劉自鳳，付 虹，彭關(guān)靈，趙小艷，李孝賓，茶文劍

(1.云南省地震局，云南 昆明 650224；2.中國(guó)地震局滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)辦公室，云南 大理 671000)

0 引言

陳颙(1978)在研究幾次強(qiáng)震震例的前震、余震和震群時(shí)，發(fā)現(xiàn)其各自表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，前震震源機(jī)制相對(duì)一致，進(jìn)而提出了震源機(jī)制一致性的概念，并提出可用震源機(jī)制一致性來判定地震危險(xiǎn)性。表征震源機(jī)制一致性的參數(shù)統(tǒng)稱為震源機(jī)制一致性參數(shù)，該參數(shù)是衡量震源釋放應(yīng)力場(chǎng)與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)一致性程度的定量指標(biāo)，常被作為判斷地震危險(xiǎn)性的重要判據(jù)之一。多年來，國(guó)內(nèi)外眾多研究者利用中小地震震源機(jī)制解的不同參量研究震源機(jī)制一致性參數(shù)的時(shí)空變化特征，如小震綜合斷層面解的時(shí)空分布以及綜合斷層面解矛盾比的時(shí)空變化(刁桂苓，于新昌，1980，1982)、小震P波初動(dòng)的時(shí)空分布(閻明，趙仲和，1989)、震源機(jī)制解主壓應(yīng)力P軸的時(shí)空變化(許忠淮等，1979，1983；闞榮舉等，1983)、各個(gè)震源機(jī)制解的P，T，B軸和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的3個(gè)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)、Misfit角和應(yīng)力張量方差(Michael，1984，1987)、空間最小旋轉(zhuǎn)角(萬永革，2008)、體波譜振幅相關(guān)系數(shù)(Lundetal，2002)等。大量研究結(jié)果表明，對(duì)中小地震震源機(jī)制解進(jìn)行綜合分析有可能捕捉到與強(qiáng)震發(fā)生有關(guān)的應(yīng)力場(chǎng)變化信息。

云南強(qiáng)震頻發(fā)，1900年1月1日—2019年10月31日共發(fā)生93次M≥6.0地震，其中88%的地震的發(fā)震時(shí)間間隔為3年。因此，在云南震情跟蹤工作中，常以M≥6.0地震平靜超過3年作為強(qiáng)震預(yù)測(cè)指標(biāo)。2014年云南先后發(fā)生了2014年5月30日盈江MS6.1，8月3日魯?shù)镸S6.5和10月7日景谷MS6.6地震，強(qiáng)震呈連發(fā)態(tài)勢(shì)。在此次地震連發(fā)前，云南M≥6.0地震已出現(xiàn)4.9年的超長(zhǎng)時(shí)間平靜期。2014年地震連發(fā)后又進(jìn)入平靜狀態(tài)，目前平靜時(shí)間已超過5年。為了尋找長(zhǎng)期平靜背景下與3次強(qiáng)震有關(guān)的應(yīng)力場(chǎng)時(shí)空演化信息，本文基于2008年1月1日—2019年10月31日云南地區(qū)中小地震震源機(jī)制解，采用Michael等(1984，1987，1990)提出的疊加應(yīng)力場(chǎng)反演方法，反演2014年云南3次M≥6.0強(qiáng)震前后不同時(shí)段的震源機(jī)制一致性參數(shù)的空間演化特征和震源區(qū)的時(shí)間演化特征，以期為平靜背景下的強(qiáng)震形勢(shì)研判提供動(dòng)力學(xué)依據(jù)。

1 資料選取及可靠性分析

1.1 資料選取及預(yù)處理

本文震源機(jī)制解數(shù)據(jù)主要由3部分構(gòu)成：2008年震源機(jī)制解采用徐彥(2013)利用全波形反演方法得出的ML≥3.0中小地震的計(jì)算結(jié)果；2009—2012年ML≥2.5地震震源機(jī)制解以基于P波初動(dòng)和振幅比的HASH方法計(jì)算結(jié)果為主，用徐彥(2013)的計(jì)算結(jié)果補(bǔ)缺；2013年1月1日—2019年10月31日ML≥3.5地震震源機(jī)制解為CAP反演結(jié)果，2.5≤ML<3.5地震則采用HASH方法的計(jì)算結(jié)果。

為了排除余震序列對(duì)震源機(jī)制一致性參數(shù)的影響，本文對(duì)其進(jìn)行剔除，最終獲得2008年1月1日—2019年10月31日云南及鄰區(qū)共計(jì)3 121次M2.5～6.9地震的震源機(jī)制節(jié)面解，其中M2.5～2.9地震1 660次，M3.0～3.9地震1 175次，M4.0～4.9地震238次，M5.0～5.9地震41次，M6.0～6.9地震7次，震中分布如圖1所示。從圖中可見，除中甸西部地區(qū)外，所選地震在云南省內(nèi)其他區(qū)域均分布較廣，這為開展云南地區(qū)震源機(jī)制一致性參數(shù)空間分布特征的研究工作提供了條件。

F1：中甸斷裂；F2：程海斷裂；F3：怒江斷裂；F4：南汀河斷裂；F5：瀾滄江斷裂；F6：紅河斷裂；F7：元謀斷裂；F8：楚雄—建水?dāng)嗔?；F9：小江斷裂；F10：彌勒—師宗斷裂；F11：麗江—寧蒗斷裂

1.2 資料可靠性分析

全波形模擬法(Xuetal，2010；Herrmannetal，2011)模擬的是高頻的速度值而不是低頻的位移值，能更好地降低低頻的臺(tái)站和儀器噪音的干擾；CAP方法反演時(shí)完整地使用了波形記錄，能夠反映較全面的震源信息，且該方法允許各時(shí)間窗理論波形和觀測(cè)波形的相對(duì)滑動(dòng)擬合，大大減少了對(duì)速度模型和地殼橫向不均勻性的依賴(Zhuetal，1997；鄭勇等，2009；呂堅(jiān)等，2013；羅鈞等，2015；王光明等，2018；潘睿等，2019)，最終運(yùn)用網(wǎng)格搜索方法搜索出理論波形與觀測(cè)波形差異最小時(shí)的震源機(jī)制解為最佳解；HASH方法的優(yōu)點(diǎn)在于定量化估計(jì)定位、深度和速度結(jié)構(gòu)偏差引起的震源機(jī)制計(jì)算的不確定度，不存在多解性，此方法還從斷層不確定度、臺(tái)站分布等參數(shù)出發(fā)，科學(xué)、合理、全面地對(duì)結(jié)果進(jìn)行了評(píng)價(jià)(郭祥云，2014)?？梢姡狙芯窟x取由上述3種方法獲得的震源機(jī)制解結(jié)果進(jìn)行震源機(jī)制一致性分析是相對(duì)可靠的。

2 計(jì)算方法

本文采用Zmap軟件包(Wiemer，Malone，2001)集成的疊加應(yīng)力場(chǎng)反演方法(Superposition Stress Inversion，簡(jiǎn)稱SSI)反演震源機(jī)制機(jī)制一致性參數(shù)，該方法是通過在均勻應(yīng)力場(chǎng)上疊加擾動(dòng)來模擬非均勻應(yīng)力場(chǎng)的分布，并獲得3個(gè)主應(yīng)力軸S1，S2，S3(分別代表壓應(yīng)力軸、中等應(yīng)力軸和張應(yīng)力軸)的空間分布及相對(duì)大小φ=(S2-S3)/(S1-S3)以及反演方差(variance)。反演方差被定義為 misfit 角度(單個(gè)地震的滑動(dòng)矢量與在假設(shè)應(yīng)力張量作用下產(chǎn)生的理論滑動(dòng)矢量之間的夾角)與其平均數(shù)之差的平方和的平均數(shù)，是衡量地震震源釋放應(yīng)力場(chǎng)與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)一致性程度的定量指標(biāo)(Michaeletal，1987，1990)。當(dāng)方差<0.1 時(shí)，可以用1 個(gè)統(tǒng)一的應(yīng)力張量解釋觀測(cè)到的震源機(jī)制解，也可以理解為該區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)是均勻的，震源機(jī)制趨于一致；當(dāng)方差>0.2 時(shí)，表明該區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)在時(shí)間和空間上具有非均勻性，或者說該區(qū)域的震源機(jī)制比較紊亂(Luetal，1997)。

3 震源機(jī)制一致性參數(shù)時(shí)空演化特征

3.1 強(qiáng)震前空間演化特征

為了分析強(qiáng)震前震源機(jī)制一致性參數(shù)空間演化特征，將地震集中區(qū)域按照0.1°×0.1°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30個(gè)地震的震源機(jī)制解，反演了2008—2013年不同時(shí)間段每個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力張量方差，反演結(jié)果如圖2所示。由圖可知，魯?shù)镸S6.5和景谷MS6.6地震發(fā)生在應(yīng)力張量方差的低值區(qū)域內(nèi)，盈江MS6.1地震發(fā)生在低值區(qū)域邊緣。使用2008—2010年559次地震震源機(jī)制解反演得到的應(yīng)力張量方差顯示滇東

北魯?shù)椤鞑貐^(qū)、小滇西騰沖—潞西一帶和滇西南的勐?！獮憸妗肮鹊貐^(qū)相對(duì)偏低(圖2a)。2008—2011年，759次地震的震源機(jī)制解反演結(jié)果顯示，怒江—騰沖—潞西—盈江地區(qū)應(yīng)力張量方差下降最為顯著，魯?shù)檎饏^(qū)的低值現(xiàn)象更為顯著，且有同時(shí)向主震震中遷移的趨勢(shì)，景谷震區(qū)變化不大(圖2b)。2008—2012年反演了974次地震震源機(jī)制解，反演結(jié)果顯示滇西地區(qū)的應(yīng)力張量方差低值區(qū)域出現(xiàn)從小滇西向滇西北地區(qū)擴(kuò)展的趨勢(shì)，滇西南低值區(qū)域在景谷和勐海地區(qū)展布，而瀾滄地區(qū)的應(yīng)力張量方差出現(xiàn)回升，魯?shù)檎饏^(qū)變化不大(圖2c)。2008—2013年，共獲得云南及鄰區(qū)1 157次中小地震震源機(jī)制解，圖2d顯示在云南地區(qū)形成3個(gè)應(yīng)力張量方差的低值主體區(qū)域，分別為滇西地區(qū)的盈江—騰沖—保山—大理—麗江一帶、滇東北的魯?shù)椤鞑粠Ш偷嵛髂系钠斩肮取潞５貐^(qū)。對(duì)比不同時(shí)段應(yīng)力張量方差低值區(qū)域演化特征可以發(fā)現(xiàn)，盈江震區(qū)低值區(qū)域出現(xiàn)時(shí)間較晚，魯?shù)楹途肮日饏^(qū)低值區(qū)域出現(xiàn)時(shí)間較早，且低值變化較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖2 強(qiáng)震前應(yīng)力張量方差空間分布圖

3.2 強(qiáng)震后空間演化特征

為了分析3次強(qiáng)震后云南地區(qū)的震源機(jī)制一致性參數(shù)空間演化特征，將2015年1月—2019年10月云南地區(qū)1 710次中小地震震源機(jī)制解按照0.1°×0.1°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30個(gè)地震的震源機(jī)制解反演了不同時(shí)間段每個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力張量方差，反演結(jié)果如圖3所示。2015—2016年，滇東北地區(qū)應(yīng)力張量方差迅速回升為高值；盈江震區(qū)應(yīng)力張量方差低值現(xiàn)象消失，但與其臨近的耿馬—潞西—騰沖—保山—怒江—大理地區(qū)出現(xiàn)大面積低應(yīng)力張量方差區(qū)域；在玉溪—墨江—普洱地區(qū)也形成了滇南至滇西南地區(qū)的應(yīng)力張量低值主體區(qū)域。雖然2015—2019年，在2個(gè)應(yīng)力張量方差低值區(qū)域或其邊緣先后發(fā)生了滄源MS5.5、昌寧MS5.1、云龍MS5.0、漾濞MS5.1、通海MS5.0雙震和墨江MS5.9地震，但截至2019年10月的反演結(jié)果(圖3d)顯示，滇南—滇西南地區(qū)的玉溪—墨江—普洱地區(qū)、滇西的保山—大理—怒江地區(qū)應(yīng)力張量方差依然低，可見這些地區(qū)應(yīng)力水平較高，仍然存在發(fā)生破壞性地震的危險(xiǎn)。

圖3 強(qiáng)震后應(yīng)力張量方差空間分布圖

3.3 強(qiáng)震前后震源區(qū)時(shí)間演化特征分析

應(yīng)力張量方差的低值區(qū)域震源機(jī)制趨于一致，常用于預(yù)測(cè)發(fā)震地點(diǎn)，而其時(shí)序分布則用來預(yù)測(cè)發(fā)震時(shí)間。2014年3次強(qiáng)震前震源區(qū)及其鄰區(qū)均出現(xiàn)了應(yīng)力張量方差低值現(xiàn)象。為了分析3次強(qiáng)震前后震源區(qū)應(yīng)力張量方差的時(shí)間演化特征，分別選取3次強(qiáng)震震源區(qū)的震源機(jī)制解(盈江、魯?shù)?、景谷震區(qū)分別選取415次、563次、329次地震震源機(jī)制解)，取50個(gè)地震為窗長(zhǎng)，10個(gè)地震為步長(zhǎng)，反演得到3個(gè)強(qiáng)震震區(qū)的應(yīng)力張量方差的時(shí)序變化，見圖4。圖4a顯示，盈江MS6.1地震前，應(yīng)力張量方差自2009年7月開始趨勢(shì)下降，下降持續(xù)約2年，并于2011年3月達(dá)最低值(約0.06)后發(fā)生轉(zhuǎn)折，并開始趨勢(shì)上升，上升后3年左右發(fā)生盈江MS6.1地震，震前應(yīng)力張量方差最大降幅約0.27，而地震發(fā)生后應(yīng)力張量方差變化較為平穩(wěn)。魯?shù)镸S6.5地震前應(yīng)力張量方差也經(jīng)歷了下降—回升過程，應(yīng)力張量方差最大降幅約0.10。2012年7月左右出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，總體開始呈趨勢(shì)上升，上升過程持續(xù)2年左右發(fā)生魯?shù)镸S6.5強(qiáng)震，地震發(fā)生后應(yīng)力張量方差仍持續(xù)波動(dòng)上升，目前處于高值水平(圖4b)。2011年7月—2013年7月景谷震區(qū)應(yīng)力張量方差顯示趨勢(shì)下降，最大降幅約0.06，于2013年7月發(fā)生轉(zhuǎn)折回升后，持續(xù)1年多發(fā)生景谷MS6.6強(qiáng)震，地震發(fā)生后，應(yīng)力張量方差出現(xiàn)轉(zhuǎn)折并開始小幅下降，2015年10月左右以來持續(xù)波動(dòng)上升(圖4c)。

圖4 2014年3次強(qiáng)震震源區(qū)應(yīng)力張量方差時(shí)序圖

3次強(qiáng)震前震區(qū)應(yīng)力張量方差總體上經(jīng)歷了下降—轉(zhuǎn)折—回升—發(fā)震的變化過程，呈正“V”字型變化，且地震均發(fā)生在正“V”字型形成過程中的趨勢(shì)回升階段，但魯?shù)榈卣鸷途肮鹊卣鹎霸诘椭惦A段出現(xiàn)過波動(dòng)變化，期間還出現(xiàn)小幅度、短時(shí)間的倒“V”字型變化過程。對(duì)比3次強(qiáng)震震前應(yīng)力張量方差下降過程和回升—發(fā)震過程的持續(xù)時(shí)間發(fā)現(xiàn)，下降過程均持續(xù)2年左右出現(xiàn)轉(zhuǎn)折回升，而轉(zhuǎn)折—回升—發(fā)震過程存在較大差異，盈江震區(qū)轉(zhuǎn)折—發(fā)震持續(xù)約3年，魯?shù)檎饏^(qū)約2年，而景谷震區(qū)僅持續(xù)約1年。

4 結(jié)論與討論

本文利用2008年1月1日—2019年10月31日云南地區(qū)3 121次地震的震源機(jī)制解反演了2014年盈江MS6.1、魯?shù)镸S6.5和景谷MS6.6強(qiáng)震前后不同時(shí)段的應(yīng)力張量方差，分析了3個(gè)震源區(qū)震源機(jī)制一致性的時(shí)空演化特征，主要得到以下結(jié)論：

(1)3次強(qiáng)震均發(fā)生在應(yīng)力張量方差低值區(qū)域及其邊緣，應(yīng)力張量方差的低值表征震源機(jī)制趨于一致且區(qū)域應(yīng)力水平高，因此分析認(rèn)為應(yīng)力水平增強(qiáng)是3次強(qiáng)震發(fā)生前震源區(qū)的共性變化特征。

(2)3次強(qiáng)震震中應(yīng)力張量方差變化特征存在差異，魯?shù)楹途肮日饏^(qū)低值區(qū)域出現(xiàn)的時(shí)間比盈江震區(qū)要早。盈江震區(qū)低值區(qū)域表現(xiàn)出逐漸擴(kuò)張形成的特征，魯?shù)檎饏^(qū)應(yīng)力張量方差低值區(qū)域在震前則出現(xiàn)逐漸向震中遷移并收縮的現(xiàn)象；景谷震區(qū)震前經(jīng)歷了低值區(qū)域一分為二的分離過程，之后震中小范圍內(nèi)的低值區(qū)域變化不大，但震區(qū)附近的瀾滄、勐海、普洱地區(qū)變化較大。由此可見，強(qiáng)震前應(yīng)力場(chǎng)的空間演化是一個(gè)復(fù)雜過程，不同區(qū)域的表現(xiàn)形式不同，因此不同區(qū)域都需要對(duì)更多的震例進(jìn)行研究，尋找更為有效的震前未來發(fā)震地點(diǎn)預(yù)測(cè)判據(jù)。

(3)3次強(qiáng)震發(fā)生后，3個(gè)震區(qū)附近應(yīng)力張量方差低值區(qū)域迅速消失，而在小滇西至滇西北和滇南至滇西南地區(qū)形成2個(gè)應(yīng)力張量低值主體區(qū)域。根據(jù)應(yīng)力張量變化與應(yīng)力水平之間的關(guān)系分析認(rèn)為，2014年強(qiáng)震后新形成的低值區(qū)域應(yīng)力水平較高，應(yīng)注意存在發(fā)生強(qiáng)震的可能。

(4)3次強(qiáng)震前3～5年震源區(qū)的應(yīng)力張量方差時(shí)間變化特征總體呈正“V”字型變化，并在下降過程持續(xù)2年左右后，開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)折并趨勢(shì)回升，在正“V”字型形成過程中的趨勢(shì)回升階段發(fā)生地震，但回升至發(fā)震過程的時(shí)間間隔存在差異，景谷地震最短，魯?shù)榈卣鸫沃?，盈江地震最長(zhǎng)。由此可見，應(yīng)力張量方差回升至發(fā)震時(shí)間長(zhǎng)短與震級(jí)大小沒有直接關(guān)系，強(qiáng)震前的應(yīng)力場(chǎng)時(shí)間變化是一個(gè)復(fù)雜的過程。

(5)魯?shù)镸S6.5和景谷MS6.6地震前，應(yīng)力張量方差均在低值階段出現(xiàn)波動(dòng)變化，期間還表現(xiàn)出小幅度、短時(shí)間的倒“V”型變化過程，這是否屬于M≥6.5地震前的共性變化特征還需要更多震例加以驗(yàn)證。

綜上認(rèn)為，根據(jù)震源機(jī)制一致性參數(shù)空間分布可以預(yù)測(cè)強(qiáng)震的發(fā)震地點(diǎn)，時(shí)間預(yù)測(cè)方面則適合用于中-長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。但小震震源機(jī)制解具有一定的不確定性，可能會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，因此今后需要結(jié)合其它地震學(xué)參數(shù)和地球物理場(chǎng)觀測(cè)資料進(jìn)行綜合判定。