滇西南地区双震序列应力触发及地震活动性研究

刘方斌 袁道阳 王爱国 庞炜

1）中国地震局兰州地震研究所，兰州市城关区东岗西路450号 730000

2）山东省地震局，济南市历下区文化东路20号 250014

3）兰州地球物理国家野外科学观测研究站，兰州 730000

0 引言

地震是在一定构造应力作用下断层相对运动的结果，断层的运动方式与所受构造应力作用有关（庄培仁等，1996）。一次大地震的同震位错会使周围断裂或邻近区域的应力状态发生改变，从而引起库仑应力变化（解朝娣等，2010）。近年来，地震产生的库仑应力变化与后续地震发生的时空关系引起了国内外地震学家的广泛关注（Harris，1998；Stein，1999；Steacy et al，2005；Gomberg et al，2008）。研究表明，很小的库仑应力变化（阈值为 0.1bar）就可能触发地震（Harris，1998；Stein，1999），导致区域未来的地震活动发生改变。因此，探索库仑应力变化与地震触发的关系，对研究地震中长期预测和静态应力变化是否触发了后续地震事件具有重要意义，同时，从动力学机制上也为未来区域地震危险性分析提供了新途径。

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滇西南地区地处青藏块体东南缘，东与川滇菱形块体相接，西北与印度板块的东北触角相邻，是我国大陆构造活动强烈且强震频发的地区之一。该区主要分布着NW向、NE向和近SN向3组活动断裂带（图1）。龙陵-澜沧新生地震断裂带（F4）就是该区的一条重要的强震频发带，地震活动具有频度高、强度大、周期短的特征（虢顺民等，2002）。自1521年至今就发生过20多次6级以上地震，其中7级以上地震6次。同一地区在同一年甚至同一天连续发生2次强烈地震是滇西南强震活动的一个显著特点（周瑞琦等，1998），以1976年5月29日发生的龙陵7.3、7.4级地震和1988年11月6日的澜沧-耿马7.6、7.2级地震最为典型。上述2次双震型地震均发生在同一天，且发震时间间隔较短，那么前后2次强震之间是否存在触发关系？2次双震的触发类型是否相同？它们与后续中强余震活动是否存在应力变化上的关系？该区的地震活动性又怎样？澜沧-耿马地震距今已有27年，震后的粘弹性松弛效应将进一步改变周边断层上的应力状态，深入分析龙陵-澜沧新生地震断裂带及其周边主要活动断层上的应力积累对于认识和理解滇西南地区的强震活动和判定未来的地震危险性等具有重要意义。

图1 滇西南地区主要活动断裂分布

本文利用弹性半空间模型和岩石圈介质波速模型，计算了滇西南地区2次双震之间及对后续地震的应力变化，同时对该区未来的地震活动性也进行了研究，进一步明确了2次双震导致的周边断层的应力状态变化，为圈定未来地震危险区和探究地震相互作用提供了有力证据。

1 库仑应力变化计算模型

越来越多的研究表明，大地震后地壳变形过程中岩石圈的粘弹性引起的应力变化不可忽视，粘弹性的影响可以达到同震静态响应的同等量级（Johnson et al，2007；雷兴林等，2013）。因此，本文用静态和粘弹性库仑应力模型计算模拟研究区的应力变化。

基于均匀各向同性的弹性半空间模型和岩石圈介质波速模型，在计算库仑应力变化过程中都必须输入源断层和接收断层的几何特征参数（断层走向、倾角、滑动角）和发震断层的同震位错量（走滑和倾滑分量）。由于不同震源机制的参数选取对应力变化的影响存在差异（王莹，2011），本文主要采用CMT和张之立等（1992）所提供的震源机制参数（表1）。

1.1 岩石圈介质波速模型

Determining the center of gravity is a critical step in the aircraft design because the stability,control,and trim calculations depend on this step.Experimental equations are used for estimation of this center in this study.

综上所述,导师素质既直接影响研究生的学术水平,又通过影响研究生的学术感知力间接影响研究生的学术水平,本文所构建的理论模型如图1所示。

图2 研究区岩石圈介质波速模型

1.2 库仑应力变化定义

“蘑菇，你在难为自己，是不是？邻居把老人送到医院时，她的儿女已拖延了老人的病情许久，我们心知肚明，她股骨干多段粉碎骨折和身体其余部位多处骨折绝不是她向警察解释的‘下楼买菜，不慎摔倒’那么简单的事。严重创伤急救出现于意外发生后数秒至数分钟内的第一个高峰期和数分钟至数小时内被称为第二高峰期的‘黄金时段’，你紧紧把握住急救时间的有限性，护士长早上和我说起你昨晚忙而不乱，有条不紊的急救。与死亡对抗，你尽了全力，问心无愧，不要把自己逼到墙角，好吗？老人的儿女没有权利这样对待你，是否伤到了其他地方？”

由表1数据可知，接地极线与极导线共塔架设后，极导线的反击和绕击闪络率均低于独立架设线路，正极每百公里降低0.031 8次(水平排列)和0.133 7次(垂直排列)，负极每百公里降低0.008次(水平排列)和0.000 1次(垂直排列)，这主要是由于共塔线路的极导线受到接地极线的屏蔽保护作用。

其中，Δτ为破裂面上的剪应力变化；μ′为内摩擦系数；Δσ为正应力变化（张开为正，压缩为负）；ΔCFS＞0和ΔCFS＜0分别表示断面上被加载（应力加大）或被卸载（应力松弛）。本文借鉴前人（Stein et al，1992；King et al，1994；万永革等，2000；Troise et al，1998；Astiz et al，2000）的计算取值，将内摩擦系数定为0.4。应变场张量可以通过断层位错和格林函数求得。对于弹性半空间模型，格林函数可以用 Okada（1992）的解析解，但对于岩石圈介质波速模型，笔者则通过 PSGRN程序得出（Wang et al，2006）。

1.3 地震位错模型

水利移民安置工程涵盖范围较广、领域多所以移民信息量极大，所以水利移民安置的基础数据和相关工程数据的收集和整理是其安置工程的核心技术。

表1 龙陵地震和澜沧-耿马地震破裂参数

2 龙陵地震和澜沧-耿马地震静态应力触发对比

2.1 龙陵地震

龙陵地震区位于龙陵-瑞丽断裂（F1）、畹町断裂（F2）和怒江断裂（F3）所围限的三角地块内（图1）（周瑞琦等，1998），发震断裂为龙陵-澜沧断裂带（F4）的龙陵-永德段（虢顺民等，2002）。该地震是典型的双震型强震，主震发生前伴有2次中强地震，余震丰富，但其分布区并未呼应2个大震节面走向相近的优势方向。2次地震只是造成了几组走向不同的裂缝带，而没有明确的地表破裂（周蕙兰等，1984），每个地震都有长轴方位相互垂直的2个极震区。如此强的地震为何没有产生明确的地表破裂？2次强震的震中距离极近，那它们是否存在一定的应力触发关系？

虽然利用弹性半空间模型可以有效地计算较短时间内的库仑应力变化，但在震后的更长时间（数十年～上百年）内，有许多影响震后应力变化的因素，如震后余滑、孔隙效应和粘性松弛等。其中震后介质的粘性松弛效应对震后应力有重大影响（孙玉军等，2013）。上述4次地震分别距今27、39年，因此采用粘弹性岩石圈模型更合理。本文根据图2给出的岩石圈介质波速模型以及表1给出的震源参数模拟下地壳和上地幔的粘弹性松弛效应，计算了研究区内的库仑应力变化（图4）。结果显示，澜沧-耿马地震后近30年的粘弹性松弛应力变化呈双X型展布，其中，NW向的腾冲-龙陵、永德-勐省以及澜沧的东南地区，NE向的瑞丽、镇安、大理、上允、永平等地的库仑应力增加，潜在地震活动性有所增强。

根据库仑破裂准则，当断层面上剪应力达到抗剪强度时，岩石将会产生破裂。因此定义库仑应力变化为

为了更好地研究龙陵双震的库仑应力变化对余震的影响，笔者将2次主震产生的库仑应力变化进行叠加，结果如图3（b）所示。图3（b）显示，龙陵双震的库仑应力变化使得绝大多数后续中强余震位于应力增加区内，即龙陵双震对后续地震的发生具有一定的触发作用。

图3 静态库仑应力变化

2.2 澜沧-耿马地震

图3（c）给出了澜沧地震对耿马地震震源区施加的库仑应力分布，计算可得，耿马地震位于库仑应力变化的增加区，其库仑应力变化值为0.35bar，说明澜沧地震对耿马地震有触发作用。与龙陵双震不同的是澜沧-耿马地震属于牵动型双震，即1次地震发生后，发震构造牵动其他相关构造活动而发生地震（周瑞琦等，1998）。这种地震的特点是发震断层具有足够的能量积累（或应力集中），破坏程度高。同样，笔者对2次主震采用叠加的方式对余震产生的库仑应力变化进行了计算（图3（d）），结果显示，17次余震中有10次位于应力增加区，触发率达60%，触发效果明显不如龙陵地震。

澜沧-耿马地震发生在滇西南构造区内的龙陵-澜沧断裂带的汗母坝-澜沧段。根据前人的研究结果（周瑞琦等，1990；俞维贤等，1991a、1991b、1994；王辉等，1991），澜沧断裂（F4）和黑河断裂（F5）的共同作用导致了1988年澜沧地震的发生，并形成了长约35km的地震地表破裂带，而耿马地震的发震断裂为汉母坝断裂（F4次级断裂），形成的地震地表破裂带长约24km。

1988年11月6日在云南澜沧地区发生了7.6级地震（澜沧地震），13min后发生了耿马7.2级地震（耿马地震），主震后1个月内共发生MS5.0～6.9强余震12次。

综上所述，在澜沧-耿马地震中，澜沧地震对耿马地震的应力触发作用是明显的，这与活动断裂的研究结果是一致的（周瑞琦等，1998）；绝大多数后续余震受到了主震的应力触发作用，其中龙陵双震触发效果较明显。表明龙陵地震和澜沧-耿马双震活动机制是有差异的。

3 研究区地震活动性分析

3.1 粘弹性库仑应力调整

图4 研究区粘弹性库仑应力场

由于前人（马宗晋等，1980；王绍晋等，1979）对其震源机制看法不同，而震源机制参数的选取直接影响到库仑应力变化的分布，其中影响最大的是滑动角，其次为倾角和走向（王莹，2011），本文采用CMT提供的参数进行计算。图3（a）给出了龙陵7.3级地震库仑应力变化对后续7.4级地震的影响，研究区内的主要活动断裂（蓝色线）也呈现图中。图3（a）显示，7.4级地震震中位于7.3级地震应力影区，对其发生有减缓作用。而事实上，7.3级地震发生后1.5小时该强震随即发生，且震级比主震要大。假设没有先前的地震，后续的地震震级可能更大，发震时间也可能更早。前次地震的发生可能延缓了后面地震的发生时间并降低了震级，这可能是同一断裂上2个不同点源先后发生破裂所导致，属于共轭性强震（周瑞琦等，1998）。

3.2 研究区地震活动性

图5为研究区内 1970年以来的地震活动性空间分布，图5（a）、（b）、（c）分别给出了M≥7.0、M≥5.0、M≥3.0地震震中分布。如图所示，M≥7.0地震主要集中分布在龙陵、上允、大理等地，呈3地独立状态；M≥5.0地震主要是在M≥7.0地震分布的基础上类似同心圆式的向外呈辐射状分布，但是3个地区仍呈独立状态；而M≥3.0地震继续向外辐射使得3地区连成一片。总之，地震分布情况与图4计算的库仑应力增强区相对应，表明库仑应力变化对地震活动的影响。

图5 地震活动区域分布

4 结论与讨论

本文基于均匀各向同性的弹性半空间模型和岩石圈介质波速模型，建立了龙陵地震和澜沧-耿马地震的库仑应力变化模型，一方面分析了双震之间及其对后续地震的静态应力触发作用，另一方面也给出了震后约30年的粘弹性库仑应力变化以及地震活动区的分布。所得结论如下：

本研究中岩石圈介质波速模型的相关参数由crust2.0确定（图2）。如图2所示，分层模型各层的厚度以及vP和vS更加准确地确定了库仑应力变化。由于龙陵双震和澜沧-耿马双震的2次主震时间间隔较短，因此采用弹性半空间模型进行计算比较合理，上述4次地震分别距今27、39年，对于现阶段的应力变化，笔者则采用Maxwell粘弹性体模拟下地壳和上地幔的粘弹性松弛效应，计算其对研究区周边地区的库仑应力调整。

（1）龙陵双震和澜沧-耿马双震活动机制存在差异。龙陵双震是同一断裂上2个不同的点源先后发生破裂导致，龙陵7.3级地震的发生减缓了7.4级地震的发生，同时降低了发震震级，属于共轭型双震；相反，澜沧地震对随后的耿马地震有一定的触发作用，致使耿马地震提前发生，属于牵动型双震。

（2）绝大多数后续余震受到了主震的应力触发作用，其中龙陵双震触发效果较明显。

接车后首先确认故障，确实如车主所述。另外，通过与车主沟通了解到，该车尾部发生过比较严重的追尾事故，为此更换过车身(图1)。

（3）根据震后粘弹性松弛应力场变化得出现阶段NW向的腾冲-龙陵、永德-勐省以及澜沧以东南地区，NE向的瑞丽、镇安、大理、上允、永平等地库仑应力变化呈增加趋势，也说明地震危险性有所增强，这与地震活动性增强相吻合。

致谢：感谢匿名审稿专家对本文修改提出的宝贵意见。