漾濞MS6.4地震前震源機制一致性參數演化特征

樊文杰

1 云南省地震局，昆明市北辰大道148號，650224

強震是地下介質受到長期構造應力作用，最終在應力集中區突然破裂釋放的結果[1]，而中小地震震源機制解作為震源附近應力場的重要指標[2]，不僅能夠反映震源斷層的力學特征，還可以反映地震前后震源區域應力狀態的變化。已有研究表明，強震發生前的小震震源機制有趨于一致的現象，震源機制一致性可以用來描述地震活動[3]，表明震源區域一定范圍內的應力正逐漸集中，有助于強震的孕育發生。為研究震前震源機制的一致性特征，國內外學者提出多種分析計算方法[4-13]，結果表明，震源機制一致性參數所反映的應力狀態變化能夠用來捕捉強震前的震兆信息，可作為強震危險性的有力判據。

根據中國地震臺網中心測定，北京時間2021-05-21 21:48:34云南省大理州漾濞縣發生MS6.4地震，震中位置為25.67°N、99.87°E，震源深度8 km，是云南省內自2014-10-07景谷6.6級地震后的首次超6級強震。由于該地震前震現象明顯，為典型的前震-主震-余震型地震序列[14]，因此分析地震前后應力變化特征對于地震預報具有重要意義。此外，漾濞地震所處的滇西北地區近年來5級地震活動十分頻繁，發生了2013年洱源MS5.5和MS5.0雙震、2016年云龍MS5.0等中強地震。為研究地震前的應力狀態及小震震源機制一致性特征，本文根據Michael等[10-12]提出的方法對漾濞及周邊地區中強地震前震源機制一致性參數平均Misfit角進行計算，并在此基礎上探討應力變化與地震間的關系，為研究區中強地震危險性研判提供理論依據。

1 數據和方法

1.1 數據

本文收集整理不同機構發布的漾濞地震序列相關震源機制解數據，其中主震及最大余震的震源機制解來源于美國地質調查局USGS，其他地震序列結果來源于中國地震科學實驗場基于人工智能開發的EarthX智能地動系統，該系統可利用震后波形實時計算產出結果。段夢喬等[15]將EarthX智能地動計算結果與利用CAP方法計算的結果進行對比后發現，2種方法得到的震源機制解較為一致，由此驗證了智能地動產出結果的可靠性。本文收集包括前震序列在內的42次MW≥3.0地震事件的震源機制解結果，研究時段為2021-05-18～06-05。同時還收集了2000年至漾濞地震發生前距震中100 km范圍內MS≥3.0歷史地震的震源機制解數據，包括徐彥[16]、趙小艷等[17]及中國地震科學實驗場大理中心利用CAP方法計算獲得的共172條數據。2種震源機制解合計214條數據的空間分布情況如圖1所示。

1.2 方法

Michael[10-11]提出將非線性問題[18-19]轉化為線性問題反演應力張量的線性反演算法：假設斷層滑動矢量平行于施加在斷層面上的平均剪應力方向，將二者之間的夾角β作為假定應力張量和滑動矢量差別的評判標準。反演時隨機選取震源機制2個節面中的1個進行計算，利用數據集內的多組數據共同約束，最終反演獲得最優應力張量。Michael等[12]研究表明，隨著非均勻性的增加，應力場均勻分量逐漸減少，此時可用每個節面上觀測到的滑動方向和最優應力張量預測的剪應力方向之間夾角β的平均值來表示應力場的均勻程度。若應力場均勻，說明可用1個統一的應力張量來解釋觀測到的震源機制解，也說明震源機制趨于一致。本文采用平均Misfit角作為表示震源機制一致性程度的參數，平均Misfit角越小，表明震源機制一致性程度越高；反之，則表明震源機制一致性程度越低。

2 震源機制參數分析

2.1 震源機制解類型

參照世界應力圖劃分標準[20]，根據P、B、T三軸的傾伏角大小將震源機制解分為6類：正斷型(NF)、正走滑型(NS)、走滑型(SS)、逆走滑型(TS)、逆斷型(TF)和不確定型(UD)。根據分類準則，對研究區震源機制解數據進行劃分并歸類統計(圖1)。為便于統計和繪圖，將正斷型和正走滑型統稱為正斷型，將逆斷型和逆走滑型統稱為逆斷型。結果表明，研究區內的震源機制解主要為走滑型，占總數的56%；其次為正斷型，占總數的28%；逆斷型和不確定型各占總數的8%。

漾濞MS6.4地震具有明顯的前震現象，為更直觀地對比主震前后震源機制解的差異，將漾濞地震序列震源機制解按發震時間先后順序進行排列，結果見圖2(a)(圖中沙灘球上的數字為各震源機制和主震震源機制間的最小空間旋轉角)。圖2(b)為地震序列震源機制解的空間分布情況。從圖2可以看出，主震發生前，包括MS5.6(MW5.2)地震在內的前震序列震源機制解基本均為走滑型，與主震應力類型一致，僅有1個地震為正斷型；主震發生后，MS5.2(MW5.1)最大余震出現明顯的正斷分量，隨著余震序列的不斷發展，震源機制類型也逐漸增多，正斷型、不確定型地震不斷增加，還伴隨有1個逆斷型地震的發生。此外，利用震源機制解最小空間旋轉角[21]計算得到的前震序列地震和主震的震源機制差別較小，最小空間旋轉角大多在30°以內；而余震序列地震和主震的震源機制差別較大，絕大部分最小空間旋轉角大于30°，說明前震和主震的震源機制一致性較好，而余震和主震的震源機制一致性相對較差。

2.2 P、T軸分布特征

雖然震源機制解3個應力軸上的平均統計結果與構造應力方向并不完全一致[22]，但應力軸的優勢方向在一定程度上代表了構造應力作用下區域應力逐漸集中的方向。圖3為研究區震源機制解P、T軸方位分布情況及統計玫瑰圖(線段的長短代表傾伏角的大小，線段越長代表傾伏角越小，反之則傾伏角越大)，可以看出，P軸方位分布范圍約為N30°E～N40°W。距離漾濞震中較遠的外圍地區P軸分布較為零散，且P軸方位和傾角具有一定差異，震中附近地區P軸方位主要為NNW-SSE向。T軸方位分布范圍約為N50°E～E20°S，距離漾濞震中較遠的外圍地區T軸優勢分布現象不明顯，震中附近地區T軸方位主要為NEE-SWW向。雖然應力軸方位在空間上存在部分差異，但總體表現出一定的優勢分布特征。已有的構造應力場研究表明，滇西北地區最大主應力方位為NNW向[23-24]，這與研究區地震P軸優勢分布方位一致，說明地震明顯受制于區域構造應力場，且震源機制解類型也與該地區以走滑型為主的斷裂構造特征相同，如維西-喬后斷裂等[25]。

圖3 P軸和T軸方位分布及統計玫瑰圖Fig.3 The azimuth distribution and statistics rose diagram of P axes and T axes

3 震源機制一致性參數變化特征

為研究震源機制一致性參數平均Misfit角的變化范圍，分別選取距漾濞地震震中50 km和100 km內的震源機制解資料，利用ZMAP軟件[26]，以10個地震為窗長、5個地震為步長進行滑動計算。圖4為研究區不同范圍內平均Misfit角隨時間的演化進程，表1為研究時段相應范圍內發生的MS≥5地震統計。

由圖4及表1可以看出，在震中距50 km范圍內，2020年初至漾濞地震發生前，震源機制一致性參數平均Misfit角出現下降現象；漾濞地震發生后，平均Misfit角時序曲線開始轉折回升。此范圍內其他中強地震發生前后也出現類似現象，如2013年洱源MS5.5和MS5.0雙震、2017-03-27漾濞MS5.1地震發生前平均Misfit角時間序列曲線都有一定程度的下降，說明上述地震發生前小震震源機制均有趨于一致的現象出現。由

圖4 研究區不同范圍內平均Misfit角隨時間變化情況與MS≥5地震M-T圖Fig.4 The variation of average Misfit angle with time and M-T map of MS≥5 earthquakes in research region

表1 2000～2021年研究區MS≥5地震信息

圖4(b)可見，中強地震發生前約1～2 a震源機制也有趨于一致的現象出現。2008年起該范圍內震源機制一致性參數平均Misfit角出現多次下降過程，下降期間同時伴有數次MS5.0以上地震發生。例如2009年平均Misfit角下降期間發生了賓川MS5.0地震，洱源MS5.5和MS5.0雙震發生前平均Misfit角均存在小幅度下降現象。2015年底至2017年平均Misfit角快速下降，即震源機制逐漸趨于一致，表明區域應力水平不斷升高，期間發生的昌寧MS5.1、云龍MS5.0和漾濞MS5.1三次5級地震也驗證了該現象。2019年中旬至2021年中旬平均Misfit角大幅度、長時間下降后發生了漾濞MS6.4地震。整體上看，研究區內各中強地震發生前平均Misfit角均出現下降現象，2008年之后的平均Misfit角與之前相比，整體上處于相對較低的水平，期間研究區5級以上地震表現為群體連發的活動形式。由于震群型和主余型地震無顯著前震活動，數據資料難以滿足單個地震序列的計算要求，且不同類型的地震樣本數量有限，給不同序列類型地震前震源機制一致性參數的變化特征異同類比分析造成一定困難，因此從現有計算結果來看，不同類型地震前震源機制一致性變化特征差別不大。從圖4還可以看出，不同震中距范圍內的平均Misfit角差別不大，這可能與地震數據較少有關。

雖然并不是每一次平均Misfit角下降現象均能對應后續5級以上中強地震，如2008年下降期間該地區未發生5級以上中強地震，僅在2008-02-18發生漾濞4.8級地震，但該地區5級以上地震前平均Misfit角都出現了下降現象，即震前震源機制趨于一致。其中永勝MS6.0地震受限于樣本數量，無法獲得震前平均Misfit角的具體變化形態。前人研究表明，在考慮震源機制解數據計算誤差的前提下，若平均Misfit角大于40°，則認為應力狀態在時間和空間上具有非均勻性[12-13]。不同半徑的計算結果也表明，漾濞地震等中強地震基本都發生在平均Misfit角低于40°期間，此時應力場處于相對均勻的狀態，震源機制一致性程度較高，應力水平較高。這種現象在2008年后尤為顯著，該時段平均Misfit角長期低于40°，研究區5級以上地震的群體活動也十分突出；平均Misfit角大于40°時，應力場處于非均勻狀態，期間研究區內并無5級以上地震發生。此外，平均Misfit角逐漸升高可能表明區域應力集中調整即將結束、震源機制一致性較低、震源機制解類型更加復雜紊亂、強震危險性逐步降低。如漾濞MS6.4地震后平均Misfit角開始逐漸回升(圖4(c))，余震和主震的震源機制解差異也較大，類型多樣(圖2)，后期再無5級以上強余震發生。

4 震源機制一致性參數與b值的關系

大量震例研究和巖石物理實驗表明，震級-頻度關系中的b值具有清晰的物理意義，其數值與壓應力大小呈負相關[27-29]。為進一步考察研究區內中強地震前應力狀態變化情況，本文選取2000-01-01～2021-06-30云南地震臺網速報目錄計算研究區的b值。由于根據G-R關系得到研究區該時段內的地震目錄最小完整性震級為ML1.8，因此本文基于研究時段內所有ML≥1.8地震的目錄資料，采用最大似然法[30-31]計算研究區內b值隨時間的變化情況，并與同樣反映應力狀態的震源機制一致性參數平均Misfit角進行對比分析。選用200個地震樣本作為窗長、20個地震樣本作為滑動步長，根據選取的地震目錄資料計算得到研究區內b值隨時間的變化曲線(圖5)，并標注2000年以來研究區內發生的MS≥5地震，其中紅色虛線為均值線。從圖5可以看出，研究區內5級以上地震發生前，b值都存在不同幅度的下降；2次6級地震發生前，b值下降速率和幅度相對較大。2013～2017年b值多次下降且整體數值相對較低，下降期間發生了洱源MS5.5等多次5級地震，處于地震連發狀態；2021年漾濞MS6.4地震發生前b值快速下降，主震發生后b值開始波動上升。這一現象與震源機制一致性參數平均Misfit角的變化形態類似。

圖5 研究區內b值隨時間的變化情況與MS≥5地震M-T圖Fig.5 The variation of b value with time and M-T map of MS≥5 earthquakes in research region

綜合震源機制一致性參數和b值的變化情況可知，漾濞地震及周邊地區的震源機制一致性參數平均Misfit角和b值與應力狀態之間存在一定的聯系，二者均能反映該地區應力場的變化情況，同時研究區中強地震多發生在震源機制一致性參數和b值下降的過程中。

5 結 語

本文基于收集到的漾濞地震序列及周邊歷史地震震源機制解數據，分析震源機制類型和應力軸分布特征，并在此基礎上研究震源機制一致性參數的時間變化特征與中強地震活動的關系。結果表明，漾濞地震序列及震源附近歷史地震的震源機制解類型以走滑型為主，其次為正斷型。漾濞地震發生前震源機制解類型與主震類型基本一致，大都為走滑型地震，余震類型則會隨序列的不斷發展而變得復雜多樣，正斷型和不確定型等不同類型的地震逐漸增多。

不同震中距范圍內的震源機制一致性參數平均Misfit角的時間演化特征顯示，漾濞地震及周邊中強地震發生前平均Misfit角均有一定程度的下降，說明地震發生前小震震源機制趨于一致，這可能是中強地震的前兆信息。震源機制趨于一致，表明構造應力場的控制作用增強，區域應力開始集中，可能意味著將有強震發生。研究發現，研究區內地震基本都發生在平均Misfit角低于40°的情況下，表明40°的平均Misfit角可作為該地區強震危險性的研判指標。當平均Misfit角低于40°且開始下降時，可能表明地震正在孕育成核、強震發生時間逐漸臨近、強震危險性逐步提高；地震發生后平均Misfit角轉折回升，可能表明區域應力釋放調整后趨于穩定，震源機制一致性降低，地震以離散的中小地震形式發生，強震危險性有所減弱。此外，研究區內b值的時間變化特征與震源機制一致性結果類似，在漾濞地震及周邊中強地震發生前，b值也明顯下降。這一方面印證了震源機制一致性參數平均Misfit角結果的可靠性，另一方面也表明b值可以反映地震前后的應力狀態變化，可用于獲取中強震的震兆信息。

由于本文僅針對漾濞地震震源及周邊地區展開研究，研究區范圍較小且地震樣本數量有限，因此對震源機制一致性演化特征的分析具有一定的局限性。對于地震活動頻繁且復雜的云南地區，若要利用震源機制一致性參數變化來進行地震風險性評估，則需要更多的震例回溯和研究來確定不同地區具體的計算參數和判定規則，為強震危險性研判提供更多可靠依據。

致謝：本文圖件采用GMT軟件繪制，震源機制一致性參數利用Max Wyss等開發的ZMAP軟件計算獲得。中國地震科學實驗場大理中心和云南省地震局付虹研究員提供了部分歷史地震震源機制解數據，漾濞地震序列部分震源機制解來自中國科學技術大學和中國地震局地震預測研究所聯合開發的EarthX智能地動系統。在此一并表示感謝。