地球物理学报  2021, Vol. 64 Issue (12): 4562-4571   PDF    
2021年青海玛多MS7.4地震对周围地区的应力影响
冯淦1, 万永革1,2, 许鑫1, 李枭1     
1. 防灾科技学院, 河北三河 065201;
2. 河北省地震动力学重点实验室, 河北三河 065201
摘要:为了探讨2021年青海玛多MS7.4地震对后续地震的影响,基于2021年青海玛多MS7.4地震的破裂模型及均匀弹性半空间模型,本文计算了该地震在震中附近主要断层面上产生的同震库仑应力变化,结果表明库仑破裂应力加载区主要集中在东昆仑断裂东段西部、玛多-甘德断裂中段、昆仑山口-江错断裂西段,而库仑破裂应力影区主要集中在东昆仑断裂中段东部、昆仑山口-江错断裂东段、玛多-甘德断裂西段、达日断裂.其次,本文计算了该地震对周围地区造成的水平面应力变化及位移场.位移场的水平分量表明震中西南和东北两侧物质向震中汇聚,而震中东南和西北两侧物质向外流出,从位移场的垂直分量来看,震中西南和东北两侧表现出明显的隆升,而在震中东南和西北两侧表现出明显的沉降.水平面应力在震中的北东-南西两侧(东昆仑-柴达木断块东侧和巴颜喀拉断块西侧)增加(拉张),而在震中的北西-南东两侧(东昆仑-柴达木断块西部和巴颜喀拉断块东部)降低(压缩),在昆仑山口-江错断裂段附近,水平面最小主应力近NW向,水平面最大主应力近SW向,在一定程度上抵消了该区域构造应力场(SW向挤压,NW向拉张),结合位移场说明该次地震是在构造应力场作用下的一次正常应力释放.从整体来看,水平面最小主应力和水平面最大主应力的方向分布类似于磁场线的分布,并且两者互相垂直.
关键词: 2021玛多地震      库仑应力      水平应力      周围断层     
Static stress influence of the 2021 MS7.4 Madoi, Qinghai earthquake on neighboring areas
FENG Gan1, WAN YongGe1,2, XU Xin1, LI Xiao1     
1. Institute of Disaster Prevention, Sanhe Hebei 065201, China;
2. Hebei Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Sanhe Hebei 065201, China
Abstract: This work attempted to explore the influence of the 2021 Madoi MS7.4 earthquake on subsequent events in neighboring areas. Based on the rupture model of the 2021 Madoi event and the half space homogeneous elastic model, we calculated the co-seismic Coulomb stress changes on the active faults near the epicenter. Results show that the Coulomb stress increases in the east of the East Kunlun fault, the middle of the Madoi-Gadê fault, the west of the Dari fault and the west of the Kunlunshankou-Jangco fault. While it decreases in the middle of the East Kunlun fault, the east of the Kunlunshankou-Jangco fault, the west of the Gadê-Madoi fault and the east of the Dari fault. Then, we calculated the horizontal stress changes and the displacement field generated by the 2021 Madoi earthquake. The horizontal component of the displacement field shows that the material in the southwest and northeast of the Madoi earthquake move toward the epicenter, while that in the southeast and northwest flow outward from the epicenter. From the vertical component of the displacement field, there are obvious uplift in the southwest and northeast of the epicenter, while obvious subsidence occurs in the southeast and northwest of the epicenter. The areal stress increases in the northeast and southwest of the epicenter(the east of the Qaidam block and the west of the Bayan Har block), while it decreases in the northwest and the southeast of the epicenter(the west of the Qaidam block and the east of the Bayan Har block). The principal extensional stress shows SE direction near the epicenter, and the principal compressive stress shows NW direction near epicenter area, which counteracts the tectonic stress field in this area to a certain extent (EW tension and NS compression). The displacement field shows that the 2021 Madoi earthquake is a normal release under the tectonic stress field. On the whole, the principal extensional and principal compressive stresses are similar to the distribution of magnetic field lines, which are perpendicular to each other.
Keywords: 2021 Madoi earthquake    Coulomb failure stress change    Horizontal stress    Surrounding faults    
0 引言

根据中国地震台网中心测定,2021年5月22日2时4分,青海果洛州玛多县发生MS7.4地震,震中位于北纬34.59°,东经98.34°,震源深度17 km. 截至5月23日10时0分,青海地震台网已记录到余震共1169条,3级以上余震共36条,其中最大震级为5.1级(北纬34.85°,东经97.5°),距离主震约82 km.

青藏高原是我国现代构造活动与地震活动最强烈的地区(邓起东等,2002),从动力学角度来看,青藏高原是由于印度洋洋脊扩张使印度板块向北推挤与欧亚板块碰撞形成,同时受到塔里木盆地的阻挡,从而导致青藏高原物质东流,极易诱发地震.邓起东等(1994)根据断块的构造活动特征把青藏断块分为了8个Ⅱ级断块,本次地震发生在巴颜喀拉断块,该断块四周边界分别为鲜水河断裂带、龙门山断裂带、东昆仑断裂带、甘孜—玉树断裂带、玛尔盖茶卡—若拉岗日断裂带(邓起东等,2010).邓起东等(2014)收集了1900年以来青藏断块7级以上地震,根据地震的时空分布提出了三个地震系列,其中昆仑—汶川地震系列的主体位于巴颜喀拉断块.该地震系列的主体包括1997年西藏玛尼MS7.5地震、2001年昆仑山MS8.1地震、2008年新疆于田MS7.3地震、2008年四川汶川MS8.0地震、2010年青海玉树MS7.1地震和2017年九寨沟MS7.0地震.为了更好了解青海玛多MS7.4地震与上述地震的关联性,我们利用多个机构和作者给出的震源机制解求出青海玛多MS7.4地震的中心震源机制解(万永革,2019),结果显示此次地震为走滑型地震,与上述地震主体以走滑为主的特征相符,同时程佳等(2011)通过计算上述强震产生的库仑应力变化发现部分强震之间存在一定的触发作用,而本次玛多地震的发生会再次引起巴颜喀拉块体断裂带的库仑应力变化,所以研究该次地震对青海玛多地区周围的主要断层造成的静态库仑应力变化有重要意义.

大量的震例研究表明,地震引起的静态库仑应力变化,会对周围地区后续地震的发生起到提前或延迟的作用(Nalbant et al., 1998万永革等, 2009, 2010McCloskey et al., 2005).如McCloskey等(2005)通过2004年苏门答腊岛MW9.0地震对周围断层的静态应力触发研究后发现,Nias-Simeulue段是未来可能发生地震的危险区域,2005年发生在Nias的MW8.7地震证实了他们的预测.万永革等(2009, 2010)分别给出了2008年汶川MS8.0地震和于田MS7.3地震在周围断层的不同断层段上产生的库仑应力变化,并指出部分断层上的大震的发震被提前或滞后,2013年4月20日发生在汶川地震南部的芦山7.0级地震和2014年2月12日发生在2008年于田地震震中东北部的7.3级地震就验证了他们的研究成果.Jia等(2014, 2018)计算了2008年汶川MS8.0产生的同震(弹性)与震后流变作用两部分的影响,结果表明汶川地震分别造成芦山地震的提前和九寨沟地震的滞后.万永革等(2015)计算了2015年尼泊尔强震序列在中国大陆地区造成的静态库仑应力变化,结果表明该次强震序列产生的应力加载区主要集中在青藏断块西南地区的逆冲断裂和大部分拉张断裂.靳志同等(2019)研究了2017年九寨沟MS7.0地震对周围断层的应力影响,发现该次地震的应力加载区集中在虎牙断裂中段和南段、岷江断裂北段南部、塔藏断裂西段.

青海玛多MS7.4地震是我国近4年来第一次超过7级的地震,上一次还要追溯到2017年九寨沟MS7.0地震.地震发生后,华俊等(2021)USGS(2021)分别给出了此次地震的破裂模型,但是USGS模型所采用的震源机制解(决定了破裂面的走向和空间展布)与发震断层、余震精定位的结果等存在较大的偏差,因此可以认为是非常不可靠的破裂模型,华俊等(2021)基于InSAR数据和余震精定位反演了此次地震的同震滑动分布,更加符合实际破裂情况,所以本研究采用华俊等(2021)提供的破裂模型,基于Okada(1992)给出的适用于半弹性空间的位错理论,计算了玛多地震在周围地区的主要断层面上产生的库仑破裂应力变化.其次,为了在没有准确断层参数的情况下理解该地震对附近区域的影响,本研究给出了该地震在地震发生深度平面上的面应力和主应力的方向及大小,并结合背景构造应力场以此来分析该次地震对其邻区的动力学过程造成的影响.

1 计算方法

地震的发生是由地下岩石的破裂造成的,Coulomb认为,岩石的抗剪强度受到作用在节面上的剪应力和正应力的影响(Jaeger et al., 2007),地震专家和学者基于地震活动性观测和应力变化,提出一次地震的发生会对后续的地震产生影响(应力触发)(Chinnery,1963Smith and Van De Lindt,1969Rybicki,1973).在计算静态库仑应力时,主要采用基于弹性半空间的解析表达式(Okada,1992). 如果已知发震断层面的几何模型和滑动量,则可求出弹性体产生的应力变化张量(Chinnery,1963陈运泰等,1975),从而把应力变化张量投影到接收断层面的滑动方向和法向方向,求得库仑破裂应力变化:

(1)

式中,Δτ为沿接收断层面滑动方向的剪切应力变化(为正时,Δτ与滑动方向一致);Δσ为沿接收断层面法向的正应力变化(拉张为正);μ′为视摩擦系数,由于孔隙流体也会引起应力变化,同时考虑到断层面上介质特性,一般μ′∈[0.2, 0.8](Stein, 1999; Cotton and Coutant, 1997; Wan and Shen, 2010). 本研究延续前人的经验(King et al., 1994; Wan et al., 2003, 2004),μ′的取值为0.4.当Δσf为正时,说明该次地震促进了研究区域断层的破裂,未来地震发生在研究区域的时间将会提前;当Δσf为负时,说明该次地震抑制了研究区域断层的破裂(也称应力影区),未来地震发生在研究区域的时间将滞后.同时研究(Harris, 1998, 2000; Freed, 2005)表明,库仑应力变化大于0.01 MPa(静态应力触发阈值)时能有效地对后续地震的时空分布造成影响.

在计算库仑破裂应力时,需要接收断层的精确参数(走向、倾角、滑动角).活动断层的走向可以根据其在地表的几何展布获取,结果较为精确;但是活动断层的倾角通常只给出一个大概的范围,精度无法满足计算的要求;对于活动断层的滑动角,在地质调查中只给出基础的滑动性质描述(正(逆)断层或左旋(右旋)走滑断层),导致无法获取一个精确的值.由于以上参数的精确度问题,在计算沿接收断层面滑动方向的剪应力变化和法向方向的正应力变化会产生误差,从而导致库仑破裂应力变化也存在误差.另外,在研究地震对周围地区的影响时,水平应力作用(应力变化张量水平分量)也是一个重要因素,这样可以直观、简捷的看出该地震在地图上的动力学作用特征.

在只考虑应力变化张量水平分量时,应力变化张量可改写成如下形式:

(2)

面应力则可以表示为

(3)

式中,σHmax表示水平面最大主应力;σHmin表示水平面最小主应力;σHc大于0表示处于膨胀区,反之,表示处于压缩区.

最大主应力与x轴的夹角:

(4)

2 主要断层面上产生的同震库仑应力变化

由上节内容可知,在研究地震产生的同震库仑应力变化时,必须先确定位错理论、发震断层的几何模型和滑动量、接收断层面参数(走向、倾角、滑动角).本研究基于Okada(1992)给出的弹性半空间的位错理论,采用华俊等(2021)给出的发震断层面几何模型和滑动量,接收断层面参数根据邓起东等(2002)给出的中国大陆断层的几何形状和运动特征得到(表 1).以此来计算该次地震对周围断层造成的影响,同时根据地震复发周期和离逝时间为划分地震危险区给出依据.

表 1 本研究所用的断层面性质和库仑破裂应力变化 Table 1 Fault segment properties and the change of Coulomb stress

图 1可见:玛多地震主要造成东昆仑断裂东段、昆仑山口—江错断裂西段、玛多—甘德断裂中段、达日断裂西段西部的库仑破裂应力增加.其中,在东昆仑断裂东段西部的库仑应力增加是本次地震最显著的区域,最大达171200 Pa(约0.171 MPa),远超静态应力触发阈值(0.01 MPa),东昆仑断裂东段东部的库仑应力增加较小,其最东段仅为百帕量级,远低于静态应力触发阈值;昆仑山口—江错断裂西段的库仑应力增加,最大达22820 Pa(约0.023 MPa),超过静态应力触发阈值,本次地震就发生在该断裂上;玛多—甘德断裂中段的库仑应力增加较为显著,最大达98600 Pa(约0.099 MPa),大于静态应力触发阈值;其他断层的库仑应力变化详见表 1.

图 1 玛多地震12 km深度处在周围主要断裂上产生的库仑破裂应力变化 填充在断层上的颜色表示库仑破裂应力变化的大小,红色表示增加,蓝色表示减小,大小如色标所示. Fig. 1 The influence of Coulomb stress change on surrounding faults at 12 km depth of the 2021 Madoi earthquake The colors filled on the faults indicate the change of Coulomb stress, which are between red and green for increase, others indicate decrease.

该地震导致东昆仑断裂中段、昆仑山口—江错断裂东段、玛多—甘德断裂西段和东段、达日断裂的库仑破裂应力降低.其中,东昆仑断裂中段东部库仑破裂应力卸载最大达180300 Pa(约0.180 MPa),东昆仑断裂中段西部库仑破裂应力卸载仅达到千帕量级;昆仑山口—江错断裂东段库仑破裂应力卸载最为显著,最大达423500 Pa(约0.424 MPa),本次地震的震中就位于该段;玛多—甘德断裂西段库仑破裂应力卸载最大达296600 Pa(约0.297 MPa),玛多—甘德断裂东段库仑破裂应力卸载由于距震中较远,仅达到百帕量级;达日断裂除西段西部外均处于库仑破裂应力卸载区,断裂的最东端仅达到百帕量级,其余段均达到104帕量级,最大达52910 Pa(约0.053 MPa).

东昆仑断裂东段西部库仑应力增加已超过静态应力触发阈值(0.01 MPa),约为0.171 MPa,使得该区域的库仑应力得到了很大的积累,同时东昆仑破裂带是一条分割巴颜喀拉断块和柴达木断块的大型左旋走滑断裂带,此外,它还是一条与强震活动关系密切的主要地震构造(刘光勋,1996),但是蔡瑶瑶和张军龙(2018)通过研究断裂带古地震,指出该段的强震复发周期为455±69 a,距上一次强震(1937年7.5级地震)的发生只有84 a,所以东昆仑断裂东段西部的地震危险性相对较低,东昆仑断裂东段东部的库仑破裂应力增加平均为千帕量级,但是根据Ziv和Rubin(2000)的研究,较小的应力变化也会影响地震活动性,邵志刚等(2010)靳志同等(2019)分别研究了2008汶川地震和2017年九寨沟地震对东昆仑断裂带东段的影响,研究结果表明两次地震均使得该段的库仑应力增加,同时该段属于“玛曲空区”(Wen et al., 2007)范围,蔡瑶瑶和张军龙(2018)研究表明该段的强震复发周期为1350±123 a,距上一次强震的发生已1293 a,已经接近强震复发周期,地震危险性相对较高.昆仑山口—江错断裂西段的部分区域库仑应力增加已经超过阈值,但是相关地震地质研究较少,且通过查询历史强震目录发现该断裂带从未发生过7级以上的地震,地震危险性需要进一步的研究分析.熊仁伟等(2010)通过野外地质调查发现,玛多—甘德断裂自晚第四纪以来可能有过强烈的地质活动且活跃至今,同时任金卫和王敏(2005)通过GPS数据分析出该断裂正处于应力积累阶段,而玛多—甘德断裂中段的库仑应力增加是该次地震较为显著的地区,最大达0.099 MPa,该段的地震危险性值得重视.

3 水平面应力变化及位移场

本节基于第1节的方法,计算并讨论玛多地震产生的水平面应力变化对周围地区的影响.玛多地震在12 km深度处对周围地区产生的水平面应力变化如图 2所示,由图 2可见此次地震产生的面应力变化呈现出明显的四象限分布,地震发生时,震源处会释放大量的应变能,震中的面应力值下降,导致震中处于面挤压应力区.由于破裂不均匀,震中西部水平面应力变化绝对值大于东部.震中东北-西南两侧属于面膨胀应力区,震中附近面膨胀应力最大,约2.63 MPa,并且在向外扩展的过程中数值逐渐减小,到达震中北东面的庄浪河断裂中段,以及震中南面的怒江断裂西段时,数值已减小到千帕量级.另外,在震中及震中西北-东南两侧属于面挤压应力区,震中附近的面挤压应力最大,约为3.37 MPa,沿着两侧向外扩展,面挤压应力逐渐减小,到达震中西北面的大柴旦—宗务隆山断裂,以及震中东南面的玉树—玛曲断裂东段时,数值已减小到数千帕.

图 2 玛多地震12 km深度造成的水平面应力变化 黑色箭头和白色箭头分别表示水平面最小主应力和水平面最大主应力的方向;底色表示面应力,拉张为正; 图中黑色曲线代表水平面应力等值线(单位: MPa);红色线段代表断层:F1:东昆仑断裂,F2:昆仑山口—江错断裂,F3:玛多—甘德断裂,F4:达日断裂,F5:怒江断裂,F6:玉树—玛曲断裂,F7:庄浪河断裂,F8:大柴旦—宗务隆山断裂. Fig. 2 Horizontal stress changes at 12 km depth generated by the 2021 Madoi earthquake The principal compressive stress and principal extensional stress are indicated by the black arrows and white arrows respectively. The background colors represents areal stress. The black curves in the figure represent the areal stress contour (unit: MPa). The red lines represent faults, F1: East Kunlun fault, F2: Kunlunshankou-Jangco fault, F3: Madoi-Gadê fault, F4: Dari fault, F5: Nujiang fault, F6: Yushu-Maqu fault, F7: Zhuanglanghe fault, F8: Da Qaidam-Jun Ul Shan fault.

从水平面最大主应力和最小主应力方向来看,震中附近区域的水平面最小主应力为近东南向,水平面最大主应力方向为近西南向,而Wan(2010)给出的中国现代应力场在34°N,97°E点的主压应力走向和倾伏角分别为52°和7°,主张应力走向和倾伏角分别为315°和44°,基本与本次地震产生的,在震中周围的水平面最小主应力和水平面最大主应力方向基本相反,这说明本次地震产生的应力场在一定程度上抵消了该区域构造应力场,所以该地震是在区域构造应力场背景下的一次正常应变能释放.按照万永革(2020)提出的模拟方法计算玛多地震在该地区构造应力场中的相对剪应力和正应力(图 3),由图 3可见在该次地震的发震断层面上相对剪应力和正应力分别为0.831、-0.296,这说明构造应力场在该断层面的滑动方向上产生了较大的剪应力,此地震的发生释放了背景构造应力场,使震源附近的背景应力水平降低.

图 3 玛多地震在区域构造应力场中的相对剪应力(a)和正应力(b) (a)、(b)的底色分别表示相对剪应力和正应力,大小如色标所示. 震源机制类型图例如子图(b)下方所示. Fig. 3 The relative shear stress and relative normal stress on the tectonic stress field of the 2021 Madoi earthquake The background colors of (a) and (b) represent the relative shear stress and normal stress, respectively. The legend of type of focal mechanism is shown in the bottom of (b).

在面膨胀应力区,水平面最大主应力以震中为中心呈辐射状以向外扩散,而水平面最小主应力以震中为中心呈同心圆分布;在面挤压应力区,水平面最小主应力以震中为中心呈辐射状向外扩散,而水平面最大主应力以震中为中心呈同心圆分布,从整体上来看,水平面最大主应力和水平面最小主应力的分布类似于磁场线的分布,并且两者相互垂直.物质在面挤压应力区的运动与水平面最小主应力方向大体一致,而在面膨胀应力区的运动与水平面最大主应力方向大体一致,通过分析水平面最大主应力和水平面最小主应力的方向可以大致判断出物质在研究区域的运动方向,与图 4的结果一致.

图 4 玛多地震在12 km深度产生的位移场 图中红色箭头表示位移场水平分量,底色表示位移场垂直分量 Fig. 4 The displacement field at 12 km depth generated by the Madoi earthquake The red arrows show the horizontal displacement field and the background colors show the vertical displacement field.

玛多地震发生后不久,通过收集不同机构和作者给出的震源机制解求出中心震源机制解(万永革,2019),结果显示该次地震的发震断层面走向为101.68°,倾角为81.62°,滑动角为-4.19°,同时根据Zoback(1992)给出的震源机制划分表判断该次地震为左旋走滑型地震.从图 2中可以看出面挤压应力区与面膨胀应力区的分界线与震源机制两个节面的走向较为一致,而面膨胀应力区与面挤压应力区是震源机制伸张区与压缩区的较好延伸,说明玛多地震的水平应力变化符合左旋走滑型地震的特征.

为了能够更好的理解玛多地震产生的应力场结果,本文计算了玛多地震在12 km深度产生的位移场.结果如图 4,图中可以看出震中西南和东北两侧物质向震中汇聚,且距震中越远位移量越小,说明区域内拉张作用明显,从垂直位移来看,震中西南和东北两侧表现出明显的隆升.同理,震中东南和西北两侧物质向外流出,距震中越远位移量越小,说明区域内挤压作用明显,从垂直位移来看,震中东南和西北两侧表现出明显的沉降.同时水平位移大于垂直位移,与左旋走滑型地震产生的位移场吻合.自该位移场的分布也可以看出与图 2给出的该地震产生的主应力方向和面应力分布一致.

4 结论与讨论

本研究基于弹性半空间位错理论,采用华俊等(2021)提供的玛多地震破裂模型,计算该地震在周围地区主要断层产生的同震库仑应力变化以及在周围地区产生的水平应力变化,得到以下结论:

(1) 2021年青海玛多地震造成东昆仑断裂东段西部、玛多—甘德断裂中段、昆仑山口—江错断裂西段库仑破裂应力增加,最大值分别为0.171 MPa、0.099 MPa、0.023 MPa,均超过静态应力触发阈值(0.01 MPa),起到明显的触发作用,另外造成东昆仑断裂中段东部、昆仑山口—江错断裂东段、玛多—甘德断裂西段、达日断裂库仑破裂应力下降,最大值分别为0.180 MPa、0.424 MPa、0.297 MPa、0.053 MPa,应力卸载效果明显.虽然东昆仑断裂东段东部平均库仑破裂应力增加仅为数千帕,但是该段属于‘玛曲地震空区’,同时受到2008年汶川地震和2017年九寨沟地震的影响(邵志刚,2010靳志同,2019),并且接近地震复发周期,地震危险性也同样值得注意.

(2) 2021年青海玛多地震造成东昆仑—柴达木断块西部和巴颜喀拉断块东部的面应力上升,而使得东昆仑—柴达木断块东部和巴颜喀拉断块西部的面应力下降,在地图上呈现出明显的四象限分布,但是由于破裂不均匀,震中西部面应力变化的绝对值大于东部.从主张应力和主压应力的方向来看,震中附近区域的主压应力为近东南向,主张应力方向为近西南向,与Wan(2010)得到的中国现代应力场的主压应力和主张应力的走向基本相反,根据万永革(2020)提出的方法计算了玛多地震在该地区构造应力场中的相对剪应力(0.831)和正应力(-0.296),结果表明本次地震基本是在背景构造应力场作用下的一次正常释放,其动力来源主要是印度洋板块的NE挤压和太平洋板块的西向俯冲.在面膨胀应力区,主张应力以震中为中心呈辐射状向外扩散,而主压应力以震中为中心呈磁场线分布,在面挤压应力区与之相反.通过以上特征可以判断出物质在面膨胀应力区的运动近北东向,而在面挤压应力区的运动近西南向.

本文在计算玛多地震产生的水平面应力变化时基于半无限均匀弹性空间模型,但是在计算中是不考虑介质体存在背景构造应力场的.所以本文根据Wan(2010)给出的中国现代应力场的主张应力轴、中间应力轴、主压应力轴的方向和R值(取值范围:32°N—38°N, 95°E—103°E),假设主张应力大小为5 MPa,利用matlab中的interp2函数进行二维数据内插(插值方法采用双三次插值:bicubic),计算研究区域的构造应力场(图 5),并以此讨论本次地震产生的水平面应力变化对构造应力场的影响.

图 5 玛多地震震前(a)及震后(b)构造应力场的水平分量 黑色箭头和白色箭头分别表示水平面最小主应力和最大主应力的方向;底色表示面应力. Fig. 5 The horizontal component of tectonic stress field before (a) and after (b) the 2021 Madoi earthquake The principal compressive stress and principal extensional stress are indicated by the black arrows and white arrows respectively. The background colors represents areal stress.

图 5中可以看出在考虑本次地震产生的应力变化后,构造应力场的水平面应力仅在震中附近(34°N—35°N,97.6°E—99.2°E) 产生了明显的变化,而在远离震中处引起的变化几乎可以忽略不计.从构造应力场水平分量的最大主应力和最小主应力的方向来看,最大偏转量仅达2°(34.6°N,98.6°E),这与万永革等(2006)给出的走滑大地震造成的构造应力场的应力轴偏转的推测一致.同时需要注意的是,在计算研究区域构造应力时,主张应力假设为5 MPa,随着主张应力值的逐渐扩大(比如数十兆帕),本次地震对构造应力场的影响会逐渐减弱.这从另一方面说明背景构造应力场是相对非常稳定的,即使是大地震,也只能改变地震震源附近的小范围内的背景构造应力场,不能改变构造应力场的大趋势分布.

本研究采用弹性半空间模型对青海玛多地震震中附近主要断层的库仑破裂应力变化及水平面应力的变化进行了研究,但实际的地球地下介质不是均匀的、各向同性的完全弹性体,计算结果会产生一定的误差.另外,大地震后,上地幔和下地壳的黏弹性松弛效应会产生应变的扩散(Robinson and Zhou, 2005; 万永革等, 2007, 2008),但是这种黏弹性松弛效应在震后较短时间内的影响可以忽略不计,只对时间跨度较大的地震起作用.震中附近的1937年花石峡地震,1947年的达日地震便可通过计算黏弹性库仑应力变化判断是否对本次地震起到触发作用,但是相关资料较少,无法达到精确计算的要求.

在研究静态应力触发的过程中,主震对余震的应力触发得到了广泛的关注,Toda等(2011)通过计算2011年日本地震的静态库仑应力变化,发现大部分的余震位于主震的库仑应力增加区,但是并不是所有的结果都尽如人意,如Astiz等(2000)研究了1990年Upland地震对余震的触发,发现余震的分布与主震的触发区域并不是很吻合.另外,在计算主震对余震的应力触发时,通常假设余震发生在最优破裂面上,但是最优破裂面的选取缺少严格的论证,同时由于缺少本次地震的余震精确定位和震源机制,所以本研究并未讨论该地震对余震的触发作用.

尽管有上述不确定性,但本文在一阶近似下给出了该地震破裂对周围断层的影响,并计算了地震发生深度平面上的面应力和主应力的方向及大小.这些对于该地区的地震动力学研究是有意义的.

致谢  中国地震局地质研究所华俊等(2021)为本研究提供了玛多地震的破裂模型,本研究绘图采用GMT软件(Wessel et al., 1995)绘制,3位审稿专家为本文提出了建设性修改建议,明显增加了本文的逻辑性和完整性.特此致谢!
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