地震学家发现应力扰动可能诱发地震活动(如小震调制比,秦保燕等,1983;加卸载响应比,尹祥础,2004),而大震后在周边断层上造成的静态库仑应力变化早已成为判定震后区域强震危险性的重要工具(如Toda et al,2008)。1992年6月28日美国Landers 7.3级地震后,在美国西部许多地区观测到地震活动的突然增加(Hill et al,1993),由此引起国际上对远震动态应力触发的关注和探讨,随后大量研究表明,远在数千千米的地区可观测到远震动态触发的微震事件(Peng and Chao, 2008;解招娣等,2009;Wu et al,2011;龚萱等,2014;Chao and Obara, 2016;周仕勇等,2018;O’Mally et al,2018;杨晶琼等,2021)。
2021年9月16日(04:33:31,UTC+8),四川泸县发生MS 6.0地震,几分钟后(04:40:20)在乳山海域发生ML 2.9小震。由于2次地震发震时间接近,怀疑此次ML 2.9小震可能有远场面波触发因素,本文对此进行专题研究。
2 理论与方法大地震快速破裂激发的地震波(主要是面波)传播到某些地区,由于较强的瞬态应力震荡可能影响断层稳定从而引发微震破裂,称为远场动态应力触发。面波振幅产生的动态应力可进行如下估计(Hill et al,1993):
DS=G×PGV/V | (1) |
其中:V是瑞利波的传播速度,取3.5 km/s;G是剪切刚度,取为30 GPa;PGV代表最大地动速度(Peak Ground Velocity)。由此根据地面观测的最大地动速度即可估计远场面波在本地造成的应力变化。
3 数据资料和研究区域此次乳山海域ML 2.9地震发生在胶东半岛南侧乳山市海域,距2013年乳山显著震群约40 km(图 1),距离最近的观测台站为乳山台,震中距62.9 km。胶东半岛地区是山东省乃至全国的地震活动重点监视防御区,台站密度较高,测震台站分布见图 1,其中烟台、荣成、青岛地震台设有应变类观测,距震中最近的乳山台同时设有强震观测。
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图 1 乳山海域ML 2.9地震震中及胶东半岛地震台站分布 Fig.1 Rushan offshore ML 2.9 earthquake (solid red circle) and stations (yellow triangles) in the Jiaodong peninsula |
胶东半岛地区应变类观测仪器均清晰记录到9月16日泸县MS 6.0地震的同震响应,图 2给出烟台水平摆和荣成钻孔应变9月16日观测曲线。
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图 2 胶东半岛应变仪记录的泸县MS 6.0强震响应 Fig.2 Co-seismic response of Sept.16, 2021, Luxian MS 6.0 earthquake recorded by strainmeters in Jiaodong peninsula |
由于此次ML 2.9地震震中位于海域,只能使用距离最近的乳山强震台(RUSH)记录来求取峰值速度。图 3给出RUSH台对泸县MS 6.0地震的强地面运动记录,由于EW分量记录质量不佳,仅选用NS分量用以计算。而泸县地震震中到乳山海域的距离为1 730.9 km,根据公式(1),计算得到其产生的动态应力扰动为12.857 kPa。
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图 3 RUSH强震台记录的泸县MS 6.0强震加速度原始曲线 Fig.3 Accelerogram of the Luxian MS 6.0 earthquake recorded at RUSH strong motion seismic station |
根据Xie等(2013)的计算,月球近地点运动产生的固体潮应力量值为6.8 kPa;根据周江存等(2013)的理论计算,固体潮汐在地壳内不同深度产生的应力变化幅度也在几个kPa。虽然有研究(杨晶琼等,2021)在小江观测到低触发阈值(0.1 kPa),Brodsky等(2014)观测认为南加州地区动态应力阈值为0.1 kPa;但其他较多学者,如Wu等(2011)及Peng等(2008,2009)此前研究的触发阈值大多在10 kPa量级。本研究粗略计算结果与之基本吻合,这一应力扰动幅度已经超过了固体潮造成的应力变化,有可能是触发乳山海域ML 2.9地震的外在因素。
5 结论与讨论使用乳山强震台记录数据估计了泸县MS 6.0地震面波振幅产生的动态应力,其结果约为12.857 kPa,超过了固体潮汐应力变化,由此推测认为乳山海域ML 2.9地震可能是泸县MS 6.0地震远场面波触发的微震活动。
前人研究显示活动断层破碎带或者火山、地热等构造活动较活跃地区易于被远场面波触发小震活动,并且低的触发阈值可能意味着被触发区处于临界破裂状态,发生强震的风险较高。如果是这样,则需要关注南黄海海域发生中强震的危险。
本文撰写内容完成于2021年10月,并于2021年10月21日山东地震台年度地震会商会上予以交流,11月17日江苏大丰海域发生MS 5.0地震,印证了文中所述分析结论。感谢山东地震台有关专家的有益讨论。
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