萬永革， 盛書中， 李祥， 崔華偉， 高熹微， 沈正康

1 防災(zāi)科技學(xué)院， 河北三河 065201 2 Department of Earth and Space Sciences, University of California, Los Angeles, CA90095-1567, USA

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2015年尼泊爾強(qiáng)震序列對(duì)中國(guó)大陸的應(yīng)力影響

萬永革1， 盛書中1， 李祥1， 崔華偉1， 高熹微1， 沈正康2

1 防災(zāi)科技學(xué)院， 河北三河 065201 2 Department of Earth and Space Sciences, University of California, Los Angeles, CA90095-1567, USA

基于2015年尼泊爾地震序列的破裂模型及均勻彈性半空間模型，計(jì)算了該地震序列傳遞到中國(guó)西藏境內(nèi)發(fā)生在定日縣地震和聶拉木縣地震的應(yīng)力.2015年尼泊爾地震序列導(dǎo)致定日縣地震和聶拉木地震節(jié)面和滑動(dòng)方向的庫侖應(yīng)力增加(2～3)×103Pa和(2.4～3.1)×105Pa, 表明這兩個(gè)地震受到尼泊爾地震序列的觸發(fā).其次，我們計(jì)算了2015年尼泊爾地震序列在中國(guó)大陸及其附近主要活動(dòng)斷層上產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化.喜馬拉雅主山前逆沖斷裂和青藏高原內(nèi)部的拉張正斷層上的庫侖應(yīng)力有較大的增加，而青藏高原的走滑斷裂，如阿爾金斷裂、東昆侖斷裂、玉樹瑪曲斷裂、班公錯(cuò)斷裂西部、嘉黎斷裂的庫侖應(yīng)力有較大的降低.天山南北兩側(cè)的斷裂庫侖應(yīng)力降低.而華北及東北、華南地區(qū)的庫侖應(yīng)力變化幾乎可以忽略不計(jì).最后，計(jì)算了該地震序列造成的水平應(yīng)力變化.水平面應(yīng)力在2015年尼泊爾地震序列北向(青藏高原大部和新疆區(qū)域)增加(拉張)，而在地震序列東側(cè)的西藏南部和川滇地區(qū)南部降低(壓縮)，在華北和東北僅有少許增加，在華南地區(qū)有少許降低.在中國(guó)西部，主壓應(yīng)力表現(xiàn)為以2015年地震序列為圓心的向外輻射狀，而主張應(yīng)力方向與同心圓切線方向大體一致.水平主壓應(yīng)力方向在東北地區(qū)為北東向，在華北地區(qū)為北東東向，在華南地區(qū)為南東東向.這種模式與現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向相似，表現(xiàn)了2015尼泊爾地震序列所代表的印度板塊和歐亞板塊的碰撞是中國(guó)大陸構(gòu)造變形的主要?jiǎng)恿碓?

應(yīng)力觸發(fā)； 2015年尼泊爾地震序列； 震源破裂模型； 水平應(yīng)力

1 引言

2015年4月25日尼泊爾發(fā)生MW7.9地震，根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定，震中位于北緯28.2°，東經(jīng)84.7°.該地震發(fā)生在印度板塊和歐亞板塊碰撞帶的逆沖斷層上，距尼泊爾首都加德滿都約80 km.震后半個(gè)多小時(shí)和1天之后，相繼發(fā)生了MW6.7，MW6.8強(qiáng)余震，再次加重了該地區(qū)的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失.尼泊爾內(nèi)政部10日公布的最新數(shù)據(jù)顯示，尼泊爾強(qiáng)烈地震已造成8019人死亡，17866人受傷(http:∥tech.gmw.cn/2015-05/11/content_15622987.htm).5月12日，又有兩次MW7.2和6.2的強(qiáng)余震襲擊了該地區(qū)(http:∥www.globalcmt.org/CMTsearch.html).4月25日的兩次大震后，我國(guó)西藏日喀則地區(qū)定日縣發(fā)生了MW5.9強(qiáng)震，聶拉木縣發(fā)生MW5.0地震(http:∥www.csi.ac.cn/manage/eqDown/31RollingTop/Ball.html，5月20日查詢)，對(duì)我國(guó)西藏地區(qū)造成了一定的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失.美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey，簡(jiǎn)稱USGS)旋即采用全球數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄的遠(yuǎn)震體波和長(zhǎng)周期面波波形數(shù)據(jù)給出了兩次矩震級(jí)大于7的地震的破裂分布(Hayes, 2015a,2015b).張勇等(2015)采用長(zhǎng)周期體波和2個(gè)GPS觀測(cè)給出了該地震的破裂分布.王衛(wèi)民等(2015，私人通訊)也采用遠(yuǎn)震體波資料給出了該地震的破裂分布.這些研究都表明這兩次大震均為低傾角逆沖型地震.

該地震序列發(fā)生在我國(guó)青藏高原南側(cè)，地震序列對(duì)中國(guó)大陸區(qū)域的應(yīng)力影響是中國(guó)地球科學(xué)家所關(guān)心的問題.以前的地震應(yīng)力觸發(fā)研究表明，大震可以通過應(yīng)力傳遞的形式觸發(fā)或延遲周圍區(qū)域地震(Stein et al.，1997；傅征祥和劉桂萍，1999；Papadimitriou et al.，2001；萬永革等，2000；Wan et al.，2003,2004; 盛書中等，2012)，這在震后危險(xiǎn)區(qū)判定方面有一定實(shí)際意義，如Stein等(1997)和Nalbant等(1998)年通過對(duì)土耳其西北部和愛琴海地區(qū)的強(qiáng)震之間的靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)研究后指出，Izmit海灣是將來大震發(fā)生的可能區(qū)域，他們的預(yù)言被1999年的Izmit地震所證實(shí).萬永革等(2009，2010)分別給出了2008年汶川MW7.9地震和于田7.3級(jí)地震在周圍斷層的不同斷層段上產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化，并指出部分?jǐn)鄬由系拇笳鸬陌l(fā)震被提前或是滯后，2013年4月20日發(fā)生在汶川地震南部的蘆山7.0級(jí)地震和2014年2月12日發(fā)生在2008年于田地震震中東北部的7.3級(jí)地震就驗(yàn)證了他們的研究結(jié)果.因此，研究2015年尼泊爾強(qiáng)震序列對(duì)中國(guó)大陸的應(yīng)力影響對(duì)中國(guó)大陸的地震趨勢(shì)判定和地球動(dòng)力學(xué)解釋均有一定的意義.

4月25日尼泊爾地震發(fā)生不久，盛書中等(2015)利用我國(guó)已發(fā)生的震級(jí)為MS5.0以上的地震震源機(jī)制解，將其中的一個(gè)節(jié)面視為實(shí)際斷層面，計(jì)算了2015年4月25日尼泊爾MW7.9地震對(duì)中國(guó)大陸地區(qū)的靜態(tài)應(yīng)力觸發(fā)情況，發(fā)現(xiàn)其主要的應(yīng)力加載集中在其鄰近的西藏和新疆地區(qū)的部分區(qū)域，而對(duì)中國(guó)其他區(qū)域的影響很小.張貝等(2015)采用了較復(fù)雜的地球介質(zhì)模型計(jì)算了該地震造成的位移場(chǎng)和庫侖應(yīng)力變化.他們得到的結(jié)論是尼泊爾地區(qū)最大庫侖應(yīng)力變化可達(dá)到兆帕量級(jí)，地震危險(xiǎn)性依然較大，并且該地震造成雅魯藏布江地區(qū)和拉薩塊體南北走向的正斷層，庫侖應(yīng)力變化為正，量級(jí)可達(dá)數(shù)千帕乃至十余千帕.雖然有了上述研究，但4月25日地震后又有數(shù)次強(qiáng)震發(fā)生在該地區(qū)，特別是5月12日MW7.2的地震也是一次能量釋放較大的地震事件，因此，應(yīng)考慮該地震序列中強(qiáng)震對(duì)中國(guó)大陸地區(qū)的影響.本研究計(jì)算2015尼泊爾強(qiáng)震序列的所有強(qiáng)震對(duì)中國(guó)大陸的綜合影響，采用2015年發(fā)生在尼泊爾的整個(gè)強(qiáng)震序列計(jì)算其在中國(guó)大陸主要活動(dòng)斷裂上的庫侖應(yīng)力變化，并估計(jì)在中國(guó)大陸上造成的水平應(yīng)力的分布.

2 計(jì)算方法

(1)

(2)其中，λ和μ為拉梅常數(shù)，本研究將介質(zhì)看作Possion體，兩個(gè)拉梅系數(shù)均取3.0×1010Pa；tr[e]為應(yīng)變張量e的跡.

(3)

(4)

考慮到活動(dòng)斷層面的剪應(yīng)力、正應(yīng)力和摩擦系數(shù)的影響，庫侖應(yīng)力變化(Δσf)則可表示為

Δσf=Δτ+μ′Δσ,

(5)

式中，μ′為視摩擦系數(shù).由于地下介質(zhì)可能有孔隙流體的參與，包含了孔隙流體和斷層面上的介質(zhì)特性，一般取0.2～0.8(Harris，1998；CottonandCoutant, 1997)，本研究仿照前人的研究(Kingetal., 1994,Wanetal., 2003, 2004)，取0.4.可以看到，當(dāng)Δσf為正時(shí)，地震產(chǎn)生的靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化與斷層滑動(dòng)方向一致，促進(jìn)斷層的破裂；反之，Δσf為負(fù)時(shí)抑制斷層的破裂.

3 尼泊爾地震序列的參數(shù)

2015年4月25日尼泊爾MW7.9級(jí)地震后，發(fā)生了一系列震級(jí)較大的余震.我們從全球矩心矩張量目錄(www.globalCMT.org)網(wǎng)站上找到6次強(qiáng)震(表1)，作為源斷層計(jì)算其對(duì)中國(guó)大陸的綜合影響.對(duì)于序列中的4月25日MW7.9地震和5月12日MW7.2地震，Hayes(2015a,2015b)給出了斷層面及其破裂分布.本研究采用他給出的結(jié)果.對(duì)于序列中沒有給出破裂分布的地震，為避免系統(tǒng)性偏差，本研究采用全球矩心矩張量的矩心位置和與喜馬拉雅主山前逆沖斷裂較為一致的節(jié)面作為斷層面，斷層面長(zhǎng)度、寬度和滑動(dòng)量采用Wells和Coppersmith(1994)給出的統(tǒng)計(jì)公式進(jìn)行估計(jì)，具體參數(shù)見表1.

表1 尼泊爾2015年地震序列強(qiáng)震參數(shù)表Table 1 The source parameters of the 2015 Nepal earthquake sequence

4 尼泊爾地震序列對(duì)中國(guó)西藏定日縣地震和聶拉木地震的觸發(fā)

2015年4月25日尼泊爾發(fā)生MW7.9地震和MW6.7地震后，中國(guó)西藏日喀則地區(qū)的定日縣發(fā)生MW5.9地震，聶拉木縣發(fā)生MW5.0級(jí)地震.旋即中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)給出了中國(guó)這兩次地震震源位置和震源機(jī)制(http:∥www.csi.ac.cn，5月20日查詢)，參數(shù)如表2.由于中國(guó)的這兩次地震發(fā)生在2015年4月25日尼泊爾的MW7.9和MW6.7地震之后，本研究計(jì)算了這兩次尼泊爾地震傳遞到中國(guó)定日縣地震和聶拉木縣地震的應(yīng)力.由表2可見，尼泊爾MW7.9和MW6.7兩次強(qiáng)震距定日縣MW5.9地震較遠(yuǎn)，在該地震的兩個(gè)節(jié)面上產(chǎn)生應(yīng)力相對(duì)較小；其中剪切應(yīng)力相對(duì)較大，對(duì)庫侖應(yīng)力變化的貢獻(xiàn)較突出.兩個(gè)節(jié)面的庫侖應(yīng)力增加2000 Pa和3000 Pa，雖然值小于Harris(1998)提到的觸發(fā)閾值(0.01 MPa)，但按照Ziv和Rubin(2000)的看不到應(yīng)力觸發(fā)下限的結(jié)論，尼泊爾的兩次地震觸發(fā)了我國(guó)西藏定日縣的地震.尼泊爾的兩次地震距聶拉木地震較近，對(duì)聶拉木地震的兩個(gè)節(jié)面上產(chǎn)生的剪切應(yīng)力和正應(yīng)力較大，均具有105Pa的量級(jí)，兩者共同作用導(dǎo)致了聶拉木地震的節(jié)面上有3×105Pa和2×105Pa的庫侖破裂應(yīng)力變化(圖1中的顏色填充海灘球).顯然，尼泊爾的兩次大震觸發(fā)了我國(guó)西藏聶拉木地震的發(fā)生.

表2 尼泊爾2次強(qiáng)震在中國(guó)西藏的2次地震節(jié)面上產(chǎn)生的應(yīng)力變化Table 2 The stresses on the nodal planes of the 2 earthquakes in Xizang, China transferred by the 2 strong earthquake of Nepal

5 尼泊爾地震序列在中國(guó)大陸主要活動(dòng)斷層面上產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化

如前所述，計(jì)算庫侖破裂應(yīng)力變化首先需要研究區(qū)域活動(dòng)斷層的幾何形狀和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，這樣可以把應(yīng)力張量投影到接收斷層的斷層面和滑動(dòng)方向上.鄧起東等(2007)給出了中國(guó)活動(dòng)構(gòu)造圖，但其中的活動(dòng)斷層在中國(guó)西部太為密集，我們仿照萬永革等(2009，2010)的做法，主要參考鄧起東的中國(guó)活動(dòng)構(gòu)造圖，并結(jié)合張培震等(2003)和Zhang等(2004)所給出的活動(dòng)斷層數(shù)據(jù)以及最近地球物理方面的推斷(Shen et al., 2005; 王閻昭等，2008)，進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到了中國(guó)大陸區(qū)域構(gòu)造的簡(jiǎn)化活動(dòng)參數(shù)(圖1).

計(jì)算表1所列的地震破裂模型產(chǎn)生的總應(yīng)力變化張量，將其投影到我們簡(jiǎn)化的活動(dòng)斷層面和滑動(dòng)方向上，庫侖應(yīng)力的計(jì)算深度取為10 km，得到這些活動(dòng)斷層上的庫侖應(yīng)力變化(圖1).由圖1可見：2015年尼泊爾大震序列造成喜馬拉雅主山前逆沖斷裂的庫侖破裂應(yīng)力增大，在地震序列以南的斷層段上產(chǎn)生了最大的庫侖應(yīng)力增加，最大達(dá)3×105Pa，隨著遠(yuǎn)離震源而逐漸減小(圖1)，但該斷層上的庫侖應(yīng)力變化均為正，說明該地震序列造成了喜馬拉雅主山前逆沖斷裂上斷層活動(dòng)加劇，這與張貝等(2015)得到的結(jié)論一致.該地震序列還造成了青藏高原腹地的一系列接近南北向的正斷層上的庫侖應(yīng)力增大.其香錯(cuò)—申扎—定結(jié)斷裂帶南側(cè)格林錯(cuò)斷裂南部的庫侖應(yīng)力變化增加，其南端最大達(dá)1.5×105Pa，聶拉木MW5.9地震就發(fā)生在該斷層南端附近.雙辦—當(dāng)若雍錯(cuò)—古錯(cuò)斷裂帶南北兩端的庫侖應(yīng)力增大，特別是南端的庫侖應(yīng)力增加達(dá)5 kPa，定日縣MW5.0地震就發(fā)生在此斷裂帶南端附近.依布茶卡—達(dá)瓦錯(cuò)—杰薩錯(cuò)斷裂帶大部的庫侖應(yīng)力增加，其南端最大達(dá)105Pa、倉木錯(cuò)—帕龍錯(cuò)活動(dòng)構(gòu)造帶庫侖應(yīng)力增加1 kPa.這些張性斷裂帶距發(fā)震震源越近，觸發(fā)作用越大.這些斷裂帶延伸過班公—怒江縫合帶到達(dá)北部區(qū)域的大部分庫侖應(yīng)力仍增加，但增加量值明顯變小.班公—怒江縫合帶西部的庫侖應(yīng)力降低百帕的量級(jí)，但格林錯(cuò)斷裂的庫侖應(yīng)力增加，達(dá)到數(shù)千帕水平.班公—怒江縫合帶以南的向陽湖—布若錯(cuò)及琵琶湖—映天湖斷裂上的庫侖應(yīng)力也增加，但只有數(shù)百帕的水平.念青唐古拉東南麓斷裂的中段庫侖應(yīng)力增加達(dá)數(shù)百帕的水平，但最南部的庫侖應(yīng)力降低達(dá)百帕水平.青藏高原西部的阿魯錯(cuò)—拉木錯(cuò)—阿果錯(cuò)活動(dòng)斷裂帶大部庫侖應(yīng)力降低不足百帕，桑日—那錯(cuò)活動(dòng)構(gòu)造帶雖然大部分庫侖應(yīng)力增加，但值相當(dāng)小，一般小于百帕.

除了震源附近的喜馬拉雅主山前逆沖斷裂和喜馬拉雅腹區(qū)的張性斷裂外，該地震序列造成的中國(guó)大陸其他地區(qū)的庫侖破裂應(yīng)力變化均小于千帕量級(jí).庫侖破裂應(yīng)力增加的斷層主要有：喀喇昆侖斷裂南部的庫侖應(yīng)力增加達(dá)數(shù)百帕，且東南部增加大于西北部，其西北端的庫侖應(yīng)力只增加數(shù)帕.龍木錯(cuò)—邦達(dá)錯(cuò)西部的庫侖應(yīng)力增加數(shù)百帕，向東逐漸減小.康西瓦斷裂和貢嘎錯(cuò)斷裂的庫侖應(yīng)力增加較小，為數(shù)十帕到上百帕.嘉黎斷裂的西段庫侖應(yīng)力增加達(dá)百帕，但東南部逐漸減小.白玉斷裂、金沙江斷裂、小金河斷裂、鄂拉山斷裂、日月山斷裂、莊浪河斷裂和牛首山斷裂上的庫侖應(yīng)力增加均不到百帕.造成庫侖應(yīng)力降低的主要斷層為：龍木錯(cuò)—邦達(dá)錯(cuò)東部的庫侖應(yīng)力降低近百帕，東昆侖斷裂帶西部的庫侖應(yīng)力降低百帕量級(jí)，到東南逐漸減小.普魯斷裂和阿爾金斷裂的庫侖應(yīng)力降低數(shù)十帕.玉樹—瑪曲—鮮水河斷裂、則木河、大涼山斷裂、怒江斷裂、龍日壩斷裂、東昆侖斷裂、柴達(dá)木北緣和南緣斷裂、青海南山—循化南山、祁連山北緣斷裂、天山兩側(cè)的活動(dòng)斷裂的庫侖應(yīng)力均降低數(shù)十帕的水平.

在青藏高原之外，該地震序列造成了天山兩側(cè)的一系列斷層和達(dá)爾布特?cái)嗔选㈩~爾齊斯河斷裂、可可托海—二臺(tái)—紙房斷裂的庫侖應(yīng)力降低數(shù)十帕.該地震序列造成的中國(guó)大陸華北地區(qū)、東北地區(qū)和東南地區(qū)的主要斷層上的庫侖應(yīng)力變化很小，幾乎可以忽略不計(jì).

6 尼泊爾地震序列在中國(guó)大陸產(chǎn)生的水平應(yīng)力變化

在前面討論庫侖應(yīng)力變化的計(jì)算時(shí)，需要精確的斷層產(chǎn)狀及滑動(dòng)性質(zhì).活動(dòng)斷層的走向在地表獲得，應(yīng)該比較精確.然而活動(dòng)斷層的傾角很難給出確定的值，通常給出一個(gè)范圍.對(duì)于滑動(dòng)角，由于地表氣象、生物等其他影響，地質(zhì)描述中通常僅給出是正(逆)斷層或左(右)旋走滑斷層的粗略描述，無法給出確切的滑動(dòng)角.如果這些參數(shù)誤差較大，勢(shì)必使得投影到活動(dòng)斷裂斷層面和滑動(dòng)方向上的庫侖應(yīng)力變化也存在較大誤差.另外，在研究地震序列對(duì)局部地區(qū)影響時(shí)，應(yīng)考慮水平作用，這樣較為直觀、簡(jiǎn)潔.本節(jié)我們同樣采用表1所列的地震及其相應(yīng)參數(shù)計(jì)算水平主壓和主張應(yīng)力方向和水平面應(yīng)力分量的方法計(jì)算2015年尼泊爾地震序列對(duì)中國(guó)大陸水平應(yīng)力的影響.

為了表示地震序列產(chǎn)生的水平分量，我們將應(yīng)力變化張量寫為二維形式：

(6)

則其最大應(yīng)力σHmax、最小應(yīng)力σHmin表示為

(7)

(8)

最大應(yīng)力σHmax與x軸的夾角θ可以由下式求得

(9)

我們采用水平應(yīng)力的面應(yīng)力分量σHc表示水平應(yīng)力造成的該地區(qū)擠壓和擴(kuò)張，以便分析對(duì)其地區(qū)某些地球動(dòng)力學(xué)過程的影響.該量可以表示為

σHc=σHmax+σHmin.

(10)

可以看到，水平面應(yīng)力大于0，表示該地區(qū)伸張，反之，小于0表示壓縮.

這樣就可以把地震產(chǎn)生的應(yīng)力變化張量表示在水平面內(nèi)，從而分析其在周圍介質(zhì)中產(chǎn)生的應(yīng)力變化對(duì)局部動(dòng)力學(xué)過程的影響.

圖2 2015年尼泊爾地震序列造成的水平應(yīng)力變化

計(jì)算的中國(guó)大陸地區(qū)的水平應(yīng)力分量的影響在圖2表示.由圖2可見，2015年尼泊爾地震序列在附近產(chǎn)生了較大的水平面應(yīng)力，量值達(dá)兆帕.并且水平面膨脹應(yīng)力向北逐漸減弱，到達(dá)青藏高原北邊緣的阿爾金斷裂處，銳減為數(shù)千帕，天山南北具有百帕的水平.在華北、東北地區(qū)僅為數(shù)十帕至數(shù)帕的水平.該地震序列在地震震中兩側(cè)產(chǎn)生了較大水平面擠壓應(yīng)力.其中，震中東側(cè)的水平擠壓應(yīng)力最大，達(dá)105Pa的量級(jí)，沿著該方向擴(kuò)展，擠壓應(yīng)力逐漸減小，至川滇南部為數(shù)百帕的量級(jí)，而到達(dá)華南地區(qū)僅有數(shù)十至數(shù)帕的量級(jí).特別需要注意的是，在川滇地區(qū)南部和華南地區(qū)南側(cè)，兩個(gè)水平主應(yīng)力均呈現(xiàn)擠壓狀態(tài)，導(dǎo)致這里的水平面應(yīng)力降低.水平面應(yīng)力的正負(fù)分界線在拉薩南、成都北、鄭州南延伸.地震序列西側(cè)的中國(guó)大陸只有向西南突出的一小塊區(qū)域的水平面應(yīng)力為擠壓，具有千帕的水平.

從水平主壓和主張應(yīng)力方向來看，震中區(qū)域的主壓應(yīng)力為近南北向，主張應(yīng)力方向?yàn)闁|西向.向中國(guó)大陸西部呈輻射狀展開，其主張應(yīng)力近乎于以震中為圓心的同心圓.震中西側(cè)的主壓應(yīng)力為北偏西，震中東側(cè)為北偏東，到達(dá)新疆北部?jī)H有百帕的水平.該地震序列造成的水平主壓和主張應(yīng)力量值都很小，在數(shù)百—數(shù)十帕的水平.在華北地區(qū)，主壓應(yīng)力為北東東向，在東北地區(qū)為北東向，在華南地區(qū)為南東東向.

7 討論和結(jié)論

本研究采用2015年尼泊爾強(qiáng)震序列的破裂模型計(jì)算該地震序列對(duì)中國(guó)大陸的影響，得到如下結(jié)論：

1)2015年尼泊爾地震序列期間中國(guó)西藏定日縣和聶拉木縣發(fā)生的兩次地震雖然具有不同的震源機(jī)制類型，但都受到尼泊爾地震序列的觸發(fā)而發(fā)生.

2)2015年尼泊爾地震序列對(duì)喜馬拉雅主山前逆沖斷裂和青藏高原腹地的大部分拉張構(gòu)造起到觸發(fā)作用，而對(duì)走滑斷裂，如阿爾金斷裂、東昆侖斷裂、玉樹瑪曲斷裂、班公錯(cuò)斷裂西部、嘉黎斷裂，以及天山南北的斷裂活動(dòng)起到抑制作用.對(duì)新疆北部斷裂、華北地區(qū)、東北地區(qū)和華南地區(qū)的斷裂的影響很小.

3)2015年尼泊爾地震序列造成其北部(青藏高原大部及新疆地區(qū))的水平面應(yīng)力增加，而使得青藏高原的該地震序列東側(cè)及川滇地區(qū)南部的水平面應(yīng)力降低.雖然華北地區(qū)和東北地區(qū)的水平面應(yīng)力增加，華南地區(qū)的水平面應(yīng)力降低，但量值很小.在中國(guó)西部，該地震序列造成主壓應(yīng)力方向以地震震中為圓心向外輻射，主張應(yīng)力大體在同心圓上，且隨著震中距增加量值逐漸減小.在華北地區(qū)的主壓應(yīng)力方向呈現(xiàn)北東東向、在東北地區(qū)呈現(xiàn)北東向，而在華南地區(qū)呈現(xiàn)南東東向.

我們得到的尼泊爾地震序列產(chǎn)生的水平主壓應(yīng)力分布與沈正康等(2003b)得到的中國(guó)大陸應(yīng)變率場(chǎng)和Wan(2010)得到的中國(guó)大陸地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的模式是近似一致的.這可能意味著中國(guó)大陸的構(gòu)造變形主要源于印度板塊和歐亞板塊的碰撞，而2015年尼泊爾地震序列是這個(gè)碰撞過程的一個(gè)典型代表.如果包括青藏高原南緣的更多地震，則這種相似性可能會(huì)更好.

本研究采用2015年地震序列的破裂模型求解其對(duì)中國(guó)大陸的影響.其中MW7.9主震破裂模型采用Hayes(2015a)第二版的破裂模型.張勇等(2015)、王衛(wèi)民等(2015，私人通訊)也給出了該地震的破裂模型.將他們的模型相比較，有很大類似之處：均表現(xiàn)為較大的逆沖分量，并且矩震級(jí)也相同，走向、傾角非常相似(表3).雖然最大滑動(dòng)量不同，但最大滑動(dòng)量與滑動(dòng)分布面積會(huì)有折中，即滑動(dòng)量較為集中的模型分布面積相對(duì)縮小.這種差異會(huì)造成近場(chǎng)的應(yīng)力計(jì)算有一些差別，但對(duì)于我們研究的遠(yuǎn)場(chǎng)，這種差別是可以忽略不計(jì)的.在計(jì)算中，4月25日MW7.9主震和5月12日MW7.2大余震選用Hayes(2015a,2015b)的模型進(jìn)行求解，以使得模型具有相對(duì)一致性.另外，未找到破裂模型的4次地震的破裂參數(shù)均采用Wells和Coppersmith(1994)的統(tǒng)計(jì)公式給出，這樣造成的遠(yuǎn)場(chǎng)誤差也可以忽略不計(jì).

表3 2015年4月 25日尼泊爾地震破裂模型的比較Table 3 Comparison of the rupture models of the April 25, Nepal，earthquake

本研究對(duì)中國(guó)大陸活動(dòng)斷層影響及水平應(yīng)力求解時(shí)采用了較為簡(jiǎn)單的彈性半空間模型.實(shí)際上地球介質(zhì)的不均勻結(jié)構(gòu)，如一維垂向不均勻結(jié)構(gòu)(Wang et al., 2003), 對(duì)庫侖應(yīng)力變化的計(jì)算結(jié)果有一定影響.另外，大地震后的地球的黏彈性松弛效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變的擴(kuò)散(沈正康等，2003a；萬永革等，2007, 2008)，這些效應(yīng)也會(huì)對(duì)庫侖應(yīng)力變化結(jié)果產(chǎn)生一些影響.然而，需要說明的是，黏彈性效應(yīng)僅在應(yīng)力作用時(shí)間與應(yīng)力釋放的特征時(shí)間近似或大于應(yīng)力釋放的特征時(shí)間時(shí)才變得比較重要.對(duì)于發(fā)生在時(shí)間間隔較短的對(duì)地震發(fā)生影響的粗略估計(jì)中，這種效應(yīng)是可以忽略不計(jì)的.

動(dòng)態(tài)應(yīng)力觸發(fā)也是地震應(yīng)力觸發(fā)研究的一個(gè)重要方面(萬永革等， 2002)，該研究起始于1992年美國(guó)Landers地震之后的數(shù)秒到數(shù)天內(nèi)，遠(yuǎn)離Landers震中1250 km的地方地震活動(dòng)性突然增加(Hill et al., 1993; Anderson et al., 1994; Bodin and Gomberg, 1994).Kilb等(2000)研究了Landers地震在近場(chǎng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化峰值以及震后地震活動(dòng)性的改變.他們發(fā)現(xiàn)Landers地震產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)庫侖應(yīng)力變化峰值與靜態(tài)庫侖應(yīng)力變化在空間延伸方向上是一致的.對(duì)于2015年尼泊爾地震序列來講，動(dòng)態(tài)應(yīng)力也許對(duì)我國(guó)西藏定日縣和聶拉木縣地震的觸發(fā)會(huì)起作用，因?yàn)樗鼈兙嗲懊娴卣鹬笠惶靸?nèi)發(fā)生.但對(duì)于研究2015年尼泊爾地震序列的綜合影響，目前還沒有一種綜合多個(gè)地震的動(dòng)態(tài)應(yīng)力觸發(fā)計(jì)算方法.也許綜合多個(gè)地震研究地震的動(dòng)態(tài)應(yīng)力影響是今后的一個(gè)發(fā)展方向.

雖然靜態(tài)庫侖破裂應(yīng)力變化對(duì)后續(xù)地震影響的研究引起了人們的廣泛關(guān)注，但也經(jīng)常有一些反例發(fā)表.比如，Beroza和Zoback(1993)及Kilb等(1997)研究了美國(guó)加州Loma Prieta地震與余震的破裂機(jī)制之間的關(guān)系，他們發(fā)現(xiàn)主震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化并不能解釋所有余震的震源機(jī)制.Parsons和Dreger(2000)的研究表明1992年的Landers地震在1999年的Hector Mine地震產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化也幾乎為零.Horikawa(2001)研究了日本1997年3月26日地震對(duì)5月13日地震的影響，發(fā)現(xiàn)5月13日地震震源位置落在3月26日地震產(chǎn)生的應(yīng)力影區(qū)之中.萬永革等(2007)也發(fā)現(xiàn)某些大地震位于前面地震產(chǎn)生的應(yīng)力影區(qū)之中.最近Jia等(2012)研究了巴顏喀拉塊體邊界的應(yīng)力相互作用問題，他們發(fā)現(xiàn)發(fā)生在該塊體邊界的4個(gè)主要地震沒有明顯改變區(qū)域地震活動(dòng)性.因此關(guān)于地震和板塊之間相互作用問題的研究尚有其他模型, 也許是更好的模型可以考慮. 例如, 近年來不斷發(fā)展的依賴于速率狀態(tài)的斷層摩擦動(dòng)力學(xué)模型(Dieterich, 1992), 在這個(gè)問題的研究中便表現(xiàn)出明顯的潛力和優(yōu)勢(shì). 我們的研究只是從一個(gè)角度對(duì)這個(gè)問題提供一個(gè)可能是有意義的參考.

致謝 本研究圖件利用Generic Mapping Tools (GMT) (Wessel and Smith, 1995)繪制的，特此致謝.

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(本文編輯 汪海英)

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Stress influence of the 2015 Nepal earthquake sequence on Chinese mainland

WAN Yong-Ge1， SHENG Shu-Zhong1， LI Xiang1， CUI Hua-Wei1, GAO Xi-Wei1, SHEN Zheng-Kang2

1InstituteofDisasterPrevention,HebeiSanhe065201，China2DepartmentofEarthandSpaceSciences,UniversityofCalifornia,LosAngeles,CA90095-1567,USA

Based on the rupture models of the 2015 Nepal earthquake sequence and half space homogeneous elastic model, the Coulomb stress changes are calculated on nodal planes and slip directions of the Tingri and Nyalam earthquakes which occurred in Tibet, China. The results show that the Coulomb stresses on the Tingri and Nyalam earthquakes transferred by the 2015 Nepal earthquake sequence are (2～3)×103Pa and (2.4～3.1)×105Pa, respectively. It implies that the Tingri and Nyalam earthquakes are triggered by the 2015 Nepal earthquake sequence.

Then, we projected the stress changes generated by the 2015 Nepal earthquake sequence on the fault planes and slip directions of the active faults near the source region and in Chinese mainland. The Coulomb stress largely increases on the Himalayan main frontal thrust fault and the extensional normal faults in the interior of the Tibet plateau, such as the Kyêbxang Co-Xainza-Dinggyê fault zone, the fault zone of the southeast foot of the Nyaiqêntanglha Mountains, the Yibug Caka-Dawa Co-Gyêsar Co fault zone，the Cam Co-Palung Co fault zone. While it decreases on the strike-slip faults in Tibet plateau, such as the Altyn Tagh fault, the East Kunlun fault, the Yushu-Maqu fault, west of the Pangong Tso fault, the Lhari fault. The Coulomb stress also decreases on the faults on the north and south side of the Tienshan Mountains. Little Coulomb stress changes appear on the faults in northern Xinjiang, North China, Northeast China and South China.

Lastly, we calculated horizontal stress changes generated by the 2015 Nepal earthquake sequence. The horizontal area stress increases in the north direction of the 2015 Nepal earthquake sequence (most of the Tibet plateau and Xinjiang region), and decreases in southern Tibet to the east side of the earthquake sequence and south part of the Sichuan-Yunnan region. Little horizontal area stress increase took place in North China and Northeast China. Little horizontal area stress decreases are seen in South China. The principal compressive stress shows an outward radiation centered on the 2015 Nepal earthquake sequence with the principal extensional stress along the direction of concentric circles in western China. The principal compressive stress shows NE direction in Northeast China, NEE in North China and SEE in South China, respectively. The direction of the horizontal stress change generated by the 2015 Nepal earthquake sequence presents a similar pattern of the contemporary stress field, which means that collision between the India and Eurasia plates associated with the 2015 Nepal earthquake sequence is the major dynamic source for tectonic deformation in Chinese mainland.

Stress triggering; 2015 Nepal earthquake sequence; Earthquake rupture model; Horizontal stress

10.6038/cjg20151132

P315

2015-06-02，2015-10-21收修定稿

河北省地震科技星火計(jì)劃(DZ20140101002)、國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)(2012DFR20440)和中央高校基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)資金(創(chuàng)新項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)資助計(jì)劃)(ZY20110101)共同資助.

萬永革，男，1967年生，研究員，主要從事構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、地震應(yīng)力觸發(fā)等方面研究工作.E-mail:wanyg217217@vip.sina.com.cn