2) 中国安徽 233500 安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站
2) Anhui Mengcheng National Geophysical Observatory, Anhui Province 233500, China
安徽地处华北断块区、秦岭—大别断块区和下扬子断块区3个不同性质构造单元的交界地带,NE走向的郯庐断裂带斜贯安徽全省,地质构造较为复杂,具有发生中强以上地震的地质背景。自有历史地震记录以来,安徽地区(29°—35°N,114°—120°E)共发生5级及以上地震64次,其中6级及以上地震10次,最大为1668年郯城8½地震。近年来相继发生安庆MS 4.8、瑞昌阳新MS 4.6、高邮宝应MS 4.9、霍山MS 4.3和阜阳MS 4.3等中等地震,地震活动显著增强。因此,研究安徽地区中强地震活动性及紧迫程度具有重要意义。
一个地区的构造应力场并非一成不变,构造应力的变化与集中是孕震的关键。2008年汶川MS 8.0地震的发生,表明研究应力场的同时应密切关注其随时间的变化(Chen et al,2008)。研究地壳构造应力状态及其时空分布特征,特别是应力变化的信息,是探讨地震成因、分析发震条件的重要有效途径之一。
2 理论基础在一些合理假设前提下,由地震资料可以得到关于应力大小的某种有物理意义的估计,其中一个常用估计是视应力(Wyss et al,1968)。地震视应力为地震效率与平均应力的乘积,是平均应力的下限,表示单位地震矩的震源辐射出的地震波能量,可以作为当地绝对应力水平的一个间接估计(吴忠良等,2002)。公式如下
$\sigma_{\mathrm{app}}=\eta \bar{\sigma}=\mu \frac{E_{\mathrm{S}}}{M_0}$ | (1) |
式中,μ为剪切模量,对于均匀的地壳介质,μ可取为3×104 MPa;ES和M0分别为地震辐射能量和标量地震矩,二者的测定方法详见陈学忠等(2007)的研究结果。
视应力可用于反映震源区应力水平(Wyss et al,1968),视应力高表示震源区应力水平高,而视应力变化可以反映震源区应力状态的积累—释放过程,有利于对地震发展趋势做出更好判定(吴忠良等,2002)。诸多学者利用视应力开展地震序列发展趋势的研判工作,结果表明视应力与地震震级呈正相关,消除震级影响的视应力尽管变化细节不尽相同,但基本呈现出在主震前升高、主震后降低的特征(陈学忠等,2003钟羽云等,2004;钱晓东等,2007;华卫等,2009;李艳娥等,2012;王生文等,2014;蔡杏辉,2015;李赫等,2015;倪红玉等,2019),表明视应力可以为震后趋势预测提供依据。
3 研究结果基于Brune模型,采用陈学忠等(2007)确定视应力的方法,计算安徽地区(29°—35°N,114°—120°E)2008年以来237个ML≥2.5地震的视应力值。地震选取原则如下:对于ML≥3.0地震,采用震中周边300 km范围内的地震台站记录;对于2.5≤ML<3.0地震,采用震中周边250 km范围内的台站记录;要求最少有5个台站数据参与计算,震源谱形状较好,视应力计算误差(以对数坐标作图时的标准差)在3以内,其中75%的地震采用10个以上台站数据,82%的地震视应力误差在2.5以内(图 1)。由于视应力与震级正相关,因此拟合视应力与震级的关系,得到:lgσapp = 0.617ML -1.98,相关系数为0.92。
将视应力观测值减去理论拟合值得到差视应力,去除震级对视应力值的影响;采用5点平滑,绘制视应力、差视应力随时间的变化曲线,结果见图 2,图中黑色实线为均值线,结果显示研究区的显著地震整体上发生在视应力和差视应力的高值时段,且震前大部分经历了差视应力先上升后下降的变化过程,从2019年以来视应力和差视应力均较低,未出现异常,表明安徽地区发生ML≥4.5地震的可能性较小。
系统计算安徽地区地震视应力,拟合得到视应力与震级的关系,去除震级对视应力值的影响,总结视应力、差视应力的变化趋势与显著地震的关系,并分析现今应力状态,可为该区中强地震研判提供依据。
感谢中国地震局地球物理研究所陈学忠研究员提供视应力计算程序。
陈学忠, 李艳娥. 2006年7月4日河北文安MS 5.1地震前震中周围地区小震视应力随间的变化[J]. 中国地震, 2007, 23(4): 327-336. |
倪红玉, 刘泽民, 洪德全, 等. 秦岭-大别东段应力状态研究[J]. 地震, 2019, 39(3): 138-148. |
吴忠良, 黄静, 林碧苍. 中国西部地震视应力的空间分布[J]. 地震学报, 2002, 24(3): 293-301. |
Wyss M, Brune J N. Seismic moment, Stress, and Source dimensions for earthquakes in the Californis Nevada Redion[J]. J Geophy Res, 1968, 73(14): 4681-4694. DOI:10.1029/JB073i014p04681 |