一、引言
2021年5月21日云南大理州漾濞县发生三次5.0以上地震:前震(5.6级)、主震(6.4级)、余震(5.2级),从中国地震台网中心、地震预测研究所和国外机构及作者采用不同方法和资料得到的该地震的多个震源机制解。这些震源机制有一定的离散度,为地震动力学分析或其他应用带来抉择的困难。这些结果都是震源错动方式的一种测量,因此可以按照多种测量结果给出一个中心值供以后的地震发生背景、地震应力触发、地壳应力场分析以及地震前应力方向改变的地震前兆研究。这里整理了各个机构给出的震源机制解,求出了与所有测定的震源机制的差别平方最小的一个解作为中心震源机制解。同时利用主震所求出中心解的一个节面作为实际发震断层计算了本次地震所产生的同震位移场及应变场。
二、 多个震源机制的中心解的确定
1、前震(5.6级)
根据中国地震台网中心和地震预测研究所发布的该地震震源机制结果整理得到表1。我们分别以各个震源机制为初始解得到的中心震源机制给出的标准差(表1第5列)大体一致(在小数点3位后有一定涨落),表明采用这种方法得到的解是稳定的。尽管如此,本研究将中国地震台网中心和地震预测研究所测定的震源机制分别作为初始解,比较得到标准差最小的解作为最终结果。发现将中国地震台网中心得到的震源机制作为初始解得到的震源机制的标准差最小。本研究以此(节面I走向306.83°,倾角81.27°,滑动角-166.98°,节面II走向214.82°,倾角77.13°,滑动角-8.96°)作为最终结果,P轴走向171.23°,倾伏角15.32°,不确定范围分别为151.96~190.96°和1.68~29.48°;T轴的走向80.44°,倾伏角2.87°,不确定范围分别为61.17~100.17°和-11.18~16.78°;B轴的走向340.11°,倾伏角74.36°,不确定范围分别为267.34~432.65°和67.46~92.49°。得到的中心震源机制的最小空间旋转角见表1第6列。所得到的中心震源机制及其不确定性绘于图1。从表和图中可以看出,该地震震源机制解距中心解的空间旋转角最大达20.16°,最小空间旋转角为20.12°。这些数据表明中国地震台网中心和地震预测研究所得到的震源机制解较为集中。
(a) (b)
图1 云南大理州漾濞县地震(前震5.6级)的中心震源机制解(a)及空间三维辐射花样(b)
(a)中的黑色弧线表示中心震源机制的两个节面,绿色弧线覆盖区域为其不确定范围;红色、蓝色和黄色的点表示中心震源机制解的P轴、T轴和B轴,其周围对应颜色的封闭曲线表示其不确定性范围;绿点和黑点表示各个机构得到的震源机制的P轴和T轴的投影;紫色弧线表示各个机构和作者得到的震源机制节面。(b)中的压缩区域和膨胀区域分别用蓝色和红色表示。
图2 云南大理州漾濞县5.6级地震前震下半球、上半球
图中颜色为P波辐射花样在震源球面上的填充,红色表示向外,蓝色表示向内,从红到蓝表示P波辐射花样由向外最大逐渐过渡到向内最大。
图3 云南大理州漾濞县5.6级地震前震的中心震源机制解的空间辐射花样表示
图中颜色为P波辐射花样在震源球面上的填充,红色表示向外,蓝色表示向内,从红到蓝表示P波辐射花样由向外最大逐渐过渡到向内最大。箭头表示P波辐射花样振幅的相对大小。
2、主震(6.4级)
根据中国地震台网中心和地震预测研究所和国外机构和作者发布的该地震震源机制结果整理得到表2。我们分别以各个震源机制为初始解得到的中心震源机制给出的标准差(表2第5列)大体一致(在小数点3位后有一定涨落),表明采用这种方法得到的解是稳定的。尽管如此,本研究将中国地震台网中心、地震预测研究所和国外机构及作者测定的震源机制分别作为初始解,比较得到标准差最小的解作为最终结果。发现将雷兴林得到的震源机制作为初始解得到的震源机制的标准差最小。本研究以此(节面I走向45.45°,倾角84.25°,滑动角-2.85°,节面II走向135.74°,倾角87.17°,滑动角-174.24°)作为最终结果,P轴走向0.70°,倾伏角6.07°,不确定范围分别为-16.11~16.89°和-5.76~17.51°;T轴的走向270.49°,倾伏角2.06°,不确定范围分别为253.67~286.67°和-9.70~13.66°;B轴的走向161.84°,倾伏角83.58°,不确定范围分别为68.37~300.10°和80.05~99.90°。得到的中心震源机制的最小空间旋转角见表2第6列。所得到的中心震源机制及其不确定性绘于图4。从表和图中可以看出,该地震震源机制解距中心解的空间旋转角最大达30.39°,最小空间旋转角为5.75°。这些数据表明各个机构和作者得到的震源机制解较为集中。
(a) (b)
图4 云南大理州漾濞县地震(主震6.4级)的中心震源机制解(a)及空间三维辐射花样(b)
色标和符号表示同图1.
图5云南大理州漾濞县6.4级地震主震下半球、上半球
色标和符号表示同图2.
图6 云南大理州漾濞县6.4级地震主震的中心震源机制解的空间辐射花样表示
色标和符号表示同图3.
3、余震(5.2级)
根据国外机构和作者发布的该地震震源机制结果整理得到表3。我们分别以各个震源机制为初始解得到的中心震源机制给出的标准差(表3第5列)大体一致(在小数点3位后有一定涨落),表明采用这种方法得到的解是稳定的。尽管如此,本研究将国外机构及作者测定的震源机制分别作为初始解,比较得到标准差最小的解作为最终结果。发现将雷兴林得到的震源机制作为初始解得到的震源机制的标准差最小。本研究以此(节面I走向27.91°,倾角51.96°,滑动角-57.90°,节面II走向162.40°,倾角48.15°,滑动角-124.18°)作为最终结果,P轴走向1.36°,倾伏角65.16°,不确定范围分别为-50.63~65.83°和47.44~87.29°;T轴的走向95.82°,倾伏角2.06°,不确定范围分别为65.71~126.71°和-26.29~29.81°;B轴的走向186.77°,倾伏角24.74°,不确定范围分别为156.67~217.67°和4.92~47.91°。得到的中心震源机制的最小空间旋转角见表3第6列。所得到的中心震源机制及其不确定性绘于图7。从表和图中可以看出,该地震震源机制解距中心解的空间旋转角最大达39.99°,最小空间旋转角为25.38°。这些数据表明各个机构和作者得到的震源机制解较为集中。
(a) (b)
图7 云南大理州漾濞县地震(余震5.2级)的中心震源机制解(a)及空间三维辐射花样(b)
色标和符号表示同图1.
图8 云南大理州漾濞县5.2级地震余震下半球、上半球
色标和符号表示同图2.
图9 云南大理州漾濞县5.2级地震余震的中心震源机制解的空间辐射花样表示
色标和符号表示同图3.
三、 云南大理6.4级地震产生的同震位移场及应变场
为了更好的了解云南大理6.4级地震对周围地区的影响,我们基于弹性半空间模型Okada(1992)以主震中心解的节面Ⅱ作为发震断层,根据Wells和Coppersmith(1994)给出统计公式计算出的震源位错模型参数,计算了云南大理6.4级地震在周围地区产生的地表同震位移场、面应变、体应变、北向应变、东向应变和北东向应变。
图10 云南大理6.4级地震产生的同震位移场
图中白色方框代表断层在地表的投影,箭头代表此次地震所产生的水平位移,颜色代表垂直位移,上升为正
从图10可以看出,此次地震周围地区的位移场具有以下初步特征:从地表的水平位移场来看,震中南-北两侧物质由外向震中流入,而震中东-西两侧物质由震中向外流出,在震中处的水平位移量达到最大。从地表的垂直位移场来看呈现出四象限分布,震中南-北两侧出现明显的沉降,而震中东-西两侧出现明显的隆升,且震中的北东向和南向的位移规模较大。以上特征符合走滑型地震所产生位移场的特征。
图11 云南大理6.4级地震产生的各分量应变
(a)体应变(b)北向应变(c)东向应变(d)北东向应变图中底色代表应变大小,拉张为正
从图11可以看出此次地震产生的体应变呈现出明显的四象限模式,同一象限的近处和远处呈现相反的应力状态。北向应变在断层中心及附近呈现压缩,在向外延伸的过程中逐渐表现为伸张,东向应变与之相反。北东向应由于北向应变和东向应变在空间上的相反变化而呈现出八花瓣样式分布。
图12 云南大理6.4级地震产生的水平主应变和面应变场
图中黑色箭头和白色箭头分别表示水平主压应变和水平主张应变(单位为1e-9); 底色表示水平面应力,拉张为正
从图12可以看出面应变的分布与体应变形态大体类似,表现为面应变为体应变的继承。主应变方向在空间呈现不同的变化形态,与位移场图式大体相似。
本文所用震源机制解来自中国地震台网中心、中国地震局地球物理所、中国地震局地震预测所、王卫民、雷兴林等各位专家以及国外机构,特此致谢。图件由基于MATLAB的FM3Dplot软件绘制。
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国外获取震源机制的网站:https://www.emsc-csem.org/Earthquake/tensors.php