)震危險(xiǎn)性分析

劉自鳳 龍鋒 彭關(guān)靈 趙小艷

摘要：利用1965年1月—2018年11月云南地震臺(tái)網(wǎng)提供的月報(bào)目錄和1999年1月—2018年10月中小地震震源機(jī)制解，對(duì)滇西北地區(qū)主要斷裂的b值和震源機(jī)制一致性參數(shù)進(jìn)行了空間掃描，結(jié)合歷史強(qiáng)震空區(qū)，分析了滇西北地區(qū)的強(qiáng)震危險(xiǎn)性。結(jié)果表明：①2000年1月以來(lái)程海斷裂、龍?bào)础獑毯髷嗔鸭熬S西—喬后斷裂南段b值顯著降低，而中甸斷裂地震空區(qū)兩端、程海斷裂及鄰區(qū)則為低b值（b<07）主體區(qū)域。②震源機(jī)制一致性較好的區(qū)域分布于程海斷裂中部、龍?bào)础獑毯髷嗔鸭熬S西—喬后斷裂南段及鄰區(qū)。分析認(rèn)為，低b值和震源機(jī)制一致性好可能是區(qū)域應(yīng)力水平增強(qiáng)所致，據(jù)此判斷程海斷裂、龍?bào)础獑毯髷嗔鸭熬S西—喬后斷裂南段及鄰區(qū)可能是滇西北地區(qū)未來(lái)發(fā)生強(qiáng)震的潛在危險(xiǎn)區(qū)。

關(guān)鍵詞：b值;震源機(jī)制一致性;應(yīng)力張量方差;強(qiáng)震危險(xiǎn)性;滇西北

中圖分類號(hào)：P31572?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1000-0666（2019）03-0330-08

0 引言

強(qiáng)震活動(dòng)往往發(fā)生在活動(dòng)斷裂帶上具有高應(yīng)力積累的凹凸體段或者閉鎖段（Aki，1984;Wiemer，Wyss，1997;Wyss et al，2000）。地震一旦成核，破裂將會(huì)在高應(yīng)力環(huán)境下擴(kuò)展，并穿過(guò)凹凸體及其附近的非凹凸體的斷裂段（Wyss et al，2004）。古登堡-里克特所提出的震級(jí)-頻度關(guān)系（Gutenber，Richter，1944）中的b值與介質(zhì)的非均勻度、有效剪應(yīng)力等參數(shù)有關(guān)，并與應(yīng)力呈反比關(guān)系，這一現(xiàn)象早已在巖石破裂實(shí)驗(yàn)（Scholz，1968）、與流體抽取有關(guān)的地震活動(dòng)（Wyss，1973）以及地下礦山巖石破裂（Urbancic et al，1992）中被觀測(cè)到。特定巖體內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力的大小與b值成反比，因此低b值可作為評(píng)判高有效剪應(yīng)力的一個(gè)指標(biāo)（Wyss et al，2000）。目前，利用b值的空間分布揭示和推斷一個(gè)區(qū)域內(nèi)活動(dòng)斷裂帶不同段落的相對(duì)應(yīng)力水平，已成為分析不同斷裂段現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性與強(qiáng)震（大震）潛在危險(xiǎn)地段的重要手段之一（Wyss et al，2000;Wyss，Stefansson，2006;錢曉東，秦嘉政，2008;易桂喜等，2008，2010，2013;邵延秀等，2015;吳萍萍等，2015;毛燕等，2016;韓曉明等，2016;張廣偉，2016）。

震源機(jī)制一致性參數(shù)（陳颙，1978;刁桂苓等，2004;王俊國(guó)，刁桂苓，2005;程萬(wàn)正等，2006;澤仁志瑪?shù)龋?010）在震情跟蹤工作中已經(jīng)成為判斷地震危險(xiǎn)性的一個(gè)有效判據(jù)，基于震源機(jī)制解反演應(yīng)力場(chǎng)的時(shí)空變化捕捉強(qiáng)震前兆信息的方法也被廣泛運(yùn)用。

滇西北地區(qū)處于青藏高原東南緣、川滇菱形塊體西南部，受印度板塊與歐亞板塊碰撞作用（Dewey，Sun，1988;Rowley，1996）的影響，新構(gòu)造活動(dòng)顯著，發(fā)育了眾多受近南北向斷裂控制的地塹或半地塹盆地，構(gòu)成了“Z”字形的滇西北裂陷帶（吳中海等，2008;黃小巾等，2014;羅睿潔等，2015）。該區(qū)域歷史上M≥60地震頻發(fā)，且大多發(fā)生在主要斷裂及其附近區(qū)域，但M7專項(xiàng)工作組（2012）研究表明，在M≥60地震主體活動(dòng)斷裂上仍存在3個(gè)地震空區(qū)，分別為中甸斷裂地震空區(qū)、小金河斷裂地震空區(qū)和賓川地震空區(qū)。1996年2月3日麗江M70地震后，滇西北地區(qū)M≥60地震活動(dòng)較弱，僅發(fā)生2組6級(jí)地震，最大震級(jí)MS62，可見該區(qū)自1996年麗江地震后強(qiáng)震進(jìn)入弱活動(dòng)狀態(tài)，地震空區(qū)持續(xù)發(fā)展。2013年3月以來(lái)，滇西北地區(qū)ML≥40地震顯著增強(qiáng)，且主要集中分布在維西—喬后斷裂、程海斷裂及其附近地區(qū)。2013年3月—2018年11月共計(jì)發(fā)生ML≥40地震20次，其中40～49級(jí)16次、50級(jí)以上4次，最大為2013年3月3日洱源55級(jí)地震。因此，探討滇西北地區(qū)的強(qiáng)震危險(xiǎn)性具有重要意義。本文結(jié)合滇西北地區(qū)歷史強(qiáng)震空區(qū)，計(jì)算b值與震源機(jī)制一致性參數(shù)，分析該區(qū)域主要斷裂和歷史強(qiáng)震空區(qū)現(xiàn)今應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)震危險(xiǎn)性。

1 資料選取與預(yù)處理

11 地震目錄及最小完整性震級(jí)

本文利用云南地震臺(tái)網(wǎng)提供的1965年1月—2018年11月月報(bào)目錄計(jì)算滇西北地區(qū)（250°～285°N，990°～1015°）b值。為避免統(tǒng)計(jì)結(jié)果 受資料選取的影響，余震的刪除、小震群去叢和地震目錄的完整性分析非常重要。本文在利用k-k法初步去除余震的基礎(chǔ)上，人工進(jìn)行了二次核對(duì)，最終獲得0級(jí)以上地震94 148次。再采用EMR方法（基于G-R關(guān)系基礎(chǔ)上的完整性震級(jí)范圍法）計(jì)算研究區(qū)地震目錄最小完整性震級(jí)MC值。由圖1a可見，MC值隨時(shí)間呈減小趨勢(shì)，這與地震臺(tái)網(wǎng)的擴(kuò)展、地震分析方法的不斷改進(jìn)和監(jiān)測(cè)能力的不斷提高有關(guān);2000年前后MC值大幅度降低，這是因?yàn)樵摃r(shí)段云南地區(qū)臺(tái)站實(shí)現(xiàn)了從模擬記錄向數(shù)字化記錄的轉(zhuǎn)變（皇甫崗，李忠華，2010）。為了減弱MC的大幅變化和研究區(qū)內(nèi)發(fā)生的1996年2月3日麗江M70地震對(duì)b值計(jì)算結(jié)果的影響，分2個(gè)時(shí)段分別計(jì)算b值，即1965年1月—1995年12月（Ⅰ時(shí)段）、2000年1月—2018年11月（Ⅱ時(shí)段）。圖1b，c顯示，MC在Ⅰ時(shí)段為22±003，在Ⅱ時(shí)段為13±003。

12 震源機(jī)制解

本文根據(jù)2002年立項(xiàng)的國(guó)家重大基礎(chǔ)研究前期研究專項(xiàng)“新一代地震參數(shù)目錄測(cè)定”、專著（徐彥，2013）、2016年立項(xiàng)的地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)專項(xiàng)和中國(guó)地震局滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)小孔徑臺(tái)網(wǎng)給出的相關(guān)結(jié)果整理了研究區(qū)1999年1月—2018年10月絕大部分中小地震震源機(jī)制參數(shù)。為了排除序列的余震對(duì)震源機(jī)制一致性參數(shù)的影響，剔除了余震的震源機(jī)制解，最終獲得1 158次ML≥25地震的震源機(jī)制解，其中25～29級(jí)地震456次、30～39級(jí)地震576次、40～49級(jí)地震107次、50～59級(jí)地震15次、60～69級(jí)地震4次。

2 研究方法

21 b值計(jì)算

古登堡-里克特提出的震級(jí)與對(duì)應(yīng)頻度的對(duì)數(shù)線性關(guān)系為：

按照一定間隔將研究區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格化處理，采用最大似然法計(jì)算出ML≥MC地震的各統(tǒng)計(jì)單元的b值;再根據(jù)每一單元的b值得到相應(yīng)區(qū)域的b值;最后基于應(yīng)力與b值呈反比關(guān)系（Wyss et al，2000）分析滇西北主要斷裂帶和M7專項(xiàng)工作組（2012）提出的歷史強(qiáng)震空區(qū)的地震危險(xiǎn)性。易桂喜等（2008）研究指出，b>10的區(qū)域表明區(qū)域內(nèi)斷層具有以頻繁小震活動(dòng)為主要特征的蠕滑性質(zhì)，未來(lái)發(fā)生強(qiáng)震的可能性相對(duì)較小，反之，則區(qū)域整體應(yīng)力水平相對(duì)較高，而Wyss等（2004）所獲得的凹凸體b<07，因此一般b<07的區(qū)域?yàn)榈蚥值異常區(qū)。

22 震源機(jī)制一致性計(jì)算

已有研究提出多種表征震源機(jī)制一致性的參數(shù)，如單個(gè)地震震源機(jī)制解的P，T，B軸和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的3個(gè)正交應(yīng)力主軸在三維空間的夾角之和（刁桂苓等，2004;趙英萍等，2004）、單個(gè)地震的滑動(dòng)矢量與在平均剪切應(yīng)力作用下產(chǎn)生的滑動(dòng)矢量之間的夾角misfit角（Michael，1984，1987）、應(yīng)力張量方差（Michael et al，1990;Lu et al，1997）和體波譜振幅相關(guān)系數(shù)（朱航等，2006;段云歌等，2018）等。本文采用Michael等（1990）反演研究區(qū)的應(yīng)力張量方差，并用此表征震源機(jī)制一致性。Michael等（1990）的方法是按照剪應(yīng)力方向與斷層滑動(dòng)方向相一致的原則提出的將非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性反演應(yīng)力張量的算法。計(jì)算過(guò)程中，由于無(wú)法區(qū)分震源機(jī)制解的斷層面和輔助面，因此在反演應(yīng)力張量時(shí)將2個(gè)節(jié)面等同看待，通過(guò)節(jié)面與假定應(yīng)力張量的擬合函數(shù)關(guān)系選取其中擬合誤差較小的節(jié)面作為震源機(jī)制斷層面。基于研究區(qū)每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)及其周圍一定范圍內(nèi)的多個(gè)震源機(jī)制解，用每個(gè)震源機(jī)制解給激發(fā)斷層運(yùn)動(dòng)的應(yīng)力張量1個(gè)限制，通過(guò)若干個(gè)解的逼近則可以得到作用于該節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力張量解的方向，在應(yīng)力張量結(jié)果的基礎(chǔ)上求取應(yīng)力張量方差和misfit角。

Michael等（1990）認(rèn)為misfit角大小或應(yīng)力張量方差高低均能表征震源機(jī)制一致性程度，其低值反映震源機(jī)制一致性好，應(yīng)力場(chǎng)是均勻的;高值則反映震源機(jī)制一致性差，應(yīng)力場(chǎng)是非均勻的。Lu等（1997）研究指出當(dāng)應(yīng)力張量方差大于02時(shí)，說(shuō)明該區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)在時(shí)空分布上都是非均勻的，震源機(jī)制一致性程度低，可解釋為研究區(qū)區(qū)域應(yīng)力水平不高;當(dāng)應(yīng)力張量方差小于01時(shí)，說(shuō)明震源機(jī)制一致性程度高，且可以用統(tǒng)一的應(yīng)力張量解釋在該區(qū)域觀測(cè)到的震源機(jī)制解，也可以理解為研究區(qū)域統(tǒng)一受控于較高的區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)。通過(guò)反演震源機(jī)制一致性參數(shù)的空間分布特征，可確定相對(duì)高應(yīng)力區(qū)，再對(duì)相對(duì)高應(yīng)力區(qū)的一致性參數(shù)進(jìn)行時(shí)間掃描，根據(jù)變化形態(tài)可分析區(qū)域內(nèi)的強(qiáng)震危險(xiǎn)程度和緊迫性。綜上，misfit角或應(yīng)力張量方差的時(shí)空變化特征可以用來(lái)分析研究區(qū)未來(lái)強(qiáng)震的可能發(fā)生地點(diǎn)和時(shí)間。

3 結(jié)果分析

31 b值空間變化特征

本文研究區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，展布有龍?bào)础獑毯髷嗔选⒕S西—喬后斷裂、中甸斷裂、小金河斷裂、程海斷裂和紅河斷裂等（圖2a），歷史強(qiáng)震幾乎都發(fā)生在這些斷裂帶上，而賓川地震空區(qū)、小金河斷裂地震空區(qū)和中甸斷裂地震空區(qū)分別位于SN向的程海斷裂中南段、NE向的小金河斷裂帶南段和NW向中甸斷裂帶上。因此將斷裂帶附近的中小地震密集區(qū)以003°的間隔進(jìn)行網(wǎng)格化，以每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為圓心，在半徑20 km的范圍內(nèi)進(jìn)行地震統(tǒng)計(jì)并估算b值。計(jì)算條件要求每個(gè)網(wǎng)格的地震數(shù)量不少于30個(gè)，參與擬合的有效震級(jí)分檔數(shù)不低于5檔，不滿足條件的網(wǎng)格在圖中用空白顯示，即沒(méi)有b值計(jì)算結(jié)果。

分別以22，13為起始震級(jí)掃描計(jì)算研究區(qū)Ⅰ，Ⅱ時(shí)段的b值，空間分布如圖2b，c所示。由圖2b明顯可見，Ⅰ時(shí)段的b值在中甸斷裂地震空區(qū)、小金河斷裂地震空區(qū)和程海斷裂中段普遍低于10，表明該時(shí)段這些區(qū)域應(yīng)力水平相對(duì)于寧蒗—鹽源（b>10）和彌渡—祥云地區(qū)（b>10）要高，而在中甸斷裂地震空區(qū)東南端和永勝—鶴慶一帶的低b值異常尤為顯著（b<07）;圖2c所示，Ⅱ時(shí)段b值在中甸斷裂地震空區(qū)、程海斷裂中北段和劍川—洱源—漾濞地區(qū)低于10，而中甸斷裂地震空區(qū)南端、賓川地震空區(qū)北端與永勝地區(qū)、程海斷裂北段與小金河斷裂地震空區(qū)東南角交匯區(qū)域b值低于07，幾個(gè)局部地區(qū)b值甚至低于06。

對(duì)比Ⅱ時(shí)段與Ⅰ時(shí)段b值空間分布可看出，中甸地區(qū)低b值（b<07）區(qū)域有所擴(kuò)展，永勝—鶴慶地區(qū)低b值（b<07）區(qū)域明顯向程海斷裂方向收縮，在程海斷裂北段新增一個(gè)低b值（b=05～07）區(qū)域。而麗江地區(qū)b值從Ⅰ時(shí)段低于10顯著升高為11～15，賓川地震空區(qū)南部的b???值也從Ⅰ時(shí)段的08～10顯著升高為13以上。因此，統(tǒng)一以22（Ⅰ時(shí)段的最小完整性震級(jí)）為起始震級(jí)計(jì)算Ⅱ時(shí)段相對(duì)于Ⅰ時(shí)段的b值變化量Δb（圖2d）。圖2d顯示，Ⅱ時(shí)段寧蒗南部—永勝—賓川一帶和鶴慶—?jiǎng)Υā础ㄒ粠值降低（Δb<0）。由此可見，2000年以來(lái)，b值顯著降低的區(qū)域幾乎沿著程海斷裂、龍?bào)础獑毯髷嗔押途S西—喬后斷裂南段展布，這與2000年以來(lái)滇西地區(qū)4級(jí)以上地震空間分布格局相吻合。

32 震源機(jī)制一致性參數(shù)空間變化特征

本文收集的1999年1月—2018年10月滇西北地區(qū)的1 158次ML≥25地震震源機(jī)制空間分布如圖3a所示，為了便于與b值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，震源機(jī)制一致性參數(shù)掃描區(qū)域與b值掃描區(qū)域一致。將擬掃描區(qū)域按照005°×005°進(jìn)行網(wǎng)格化，選取每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)及其周圍至少15個(gè)地震的震源機(jī)制解反演每個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力張量方差。研究區(qū)應(yīng)力張量方差空間分布特征如圖3b所示，從圖中可見，永勝—鶴慶—?jiǎng)Υā础e川一帶、小金河斷裂

4 結(jié)論與討論

本文利用1965年1月—2018年11月云南地震臺(tái)網(wǎng)提供的月報(bào)目錄和1999年1月—2018年10月中小地震震源機(jī)制解，分析了滇西北主要斷裂帶和3個(gè)歷史地震空區(qū)的強(qiáng)震危險(xiǎn)性，主要得出以下結(jié)論：

（1）2000年1月以來(lái)，研究區(qū)的低b值（<07）主體區(qū)域?yàn)橹械閿嗔训卣鹂諈^(qū)南端、賓川地震空區(qū)北端與永勝地區(qū)、程海斷裂中北段與小金河斷裂地震空區(qū)交匯地區(qū)，上述區(qū)域應(yīng)力水平較高，具備發(fā)生強(qiáng)震的條件，而麗江地區(qū)b值較高，發(fā)生強(qiáng)震的可能性不大。

（2）對(duì)比Ⅱ時(shí)段與Ⅰ時(shí)段b值空間分布可知：中甸地區(qū)低b值區(qū)域有所擴(kuò)展，這可能與Ⅱ時(shí)段MC降低，該地區(qū)參與計(jì)算的地震相對(duì)增多有關(guān);永勝—鶴慶地區(qū)低b值區(qū)域往程海斷裂方向大幅收縮，且在程海斷裂北段新增一個(gè)低b值區(qū)域，而在其南段b值升高且空間上明顯出現(xiàn)擴(kuò)展，這表明程海斷裂中北段的強(qiáng)震危險(xiǎn)性在不斷增加;麗江中東部和鶴慶北部地區(qū)b值顯著升高，這可能與1996年麗江7級(jí)地震能量強(qiáng)釋放有一定關(guān)系。Δb計(jì)算結(jié)果顯示，Ⅱ時(shí)段永勝—賓川一帶和鶴慶—?jiǎng)Υā础ㄒ粠值相對(duì)于Ⅰ時(shí)段降低。由此可見2000年以來(lái)，b值顯著降低的區(qū)域幾乎沿著程海斷裂、龍?bào)础獑毯髷嗔押途S西—喬后斷裂南段分布，這與2000年以來(lái)滇西地區(qū)4級(jí)以上地震空間分布格局基本一致。

（3）應(yīng)力張量方差低值主體區(qū)域?yàn)橛绖偃屎偷貐^(qū)、賓川—鶴慶—?jiǎng)Υā吹貐^(qū)，其值為010～015。這表明上述地區(qū)應(yīng)力是相對(duì)均勻的，震源機(jī)制一致性較好，應(yīng)力水平較高，發(fā)生強(qiáng)震的可能性較大。

綜上，滇西北地區(qū)b值和應(yīng)力張量方差的空間掃描結(jié)果顯示程海斷裂、龍?bào)础獑毯髷嗔押途S西—喬后斷裂南段及鄰區(qū)低值變化特征相對(duì)顯著，這可能是區(qū)域應(yīng)力水平增強(qiáng)的表現(xiàn)。因此分析認(rèn)為，未來(lái)滇西北地區(qū)的強(qiáng)震發(fā)生在程海斷裂、龍?bào)础獑毯髷嗔押途S西—喬后斷裂南段及其鄰區(qū)的危險(xiǎn)性較大。

根據(jù)b值和震源機(jī)制一致性參數(shù)結(jié)果可判別出強(qiáng)震的相對(duì)危險(xiǎn)地點(diǎn)，但在時(shí)間尺度上屬于中-長(zhǎng)期類，如果要在時(shí)間判斷方面給出更明確的結(jié)論，需要結(jié)合其它地震學(xué)參數(shù)和地球物理觀測(cè)資料開展進(jìn)一步的研究后再進(jìn)行綜合判定。

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