王蘇 李建有 徐曉雅 趙淑芳 林鳳仙 解朝娣 李金 劉建明

摘要：基于斷層位錯(cuò)產(chǎn)生的靜態(tài)位移計(jì)算理論，首先計(jì)算了2016年11月25日新疆阿克陶MS6.7地震及2016年12月8日新疆呼圖壁MS6.2地震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化，在此基礎(chǔ)上，與余震活動(dòng)的空間分布進(jìn)行對(duì)比，分析了這2次主震對(duì)余震的應(yīng)力觸發(fā)作用。結(jié)果表明：阿克陶MS6.7地震的余震活動(dòng)主要發(fā)生于主震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力的應(yīng)力減小區(qū)域內(nèi)，而呼圖壁MS6.2地震95%以上的余震都發(fā)生在震中附近的應(yīng)力增加區(qū)域內(nèi)。呼圖壁MS6.2地震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力對(duì)地震活動(dòng)有顯著的應(yīng)力觸發(fā)作用，而阿克陶風(fēng)6.7地震的對(duì)余震的應(yīng)力觸發(fā)作用不明顯。

關(guān)鍵詞：新疆阿克陶MS6.7地震；呼圖壁MS6.2地震；庫(kù)侖破裂應(yīng)力；地震觸發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：P315.727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2018）01-0098-06

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，2016年11月25日22時(shí)24分，在新疆克孜勒蘇柯?tīng)柨俗沃莅⒖颂湛h發(fā)生了MS6.7地震，震中位置（39.3°N，74.0°E）。截至11月27日0時(shí)，共記錄到ML5.0～5.9余震1次，ML4.0～4.9余震5次，最大余震震級(jí)為ML5.3。2016年12月8日13時(shí)15分，新疆昌吉州呼圖壁縣發(fā)生了MS6.2地震，震中位置（43.8°N，86.3°E），截至12月11日18時(shí)，記錄到的余震總數(shù)為1225個(gè)，余震震級(jí)最高為ML4.5。這2次地震發(fā)生后，余震活動(dòng)頻繁，本文擬對(duì)這2次地震主震是否產(chǎn)生了應(yīng)力觸發(fā)作用以及是否影響了后續(xù)地震活動(dòng)的發(fā)生進(jìn)行研究。

地震應(yīng)力觸發(fā)研究始于1992年美國(guó)Landers地震，King等（1994）計(jì)算得到該地震對(duì)后續(xù)Big-Bear6.5級(jí)地震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力增量約2bar，認(rèn)為L(zhǎng)anders地震加速了BigBear地震的發(fā)生。此后，大量的地震實(shí)例中都發(fā)現(xiàn)存在地震觸發(fā)作用，甚至有可能觸發(fā)中等地震。地震應(yīng)力觸發(fā)通常是以O(shè)kada斷層位錯(cuò)產(chǎn)生的靜態(tài)位移表達(dá)式（Okada，1985，1992）為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算主震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化的空間分布，對(duì)比后續(xù)余震活動(dòng)的空間分布，以此為基礎(chǔ)分析地震的應(yīng)力觸發(fā)作用（Hardebeck et al，1998；Hill et al，1993；Toda etal，1998；劉桂萍，傅征祥，2001；萬(wàn)永革等，2000；解朝娣等，2010）。

本文利用2016年新疆阿克陶地震以及呼圖壁地震的余震精定位數(shù)據(jù)，以及中國(guó)地震局地球物理研究所（2016）給出的2次主震的震源破裂過(guò)程研究結(jié)果，通過(guò)計(jì)算主震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力空間分布，對(duì)這2次主震及余震活動(dòng)分布與庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化之間的關(guān)系進(jìn)行了探討，以此研究地震對(duì)余震的應(yīng)力觸發(fā)作用。

1 構(gòu)造背景

陳杰等（2016）對(duì)阿克陶地區(qū)的震后考察，發(fā)現(xiàn)2016年新疆阿克陶MS6.7地震發(fā)震斷層處于公格爾拉張系，而公格爾拉張系屬于帕米爾構(gòu)造結(jié)，位于帕米爾高原東部，并與西部卡拉庫(kù)爾地塹的EW向拉張作用配合影響帕米爾內(nèi)部活動(dòng)變形。公格爾拉張系長(zhǎng)約250km，總體走向NW-SE，傾向W，傾角20°～45°（陳杰等，2016）。此次地震的發(fā)震斷層是公格爾拉張系最北段的全新世活動(dòng)轉(zhuǎn)換斷層NWW走向的木吉右旋走滑斷裂（圖1）。這一結(jié)果與中國(guó)地震局地球物理研究所（2016）給出的震源破裂過(guò)程一致。重新定位的主震位于木吉斷裂上，絕大多數(shù)余震主要分布在木吉斷裂南側(cè)1個(gè)走向NWW、長(zhǎng)逾80km的條帶內(nèi)。余震帶的北邊界上陡下緩，很好地限定了木吉斷裂的鏟形深部幾何結(jié)構(gòu)。

該區(qū)域歷史上強(qiáng)震活躍，震中100km范圍內(nèi)曾記錄到17次6級(jí)以上地震，其中7級(jí)以上地震4次，距離新疆阿克陶MS6.7地震震中最近的地震為1974年烏恰7.3級(jí)地震，震中相距19～25km；時(shí)間相隔最近的地震為2016年6月26日吉爾吉斯斯坦MS6.7地震，震中相距約58km（陳杰等，2016）。

如圖2所示，2016年新疆呼圖壁MS6.2地震震中位于準(zhǔn)格爾南緣斷裂帶附近，該斷裂是晚更新世有過(guò)活動(dòng)的逆沖斷裂（中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，2016）。呼圖壁縣隸屬昌吉回族自治州，位于新疆維吾爾自治區(qū)中北部，地處歐亞大陸腹地，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，東距新疆維吾爾自治區(qū)首府烏魯木齊68km。該區(qū)域由一系列NWW向展布的線(xiàn)性斷層、斷裂組成，其現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主要表現(xiàn)為近SN-NNE向的擠壓（趙善坤等，2013）。區(qū)域內(nèi)主要的活動(dòng)斷層包括：準(zhǔn)格爾南緣斷裂、霍爾果斯—瑪納斯—吐谷努斷裂、博羅科努—阿其克庫(kù)都克斷裂等（董曼，魏文薪，2015；魏斌等，2016）。該地區(qū)歷史上地震活動(dòng)頻發(fā)，1600年以來(lái)震中200km范圍內(nèi)曾記錄到8次6級(jí)以上地震，1次7級(jí)以上地震。

2 研究方法原理

首先用Okacla（1985，1992）給出的靜態(tài)位移和應(yīng)變的解析表達(dá)式，計(jì)算震源在后續(xù)斷層面上產(chǎn)生的應(yīng)變分量，再由胡克定律計(jì)算出應(yīng)力分量，然后由柯西公式可得后續(xù)斷層面上的應(yīng)力矢量T。設(shè)后續(xù)斷層面的法向和滑動(dòng)方向單位矢量分別為n（n1，n2，n3）和s（s1，s2，s3），將應(yīng)力矢量投影到后續(xù)斷層面上可得正應(yīng)力變化與切應(yīng)力變化為：

Δσn=Tini（1）

Δτ=Tisi（2）根據(jù)庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則，定義描述物體趨近破裂程度的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化為（Harris，1998）：

△σf=Δτ+μ'Δσn（3）式中：μ'為計(jì)算點(diǎn)處斷層面介質(zhì)的視摩擦系數(shù)，包括孔隙流體和斷層面上的介質(zhì)特性，其取值范圍一般為0.2～0.8（Harris，1998）。將正應(yīng)力變化Δσn和切應(yīng)力△τ變化代入（3）式，就可計(jì)算出震源破裂產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化Δσf。

3 主震震源斷層模型

3.1 阿克陶MS6.7地震斷層模型

中國(guó)地震局地球物理研究所（2016）的震源破裂過(guò)程反演結(jié)果表明，阿克陶MS6.7地震以單側(cè)破裂為主，從震中開(kāi)始向東傳播，在震中以東約35km附近地表破裂最大同震滑動(dòng)量達(dá)20～30cm。阿克陶主震的震源斷層走向107°、傾角76°、滑動(dòng)角174°，主震斷層被劃分為19×8個(gè)次一級(jí)子斷層，斷層面上的滑動(dòng)位移分布如圖3a所示，震源深度為12km。

3.2 呼圖壁MS6.2地震斷層模型

根據(jù)中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所（2016）的震源機(jī)制解結(jié)果，2016年新疆呼圖壁MS6.2地震主震的震源參數(shù)斷層走向290.1°、傾角71.1°、滑動(dòng)角96.8°。中國(guó)地震局地球物理研究所（2016）的震源破裂過(guò)程反演結(jié)果給出的斷層面上的滑動(dòng)位移分布如圖3b所示。

4 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)上述計(jì)算原理，以這2個(gè)地震的震源模型計(jì)算阿克陶MS6.7地震和呼圖壁MS6.2地震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化的空間分布。地殼的剪切模量取3.3×1010N/m2，泊松比取為0.25。余震序列采用新疆地震局提供的震后精定位地震目錄作為后續(xù)地震活動(dòng)數(shù)據(jù)。圖4和圖5分別給出了阿克陶MS6.7地震和呼圖壁MS6.2地震的余震序列M-T圖和余震震源深度分布圖，從圖中可以看出，2個(gè)余震序列的多數(shù)地震事件分布在8km深度處。

庫(kù)侖破裂應(yīng)力的計(jì)算需進(jìn)行斷層面投影，采用主震斷層面的走向、傾角和滑動(dòng)角作為投影斷層面的參數(shù)?？紤]到大多數(shù)余震的震源深度為8km，本文庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化的計(jì)算深度也取為8km，視摩擦系數(shù)取為0.4（萬(wàn)永革等，2003）。王瑩（2011）研究結(jié)果也表明：走滑斷層主要沿走向滑動(dòng)，其產(chǎn)生的庫(kù)侖應(yīng)力分布主要在斷層兩側(cè)正負(fù)相間分布，而逆斷層的兩端均有較強(qiáng)的庫(kù)侖應(yīng)力增加區(qū)，這與本文結(jié)論相符。圖6給出2次地震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化與后續(xù)地震活動(dòng)的空間分布情況。

圖6a顯示，2016年新疆阿克陶MS6.7主震發(fā)生后的前幾天，余震活動(dòng)主要發(fā)生在庫(kù)侖破裂應(yīng)力減小的區(qū)域；隨后，在主震的東側(cè)應(yīng)力增加區(qū)內(nèi)發(fā)生了數(shù)次余震。但總體而言，這次主震活動(dòng)對(duì)余震的應(yīng)力觸發(fā)作用不明顯。

由圖6b給出的呼圖壁MS6.2地震產(chǎn)生的余震事件幾乎發(fā)生在一個(gè)較集中的小區(qū)域，95%以上的余震都發(fā)生在震中附近的應(yīng)力增加區(qū)域內(nèi)。這說(shuō)明主震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化可能起到了應(yīng)力觸發(fā)作用，從而促使了大量余震的發(fā)生，且應(yīng)力變化的分布是以震中為圓心呈放射狀分布，有優(yōu)勢(shì)的應(yīng)力增加區(qū)和減小區(qū)存在。

為了分析較大余震對(duì)后續(xù)地震活動(dòng)的分布是否也產(chǎn)生了影響，筆者篩查了2016年新疆阿克陶MS6.7地震和呼圖壁MS6.2地震的所有余震事件，如圖4和圖5所示。僅2016年的阿克陶MS6.7地震有一個(gè)余震事件的震級(jí)大于5級(jí)，該余震發(fā)生于11月26日17時(shí)23分，震級(jí)為ML5.3，震中位置為（39.17°N，74.27°E）。由于無(wú)法確定該ML5.3余震的震源斷層規(guī)模，無(wú)法精確計(jì)算其產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化的空間分布。但是依據(jù)張旭等（2017）給出的該余震事件的震源機(jī)制解，走向基本與主震一致，傾角也相近，其產(chǎn)生的應(yīng)力分布與主震的大體趨勢(shì)應(yīng)差別不大，但量級(jí)小很多，對(duì)整個(gè)研究區(qū)域的應(yīng)力變化空間分布（圖7）的影響應(yīng)較小，所以本文主要考慮了MS6.7主震產(chǎn)生的應(yīng)力變化對(duì)后續(xù)余震活動(dòng)的影響。

采用全部精定位余震事件對(duì)余震與應(yīng)力分布的關(guān)系進(jìn)行分析。為了檢驗(yàn)序列的完備性對(duì)結(jié)果是否產(chǎn)生影響，進(jìn)一步對(duì)地震序列的完備性進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖7所示。結(jié)果顯示阿克陶地震序列的最小完備震級(jí)MC約為3.0級(jí)，呼圖壁地震序列的最小完備震級(jí)MC約為2.2級(jí)。

只采用震級(jí)大于MC的地震事件，分析其與庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)果如圖8所示。分別對(duì)比圖6a和圖8a，6b和圖8b，可以發(fā)現(xiàn)采用全部地震事件和較完備的地震事件進(jìn)行分析，得到的結(jié)果差別不大，但更能突出呼圖壁MS6.2地震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力與后續(xù)地震活動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；這也表明呼圖壁MS6.2地震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力對(duì)地震活動(dòng)有顯著的應(yīng)力觸發(fā)作用，而阿克陶MS6.7地震的對(duì)余震的應(yīng)力觸發(fā)作用不明顯。

5 結(jié)論與討論

根據(jù)庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則，應(yīng)力變化將影響斷裂的破裂失穩(wěn)條件，當(dāng)應(yīng)力變化為正值時(shí)，將加速周?chē)鷶嗔鸦蚺R近區(qū)域的應(yīng)力累積，使下次地震提前發(fā)生，這種效應(yīng)即是地震觸發(fā)作用。本文通過(guò)計(jì)算2016年新疆的2次M>6.0地震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化，對(duì)余震分布與庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，以此討論地震的應(yīng)力觸發(fā)作用，主要得出以下結(jié)論：

（1）2016年新疆阿克陶MS6.7地震的余震活動(dòng)發(fā)生于主震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力的應(yīng)力減小區(qū)域內(nèi)，余震序列的發(fā)震原因很有可能是主震斷層的后續(xù)次生破裂引起的。

（2）呼圖壁MS6.2地震95%以上的余震都發(fā)生在震中附近的應(yīng)力增加區(qū)域內(nèi)，主震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力對(duì)地震活動(dòng)有顯著的應(yīng)力觸發(fā)作用。此次地震的后續(xù)地震活動(dòng)還可能持續(xù)受到主震的應(yīng)力觸發(fā)作用。大地震產(chǎn)生的庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化主要通過(guò)改變周邊地區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而起到地震的觸發(fā)作用。

（3）新疆阿克蘉S？.7地震的發(fā)震斷層是公格爾拉張系最北段的木吉右旋走滑斷裂，此次地震也屬于走滑型的，走滑型斷層產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)分布特征一般是應(yīng)力增加區(qū)和減小區(qū)相間分布；而呼圖壁MS6.2地震的發(fā)震斷層是準(zhǔn)格爾南緣斷裂帶，該斷裂是逆沖斷裂，此次地震也屬于逆沖型，因而產(chǎn)生了有優(yōu)勢(shì)的應(yīng)力增加區(qū)和減小區(qū)，對(duì)后續(xù)地震活動(dòng)的影響也相對(duì)集中，有利于起到應(yīng)力觸發(fā)作用。

張勇為本次工作提供的震源斷層數(shù)據(jù)和熱心幫助，新疆地震局李金和劉建明為本次工作提供的余震精定位數(shù)據(jù)，在此一并表示感謝。

參考文獻(xiàn)：

陳杰，李濤，孫建寶，等.2016.2016年11月25日新疆阿克陶MW6.6地震發(fā)震構(gòu)造與地表破裂[J].地震地質(zhì)，38（4）：1160-1174.

董曼，魏文薪.2015.新疆北天山地區(qū)盆山交界主要構(gòu)造帶運(yùn)動(dòng)特性研究[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，（8）；27-32.

解朝娣，朱元清，雷興林，等.2010.MS8.0汶川地震產(chǎn)生的應(yīng)力變化空間分布及其對(duì)地震活動(dòng)性的影響[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，40（6）：688-698.

劉桂萍，傅征祥.2001.海原大地震對(duì)古浪大地震的靜應(yīng)力觸發(fā)研究[J].地球物理學(xué)報(bào)，44（S1）：107-115.

萬(wàn)永革，沈正康，甘衛(wèi)軍，等.2003.東昆侖活動(dòng)斷裂帶大地震之間的彈性應(yīng)力觸發(fā)研究[J].西北地震學(xué)報(bào)，25（1）：1-7.

萬(wàn)永革，吳忠良，周公威，等.2000.幾次復(fù)雜地震中不同破裂時(shí)間之間的“應(yīng)力觸發(fā)”問(wèn)題[J].地震學(xué)報(bào)，22（6）；568-575.

王瑩.2011.地震斷層參數(shù)和投影斷層參數(shù)對(duì)庫(kù)侖破裂應(yīng)力變化分布的影響[D].昆明：云南大學(xué)，39-41.

魏斌，蘇金波，王海濤，等.20.16.新疆呼圖壁人工水體大容量氣槍信號(hào)發(fā)射臺(tái)性能研究[J].中國(guó)地震，32（2）；222-230.

張旭，嚴(yán)川，許力生，等.2017.2016年阿克陶MS6.7地震震源復(fù)雜性與烈度[J].地球物理學(xué)報(bào)，60（4）：1411-1422.

趙善坤，蔡昌宜，劉震，等.2013.北天山礦區(qū)地應(yīng)力分布與區(qū)域構(gòu)造關(guān)系研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，9.（S1）：1599-1603.

中國(guó)地震局地球物理研究所.2016.2016年11月25日新疆阿克陶6.7級(jí)地震[ER/OL].（2016-11-26）[2017-07-27].ht-tp：//www.cea-igp.ac.cn/tpxw/275080.html.

中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所.2016.2016年12月8日新疆呼圖壁6.2級(jí)地震[EB/OL].（2016-12-08）[2017-07-27].ht-tp：//www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/468/553/102480/102482/20161209204331644727356/1481287443100.jpg

中國(guó)地震局地質(zhì)研究所.2016.2016年12月8日新疆呼圖壁6.2級(jí)地震區(qū)域地震構(gòu)造圖[EB/OL].（2016-12-08）[2017-07-27].http：//www.eq-igl.ac.cn/upload/images/2016/12/8142252193.jpg.

Hardebeck J L，Nazareth J J，Hauksson E.1998.The static stress changetriggering model；Constraints from two southern California aftershocksequences[J].J Geophys Res，103（24）：24347-24358.

Harris R A.1998.Introduction to special section；stress triggers，stressshadows，and implications for seismic hazard[J].J Geophys Res，103（810）：24347-24358.

Hill D P，Reasenberg P A，Michael A，et al.1993.Seismicity remotelytriggered by the magnitude 7.3 Landers，California，earthquakemethod[J].Science，260：1617-1623.

King G C P，Stein R S，Lin J.1994.Static stress changes and the trigge-ring of earthquake[J].Bull Seismol Soc Am，84（3）：935-953.

Okada Y.1985.Surface deformation due to shear and tensile faults in ahalf space[J].BuU Seismol Soc Am，75（4）：1135-1154.

Okada Y.1992.Internal deformation due to shear and tensile faults in ahalf space[J].BuU Seismol Soc Am，82（2）：1018-1040.

Toda S，Stein R S，Reasenberg F，et al.1998.Stress transferred by the1995 MW=6.9 Kobe，Japan，shock：effect on aftershocks and futureearthquake probabilities[J].J Geophys Res，103（B10）：24543-24565.