李冬圣，李文軍，王艷榮，賈　炯，蔡玲玲，張從珍

(1.河北省地震局，石家莊　050021； 2.承德地震中心臺，河北 承德　067000；3.秦皇島中心臺，河北 秦皇島　066000)

?

2014年河北涿鹿M4.3地震矩張量反演

李冬圣1，李文軍2，王艷榮3，賈炯1，蔡玲玲1，張從珍1

(1.河北省地震局，石家莊050021； 2.承德地震中心臺，河北 承德067000；3.秦皇島中心臺，河北 秦皇島066000)

摘要：使用河北省遙測臺網(wǎng)記錄的三分量寬頻帶數(shù)字波形資料，在時間域反演2014年9月6日河北涿鹿M4.3地震的矩張量解，深度14 km時得到最佳解，Variance(VR)為92.2、Double-couple (Pdc)值為88、Compensation linear vector dipole(CLVD)值為12，Residual / double-couple(RES/Pdc)達到9.54×10-12，震源機制解呈右旋走滑，與格點嘗試法計算結(jié)果一致，文章結(jié)合涿鹿地區(qū)的地質(zhì)資料和構(gòu)造背景對發(fā)震斷層進行了討論。

關(guān)鍵詞：河北涿鹿；矩張量反演；震源機制；發(fā)震構(gòu)造

0引言

地震矩張量解給出了地震的大小、破裂類型以及斷層面的一些參數(shù)，為相關(guān)部門在震后應(yīng)急救援和震后趨勢判斷過程中提供重要的參考依據(jù)。測定震源機制解的方法有多種，比如用SNOKE方法[1]、振幅比法[2]、TDMT方法[3]、CAP方法[4]等。很多學(xué)者應(yīng)用不同的方法求解了不同區(qū)域的震源機制解，為各地區(qū)開展相關(guān)研究工作提供了一定的參考資料。其中，時間域地震矩張量反演的方法只需要稀疏臺網(wǎng)記錄的三分量波形，就可以得到較為可靠的反演結(jié)果，所以在處理中等地震震源機制解中具有明顯優(yōu)勢。許多研究表明，由于區(qū)域長周期地震波對速度結(jié)構(gòu)的橫向變化及密度的非均勻性相對不敏感，如果震源位置比較準(zhǔn)確，滿足震源的同步，假設(shè)波形信噪比高，則用區(qū)域范圍稀疏臺網(wǎng)記錄的三分量長周期波形就足以反演得到穩(wěn)定的矩張量解[5]。

2014年9月6日18點37分河北涿鹿發(fā)生M4.3地震(40.3°N，115.4°E)，涿鹿縣震感強烈，張家口市周邊大部分縣市有明顯震感[6]。本文使用河北臺網(wǎng)所接收到的寬頻帶三分量地震儀波形數(shù)據(jù)記錄，利用TDMT方法在時間域反演涿鹿地震的矩張量解，并與格點嘗試法利用P波初動極性得到的計算結(jié)果相比較，結(jié)合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)背景分析該地震的發(fā)震構(gòu)造。

1研究方法

本文使用Dreger[3]提出的利用區(qū)域長周期記錄的三分量波形在時間域反演地震矩張量解的TDMT_INVC方法，通過他們給出的層狀介質(zhì)中點源位錯所產(chǎn)生的地震波場表達式和頻率—波數(shù)方法計算地震在地表產(chǎn)生的理論位移，利用線性最小二乘方法使給定震源深度的地震理論與觀測位移擬合殘差最小，得到地震的矩張量解，原理詳見文獻[3]。

具體操作過程：根據(jù)震級大小確定反演所用臺站，震中距范圍為200 km內(nèi)；根據(jù)臺站數(shù)據(jù)質(zhì)量、方位角覆蓋范圍、臺站正確的儀器響應(yīng)函數(shù)等確定臺站選擇方案；然后對觀測波形數(shù)據(jù)進行處理，包括去均值，去傾校正，旋轉(zhuǎn)到Z、R、T分量并積分為位移，扣除儀器響應(yīng)函數(shù)，濾波到使用的頻段等；最后使用各臺站的區(qū)域地殼模型計算格林函數(shù)并進行反演，針對單臺反演結(jié)果進行多臺聯(lián)合反演。

2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及速度結(jié)構(gòu)選擇

2008年以來，經(jīng)過“十五”測震臺網(wǎng)建設(shè)，河北遙測臺網(wǎng)目前能同時接收170個臺站的信號，省內(nèi)大部分地區(qū)監(jiān)測能力達ML1.5，周邊地區(qū)及鄰近海域監(jiān)測能力達ML2.0。2012年在全國測震臺網(wǎng)儀器方位角普查校正工作中，河北、北京、山西、地球所等單位用尋北儀對各單位所屬的臺站進行了方位角普查與校正，避免了由于方位角偏差對計算結(jié)果帶來的影響。

搜集涿鹿M4.3地震震中距200 km范圍內(nèi)所有寬頻帶數(shù)字波形記錄，排除數(shù)據(jù)記錄質(zhì)量較差和記錄不完整的臺站，選擇了ZJK(張家口臺)、CHC(赤城臺)、FEN(豐寧臺)、LLM(琉璃廟臺)、ZKD(周口店臺)、LNQ(靈丘臺)6個信噪比較高的臺站波形資料反演矩張量。6個臺站全部為基巖臺，儀器型號為CTS-1、BBVS-60，數(shù)據(jù)采集器為24位，采樣率為100 Hz。

格林函數(shù)計算是反演地震矩張量的關(guān)鍵步驟，速度模型的建立對格林函數(shù)的計算有很大的影響。本文計算理論地震圖參考孫若昧等[7]首都圈地區(qū)地殼一維P波速度模型(表1) ，研究中根據(jù)每個臺站的位置選用了各自的速度模型。

表1　速度結(jié)構(gòu)

3矩張量反演及結(jié)果分析

2014年9月6日在河北省涿鹿發(fā)生M4.3地震，隨后發(fā)生了10余次震級較小的余震。圖1為震中及反演所用臺站分布圖，6個臺站分布在震中四周。圖2顯示本次地震LNQ(靈丘臺)原始記錄數(shù)據(jù)經(jīng)過扣除儀器響應(yīng)、濾波等處理過程。

圖1　河北涿鹿M4.3震中及反演所用臺站分布圖

圖2　LNQ(靈丘臺)記錄的涿鹿M4.3地震觀測波形預(yù)處理

圖3為河北涿鹿M4.3地震矩張量反演所選用的ZJK、CHC、FEN、LLM、ZKD、LNQ6個臺站理論波形與實際觀測波形及反演結(jié)果雙力偶震源機制下半球投影，同時繪制出P、T軸。觀測波形和理論波形互相關(guān)系數(shù)為0.922，震源機制為右旋走滑類型。

圖3　理論波形與實際波形擬合及反演結(jié)果(實線為記錄波形，虛線為理論波形)

為了近一步分析本文矩張量反演結(jié)果的可靠性，反演結(jié)果與MSDP外掛自動反演程序計算結(jié)果相比較(圖3)。自動反演中采用了CHD(承德臺)、LUX(灤縣臺)、JIP(經(jīng)棚臺)、ZHB(張北臺)、YAY(陽原臺)、DAX(代縣臺)、QSP(秋樹坪臺)等7個臺站的數(shù)據(jù)，雖然兩者使用的臺站不同，但得出的反演結(jié)果很接近。

反演結(jié)果與格點嘗試法計算結(jié)果相比較見圖4，表2數(shù)據(jù)顯示本文的計算結(jié)果與格點嘗試法結(jié)果很相近，由此進一步證明了反演結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖4　矩張量自動反演結(jié)果

發(fā)震時間日期時間MS節(jié)面Ι走向/(°)傾角/(°)滑動角/(°)節(jié)面Ⅱ走向/(°)傾角/(°)滑動角/(°)備注2014090618:37:404.330212790868-112122188279180-176格點嘗試法TDMT

圖5　涿鹿M4.3震源機制解比較

圖6　涿鹿M4.3地震矩張量解VR、DC、CLVD和RES/Pdc隨深度的變化

涿鹿地震在地震目錄中給出的震源深度為20 km，震源深度的確定對于分析地震活動構(gòu)造背景具有很重要的作用。TDMT時間域矩張量反演中，震源深度的不同會影響理論地震圖的形態(tài)，從而影響矩張量的反演質(zhì)量，為了避免震源深度對矩張量反演結(jié)果產(chǎn)生的影響，計算過程中反演了3～20 km不同深度上的地震矩張量解。從圖5可以看出，方差(VR)、殘差和每個解的DC比(RES/Pdc)在不同的深度上變化很明顯。VR值在14 km處達到最高點，這表明涿鹿M4.3級地震在深度14 km時得到最佳解，此時DC值為88，CLVD值為12，RES/Pdc達到9.54×10-12，震源機制解顯示節(jié)面Ι走向127°，傾角86°，滑動角-11°，節(jié)面Ⅱ走向218°，傾角79°，滑動角-176°，為右旋走滑斷層，地震矩M0為2.62×1022。

4討論與結(jié)論

1)利用河北省遙測臺網(wǎng)記錄的寬頻帶三分量數(shù)字波形資料反演了2014年9月6日河北涿鹿M4.3地震的矩張量解，臺站較為均勻的分布在震中周圍，波形擬合質(zhì)量較好，時間域矩張量反演結(jié)果與自動反演結(jié)果和格點嘗試法計算結(jié)果十分接近。

2)地震震中位于華北斷塊區(qū)山西斷陷帶內(nèi)，震源機制解表明，節(jié)面Ⅱ呈NE向，右旋走滑型，與延礬北緣斷裂走向符合,與該區(qū)域的震源機制解類型和構(gòu)造應(yīng)力場基本一致[8]。歷史上該地區(qū)地震活動較強，共發(fā)生M5.0以上地震 17 次。帶內(nèi)發(fā)育有一系列NE、NNE向的晚第三紀(jì)斷陷盆地，本次地震就發(fā)生在山西斷陷帶內(nèi)延慶—礬山盆地(簡稱延礬盆地)北緣斷裂附近(圖1)。1995年7月該地區(qū)曾發(fā)生震群事件，最大地震為M3.6，這次涿鹿M4.3地震與1995年的震群事件都發(fā)生在斷層西南段的燕王溝—黑山寺—紅土溝斷層NE方向的延長線上，刁桂苓等[9]通過調(diào)查分析得出該斷層長175 km，走向30°～45°，傾向SE，傾角55°～75°，最后一次地表位錯事件在晚更新世末期，屬于正斷層性質(zhì)。于貴華等[10]通過選用該區(qū)50余次地震的震源機制解分析，延礬盆地北緣斷裂在地表附近以脆性變形為主，表現(xiàn)為斷裂錯動，在距地表4 km左右破裂帶開始變寬；隨著深度的加大,因地下溫壓增大,地殼物質(zhì)開始出現(xiàn)脆韌性轉(zhuǎn)換,破裂面向傾向方向偏移,正斷層滑動面也有向剪切變形帶轉(zhuǎn)化的趨勢。而本次涿鹿M4.3地震震源深度14 km，震源斷層呈右旋走滑，與1995年該區(qū)震群的震源斷層性質(zhì)相同，和延礬盆地北緣斷裂深淺構(gòu)造存在差異特征相符。這次地震在序列上能分出主震和余震，其能量釋放集中在主震時，屬于孤立型地震，地震有感范圍較廣，經(jīng)現(xiàn)場工作人員考察發(fā)現(xiàn)未造成重大災(zāi)害[11]。

3)雖然在時間域反演了2014年涿鹿M4.3地震的斷層面解和地震矩心深度等，但還不能完全揭示地震的發(fā)生、發(fā)展全過程，應(yīng)通過其他方法并結(jié)合2013年3月3—5日河北涿鹿微震群事件，進一步研究該地區(qū)的發(fā)震構(gòu)造和孕震背景。 參考文獻：

[1]劉澤民, 倪紅玉, 張炳, 等. 基于FOCMEC方法反演震源機制解的交互式程序研制與使用[J]. 華北地震科學(xué), 2015, 33(1): 19-24.

[3]Dreger D S, Helmberger D V. Determination of source parameters at regional distances with three-component sparse network data[J]. Journalof GeophysicalResearch, 1993, 98(B5): 8107-8125.

[4]Zhu L P, Helmberger D V. Advancement in source estimation techniques using broadband regional seismograms[J]. Bulletin of the SeismologicalSocietyof America,1996, 86(5): 1634-1641.

[5]林向東, 葛洪魁, 徐平, 等. 近場全波形反演: 蘆山7.0級地震及余震矩張量解[J]. 地球物理學(xué)報, 2013, 56(12), 4037-4047.

[6]張杰卿, 劉雙慶, 孫路強, 等. 2014年9月6日河北涿鹿4.3級地震分析[J]. 華北地震科學(xué), 2015, 33(2): 36-40, 47.

[7]孫若昧, 劉福田. 京津唐地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)與強震的發(fā)生——I.P波速度結(jié)構(gòu)[J]. 地球物理學(xué)報, 1995, 38(5):599-607.

[8]孫貴成, 郭祥云, 馬利軍. 山西帶中北部地區(qū)中小地震震源機制解特征[J]. 華北地震科學(xué), 2015, 33(1): 52-56.

[9]刁桂苓, 張四昌, 于利民, 等. 1995年7月河北懷來-涿鹿間地震群的震源斷層[C]//中國地震學(xué)會第六次學(xué)術(shù)大會論文摘要集.北京: 地震出版社, 1996.

[10]于貴華, 徐錫偉, 馬文濤, 等. 延礬盆地北緣斷裂深淺構(gòu)造關(guān)系研究[J]. 地震學(xué)報, 2004, 26(1): 68-76.

[11]楊岐炎, 孟立朋, 彭遠黔, 等. 2014年9月6日河北涿鹿M4.3級地震——現(xiàn)場調(diào)查報告[R].石家莊: 河北省地震局震害防御中心, 2014.

Seismic Moment Tensor Inversion of 2014 ZhuoluM4.3 Earthquake

LI Dong-sheng1, LI Wen-jun2, WANG Yan-rong3, JIA Jiong1, CAI Ling-ling1, ZHANG Cong-zhen1

(1. Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021, China;2. Chengde Central Seismic Station, Chengde 067000, China;3. Qinhuangdao Central Seismic Station, Qinhuangdao 066000, China)

Abstract:Using Three-component broadband digital waveform data from Hebei Digital Seismograph Network, we inversed the seismic moment tensor of Hebei Zhuolu M4.3 earthquake on September 6, 2014 in time domain, obtain the optimum solution at the depth of 14km. The results show that the Variance (VR) is 92.2, the Double-couple (Pdc) value is 88, the Compensation linear vector dipole(CLVD) is 12 and the Residual/double-couple (RES/Pdc) is 9.54×10-12. The focal mechanism solution is of right-lateral strike-slip type which is consistent with the result from grid method. The seismogenic structure of the earthquake is discussed combining with geological data and background tectonic of the Zhuolu area.

Key words:Hebei Zhuolu; seismic moment tensor inversion; focal mechanism solution; seismogenic structure

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2016.01.006

中圖分類號:P315.33

文獻標(biāo)志碼:A

文章編號:1003-1375(2016)01-0036-05

作者簡介：李冬圣(1982—)，女(漢)，河北冀州人，工程師，主要從事地震監(jiān)測及分析工作.E-mail：Lds981112@163.com

基金項目：2014年測震臺網(wǎng)青年骨干項目(20140302)

收稿日期:2015-03-05

李冬圣 ，李文軍，王艷榮，等．2014年河北涿鹿M4.3地震矩張量反演[J].華北地震科學(xué),2016,34(1):36-40.