2012年新源—和静MS6.6地震视应力变化分析

李艳永王范霞聂晓红向 元

1）中国乌鲁木齐830011新疆维吾尔自治区地震局

2）中国新疆维吾尔自治区833400温泉地震台

2012年新源—和静MS6.6地震视应力变化分析

李艳永1）王范霞2）聂晓红1）向 元1）

1）中国乌鲁木齐830011新疆维吾尔自治区地震局

2）中国新疆维吾尔自治区833400温泉地震台

利用2009年1月—2012年12月宽频带数字地震波形资料，基于Matlab平台，应用SWAS程序，计算新疆新源—和静MS6.6地震震源区中小地震的震源参数，分析地震前后视应力变化特点，探寻震源区应力状态。结果表明：新源—和静MS6.6地震视应力具有明显的“高值—回落—高值发震—震后降低”的特点，震级与地震矩对数、拐角频率、震源破裂半径及矩震级成一定线性相关性，且与视应力值存在一定相关性。

新源—和静MS6.6地震；震源参数；视应力

0 引言

2012年6月30日5时07分新疆新源—和静交界发生MS6.6地震，震中位于（43.4°N，84.8°E），震源深度7 km（据新疆地震台网）。此次地震发生在天山地震带中天山东部，地处伊犁盆地东部边缘高海拔山区，震区构造环境较为复杂。新构造运动以来，由于印度板块向北逆冲推移，天山再次快速隆起，部分断裂重新复活，形成多个山间断裂盆地。据考察，震区位于喀什河断裂、那那提断裂及阿吾拉勒山南缘断裂交汇区，多组不同构造在此交汇。喀什河断裂呈NWW右旋走滑断裂，在中国境内长达340 km，西部延伸至哈萨克斯坦境内，是博罗科努山与伊犁盆地分界断裂，控制伊犁盆地北部边界。那那提断裂呈NEE向左旋走滑断裂，长度大于400 km，向西南延伸至吉尔吉斯斯坦境内，系中天山与南天山的界线。阿吾拉勒山南缘断裂近东西走向，全长180 km，呈断续斜列展布。

关于新源—和静MS6.6地震，不同学科方向的研究者进行深入细致的分析。魏芸芸等（2012）研究表明，本次地震为主—余型地震，发震构造为北天山地震带喀什河断裂、那那提断裂及阿吾拉勒山南缘断裂的交汇区；震源断错性质为走滑型，震前震源区周围存在明显的空区和条带等中短期异常，没有短临异常。张振斌等（2012）利用新疆区域近40个强震动台记录的地面运动，得出此次地震最大峰值加速度为3.484 m/s2。高朝军等（2013）对该地震前后波速比特征进行研究表明，地震前波速比在空间上形成一个低值异常区，震区周围波速比在发震后恢复正常。冉慧敏等（2014）利用CAP方法反演地震序列的震源机制解，得到主震节面Ⅰ为发震断层，为走向NWW、近乎直立的左旋走滑断层，此次地震震源断错性质和主压应力方向及序列P轴优势方位与震源区周围构造应力场特征基本一致。秦刘冰等（2014）利用CAP方法分别对近震、远震单独反演和联合反演；使用hypo DD方法对余震序列重新定位，推断节面Ⅰ可能为此次地震的物理劈裂面，此地震可能是天山地区南北向挤压导致NWW右旋逆冲走滑喀什河断裂发生错动而引起的。这些研究结果对于探究新源—和静地震震前异常，孕震机理具有重要的启示意义。

近年来，视应力作为一个地震震源参数，在地壳应力场动态变化监视和地震预测研究中的应用等方面受到重视。孙艳萍等（2007）对新疆2003年、2005年2次6级强震前后视应力研究发现，视应力具有地震前表现为低值，主震前逐渐上升，震后视应力恢复的动态变化过程；李国佑等（2015）对2008年、2009年大柴旦2次震中相近的6级地震序列视应力研究发现，视应力有一定差异，可能与震源深度和发震构造差异有关。目前，地震视应力研究较为广泛，对一个地区引起地震滑动的视应力水平进行区域平均，可作为当地绝对应力水平的一个间接估计（万永革等，2008）；对中强地震序列视应力特征研究，可为震后震情趋势判定提供参考，对区域视应力研究可用于断裂带应力状态分析。本文在以上研究基础上，尝试探讨新源—和静MS6.6地震震源区应力状况，分析地震前后中小地震的震源参数特征及视应力变化特点，为该区今后地震监测预报探究提供参考。

1 计算方法

地震视应力定义（Wyss M，1968）为

式中，μ为震源区介质的剪切模量；η为地震效率；ES为地震辐射能量；M0为地震矩，ES和M0通过地震波形分析反演得到，μ通常取3.4×104MPa（Choy G L et al，1995）。

传统地震学中，ES和M0基于震级通过经验公式推算得到，随着数字化地震资料的出现，结果更为客观。近震源情况下，根据Brune圆盘模型，地震事件的震源位移谱可由震源谱低频水平和拐角频率表示，即

式中，D(f)和V(f)分别为地动位移谱和速度，Ω0为地震波零频极限，f0为拐角频率。地动位移和速度的功率谱积分分别为

根据上述方法，选用数字地震波形资料，计算新源地震前中小地震震源参数及视应力，进而分析新源—和静地震前后视应力变化特征。

2 震源参数计算

2.1 数据筛选

选取S波1.0—20 Hz频带内地震波形计算震源谱，基于Matlab平台，利用SWAS（朱新运等，2008）程序，计算新源—和静MS6.6地震震源区中小地震的震源参数和地震视应力。选取离震源150 km范围内具有高性噪比的宽频带数字化地震波形，要求至少被5个台站记录到，台站参数见表1。选取新源—和静MS6.6地震前事件和地震序列的时间范围分别为2009年1月1日至2012年6月29日和2012年6月30日至12月31日，震级范围为4.9≥MS≥2.5，共选取77个地震样本。

采用SWAS计算的震源参数和视应力是震源谱平均值，在多台波形分析时，直接舍弃震源谱计算结果不理想的地震，可以较好地消除个别台站异常值对计算结果的影响。在SWAS计算过程中，控制参数参考唐兰兰（2011）对天山中东段地区的非弹性衰减、场地响应的结果，即Q(f)=460.7f0.515。

表1 震中周围台站参数Table 1 The station parameters around the hypocentral

2.2 震源参数结果

利用数字地震波形数据，计算各地震震源参数，结果为：地震矩范围介于8.00×1013—2.87×1015N·m；拐点频率介于2.2—5.8 Hz；震源破裂半径介于217—621 km；应力降介于8.90×104—9.19×106MPa。各震源参数与研究范围内的地震震级表现出一定对数线性关系或线性关系，见图1，可得出地震矩对数与MS震级的关系式为： lgM0=0.39MS+ 11.11，拐角频率与MS震级的关系式为：f0=-0.97MS+ 7.04；震源破裂半径与MS震级的关系为：R=100.06MS+ 38.58；矩震级与MS震级的关系为：MW=0.57MS+ 1.36。即地震矩对数、震源破裂半径、矩震级与面波震级呈一定正相关，拐角频率与矩震级呈负相关。

图1 震源参数与震级关系(a)M0与MS； (b)fc与MS； (c)r与MS； (d)MW与MSFig.1 Relationship between hypocentral parameters and magnitude

3 视应力分析

3.1 地震视应力变化特点

通过计算，获得新源—和静MS6.6地震序列及震源区震前视应力，变化曲线见图2，可见视应力数值范围为0.134—3.75 MPa。由图2可见，地震视应力具有比较明显的“高值——回落——高值发震——震后低值”的变化特点，与易桂喜（2011）、李赫（2010）等的研究结果基本一致。本研究结果表明，视应力在新源—和静地震前持续保持在高水平范围，与震源区震前处于高应力状态的理论推断基本一致。新源—和静MS6.6地震后，余震众多，当天发生多次地震，在满足震级计算的条件下，参与计算的地震主要集中在2.8—3.6级。统计新源—和静地震序列的视应力，发现除2次4级余震外，视应力保持在低值水平，震后平均视应力为0.253 MPa，震前震源区平均视应力为0.721 MPa，可见震后视应力明显偏低。此次地震震源区无5级以上强余震，与震后震源区保持低应力水平相符。

图2 地震视应力变化曲线Fig.2 Seismic apparent stress change curve

3.2 视应力与震级关系

利用计算的新源—和静MS6.6地震视应力，绘制MS震级与视应力关系图，见图3，可以看出，震级与视应力表现出一定正相关关系，随着震级增大，视应力有增大趋势，与大多数学者的研究结果一致。两者正相关关系对地震视应力结果的变化分析有一定影响，但此相关性并不绝对，为了弱化相关性对视应力的影响，在分析视应力时，利用视应力值和震级的相对大小来说明视应力水平的高低。即针对震级相当的地震对比视应力，视应力值高的应力水平高；对于视应力值相当的地震，则震级低的应力水平高。由图2标注的地震可以看出，新源—和静地震前，MS3.4、MS4.1、MS4.1、MS3.9地震视应力分别是3.75 MPa、2.13 MPa、1.67 MPa、2.36 MPa，与震后震级相同或相近的地震对比，视应力值明显偏高，说明震前震源区应力水平处在较高背景下。新源—和静地震后视应力值偏低，也说明此地震的发生对震源区能量有较完整的释放，无5级余震发生在一定程度上印证了此论点。

图3 视应力与震级关系Fig.3 Relation of apparent stress and magnitude

4 结论

通过视应力变化反映震源区应力状态的积累—释放过程，有利于震前潜在震源区应力水平及地震后的发展趋势判定，综合视应力变化及地震学其他震前异常识别方法，可能对地震预测有一定实践意义。本文利用宽频带数字地震波形资料，计算新源—和静地震前后震源区中小地震震源参数，对比分析该地震前后视应力变化，得出以下结果：①震级与地震矩对数、拐角频率、震源破裂半径及矩震级成一定相关性；②中小地震震级与视应力值高低存在一定相关性；③新源—和静地震前后视应力变化具有“高值—回落—高值发震—震后降低”的特点，即震前震源区处于较高应力状态，震后应力水平明显下降，且震前地震视应力偏高。

本研究使用朱新运博士提供的SWAS程序做震源参数计算，在此表示感谢。

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About apparent stress change of Xinyuan-HejingMS6.6 earthquake in the year 2012

Li Yanyong1)，Wang Fanxia2），Nie Xiaohong2）and Xiang Yuan1）
1)Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region,Urumqi830011,China
2)Wenquan Seismic Station,Xinjiang Uygur Autonomous Region833400,China

In this paper, using the data of small earthquakes recorded since 1970 and broadband digital seismic wave recorded from January 2009 to December 2012, the hypocentral parameter and apparent stress of Xinyuan-HejingMS6.6 earthquake is calculated with the program SWAS based on Matlab platform, and the apparent stress change characteristics is also analyzed.The main results show: there is a linear correlation between the magnitude, the logarithm of the seismic moment, the corner frequency, the rupture radius of the source and the moment magnitude; There is also a certain correlation between the magnitude and the value of the apparent stress; the seismic apparent stress has obvious the characteristics of “high value—down—the high value occurred earthquake—reduced after earthquake ”.

Xinyuan-HejingMS6.6 earthquake，hypocentral parameter，apparent stress

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.003

李艳永（1984—）， 男，硕士，河南上蔡人， 工程师，主要从事地震监测工作。E-mail：370451652@qq.com

测震青年骨干专项（项目编号：20160526）

本文收到日期：2015-10-22