地震视应力是表征震源区应力水平的物理量,对一个区域内引起地震滑动的视应力水平进行区域平均,可作为该区域绝对应力水平的下限估计(吴忠良,2001)。在国内,近年来逐渐将地震视应力应用于地震预测研究。云南地区地震频发,该方法在该区得到广泛应用,如:刘红桂等(2007)通过计算分析1999年7月—2005年4月云南地区中小地震视应力,指出视应力值>0.9 MPa可以作为该地区未来可能发生中强地震的预测指标之一;李艳娥等(2012)研究了2007年云南宁洱MS 6.4地震前视应力时空变化特征,结果显示,震前滇西南地区视应力表现出明显的升高变化过程;彭关灵等(2018)计算了2018年云南通海MS 5.0地震震中100 km范围内中小地震视应力值,发现震前视应力呈高值状态。
云南各分区地震视应力的日常跟踪结果显示,目前小滇西地区高视应力特征显著,因此开展小滇西地区地震视应力与中强地震对应关系的回溯分析工作,以期捕捉该区中强地震前区域应力变化的重要信息。
2 研究方法地震视应力σapp(Wyss and Brune, 1968)计算公式如下
$ \sigma_{\mathrm{app}}=\mu \frac{E_{\mathrm{S}}}{M_0} $ | (1) |
式中:μ为震源区介质剪切模量,通常取μ = 3.0×104 MPa;ES为地震波辐射能量;M0为地震矩;ES/M0表示单位地震矩辐射出的地震波能量。
由于视应力与震级呈正相关关系,不采取任何震级校正措施研究视应力的时空分布时,得到的可能是地震辐射能的时空特征而不是应力水平。因此,分析其随时间的变化特征时,震级影响尤为关键。文中采用的归准化视应力(彭关灵等,2018)公式如下
$ \sigma_{\text {nor }}=\sigma_{\text {app }}-\sigma_{\text {fit }} $ | (2) |
式中,σnor为归准化视应力,σapp为实际测定得到的视应力,σfit为通过视应力与震级之间关系式换算得到的视应力。
3 研究内容及结果本研究利用云南区域地震台网观测的波形资料,计算2008年以来小滇西(澜沧江断裂以西、南汀河断裂以北为界)区域内281次3.0≤ML≤5.0地震(图 1中灰色区域表示研究区域,红色圆表示参与计算的地震事件)的视应力值。经过最小二乘法拟合得到研究区域内视应力与震级的拟合关系式,公式如下
$ \lg \sigma=0.553 M_{\mathrm{L}}-3.453 $ | (3) |
小滇西区域视应力与地震震级拟合关系图见图 2,可见研究区视应力与震级拟合较好,计算结果较为可靠。
利用公式(3)计算得到σfit,进一步计算归准化视应力,最后以18个地震为窗长、4个地震为步长,计算研究区域内归准化视应力滑动平均值,并绘制时序变化曲线,见图 3。图 3显示,2011年3月10日盈江MS 5.8地震前2年,研究区视应力开始出现“上升—回落—上升”的过程,最大变幅约0.013 MPa;盈江MS 5.8地震后,区域归准化视应力再次出现“上升—回落—上升”过程,持续时间约2年,最大变幅约0.009 MPa,后于2014年5月30日再次发生MS 6.1地震;2017年底再次出现类似变化,持续时间约2.5年,最大变幅约0.028 MPa,变化结束后不到1年,于2021年5月21日在研究区边缘发生漾濞MS 6.4地震;漾濞地震后再次出现上升变化。
通过计算2008—2022年小滇西地区281次3.0≤ML≤5.0地震的归准化视应力,分析其与中强震发生之间的关系,得出以下结论:小滇西及邻区3次6级左右地震前,归准化视应力均出现“上升—回落—上升”的变化过程,持续时间为2—2.5年,最大变幅均超过0.009 MPa。
目前小滇西及邻区归准化视应力滑动均值超过+1倍方差线,表明研究区域应力水平较高。分析认为,该地区具备发生中强地震的应力背景。
在论文撰写过程中,彭关灵提供了视应力计算程序,刘自凤给予了悉心指导和帮助,在此一并表示衷心感谢。
李艳娥, 陈学忠, 付虹. 2007年云南泞洱MS 6.4地震前滇西南地区震源动力学参数时空变化特征[J]. 地震, 2012, 32(1): 28-39. |
刘红桂, 王培玲, 杨彩霞, 等. 地震视应力在地震预测中的应用[J]. 地震学报, 2007(4): 437-445. |
彭关灵, 赵小艳, 刘自凤, 等. 2018年云南通海MS 5.0地震前视应力时空特征[J]. 地震研究, 2018(4): 487-493. |
吴忠良. 由宽频带辐射能量目录和地震矩目录给出的视应力及其地震学意义[J]. 中国地震, 2001, 17(1): 8-15. |
Wyss M, Brune J N. Seismic moment stress, and source dimensions for earthquakes in the California-Nevada region[J]. J Geophys Res, 1968, 73: 4681-4694. DOI:10.1029/JB073i014p04681 |