2010年6月广西凌云-凤山交界3级震群应力水平分析

2014-11-20郭培兰龙政强阎春恒陆丽娟牟剑英

华南地震 2014年1期

郭培兰，龙政强，阎春恒，陆丽娟，牟剑英

（广西壮族自治区地震局，广西南宁 530022）

0 引言

2010年夏天，广西凌云-凤山交界发生一起小震群，这次震群活动从6月28日开始，至8月15日结束，共发生3 071次地震，其中0.0～0.9级地震2 372次，1.0～1.9级地震655次，2.0～2.9级地震41次，3.0～3.9级地震3次，最大为7月2日3.2级地震，释放的总能量为1.32×109J。图1是广西凌云-凤山交界3级震群震中分布图。据史料记载[1]，震区周围200 km范围内共发生MS5级以上破坏性地震4次，1970年至此次3级地震群发生前，主震30 km范围内3级以上地震也仅记录到7次，最大为3.2级地震，震区地震活动水平不高。类似这样的小震群活动，在广西的地震观测史上比较少见，仅在1977年冬天发生过广西陆川小震群，其地震频次约900次[2]。震群发生后的第2天，震区架设了江洲、逻楼两个流动地震台（图1），地震信号通过GPRS实时传输至位于南宁的广西区域地震台网中心，两个流动台分别于6月29日8时47分及7月2日1时41分开始记录，取得了这次震群的比较完整的微震记录，为我们分析小震群活动提供了难得的观测数据。利用流动台和固定台站的观测记录，本文对该次震群的空间分布、震源机制、b值、应力降进行分析，对了解此次震群的成因提供帮助。

图1 广西凌云-凤山交界3级震群震中分布图Fig.1 Epicenter distribution of earthquakes with ML3.0 in the boundary area of Lingyun and Fengshan in Guangxi

1 震害情况及宏观现象

据现场工作调查①广西地震局，凌云与凤山交界3.0级震群现场工作汇报，2010.，6月28日12时41分发生的凌云县逻楼镇3.0级地震，与震区比邻的凤山县江洲乡陇善村等7个自然屯的群众听到地下溶洞发出响声，造成375户群众有震感跑出房外。陇善村房子出现轻微裂缝，2个水柜漏水，山上有岩石滚落，陇善村有些几十年没出水的地方冒水。江洲乡相圩村3个村民小组约390户有震感。28日18时20分发生的凤山县江洲乡2.5级地震，凤山县平乐乡仁亭村陇莱屯37户170人感觉震动，地震时，群众恐慌跑出房外，石头从山上滚下，群众生命财产没有受到损害。28日18时39分发生的广西凌云县与凤山县交界2.1级地震、19时55分发生的凌云县逻楼镇2.6级地震、以及20时33分发生广西凌云县与凤山县交界的2.4级地震，震区群众反映也有明显震感。29日2时10分发生的广西凌云县与凤山县交界3.1级地震，群众感觉地震震动比较强烈，河池市凤山县江洲乡有7个村受灾，其中最严重的是陇善村，该村有312户1 571人，8个水柜被震裂，水全部漏出；9栋砖混结构房屋有轻微裂缝，陇善村有一所6个年级334名学生的小学，地震造成该学校的一个水柜被震裂。

7月2日10时27分3.2级地震导致震中河池市凤山县江洲乡陇善村八组附近山体三处滚石滑落，其中一处砸伤路过行人3人，其中1人重伤，2人轻伤。7月4日19时45分、20时58分以及7月5日3时24分，原震区凤山县江洲乡分别发生了2.6、2.2、2.5三次2级左右地震，震中陇善村震感较强，陇善村那林屯有山石被震落，房屋无新的裂缝。7月5日9时7分凤山县江洲乡再次发生2.2级地震，造成陇善村那林屯一条横过屯级公路直向公路上方延伸的裂缝加宽，由原来的1～2 cm扩大到3～5 cm，该隐患点威胁4户民房。2010年6月广西凌云-凤山交界3级震群虽然主震震级小，但此次震群造成的危害较大，而且震感强烈，听到地声等宏观现象，这些宏观现象也间接证明凌云-凤山震群震源深度较浅。

2 3级震群应力水平分析

赵根模[3]从强固区模型和地壳应力分布特点出发，讨论了前震、前兆震群和普通震群在震源深度分布上的差异性。分析中国大陆39组震群震源深度数据，结果表明：普通震群多数分布在强度较低的上地壳；前震和前兆震群比普通震群要深得多，可能达到中下地壳，差别显著。震源越浅，地震活动越可能是处于浅层低应力状态下的地表活动。

国内公开文献中，关于震源机制方法在地震短期（中短期）预报中的研究应用已有相当多的相关报道。如王炜等[4]认为震源机制是指震源区在地震发生时的力学过程，通过测定震源机制解参数可以了解地震发生的力学机制和震源断层的运动类型。此外，利用P波初动解的P轴取向、转向和初动符号矛盾比亦可用于震情监视和震情判断。P轴取向由紊乱趋于一致，属于中期异常，由此也可以判断震区的应力状态。付虹等[5]利用云南数字地震台网记录到的地震直达波Pg、Sg振幅资料，计算震源机制解应力主轴与相应的区域构造应力场主轴之间的一致性参数，分析震源机制一致性参数时空分布与强震活动的关系。分析表明，强震发生前3年至数月，强震震源区附近出现多个震源释放应力场与区域应力场一致或接近的中小地震，强震就发生在中小震震源机制一致性参数低值分布区内或其边缘附近。莘海亮等[6]利用区域地震台网的数字地震波记录资料，由垂直向记录Pg波和Sg波振幅比值，结合部分清晰的P波初动记录资料，计算得到了1985～2008年在豫北及邻区发生的145个中小地震的震源机制解。整体显示中小地震震源机制解种类较多，分布散乱，表明小地震发生具有随机性，华北构造应力场整体的控制作用较弱。

古登堡和里希特在研究世界地震活动时，统计了全球各大地震区6级以上地震的数目，发现地震的震级与频度有以下关系：lgN=a－bM，这就是著名的震级－频度关系式，亦称古登堡公式或G－R关系式。式中a和b两个参数可根据一定地区、一定时间的地震目录统计估算得到。频度—震级关系式中的斜率b值相对稳定，其值通常位于[0.5，1.5]。b值作为一个描述地震相对大小分布的常数，实验表明b值与介质的特性有关，其在空间分布上的变化被认为与介质的复杂程度与应力状态有关。b值具有明确的物理意义，反映大小地震之间的比例关系，b值的变化可反映介质的应力状态[7]。岩石破裂试验表明，当压应力增加时b值下降加速，就是说一般情况下应将低b值视为异常，也说明了b值与岩石所处的应力状态有关，低b值，高应力，高b值，低应力。

应力降就是地震前后的应力的相对变化。对于接近地表的地方，可以通过一些观测手段来直接测量应力或应力降，然而对于比较深的地方，通过地震来进行应力降的推算则几乎是唯一的方法①钟雨云，朱新运，周昕，等.浙江省2007年度地震活动趋势研究报告.浙江省地震局，2006.。地震的发生是某一区域应力集中，震源区岩石介质发生剪切变形，并达到一定程度时发生快速破裂错动，或是原断层的失稳扩展的结果。应力降代表地震瞬间错动时位错面上的应力变化，研究与主震破裂面有关的余震活动的应力降可以掌握震源区区域应力的强弱，可以根据序列中显著地震的应力降水平的变化，为判定序列震情趋势和及时发现具有震兆意义的中小地震提供参考依据[9]。

因此分析凌云-凤山交界3级震群的震源范围、深度特征、震区附近单台振幅比、震源机制解P轴走向、震群参数b值、小震应力降，可以了解凌云-凤山交界3级震群所处应力水平。

2.1 震源分布集中，深度较浅

凌云-凤山交界3级震群0级以上地震初始定位结果分布，形成震中长轴40 km、短轴22 km的空间展布现象，2级以上地震初始定位结果空间分布明显缩小，分布在6月29日3.1级地震9 km范围内，而且没有形成优势分布方向，1.5级以下地震基本由单台测定，定位结果不太准确，所以造成0级以上地震展布范围较大。广西区域台网在桂西北地区分布少，距离凌云凤山震群最近的地震台距震中约60 km，加之岩溶区地形起伏剧烈，地震波速度纵横向变化、速度结构复杂，虽然增加了两个流动台，但是深度定位结果并不理想。尽管如此，可以根据流动台记录到的到时差对震源的深度和尺度进行一定程度的估计。

位于震中区的江洲台自6月29日8时47分开始记录到地震至8月4日，共记录2 614次地震，约88%江洲流动台垂直向S-P小于0.29 s（图2），江洲台记录的25次ML≥2.5地震的S-P均小于0.4 s（表1），依据华南近震走时表地壳模型①范玉兰，林纪曾，胡瑞贺，等.华南地区近震走时表.广东省地震局，1988.，直达P波和S波波速分别为6.01 km/s和3.55 km/s，虚波速度Vφ=8.67 km/s，若以震源深度为0 km计算，25次地震集中分布在半径3.5 km的范围内。若假定地震在流动台正下方发生，震源深度也不会超过3.5 km。

图2 江洲流动台S-P随时间的变化Fig.2 S-P time change of Jiangzhou flowing station

表1 江洲流动台记录到的25次ML≥2.0地震的S-PTable 1 S-P of 25 earthquakes with ML≥2.0 recorded by JiangZhou flowing station

（接上表）

江洲台记录的2614次地震的S-P及相应的地震数如表2所列，可见58.14%地震的S-P的小于0.19 s、87.59%的小于0.29 s、98.11%的小于0.39 s。即总体来看，58.14%地震的震源深度小于1.647 3 km、87.59%的小于2.514 3 km，98.11%的小于3.4 km，以上数据表明凌云-凤山震群震源深度较浅。

表2 江洲流动台S-P统计Table 2 S-P statistics of Jiangzhou flowing station

2.4 震源机制分析

图3 凌云-凤山交界3.0级地震震中及广西地震台站分布Fig.3 Epicenter distribution of ML3.0 earthquakes in the boundary area of Lingyun-Fengshan and earthquake station distribution in Guangxi

图4 凌云-凤山震群地震震源机制Fig.4 Earthquake focus mechanism of earthquake swarm in the boundary area of Lingyun-Fengshan

表3 凌云-凤山震群ML≥2.5地震震源机制Table 3 Focus mechanism of earthquakes with ML≥2.5 in the boundary area of Lingyun and Fengshan

距震中约200 km共有16个台站（图3），天峨台、平架台离震中最近约60 km，由于在广西西北方向没有台站分布，所以利用了贵州台网的安顺台和云南台网的富宁台的震相数据，除相邻的安顺台和富宁台张角90°外，其余相邻的台站张角均小于90°，在30°～70°间，利用清晰可靠的地震波P波初动符号，围绕震中的5个以上台站的地震记录的垂直向Pg、Sg波的最大振幅比求解，得到25次ML2.0级地震的震源机制(图4、表3)。12次地震两个节面以北东为主，4次地震两个节面以北西为主，9次地震两个节面分别为北东向与北西向，25次震源机制解中，逆倾4个，正倾15个，走滑错动6个，地震破裂方式以正倾滑动或带有一定走滑分量的正倾滑动为主。震中区共有七条断裂，2条北西向、5条北东向，其中2条北西向晚更新世以来不活动①李细光，严小敏，陆俊宏，等.“6.28凌云-凤山群震”震区断裂研究.广西壮族自治区地震局，2012.，意味着震群活动不是由于NW向断裂活动而产生。2010年6月28日12时41分3.0级地震距北西向具有正断性质的岩板断裂较近，但是3.0级地震破裂方式逆倾为主，6月29日3.1级地震破裂方式为走滑型，7月1日10时27分3.2级地震破裂方式为逆冲型，3.1级地震及3.2级地震在晚更新世以来不活动的北西向断裂附近，3次3级地震不是北东向断裂活动引起，所以估计凌云-凤山震群与构造运动无关；蒋海昆等[9]在分析2010年6月广西凌云-凤山交界3级震群活动时，认为凌云-凤山震群活动有流体参与并显示岩溶塌陷特征。以上均说明了凌云-凤山交界3级震群是浅层的地表活动。图4是这些地震主压应力P轴方位的玫瑰花图，P轴方位主要为270～350°、仰角较小，与广西西北部构造应力场方向相一致[10、11]②吴时平，张均洲，伍丽珍，等.广西及其邻近地区震源应力场初析.广西壮族自治区地震局，1999.。分布在 290°～330°的地震共 12 个，所以25次ML2.0级地震的震源机制解的P轴走向没有形成优势分布，表明震区没有处于统一的应力场控制下，应力水平不高，后续发生大震的可能性不大。

图5 P轴方位玫瑰花图Fig.5 Rose diagram of P axle position

2.5 b值特征分析

地震序列的b值可以综合反映震源区的介质特性、应力场状态及应变能积累与释放情况，因此计算此次3级震群的b值，可以了解序列的应力状态。由于凌云-凤山交界3级震群地震序列目录时空上相当集中，1.0级以上地震数目较多，且完整可靠，因此b值的计算误差较小，可信度高，说明计算此次震群的b值时间变化特征是很有意义的。6月28日至7月1日，3级震群u值、F值、ρ值很高，表明序列能量释放比较均匀[12]，震级相差不大的地震较多且随时间变化不大，具有前震序列特征，但b值较高，表明序列中较强地震较少(表6，图6)。至7月23日，u值、F值、ρ值有起伏的衰减，b值逐渐趋于稳定，约为1.20，表明该震群正常衰减，发生大震的可能性不大。1970～2005年广西及邻区正常b值为0.71[13]，相比之下，凌云-凤山交界3级震群b值相对较高，表明震区处于低应力状态。

表6 2010年6月凌云、凤山交界震群地震序列参数Table 6 Earthquake sequence parameters in the boundary area of Lingyun and Fengshan in June 2010

2.6 应力降

在地球动力学研究中，应力是一个关键性的概念。在线性本构关系的理论框架下，通常难于、甚至不可能测得绝对应力，而只能得到应力的相对变化。应力降就是地震前后应力的相对变化。对于接近地表的地方，可以通过一些观测手段来直接测量应力或应力降，然而对于比较深的地方，通过地震来进行应力降的推算则几乎是唯一的方法。水库诱发地震与构造地震的应力降差别较大，对水库诱发地震研究发现[14]，水库诱发地震的震源参数明显低于同震级的构造地震的震源参数，这是由于水沿着断裂带下渗，使介质强度降低和非均匀性程度变大，致使岩石破裂错动的速度变大，岩石错动辐射的地震波的高频成分减少，从而使拐角频率变小，震源破裂半径偏大，应力降较小。根据广西数字地震台网记录的数字地震波形资料，分别计算了分布在桂西的与水作用有关的龙滩库区、凌云凤山震群、靖西震群的地震和没有水作用的桂东南地区构造地震的震源参数，求得的广西构造地震资料小震应力降分布在2.0～20 Mpa，凌云-凤山交界3级震群应力降主要分布在0.19～2.0 Mpa之间（图7），比广西构造地震应力降低一个数量级，说明属于低应力背景下的地震活动，其成因与水的参与有关。

图6 2010-06-28～2010-07-24凌云、凤山交界地震序列参数时序曲线Fig.6 Time series curve of earthquake sequence parameters in the boundary area of Lingyun and Fengshan from June 28 to July 24 in 2010

3 结论与讨论

图7 应力降分布图Fig.7 Distribution map of stress drop

经过以上分析，广西凌云-凤山交界3级震群主要分布在以3.5 km为半径的圆形区域内，震源深度也不超过3.5 km，表明此次震群震中集中，深度较浅。震源机制解主压应力轴没有形成优势分布，序列参数b值较高，约为1.21，应力降主要分布在0.19～2.0 Mpa之间，这些数据说明广西凌云-凤山交界3级震群是属于低应力背景下的地震活动，不具有前兆震群和前震序列的性质。

正确了解地震震群的特征，对于地震趋势的正确判断有一定的帮助作用。

[1]莫敬业，游象照，吴时平，等.广西通志·地震志[M].南宁：广西人民出版社，1990.

[2]李家发，吴时平，莫敬业，等.广西陆川小震群特征的初步研究[J].西北地震学报，1982，4(2)：10-17.

[3]赵根模.前震和普通震群震源深分布的比较[J].中国地震， 1990， 6(4)： 57-65.

[4]王炜，庄昆元，宋俊高，等.测震学分析预报方法[M].北京：地震出版社，1997.

[5]付虹，王绍晋，李丽，等.滇中地区震源机制一致性参数时空分布与强震活动[J].地震研究，2011，32(2)：113-118.

[6]莘海亮，方盛明，樊计昌，等.豫北及邻区中小地震震源机制解及应力场反演[J].地震研究，2012，35(2)：184-189

[7]王俊，阮祥，郑江蓉，等.汶川地震序列b值的分析研究[J].地震地磁观测与研究，2009，30(2)：15-20

[8]王培铃，马玉虎，姚家骏，等.玉树7.1级地震震情跟踪工作的总结分析[J].高原地震，2012，24(2)：20-22.

[9]蒋海昆，杨马陵，孙学军，等.暴雨触发局部地震活动的一个典型例子：2010年6月广西凌云-凤山交界3级震群活动[J].地球物理学报，2011，54(10)：2607-2619.

[10]胡聿明，时振梁，张裕明，等.地震安全性评价技术教程[M].北京：地震出版社，1999.

[11]李细光，史水平，梁结，等.广西及其邻区现今构造应力场研究[J].地震研究，2007，30(3)：235～240.