郭祥云 陳學(xué)忠

(中國地震局地球物理研究所,北京 100081)

2009年中國大陸地區(qū)部分地震的震源機制解＊

郭祥云 陳學(xué)忠

(中國地震局地球物理研究所,北京 100081)

選用國家地震臺網(wǎng)和區(qū)域臺網(wǎng)的初至波P波初動符號資料,采用下半球等面積投影,用格點嘗試法計算了2009年中國大陸27次MS4.5級以上地震的震源機制解。根據(jù)Zoback[1]研究全球應(yīng)力場時的分類標(biāo)準(zhǔn),對斷層面解類型進(jìn)行了分類。結(jié)果表明:走滑型(SS)地震13次,逆斷層為主兼走滑(TS)8次,逆斷層(TF)2次,正斷層為主兼走滑(NS)3次,正斷層(NF)1次。主壓應(yīng)力軸P軸方位的優(yōu)勢分布具有明顯的區(qū)域特征,除東北地區(qū)有稍微的偏移,其余地區(qū)都與當(dāng)?shù)氐谋尘皹?gòu)造應(yīng)力場基本一致。

初動符號;中國大陸地區(qū);震源機制

引言

震源機制解可以用于描述震源的性質(zhì)和受力情況,是了解地震應(yīng)力狀態(tài)的一個有效途徑,對監(jiān)視地殼應(yīng)力動態(tài)變化和認(rèn)識地震孕育發(fā)生過程具有一定的意義。常用的求解震源機制的方法主要有P波初動符號法、波形矩張量反演方法和振幅比方法[2-4],國內(nèi)外專家們已經(jīng)在這方面做了大量的工作[5-21]。

P波初動符號法因其物理圖像簡單,地震波信息穩(wěn)定,在確定震源機制解方面的獨特優(yōu)勢,被國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。至今,已發(fā)展了多個利用P波初動符號求解震源機制解的方法,大致可歸為兩類:迭代法[22-23]和網(wǎng)格搜索法。因迭代算法對資料質(zhì)量的依賴性更大,所以網(wǎng)格搜索方法更為流行[24]。許忠淮等[25]最早提出了求P波震源機制解的格點嘗試法,得到解區(qū)(可選解的集合)及平均解。Reasenberg和Oppenheimer[26]編寫了一套求解P波初動震源機制解的程序FPFIT,求最佳解及解的置信區(qū)間,并對解的質(zhì)量進(jìn)行評價。Hardebeek和Shearer[27]改進(jìn)了程序,并討論了P波初動極性、震源位置以及速度模型的不確定性對震源機制解的影響。俞春泉等[28]對許忠淮的格點嘗試法進(jìn)行了改進(jìn),提出了數(shù)據(jù)點依賴于質(zhì)量以及密集程度的權(quán)重計算方法;提出了通過聚類分析給出單個或多個可能平均解的方法;借鑒了杰克刀技術(shù)對解穩(wěn)定性的測試;改進(jìn)了解的搜索方式;并提出了評價震源機制解質(zhì)量的新方案。

據(jù)我國地震臺網(wǎng)測定,2009年1月至12月中國大陸共發(fā)生MS4.5級以上中強地震28次,最大地震為2009年8月28日青海省西蒙自治州MS6.4級地震。汶川震區(qū)發(fā)生MS4.5級以上余震5次,最大為2009年6月30日綿竹MS5.6級地震。為了給廣大的地震工作者及時提供中國大陸中強地震的震源機制結(jié)果,本文作者在中國地震局監(jiān)測預(yù)報司《數(shù)字地震觀測臺網(wǎng)產(chǎn)出強化工作》專項的大力支持下,選用國家地震臺網(wǎng)和區(qū)域臺網(wǎng)(震中距500km之內(nèi))的初至波P波初動符號資料,采用下半球等面積投影,用格點嘗試法計算了2009年中國大陸MS4.5級以上地震的震源機制解共27個,其中MS5.0級以上地震23次,MS4.5級以上地震4次。

2 方法及資料

許忠淮等[25]提出了利用P波初動方向資料求解震源機制解的格點嘗試法,其主要技術(shù)思路是:在整個解的可能空間按一定的步長進(jìn)行全面搜索嘗試,找出矛盾符號比φ在一定范圍內(nèi)的所有可能解,計算其平均解作為震源機制解的結(jié)果。郭祥云等[29]運用本方法計算汶川地震的震源機制結(jié)果,并與USGS和哈佛大學(xué)給出的結(jié)果做了一定的對比,結(jié)果表明該方法比較可靠。

由初動符號求解地震的震源機制要求地震被盡量多的臺站記錄到,且臺站的分布盡量均勻、合理。在本研究中,震源位置參數(shù)采用中國地震臺網(wǎng)中心(http:∥www.csndmc.ac.cn/newweb/index.jsp)提供的地震目錄,選用國家地震臺網(wǎng)和區(qū)域臺網(wǎng)(震中距500km之內(nèi))的臺站記錄。隨著我國數(shù)字地震臺網(wǎng)的不斷完善,尤其是“十五”數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)項目完成之后,提供更好的地震觀測資料已成為可能。研究所用的地震事件和臺站分別如圖1和圖2所示。

依據(jù)讀取的P波初動數(shù)據(jù),采用格點嘗試法對每個地震所有可能的震源機制解進(jìn)行了全空間掃描計算,掃描步長為5°×5°×5°,從中選取矛盾符號比φ介于最小值φmin至φmin+2%之間的解作為該地震震源機制解的離散區(qū)(即可能解的分布范圍)。對離散區(qū)內(nèi)所有可能解平均后作為求解結(jié)果。2009年MS4.5級以上27次地震,每個地震的初動符號都在20個以上,2/3地震的初動符號在30個以上。所得到的震源機制解結(jié)果的矛盾符號比最大為20%,矛盾比≤10%的占88%。所有MS5.0級以上地震的矛盾比最大為12%,矛盾比≤10%的占95%。每個地震的震源機制解、所用初動符號臺站數(shù)以及矛盾符號比見表1。

圖1 2009年中國大陸4.5級以上地震震中空間分布圖

圖2 求解震源機制解所用到的臺站空間分布圖

3 震源機制解分析

圖3 2009年中國大陸MS4.5級以上地震的震源機制解分布圖(圖中序號與表1一致)

本研究得到了2009年MS4.5級以上27次地震的震源機制解,空間分布見圖3。根據(jù)表2中Zoback[1]研究全球應(yīng)力場時的分類標(biāo)準(zhǔn),對這些MS4.5級以上地震的斷層面解類型進(jìn)行了分類(表1)。結(jié)果表明2009年發(fā)生在中國大陸的MS4.5級以上地震以走滑型地震(SS)為主的共13次,逆斷層為主兼走滑的(TS)8次,逆斷層(TF)2次,正斷層為主兼走滑的(NS)3次,正斷層(NF)1次(表2)。這與謝富仁等[30]得到中國及鄰區(qū)的震源機制資料50.3%為走滑型,32%為逆斷型,13.9%為正斷型基本一致。其中新疆地區(qū)及青藏塊體的震源機制解類型以走滑(SS)和逆斷層為主兼走滑(TS)的為主。這與徐紀(jì)人等[31]取得青藏高原周緣地區(qū),南部的喜馬拉雅山前沿以及青藏高原的北部、西部邊緣地區(qū)所發(fā)生的地震絕大多數(shù)都屬于逆斷層型或走滑逆斷層型地震結(jié)果相一致。

新疆天山地區(qū)活動斷層非常發(fā)育,主要有近EW向、NW-NWW向和NE向3組。新疆的6次地震,主要發(fā)生在3個地震帶上:北天山地震帶、南天山地震帶、帕米爾-西昆侖地震帶。它們的震源機制解的P軸方位優(yōu)勢分布以近SN向為主,傾角較小,T軸傾角較大,顯示出新疆天山地區(qū)主要受到近SN向水平擠壓的作用。這與新疆近SN向的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場方向基本一致[9]。

表2 Zoback[1]研究全球應(yīng)力場時的分類標(biāo)準(zhǔn)

汶川震區(qū)發(fā)生5次地震,位于龍門山斷裂帶南段的地震4次,其P軸的方位以近NW-SE向為主,龍門山斷裂帶北段的地震1次,P軸方位為NWW-SEE向。龍門山斷裂帶南段地震的P軸方位與2008年汶川8.0級地震的P軸的方位和當(dāng)?shù)氐膮^(qū)域應(yīng)力場方位近乎一致,而北段地震的P軸方位則明顯與之前發(fā)生的當(dāng)?shù)氐挠嗾鸬腜軸方位的優(yōu)勢分布一致。因此,汶川震區(qū)發(fā)生5次地震仍然屬于汶川8.0級地震的余震。

云南地區(qū)3次地震均為走滑型地震,其P軸方位近SN向,傾角較小,T軸的傾角也較小,顯示出云南地區(qū)主要受近SN向近水平的壓力作用。節(jié)面的滑動角接近0°和-180°,表明地震以走滑錯動為主。

青海地區(qū)6次MS5.0級以上地震均發(fā)生在走向NWW-SEE、傾向NE的大柴旦-宗務(wù)隆山現(xiàn)代活動斷裂帶上。最大地震為2009年8月28日1時52分青海省西蒙自治州MS6.4級地震,其節(jié)面Ⅰ的走向、傾角和滑動角分別為152°、82°、119°,節(jié)面Ⅱ的走向、傾角和滑動角分別為256°、30°、16°。其中節(jié)面Ⅱ的走向與大柴旦-宗務(wù)隆山斷裂帶的走向一致,節(jié)面Ⅱ為發(fā)震斷層。主壓應(yīng)力軸的方位角為SW向,此次地震是受近NE-SW擠壓應(yīng)力場所致。P軸方位角優(yōu)勢分布(圖4),為近NE-SW方向,與青藏高原整體擠壓應(yīng)力場的方向大體相同。

東北地區(qū)3個MS4.5級以上地震,其P軸方位近EW向,相對于東北地區(qū)的NEESWW方向的主壓應(yīng)力背景應(yīng)力場方向,發(fā)生了一定的偏轉(zhuǎn)。

4 對比不同計算方法的震源機制解

圖4 2009年青海大柴旦地震序列P軸方位角隨時間的變化

為進(jìn)一步考察本研究結(jié)果的可靠性,將本研究結(jié)果與目前國內(nèi)外使用不同方法、不同資料來源中強以上地震的常規(guī)計算結(jié)果進(jìn)行對比分析,其中包括全球矩心矩張量解(GCMT,http:∥www.globalcmt.org/CMT-search.html),中國地震局地球物理研究所提供的采用體波面波聯(lián)合反演矩張量的“剪切-粘貼(CAP)法結(jié)果,以及P波波形快速矩張量反演結(jié)果(本研究中用PCMT表示)。由于P波初動法得到的震源機制解,反映的是地震的初始破裂方式,矩張量解的最佳雙力偶解反映的是整個地震破裂過程的平均結(jié)果。一般來說,地震過程的初始破裂方式與平均破裂方式總體性質(zhì)是一致的,但也有不完全相同的時候。為了對不同方法得到的震源機制解結(jié)果進(jìn)行對比分析,選取了上述4種方法得到的2009年MS5.6級以上地震的4次地震的震源機制解的結(jié)果(表3)。

由表3中可見,本文所得到的結(jié)果,對于斷層類型來說,與GCMT和PCMT的結(jié)果一致,對于P軸方位角來說,本文得到的結(jié)果似乎與GCMT的結(jié)果更接近。

表3 用不同方法得到的中國大陸地區(qū)2009年MS5.6級以上地震的震源機制解

5 結(jié)論與分析

本文采用P波初動格點嘗試法得到了2009年中國大陸MS4.5級以上地震的震源機制解,并將結(jié)果與國內(nèi)外不同計算方法的結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示:

(1)2009年中國大陸地震的震源機制解以走滑型地震(SS)和逆斷層為主兼走滑型地震(TS)為主。主壓應(yīng)力軸方位優(yōu)勢分布具有明顯的區(qū)域特征。表明中國構(gòu)造應(yīng)力場的格局明顯受制于周邊板塊的動力學(xué)作用。我國新疆及云南地區(qū)主壓應(yīng)力方向主體表現(xiàn)為近SN向;青海省所在區(qū)域主壓應(yīng)力方位主體表現(xiàn)為近NE-SW;中國東北部主壓應(yīng)力方位主體表現(xiàn)為近EW向,與主壓應(yīng)力方向以NEE-SWW方向為主導(dǎo)的背景構(gòu)造場略有偏轉(zhuǎn)。2008年發(fā)生8.0級地震的汶川震區(qū),汶川龍門山南段地震的P軸方位與汶川8.0級地震的主應(yīng)力軸的方位和該區(qū)應(yīng)力場方向近乎一致;而龍門山北段地震的主壓應(yīng)力軸方位相對于南段的主壓應(yīng)力軸向西發(fā)生了明顯偏轉(zhuǎn)。

(2)國內(nèi)外不同計算方法得到的2009年中國大陸4個MS5.6級以上地震的震源機制結(jié)果有一定的差異。本文得到的結(jié)果與GCMT和PCMT的結(jié)果一致性較好,而與CAP方法得到的震源機制解有一定的差異。

致謝

感謝中國地震局地球物理研究所“國家地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心”為本研究提供地震波形數(shù)據(jù)。

(作者電子信箱,郭祥云:gxy-1@sohu.com)

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Focal Mechanism Solutions for Some Earthquakes in the Chinese Mainland in2009

Guo Xiangyun and Chen Xuezhong
(Institute of Geophysics,CEA,Beijing100081,China)

In this paper,the focal mechanism solutions of some earthquakes of MS≥4.5occurring in the Chinese mainland in2009are determined with the lower hemisphere equal-area projection and first motion direction data of PnandPgwaves recorded by the regional and distant seismic stations.In the calculation,the grid point test method is employed.The types of the focal fault plane are classified according to the classificatory criteria proposed by Zoback(1992)through the study of the global stress field.The results show that focal mechanism solutions of13earthquakes show strike-slip(SS)faulting,8are predominately thrust-faulting with strike-slip component(TS),2thrust faulting(TF),3predominately normal faulting with strike-slip component(NS),and only 1 normal faulting(NF).The predominant orientation of principal compressive stressP axis is different for different regions,and coincident with the local tectonic stress field,but the predom inant orientation of P axis in the northeast of China deflected from the local tectonic stress field.

firstmotion direction;the Chinese mainland;focal mechanism

P315.3+3;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.02.006

2009-12-29;

2010-01-13。

中國地震局一般項目(項目編號:049214)資助。