2009年姚安MS6.0地震序列发震断层及应力场特征

李 君 王勤彩

1) 中国北京100036中国地震局地震预测研究所 2) 中国北京100036中国地震局地震预测重点实验室



2009年姚安MS6.0地震序列发震断层及应力场特征

李 君1)王勤彩1，2),

1) 中国北京100036中国地震局地震预测研究所 2) 中国北京100036中国地震局地震预测重点实验室

本文使用2009年7月9日—12月23日2009年姚安MS6.0地震序列中ML≥1.0地震的震相数据， 采用双差定位法对该序列进行重定位， 共得到643次地震的精定位结果； 利用P波初动和振幅比法获取了20次ML≥3.0地震的震源机制解； 在此基础上采用滑动拟合法得到姚安MS6.0地震序列的震源区应力场． 研究结果表明： ① 2009年姚安MS6.0地震序列的发震断层为NW走向、 NE倾向的高角度右旋走滑断层； ② 该序列的余震条带延伸方向与2000年姚安MS6.5地震序列一致， 两次主震震源机制解一致且两个地震序列均发生在马尾箐断裂上， 2009年姚安MS6.0地震序列是马尾箐断裂向NW方向的延伸； ③ 姚安MS6.0地震震源区的最大主应力方向为NNW--SSE向， 接近水平, 与区域应力场方向一致； ④ 2009年姚安MS6.0地震序列是在区域应力增强的背景下， 位于高低速过渡带高速一侧的震源区应力高度积累， 使得马尾箐断裂向NW方向破裂扩展的结果．

姚安MS6.0地震序列 双差定位法 P波初动法 振幅比法 应力场

引言

2009年姚安MS6.0地震发生在滇中地块内部， 震中位于(25.55°N， 101.105°E)． 滇中地块是川滇菱形地块的次级构造， 是由丽江—小金河断裂、 安宁河—小江断裂和红河断裂围成的三角形区域． 由于青藏高原地壳物质向东运移和阿萨姆顶点楔入的共同影响， 川滇地区地震活动强烈． 位于川滇菱形地块南部的滇中地块， 其周边断裂历史上发生了多次M≥6地震， 而其内部地震活动较弱. 但近年来， 滇中地块西部接连发生了5次M≥6.0地震， 即2000年姚安MS6.5， 2001年永胜MS6.0， 2003年大姚MS6.2，MS6.1及2009年姚安MS6.0地震(王新岭等， 2005)． 其中， 2009年姚安MS6.0地震造成1人死亡， 372人受伤， 直接经济损失达21.541亿元(刘涌梅， 2009)． 因此， 研究姚安MS6.0地震的震源断层特征和孕震机制， 对预测地块内部中强地震的发生、 减少人民生命和财产损失具有重要意义．

“十五”中国数字测震台网建设完成后， 云南省地震局区域数字地震遥测台网共建成台站46个， 于2008年1月正式运行． 2009年姚安MS6.0地震后， 震区还布设了6个临时台站． 数字地震台站的加密为我们获得精确的地震位置和震源机制解提供了保障．

本文拟利用云南及其邻区固定台站和震区临时台站的地震波形和震相资料， 采用双差定位法对2009年姚安MS6.0地震序列进行精定位， 并利用P波初动和振幅比法计算部分余震的震源机制解. 根据所得的震源机制解反演震区应力场， 进而研究姚安地震的发震构造和孕震机制．

1 资料分析

本文所使用数据为云南省地震局台网中心2009年7月9日—12月23日搜集的姚安MS6.0地震序列中ML≥1.0地震的震相报告和ML≥3.0地震波形数据； 共使用台站52个(图1)， 其中固定台站46个， 震区临时台站6个， 台站仪器均为宽频带地震仪． 固定台站中7个台站仪器型号为CTS-1， 数采型号为EDAS-24L， 仪器幅频特性平坦段为120 s—50 Hz， 其余台站仪器型号为KS-2000M， CMG-3ESPC和BBVS-60； 临时台站仪器型号均为CMG-3ESPC， 数采型号为EDAS-24IP， 仪器幅频特性平坦段为50 s—50 Hz．

图1 研究区台站、 断裂及历史地震分布

由震相报告整理出HypoDD输入格式的地震序列目录和震相到时文件， 取初至波为直达波， 双差定位所使用的台站与余震震源的距离均小于200 km． 本文使用52个台站的波形数据计算余震震源机制解．

2 地震精定位

本文采用Waldhauser和Ellsworth(2000)提出的双差定位法对2009年姚安MS6.0地震序列进行精确定位. 该方法利用地震对之间的走时差反演震源位置， 能够有效消除地震对至台站的传播路径上相同部分的路径效应， 对速度模型的依赖性相对较小． 然而， 震源所在地层的速度值会对定位结果产生影响， 所以仍需尽可能选取接近真实的地壳速度模型． 本文以胡鸿翔等(1986)得到的滇西地区人工测深剖面的P波速度为基础， 并参考李永华等(2009)获取的云南及其邻区vP/vS结果以及吴建平等(2006)的云南地区地壳速度结构， 确定了姚安及其邻区的分层速度模型和地壳波速比， 如表1所示．

表1 姚安及其邻区的分层速度模型和地壳波速比

在双差定位过程中， 震源位置初始值和输入的震相文件均由震相报告中提取． 根据读数精度对震相数据进行加权， P波为初至波， 其读数精度高于S波， 因此取P波权重为1.0， S波权重为0.7． 每个地震对的观测记录次数大于8， 震源距离小于5 km， 迭代次数为10次， 均方根残差由迭代前的0.51 s降至迭代后的0.1 s, 最终共得到643次地震的精定位结果， 占参与重定位地震总数的91%． 图2给出了双差重定位前、 后余震震源位置的分布. 可以看出， 双差定位前余震震中的条带状分布不明显， 震源深度集中在5—10 km， 地震丛短轴CD剖面的震源分布呈球形， 无法判别震源断层产状(图2a)． 双差定位后余震震中分布呈NW向条带状分布， 条带中西部余震分布比较密集， 东部相对稀疏， 震源深度集中在3—13 km， 震源断层倾向为NW向， 高倾角， 且接近直立(图2b)， 该结果与王长在等(2011)采用双差层析成像法得到的2009年姚安MS6.0地震序列的精定位结果一致， 与使用流动地震台网数据定位得到的2000年姚安MS6.5地震震中分布条带方向(秦嘉政等， 2003； 王新岭等， 2005)也一致．

图2 不同方位角φ、 仰角δ下双差重定位前(a)、 后(b)姚安MS6.0地震序列余震震中分布及震源深度剖面图AB和CD分别为重定位后地震丛的长轴和短轴， 下同

3 震源机制解及应力场特征

利用P波初动和振幅比法(Snokeetal， 1985； Snoke， 1989)计算2009年姚安MS6.0地震序列的震源机制解. 该方法综合利用振幅比和P波初动符号确定震源机制解， 克服了传统P波初动法在节面交界处难以辨别P波符号、 过度依赖台站分布的弱点， 对求解中小地震震源机制解有非常好的效果．

图3 2009年姚安MS6.0地震序列震源机制解及震源区最大(红色箭头)、 最小(蓝色箭头)主应力方向分布Fig.3 Distribution of focal mechanisms of Yao’an MS6.0 earthquake sequence in 2009 and orientation of maximum (red arrow) and minimum principal stress (blue arrow) in the source area

本文使用云南省地震局台网中心固定台站和震区临时台站所记录的ML≥3.0地震波形数据， 读取该波形数据的P波初动、 SV/P和SH/P振幅比， 采用格网搜索法得到了姚安MS6.0地震序列中20次地震的震源机制解， 如图3所示． 可以看出， 震源机制以走滑为主， 两个节面方向分别为NE向和NW向． 结合地震精定位结果(图2)可知， 2009年姚安MS6.0地震序列震源断层为NW向右旋走滑断层， 与张建国等(2009)、 王长在等(2011)及秦双龙等(2012)得到的结果一致． 表2为本文得到的2009年姚安MS6.0主震震源机制解与GCMT(2009)结果的对比， 可以看出两者非常接近．

表2 本文结果与GCMT(2009)得到的2009年姚安MS6.0主震震源机制解结果的对比

利用上述所得的震源机制解数据， 采用滑动拟和法(许忠淮， 戈澍谟， 1984)得到了姚安MS6.0地震序列震源区的应力场. 图4给出了姚安MS6.0地震序列震源机制解P，T，N轴及震源区应力场主轴分布． 可以看出，P轴和T轴均接近水平向，P轴集中分布在0°和180°左右，T轴集中分布在90°和270°左右． 2009年姚安MS6.0地震序列震源区的最大主应力方位角为171°、 倾角为11°， 最小主应力方位角为80°、 倾角为6°， 即震源区的最大主应力方向为NNW--SSE向， 接近水平向； 最小主应力方向为ENE--WSW向， 接近水平向. 这与王绍晋等(2002)得到的2000年姚安MS6.5地震震源区的应力场方向一致， 与阚荣举等(1977)、 许忠淮等(1987)和王绍晋等(2002)得到的滇中地块内部区域构造应力场方向也基本一致．

图4 姚安MS6.0地震序列的震源机制解P, T, N轴及应力场主轴分布图实心圆旁边的数字代表发震顺序Fig.4 Distribution of P, T and N axes of focal mechanism solutions and principal axes of stress field The numbers represent the order of earthquake occurrence. Red, green and blue circles represent P, T and N axes of focal mechanisms, respectively. The triangle, star and diamond represent maximum, minimum and middle principal stress of source area， respectively

结合余震分布方向和震源机制解特征可知， 2009年姚安MS6.0地震序列的主震震源机制解NW向节面为发震断层面． 姚安MS6.0地震序列是在近NS向主压应力作用下， NW走向的高角度断层发生右旋走滑所致．

图5 2000年姚安MS6.5地震序列(红色圆圈)和2009年姚安MS6.0地震序列(蓝色圆圈)震中分布图 Fig.5 Distribution of epicenter locations of Yao’an MS6.5 earthquake sequence in 2000 (red circles) and Yao’an MS6.0 earthquake sequence in 2009 (blue circles)

4 讨论与结论

对地震精定位结果与震源机制解进行综合分析可以看出， 2009年姚安MS6.0地震序列震源断层为NW走向、 NE倾向的高角度右旋走滑断层， 断层长度约为15 km． 2000年1月15日该地区曾发生MS6.5地震序列， 如图5所示． 可以看出， 两次地震的震源机制解非常接近， 震源机制解NW向节面与余震延伸方向一致， 两个地震序列发生在同一断层上， 即NW向高角度右旋走滑断层． 据此可以推测， 2009年姚安MS6.0地震序列是2000年姚安MS6.5地震向NW方向的延伸．

姚安MS6.5和MS6.0地震序列均发生在滇中地块内部， 主要发育有NS走向和NW走向的断层． NS走向的永胜—宜宾断裂、 磨盘山—绿汁江断裂、 罗茨—易门断裂和普渡河断裂等均为左旋走滑断裂； NW走向的建水—楚雄断裂、 通海—牟定断裂和马尾箐断裂等均为右旋走滑断裂(毛玉平， 万登堡， 2001)． 毛玉平和万登堡(2001)通过对震区地震地质调查和航片解译以及地震序列余震震源分布和震源机制解等资料分析认为， 2000年姚安MS6.5地震序列发生在NW走向的马尾箐断裂上， 2009年姚安MS6.0地震震源断层是2000年姚安MS6.5地震破裂带向NW方向的延伸， 因此本文推断， 2009年MS6.0地震是马尾箐断裂沿NW方向的进一步破裂．

姚安MS6.0地震的发生与区域应力场的增强有关． 印度板块与欧亚板块碰撞使得青藏高原物质东移， 受华南地块的阻挡， 高原物质向南东进而向南运动， 使得川滇地区围绕喜马拉雅东构造结作顺时针转动, 造成川滇菱形地块东侧断裂以左旋走滑活动为主, 而其西侧断裂以右旋走滑活动为主(王阎昭等， 2008)． 姚安MS6.0地震序列位于滇中地块内部靠近西侧边界， 震源断层为右旋走滑性质， 与滇中地块西边界的运动性质一致． 川滇地区应力场在川西地区的主压应力方向接近EW向， 在菱形地块北部为NW--SE向， 到滇中地块为NNW--SSE向(崔效锋等， 2006)． 姚安MS6.0地震震源区应力场方向也为NNW--SSE向， 与区域应力场方向一致． 2000—2009年， 滇中地块内部发生了5次M>6.0地震， 显示该地区这一时期区域应力场的增强． 2009年姚安MS6.0地震序列位于地壳高低速过渡带附近， 且大多数地震位于高速体一侧(王长在等， 2011)． 震源区位于易于应力积累的部位， 因此推测2009年姚安MS6.0地震序列是在区域应力增强的背景下， 位于高低速过渡带高速一侧的震源区应力高度积累， 导致马尾箐断裂向NW方向破裂扩展的结果．

综上所述， 本文通过对2009年姚安MS6.0地震序列精定位结果、 20次ML≥3.0地震震源机制解和震源区应力场的研究， 得到结论如下：

1) 2009年姚安MS6.0地震序列的震源断层为NW走向、 NE倾向的高角度右旋走滑断层．

2) 2009年姚安MS6.0地震序列与2000年姚安MS6.5地震序列的余震条带延伸方向一致， 两次主震震源机制解也一致. 两个地震序列均发生在马尾箐断裂上， 2009年姚安MS6.0地震序列是马尾箐断裂向NW方向扩展的结果．

3) 2009年姚安MS6.0地震震源区应力场为NNW-SSE向， 接近水平向, 与区域应力场方向一致．

4) 2009年姚安MS6.0地震序列是在区域应力增强的背景下， 位于高低速过渡带高速一侧的震源区应力高度积累， 使得马尾箐断裂向NW方向破裂扩展的结果．

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Seismogenic faults and stress field characteristics ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009

Li Jun1)Wang Qincai1,2),

1)InstituteofEarthquakeScience,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100036,China2)KeyLaboratoryofEarthquakePrediction,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100036,China

This paper adopted double difference earthquake location algorithm to relocate the earthquakes withML≥1.0 of theMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009 from July 9 to December 23, 2009, and obtained precise locations of 643 earthquakes, and then the focal mechanisms of 20 earthquakes withML≥3.0 were determined by using the first motion of P-wave and amplitude ratio method. The stress field ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence are obtained by using moving fitting method. The results show that: ① The seismogenic fault ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009 is of right-lateral strike-slip type with NW trending, NE dipping, and high-angle. ② The extend-ing direction ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009 is consistent with that of theMS6.5 Yao’an earthquake sequence in 2000, so does the focal mechanism solution of mainshock. Both of the two sequences occurred on Maweiqing fault, and the sequence in 2009 occurred on the NE-trending extending of Maweiqing fault. ③ The stress field ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009 trends in NNW-SSE direction, which is coincident with the regional stress field. ④ With the strengthening of regional stress field, the stress accumulation in the source region located at the higher velocity side of transitional zone alternating between high and low velocity zones makes the Maweiqing fault extend NE-wards, resulting in the occurrence of Yao’an earthquake sequence in 2009.

Yao’anMS6.0 earthquake sequence； double difference earthquake location algorithm； P-wave first motion method; amplitude ratio method； stress field

李君， 王勤彩. 2016. 2009年姚安MS6.0地震序列发震断层及应力场特征. 地震学报, 38(2): 199--207. doi:10.11939/jass.2016.02.005.

Li J, Wang Q C. 2016. Seismogenic faults and stress field characteristics ofMS6.0 Yao’an earthquake sequence in 2009.ActaSeismologicaSinica, 38(2): 199--207. doi:10.11939/jass.2016.02.005.

国家自然基金青年科学基金(41404047)和中国地震局地震预测研究所重点项目(2014IES010204)共同资助.

2015-09-16收到初稿， 2016-01-18决定采用修改稿.

e-mail: wangqc@seis.ac.cn

10.11939/jass.2016.02.005

P315.1

A