利用Lg波计算地震应力降的...藏高原东缘典型震例中的应用_沈琳.pdf

沈琳，赵连锋，谢小碧，何熹，王卫民，姚振兴.2023.利用 Lg 波计算地震应力降的方法及在青藏高原东缘典型震例中的应用.地球与行星物理论评（中英文），54（5）：512-531.doi：10.19975/j.dqyxx.2022-038.ShenL,ZhaoLF,XieXB,HeX,WangWM,YaoZX.2023.StressdropscalculatedfromseismicLg-wavesandtheirapplicationsforinvestigatingthetypicalearthquakesequencesintheeasternmarginoftheTibetanPlateau.ReviewsofGeophysicsandPlanetaryPhysics,54(5):512-531(inChi-nese).doi:10.19975/j.dqyxx.2022-038.利用 Lg 波计算地震应力降的方法及在青藏高原东缘典型震例中的应用沈琳1,2，赵连锋1,3*，谢小碧4，何熹1，王卫民5，姚振兴11中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室，北京1000292中国科学院大学，北京1000493中国科学院地质与地球物理研究所黑龙江漠河地球物理国家野外科学观测研究站，北京1000294美国加州大学圣克鲁兹分校地球物理与行星物理研究所，美国圣克鲁兹，CA950645中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升研究中心，北京100101摘要：地震应力降标志震源破裂过程中作用在断层系统上的应力释放水平，是刻画震源物理过程和预测震源辐射特性的重要参数.地震应力降主要受控于构造环境、震源机制和地震类型等.观测得到的应力降还受到观测频带的影响，所以它的绝对值难以准确测定.采用体波、面波以及零频观测（大地测量、GPS、InSAR）等不同类型的数据获得的应力降也存在差异.对于地震波数据，通常采用间接方法去除传播路径中的衰减效应并获得震源激发谱，进而估计应力降.随着宽频带地壳 Lg 波衰减模型的建立，可以构建直接校正路径衰减的方法，从而获得对 Lg 波震源激发函数的准确估计.进而通过对观测和理论震源谱的拟合获得整个地震序列中各个地震的标量地震矩、拐角频率和高频下降率等震源参数，再根据断层模型计算应力降.本文分别以青藏高原东缘典型的构造地震 2017 年 Ms7.0 九寨沟地震和潜在的工业注水诱发地震 2019 年 Ms6.0 长宁地震为例，计算两个地震序列应力降的时-空变化过程，探索构造地震与诱发地震之间的潜在的物理差异.2017 年九寨沟地震的主震应力降为 27MPa，余震震级和应力降均呈快速下降趋势.2019 年长宁地震的主震应力降为 32MPa，余震序列的应力降以起伏形式缓慢下降，并曾出现过与主震应力降数值相当的余震.这一现象主要来源于长宁地区长期的工业注水干扰了区域应力场，提升了断层内的流体静压力并降低了断层滑动的驱动应力.这一过程需经过震后较长的时间才能恢复.上述两个地震序列具有相似的主震应力降但属于完全不同的类型，说明在该区域无法通过单独观测主震应力降来区分构造与诱发地震，而通过研究整个序列中应力降的时-空发展过程则有可能揭示出与此有关的进一步信息.关键词：Lg 波震源谱；路径衰减；应力降；2017 年九寨沟地震；2019 年长宁地震doi：10.19975/j.dqyxx.2022-038中图分类号：P315文献标识码：AStress drops calculated from seismic Lg-waves and their applications forinvestigating the typical earthquake sequences in theeastern margin of the Tibetan PlateauShenLin1,2,ZhaoLianfeng1,3*,XieXiaobi4,HeXi1,WangWeimin5,YaoZhenxing11KeyLaboratoryofEarthandPlanetaryPhysics,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China收稿日期：20220424；录用日期：20221009基金项目：国家自然科学基金资助项目（U2139206，42104055，41974061，41974054）；中国地震科学实验场资助项目（2019CSES0103）SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(GrantNos.U2139206,42104055,41974061,41974054),andtheChinaSeismicExperimentalSite(GrantNo.2019CSES0103)第一作者：沈琳，女，博士研究生，主要从事地震学研究，E-mail：*通信作者：赵连锋，男，研究员，主要从事地震学研究，Email：第54卷第5期地球与行星物理论评（中英文）Vol.54No.52023年9月ReviewsofGeophysicsandPlanetaryPhysicsSep.,20232CollegeofEarthandPlanetarySciences,UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3HeilongjiangMoheObservatoryofGeophysics,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100029,China4InstituteofGeophysicsandPlanetaryPhysics,UniversityofCalifornia,SantaCruz,CA95064,USA5KeyLaboratoryofContinentalCollisionandPlateauUplift,InstituteofTibetanPlateauResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing,ChinaAbstract:Stressdropmeasuresthestressreleaseleveloverafaultduringanearthquakerupture.Asoneoftheimportantparametersforcharacterizingsourcemechanismsandpredictingstronggroundmotions,thestressdropiscontrolledbythetectonicenvironment,focalmechanism,andtypeofearthquakesequence.Thestressdropmeas-urementsfromtheseismicdataalsodependontheobservationfrequencyband.Therefore,thevaluesobtainedfromvariousseismicphases,suchasbodyandsurfacewaves,maybedifferent.Previousstudieshaveoftenusedindi-rectmethodstoremovetheattenuationeffectsalongthepropagationpathtoobtainthesourcespectraandthenes-timatethestressdrops.Usingabroadbandhigh-resolutionLg-waveattenuationmodel,theattenuationeffectcanbedirectlycorrectedtoobtaintheLg-wavesourceexcitationspectra.Byfittingtheobservedspectratothetheoreticalsourcemodel,wecancalculatetheseismicmomentsandcornerfrequenciesfromwhichthestressdropscanbecal-culated.Takingatypicaltectonicearthquakeandapotentiallyinducedearthquake,thatis,the2017MS7.0Jiu-zhaigouearthquakesequenceandthe2019MS6.0Changningearthquakesequence,intheeasternmarginoftheTibetanPlateauasexamples,weexploredthepotentialphysicaldifferencesbetweentectonicandinducedearth-quakes.Thestressdropinthe2017Jiuzhaigoumainshockwasapproximately27MPa.Thestressdrops,andthemagnitudeofitsaftershocksrapidlydecay.However,forthe2019Changningearthquakesequence,thetemporalvariationofstressdropsdeclinedslowly,withtwoaftershockshavingstressdropscomparabletothemainshock.Foranareawithlong-termwaterinjection,ittakesalongtimetorecovertoitsequilibriumstatusoncealargeearthquakedisturbstheregionalstressfield.Giventhatnoapparentdifferenceintheabsolutelevelofstressdropscanbeobservedbetweenthetwotypesofearthquakesequences,thestressdropsalonecannotbeusedtodistin-guishbetweeninducedandtectonicearthquakesinthisarea.Theincreasinglyaccumulatedundergroundwatermayhavecreatedpathwayslinkingmultiplefaultsystemsinthechangingsaltmining.Thus,thepossibilityoffuturein-ducedearthquakescannotberuledout.Keywords:Lg-wavesourcespectra;pathattenuation;stressdrop;2017Jiuzhaigouearthquakesequence;2019Changningearthquakesequence0引言应力降是地震前后作用在断层面上的平均应力差，反映震源区附近构造应力的释放水平，是最基本的震源参数之一（Abercrombie,1995;Mayedaand Walter,1996;Shearer et al.,2006;Stein andWysession,2003）.地震断层的位错、破裂面尺度、地震矩和应力释放量等都与地震应力降密切相关（Abercrombie,1995;IdeandBeroza,2001）.应力降越高，地震辐射的高频能量越多，由此导致的地面振动越强烈，因此应力降也是评估地震危险性的一个重要指标（Baltayetal.,2013;Gallovia