青藏高原东北缘基于小震震源机制解的区域应力场特征研究
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摘要
地震发生的根本原因就是应力场的作用,因此,对中小地震形成的区域应力场的研究对地震发生过程的认识有着十分重要的作用。探索震源、寻求地震预测指标一直是地球物理学家和地震学家孜孜以求的目标之一。
本文利用甘肃省数字地震台网中的11个宽频带台记录到的青藏高原东北缘自2001年以来发生的ML≥3.0级地震资料,采用矩张量反演的方法计算了该区域242个ML≥3.0级地震震源机制解,利用所得结果统计分析青藏高原东北缘的地震类型及应力场特征。根据研究区内活动断裂的分区特征,把研究区分为四个区域及八个小区域,详细研究了区域应力场特征。以2003年民乐地震作为震例,分析了民乐地震前后震源区应力场情况及探讨了它的发震机制。通过对4次中强震的反演结果与已有结果的对比分析,研究了中强震的发震特征。
综上研究,得出如下结论:
1.由ML≥3.0级地震的震源机制解中P、B、T轴统计分析得到青藏高原东北缘构造应力场的整体特征:在祁连山中段,主压应力P轴优势方向主要在NE向;中东段,P轴优势方向从NE变化到近东西向,从空间上看,P轴方向沿顺时针旋转了一定角度;甘东南地区,P轴优势方向为NWW向,与该区域的断层走向基本一致。整体来看水平最大主应力分布具有明显的分区特征,自西向东,区域主压应力方向由NNE-NE-NEE近EW向,呈扇形分布。
2.通过对震源机制解中P、T轴仰角统计分析得到:P轴仰角β小于30o占82.23%,T轴仰角γ小于45o占68.59%,地震类型以走滑为主;T轴仰角γ大于45o时发生倾滑逆断层的运动,占31.41%;整体上形成了以走滑为主,兼有逆冲型和少量正断层的运动特征。
3.分析平均应力场得出:祁连山地震带的σ1、σ3轴近水平向,区内的应力以水平作用为主,主压应力轴方向为北北东和北东向。甘东南地区的主压应力轴方位角分别为123o、153o、109o,仰角分别为9o、34o、15o,呈北西向或近南北向,显示为近水平力作用。
4.民乐地震前主压应力轴方向出现了阶段性变化过程,在主震发生的祁连山中段地区则处于应力积累状态,震源区最大压应力轴震前震后发生了一定角度的旋转。
随着甘肃省数字地震台网的不断完善,对某些区域检测能力的提高,研究特定区域发生地震的震源机制解,对地震预测工作将具有十分重要的科学意义。
The fundamental causation of an earthquake occurrence is action of the stress field. Therefore, studying on the regional stress fields which come from the small and intermediate earthquakes is quite important effect to know the course of an earthquake occurrence. Exploring the epicenter and looking after the target of earthquake forecast, as a goal, geophysicists and seismologists are all along hardworking.
In this paper, we use the data of ML≥3.0 earthquakes which have occurred since 2001 in northeast margin of Qinghai-Tibet Plateau, recorded by11broad frequency stations of GanSu Province seismic digital station network. We have calculated focal mechanism solutions of 242 ML≥3.0 earthquakes by moment tensor inversion. We have statistically analyzed the earthquakes types and characteristics of the stress fields in northeast edge of Qinghai-Tibet Plateau using the results which we have calculated. We traverse characteristics of the regional stress fields in 4 and 8 areas which depended on the subarea activity characteristics of northeast edge of Qinghai-Tibet Plateau. As a case Minle earthquake 2003, we analyze the local stress fields before and after Minle earthquake and discuss its generant mechanism. Through contrast analysis on the inversion results and existing results of 4 strong earthquakes, we investigate the characteristics of the strong earthquakes .
Summing up the analysis and study from above, we get following conclusions:
1. Statistical analysis on the P ,B ,T axes of focal parameters of ML≥3.0 earthquakes, we get the characteristics of the stress fields in northeast margin of Qinghai-Tibet Plateau: in the middle part of Qilanshan , the preponderant orientation of the principal compressive stress P axis is in NE ;in middle east part, its orientation changes from NE to approximately EW and circumrotates some angles in the same direction as hour hand in interspace. In the southeast region of GanSu, the preponderant orientation of the principal compressive stress P axis is in NWW which is consistent to the way of the faults. In the whole, the distribution of the principal compressive stress has obvious divisional characteristics, from west to east, regional principal compressive stress direction changes from NNE-NE-NEE to EW presenting sector distribution.
2. Analysis on the elevation of P,T axes in the focal mechanism, we get that the elevation βof P axis less than 30o is 82.23%, the elevationγof T axis less than 45o is 68.59%, the type of earthquakes gives priority to strike-slip fault; when the elevationγof T axis more than 45o happens oblique fault is 31.41%. Based on the results we get that the properties of faults in the investigative area are mostly strike-slip fault, concurrently reverse fault and normal fault .
3. Analysis on the mean stress field we get that in the Qilanshan earthquake belt, the elevation ofσ1 andσ3 axes are close to horizontal direction, the stress present in horizon and the principal axis is in NNE and NE. In southeast region of GanSu, the azimuth and elevation are 123o、153o、109o,9o、34o、15o , separately , NW or near NS , the stress show itself in horizon .
4. We think that the direction of the principal compressive stress axes appears changeable process by phases before the main shock, the middle part of Qilianshan belt where the main shock occurred was in stress-accumulation state. The most pressure stress axis rotated some angles before and after MinLe earthquake in its zone.
With the development of seismic digital station network and improvement of monitor ability about some areas, study on the focal mechanism solutions in location is important scientific meaning for earthquake prediction.
本文利用甘肃省数字地震台网中的11个宽频带台记录到的青藏高原东北缘自2001年以来发生的ML≥3.0级地震资料,采用矩张量反演的方法计算了该区域242个ML≥3.0级地震震源机制解,利用所得结果统计分析青藏高原东北缘的地震类型及应力场特征。根据研究区内活动断裂的分区特征,把研究区分为四个区域及八个小区域,详细研究了区域应力场特征。以2003年民乐地震作为震例,分析了民乐地震前后震源区应力场情况及探讨了它的发震机制。通过对4次中强震的反演结果与已有结果的对比分析,研究了中强震的发震特征。
综上研究,得出如下结论:
1.由ML≥3.0级地震的震源机制解中P、B、T轴统计分析得到青藏高原东北缘构造应力场的整体特征:在祁连山中段,主压应力P轴优势方向主要在NE向;中东段,P轴优势方向从NE变化到近东西向,从空间上看,P轴方向沿顺时针旋转了一定角度;甘东南地区,P轴优势方向为NWW向,与该区域的断层走向基本一致。整体来看水平最大主应力分布具有明显的分区特征,自西向东,区域主压应力方向由NNE-NE-NEE近EW向,呈扇形分布。
2.通过对震源机制解中P、T轴仰角统计分析得到:P轴仰角β小于30o占82.23%,T轴仰角γ小于45o占68.59%,地震类型以走滑为主;T轴仰角γ大于45o时发生倾滑逆断层的运动,占31.41%;整体上形成了以走滑为主,兼有逆冲型和少量正断层的运动特征。
3.分析平均应力场得出:祁连山地震带的σ1、σ3轴近水平向,区内的应力以水平作用为主,主压应力轴方向为北北东和北东向。甘东南地区的主压应力轴方位角分别为123o、153o、109o,仰角分别为9o、34o、15o,呈北西向或近南北向,显示为近水平力作用。
4.民乐地震前主压应力轴方向出现了阶段性变化过程,在主震发生的祁连山中段地区则处于应力积累状态,震源区最大压应力轴震前震后发生了一定角度的旋转。
随着甘肃省数字地震台网的不断完善,对某些区域检测能力的提高,研究特定区域发生地震的震源机制解,对地震预测工作将具有十分重要的科学意义。
The fundamental causation of an earthquake occurrence is action of the stress field. Therefore, studying on the regional stress fields which come from the small and intermediate earthquakes is quite important effect to know the course of an earthquake occurrence. Exploring the epicenter and looking after the target of earthquake forecast, as a goal, geophysicists and seismologists are all along hardworking.
In this paper, we use the data of ML≥3.0 earthquakes which have occurred since 2001 in northeast margin of Qinghai-Tibet Plateau, recorded by11broad frequency stations of GanSu Province seismic digital station network. We have calculated focal mechanism solutions of 242 ML≥3.0 earthquakes by moment tensor inversion. We have statistically analyzed the earthquakes types and characteristics of the stress fields in northeast edge of Qinghai-Tibet Plateau using the results which we have calculated. We traverse characteristics of the regional stress fields in 4 and 8 areas which depended on the subarea activity characteristics of northeast edge of Qinghai-Tibet Plateau. As a case Minle earthquake 2003, we analyze the local stress fields before and after Minle earthquake and discuss its generant mechanism. Through contrast analysis on the inversion results and existing results of 4 strong earthquakes, we investigate the characteristics of the strong earthquakes .
Summing up the analysis and study from above, we get following conclusions:
1. Statistical analysis on the P ,B ,T axes of focal parameters of ML≥3.0 earthquakes, we get the characteristics of the stress fields in northeast margin of Qinghai-Tibet Plateau: in the middle part of Qilanshan , the preponderant orientation of the principal compressive stress P axis is in NE ;in middle east part, its orientation changes from NE to approximately EW and circumrotates some angles in the same direction as hour hand in interspace. In the southeast region of GanSu, the preponderant orientation of the principal compressive stress P axis is in NWW which is consistent to the way of the faults. In the whole, the distribution of the principal compressive stress has obvious divisional characteristics, from west to east, regional principal compressive stress direction changes from NNE-NE-NEE to EW presenting sector distribution.
2. Analysis on the elevation of P,T axes in the focal mechanism, we get that the elevation βof P axis less than 30o is 82.23%, the elevationγof T axis less than 45o is 68.59%, the type of earthquakes gives priority to strike-slip fault; when the elevationγof T axis more than 45o happens oblique fault is 31.41%. Based on the results we get that the properties of faults in the investigative area are mostly strike-slip fault, concurrently reverse fault and normal fault .
3. Analysis on the mean stress field we get that in the Qilanshan earthquake belt, the elevation ofσ1 andσ3 axes are close to horizontal direction, the stress present in horizon and the principal axis is in NNE and NE. In southeast region of GanSu, the azimuth and elevation are 123o、153o、109o,9o、34o、15o , separately , NW or near NS , the stress show itself in horizon .
4. We think that the direction of the principal compressive stress axes appears changeable process by phases before the main shock, the middle part of Qilianshan belt where the main shock occurred was in stress-accumulation state. The most pressure stress axis rotated some angles before and after MinLe earthquake in its zone.
With the development of seismic digital station network and improvement of monitor ability about some areas, study on the focal mechanism solutions in location is important scientific meaning for earthquake prediction.
引文
【1】 陈运泰、顾浩鼎. 2004. 震源理论基础. 待出版
【2】 陈运泰、吴忠良、王陪德、许力生、李鸿吉、牟其铎. 2000. 数字地震学. 地震出版社
【3】 陈陪善. 1995.6. 地震矩张量及其反演(讲座). 地震地磁观测与研究. 16(5) 19-53
【4】 陈陪善. 1997. 岩石层应力场(讲座). 地震地磁观测与研究. 18(1) 18-37
【5】 陈立德、付虹. 2003. 地震预报基础与实践. 地震出版社
【6】 傅承义、陈运泰、祁贵仲. 1985. 地球物理学基础. 科学出版社
【7】 杨立明. 2005.6. 西北地区地震短期综合预测方法研究.
【8】 曾融生. 1984. 固体地球物理学导论. 科学出版社
【9】 周蕙兰. 1990. 地球内部物理. 地震出版社
【10】 姚振兴. 1996.6. 理论地震图及其应用. 授课讲义
【11】 张国民、傅征详等. 2001. 地震预报引论. 科学出版社
【12】 Peter Bormann . 2002. IASPEI NEW Manual of Seismological Observatory Practice
【13】 Robert J.Lillie . 2003. Whole Earth Geophysics (An Introductory Textbook for Geologists and Geophysicists)
【14】 许忠淮. 2005.9. 震源机制和应力场(讲课稿)
【15】 张新基、赵仪全等. 2005. 甘肃省地震检测志. 兰州大学出版社
【16】 李旭、陈运泰. 1995. 用长周期地震体波波形资料反演 1990 年青海共和地震的震源过程. 地震学报. 18(3) 279-286
【17】 李旭、陈运泰. 1996. 合成地震图的冠以反射透射系数矩阵方法. 地震地磁观测与研究. 17(3) 1-20
【18】 吴忠良、陈运泰、倪江川等. 1994. 近震源宽频带记录的地震矩张量反演. 地震学报 16(2) 141-152
【19】 Barker J.S. and Longston C.A. 1982. Moment tensor inversion of complex earthquakes. Geophys. J. R. astr. Soc.,68 777-803
【20】 Chen Y. T. 、Zhou J.Y. and Ni J. C. 1991. Inversion of near-source broadband accelerograms for the earthquake source-time-function. Tectonophysics 197 89-98
【21】 Doornbos D. J. 1982. Seismic moment tensors and kinematic source parameters. Geophys .J. R. astr. Soc. 69 235-251
【22】 周荣茂、陈运泰、吴忠良. 1999. 由矩张量反演得到的海南东方震群的震源机制. 地震学报. 21(4) 337-343
【23】 周荣茂、陈运泰、吴忠良. 1999.11. 由矩张量反演得到的北部湾地震的震源机制. 地震学报. 21(6) 561-569
【24】 李世愚、陈运泰. 2003. 地震震源的研究. 地震学报. 25(5) 453-464
【25】 许力生、陈运泰. 1997. 震源深度误差对矩张量反演的影响. 地震学报. 19(5) 462-470
【26】 倪江川、陈运泰、王鸣. 1991 云南劝禄地震部分余震的矩张量反演. 地震学报. 13(4) 412-419
【27】 许力生、陈运泰. 2002.12. 震源时间函数与震源破裂过程. 地震地磁观测与研究. 23(6)
【28】 许力生、陈运泰、高孟潭. 2002.9. 2001 年 1 月 26 日印度古杰拉特(Gujarat)MS7.8 地震时空破裂过程. 地震学报 24(5) 447-461
【29】 许力生、陈运泰. 1995.12. 用经验格林函数方法从长周期数字波形中提取共和地震的震源时间函数. 地震学报. 18(2) 156-169
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【34】 周云好. 2002. 地震矩张量反演和震源破裂过程反演(D). 博士论文
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【58】 张晓亮、汪在森、王双绪、张希等. 2003.12. 青藏块体东北缘及其周围地区现今时空运动变形特征. 中国地震. 19(4) 377-385
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【60】 汪在森、马宗晋、张希、王琪、王双绪. 2003.5. GPS 初步结果揭示的中国大陆水平应变场与构造变形. 地球物理学报. 46(3) 352-358
【61】 刘小凤、梅秀萍、张小美. 2003.12. 青藏高原北部地区地震窗口特征及其预报意义. 西北地震学报. 25(4) 359-364
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【2】 陈运泰、吴忠良、王陪德、许力生、李鸿吉、牟其铎. 2000. 数字地震学. 地震出版社
【3】 陈陪善. 1995.6. 地震矩张量及其反演(讲座). 地震地磁观测与研究. 16(5) 19-53
【4】 陈陪善. 1997. 岩石层应力场(讲座). 地震地磁观测与研究. 18(1) 18-37
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