利用FOCMEC方法計(jì)算震源機(jī)制解的影響因素分析——以九江-瑞昌 MS5.7地震為例

倪紅玉,劉澤民,沈小七,鄭先進(jìn),李玲利

(安徽省地震局,安徽合肥 230031)

利用FOCMEC方法計(jì)算震源機(jī)制解的影響因素分析
——以九江-瑞昌 MS5.7地震為例

倪紅玉,劉澤民,沈小七,鄭先進(jìn),李玲利

(安徽省地震局,安徽合肥 230031)

應(yīng)用Snoke最新發(fā)展的利用P波、SV波和SH波的初動(dòng)和振幅比聯(lián)合計(jì)算震源機(jī)制解的方法(FOCMEC),以2005年11月26日九江-瑞昌 MS5.7地震為例,分析速度結(jié)構(gòu)模型、震源定位誤差、初動(dòng)與振幅比資料和臺(tái)站分布等對(duì)計(jì)算震源機(jī)制解的影響。結(jié)果表明,FOCMEC方法應(yīng)采用研究區(qū)內(nèi)的精細(xì)速度結(jié)構(gòu)模型,各層速度誤差在5%內(nèi)時(shí),對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小;2類(lèi)精度內(nèi)的震中定位誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小;造成入射角變化不大的震源深度的誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小;在初動(dòng)和臺(tái)站數(shù)量較少時(shí)也能準(zhǔn)確確定震源機(jī)制解。因此FOCMEC方法是一種穩(wěn)定、可靠的計(jì)算中小地震震源機(jī)制解的方法。

震源機(jī)制解;初動(dòng);振幅比;速度結(jié)構(gòu);九江-瑞昌 MS5.7地震

0 引言

地震是地下介質(zhì)受到應(yīng)力作用產(chǎn)生破裂的自然現(xiàn)象,基于點(diǎn)源雙力偶模型的震源機(jī)制解反映了震源斷層的力學(xué)特征,可以揭示地震破裂的力學(xué)機(jī)制,反映出地震等效釋放應(yīng)力場(chǎng)[1],強(qiáng)震前震源區(qū)附近中小地震的震源機(jī)制解是否變化一直是地震預(yù)測(cè)中比較關(guān)心的問(wèn)題[2],因此準(zhǔn)確測(cè)定中小地震的震源機(jī)制解是地震學(xué)中一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。

利用P波初動(dòng)符號(hào)求解震源機(jī)制是一種傳統(tǒng)且簡(jiǎn)單易行的方法,同時(shí)也有缺陷。為了約束地震波節(jié)平面的空間位置,最好要有緊靠節(jié)面位置的初動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù),而愈靠近節(jié)面,P波越弱,初動(dòng)極性越不易辨認(rèn)[3]。因此這種方法很難確定震級(jí)比較小、臺(tái)站密度低的地震震源機(jī)制解。由于S波在節(jié)面附近的振幅最大,Kisslinger等[4]、梁尚鴻等[5]提出利用垂直向SV與P波的振幅比,結(jié)合臺(tái)站的初動(dòng)測(cè)定震源機(jī)制的方法,鄭先進(jìn)等[6]采用該方法計(jì)算了安徽及周邊地區(qū)1974年以來(lái)246次 ML2.0級(jí)以上地震的震源機(jī)制解。與SV波相比,SH波在自由表面入射時(shí),不會(huì)產(chǎn)生反射 P波,因此初動(dòng)和振幅更加可靠,吳大銘等[7]發(fā)展了使用SH波和 P波的振幅比求解震源機(jī)制的方法。Snoke等[8-9]發(fā)展了利用P波、SV波、SH波的初動(dòng)和振幅比聯(lián)合求解震源機(jī)制的方法,并通過(guò) IASPEI百年紀(jì)念向全球推廣了一套計(jì)算程序(稱(chēng)為 FOCMEC程序)[10],劉杰等[11]將其從Unix系統(tǒng)移植到 Windows系統(tǒng),以2次中小地震為例,通過(guò)與 P波初動(dòng)得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明該方法能準(zhǔn)確確定震源機(jī)制解。國(guó)內(nèi)還有許多類(lèi)似的應(yīng)用研究[12-14],這些研究均采用國(guó)際地震學(xué)與地球內(nèi)部物理學(xué)協(xié)會(huì)于1991年推薦的IASPEI91地殼速度結(jié)構(gòu)模型。

對(duì)于中小以上地震,一般清晰的初動(dòng)記錄較少,振幅比數(shù)據(jù)對(duì)反演震源機(jī)制解尤為重要,FOCMEC方法與P波初動(dòng)方法、垂直向SV與 P波的振幅比方法相比,優(yōu)勢(shì)在于增加了SH波與 P波的振幅比和S波的初動(dòng)數(shù)據(jù),因此對(duì)震源機(jī)制解的約束更多,結(jié)果應(yīng)該更加準(zhǔn)確。利用該方法確定震源機(jī)制解,需將地動(dòng)位移的振幅比校正為入射波位移的振幅比,即進(jìn)行自由表面校正,校正因子受到地殼速度結(jié)構(gòu)模型的影響。為了深入研究該方法的影響因素,本文利用 FOCMEC程序,以2005年11月26日九江-瑞昌MS5.7地震為實(shí)例,分析地殼速度結(jié)構(gòu)模型的差異和誤差、初動(dòng)和振幅比資料、震源定位誤差、臺(tái)站分布等對(duì)震源機(jī)制解的影響,并與其它方法反演結(jié)果進(jìn)行比較,分析該方法的影響因素、穩(wěn)定性和可靠性。

1 原理

在 r-θ-Ф坐標(biāo)系中,雙力偶震源輻射的遠(yuǎn)場(chǎng)地震波位移在觀測(cè)點(diǎn) P(r,θ,Ф)處的分量為[15]:

式中:ρ是巖石密度,VP和VS分別是 P波和 S波傳播速度;r表示發(fā)生位移的點(diǎn)到震源的距離;t是時(shí)間,t=0時(shí)是力矩作用的時(shí)間(即斷層開(kāi)始錯(cuò)動(dòng)的時(shí)間);˙M是雙力偶中一個(gè)力偶強(qiáng)度隨時(shí)間的微商。ur是 P波的表達(dá)式,uθ和 uφ分別是 SV和SH波的表達(dá)式。FOCMEC計(jì)算程序所用參量為3個(gè)初動(dòng)(P,SV,SH)和3個(gè)振幅比(SV/P,SH/P,SV/SH),這樣每個(gè)臺(tái)站記錄所用的獨(dú)立量就從傳統(tǒng)的1個(gè)P波初動(dòng)增加到5個(gè)(振幅比僅有2個(gè)獨(dú)立分量),通過(guò)比較理論計(jì)算和實(shí)際觀測(cè)所得的P波、SV波、SH波的初動(dòng)符號(hào)和振幅比矛盾數(shù)最小的方式得到震源機(jī)制解,大大提高了穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

表1 九江-瑞昌 MS5.7地震斷層面解

2 資料和計(jì)算步驟

國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)和小組采用不同的方法反演了2005年11月26日九江-瑞昌 MS5.7地震的震源機(jī)制解(表1),中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心(CENC)、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)和美國(guó)哈佛大學(xué)(HAV)給出的結(jié)果差異較大,美國(guó)哈佛大學(xué)、呂堅(jiān)等[16]用較清晰的146個(gè)P波初動(dòng)和呂堅(jiān)等[17]用CAP方法反演的結(jié)果較為接近。

本工作采用呂堅(jiān)等[16]對(duì)九江-瑞昌 MS5.7地震精定位的結(jié)果(29.687°N,115.744°E,深度約為10.8km),收集了江西、安徽、浙江、湖北4個(gè)臺(tái)網(wǎng)的數(shù)字化地震波形資料。首先根據(jù)臺(tái)站和震中位置,采用一定的地殼速度結(jié)構(gòu)模型,基于下半球?yàn)鯛柗蚓W(wǎng)投影,利用遺傳算法編制程序確定出臺(tái)站在震源球上的方位角,直達(dá) P波、S波、Pn、Sn的離源角和在自由表面的入射角。然后將三分向波形除以各分向的放大倍數(shù),在從地震震中到臺(tái)站的方向上,將記錄波形在2個(gè)水平方向上旋轉(zhuǎn),得到徑向和切向分量,按照FOCMEC手冊(cè)[10]的要求準(zhǔn)備初動(dòng)和振幅比數(shù)據(jù)并進(jìn)行自由表面校正。根據(jù)該地震記錄情況,選用24個(gè) P波初動(dòng)清晰的臺(tái)站(圖1),得到24個(gè)P波初動(dòng)(包括直達(dá)波和首波),36個(gè)直達(dá) SH波、SV波與直達(dá) P波的振幅比資料。最后分別對(duì)初動(dòng)和振幅比設(shè)置一定的矛盾數(shù)上限,采用網(wǎng)格搜索方法,通過(guò)比較理論計(jì)算與實(shí)際觀測(cè)得到的初動(dòng)符號(hào)和振幅比的矛盾數(shù)最小的方式,得到3個(gè)獨(dú)立的震源參數(shù),進(jìn)而得到震源機(jī)制解的12個(gè)參數(shù)。

圖1 九江-瑞昌 MS5.7地震震中與臺(tái)站分布圖

3 影響因素分析

為了深入分析FOCMEC程序計(jì)算震源機(jī)制解的影響因素,分別計(jì)算了3種情況下的震源機(jī)制解:相同的初動(dòng)和振幅比資料,對(duì)比在不同地殼速度結(jié)構(gòu)模型下的計(jì)算結(jié)果;相同的地殼速度結(jié)構(gòu)模型,對(duì)比利用不同初動(dòng)和振幅比資料的計(jì)算結(jié)果;相同的地殼速度結(jié)構(gòu)模型,對(duì)比不同臺(tái)站分布的計(jì)算結(jié)果。通過(guò)上述3種情況的對(duì)比,分析地殼速度結(jié)構(gòu)模型、初動(dòng)和振幅比資料、臺(tái)站分布對(duì) FOCMEC程序計(jì)算震源機(jī)制解的影響,并討論地殼速度結(jié)構(gòu)誤差、震源定位誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。

3.1 地殼速度結(jié)構(gòu)模型的影響分析

表2 IASPEI91地殼速度結(jié)構(gòu)模型

利用初動(dòng)和振幅比資料,即24個(gè) P波初動(dòng)和36個(gè)SH波、SV波與 P波的振幅比,計(jì)算在 IASPEI91地殼速度結(jié)構(gòu)模型(表2)下的震源機(jī)制解。設(shè)置P波初動(dòng)的矛盾數(shù)為1,以振幅比取對(duì)數(shù)的觀測(cè)值和計(jì)算值的差的絕對(duì)值超過(guò)0.50為閾值,設(shè)置振幅比的矛盾數(shù)為19,得到9組解(表3、圖2a),其中實(shí)心圓點(diǎn)表示初動(dòng)為+,圓圈表示初動(dòng)為-(下同),9組解中同一節(jié)面的傾角為50°～62°,走向?yàn)?27°～353°,滑動(dòng)角為 -8°～26°。另外對(duì)于 36個(gè)振幅比資料,9組解中最小的矛盾數(shù)為17,比例較大,矛盾振幅比大部分為 SH波與 P波的振幅比,且SH波與P波的振幅比的觀測(cè)值比計(jì)算值均偏小。這里因?yàn)槌鮿?dòng)數(shù)據(jù)較多,大量矛盾的振幅比對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不突出,當(dāng)初動(dòng)數(shù)據(jù)較少時(shí),矛盾的振幅比對(duì)結(jié)果的影響可能比較大。在確認(rèn)讀數(shù)無(wú)誤后,仔細(xì)分析了計(jì)算震源機(jī)制解的振幅比資料的影響因素。

表3 在IASPEI91地殼速度結(jié)構(gòu)模型下的震源機(jī)制解

地震波入射到自由表面將產(chǎn)生反射波,P波和SV波入射到自由表面產(chǎn)生反射的P波和SV波,SH波入射到自由表面只反射SH波。儀器記錄到的地面運(yùn)動(dòng)是入射波和反射波的疊加,為求震源機(jī)制解需要將地動(dòng)位移的振幅比校正為入射波位移的振幅比,即進(jìn)行自由表面校正,二者之間的關(guān)系稱(chēng)為自由表面校正因子。根據(jù)地震波原理[19],SH波與P波的振幅比、SV波與P波的振幅比的自由表面校正因子與入射角有關(guān),而入射角受震中距和震源深度的影響,同時(shí)也受速度結(jié)構(gòu)模型的影響,因此在震中距和震源深度一定時(shí),自由表面校正因子與速度結(jié)構(gòu)模型有關(guān)。

表4 九江-瑞昌地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)模型

本文采用IASPEI91地殼速度模型、研究區(qū)人工地震測(cè)深與重力剖面的綜合研究結(jié)果[19](表4)兩種速度結(jié)構(gòu)模型,對(duì)比分析速度結(jié)構(gòu)模型對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。首先以安遠(yuǎn)臺(tái)(AN Y)為例,分析速度結(jié)構(gòu)模型對(duì)單臺(tái)的入射角和校正因子的影響,該臺(tái)SH波與 P波的觀測(cè)振幅比為6.48,在 IASPEI91速度模型下,Pg和Sg的入射角為88.985°,自由表面校正因子為0.049;在九江-瑞昌地區(qū)的速度模型下,Pg和 Sg的入射角為51.305°,自由表面校正因子為0.602?？梢钥闯鲂Ｕ蜃硬町惙浅４?校正后的振幅比差別也較大,分別為0.32和3.90。在IASPEI91地殼速度結(jié)構(gòu)模型下計(jì)算得到的震源機(jī)制解中,SH波與P波的觀測(cè)振幅比均比計(jì)算值小。其次利用同樣的初動(dòng)和振幅比資料,計(jì)算了在九江-瑞昌地區(qū)速度結(jié)構(gòu)模型(表4)下的震源機(jī)制解。設(shè)置P波初動(dòng)的矛盾數(shù)為1,振幅比的矛盾數(shù)(定義同上)為7,得到4組解(表5、圖2b),4組解中同一節(jié)面的傾角為 51°～56°,走向?yàn)?330°～344°,滑動(dòng)角為7°～12°,4組解參數(shù)相差非常小,均能反映其震源機(jī)制。

表5 在九江-瑞昌地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)模型下的震源機(jī)制解

圖2 在不同速度結(jié)構(gòu)模型下九江-瑞昌MS5.7地震的震源機(jī)制解

對(duì)比IASPEI91地殼速度結(jié)構(gòu)模型與九江-瑞昌地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算結(jié)果,通過(guò)比較表3、圖2a和表5、圖2b可以看出,振幅比最小的矛盾數(shù)由17減少為6,可能解的個(gè)數(shù)由9組減少到4組,計(jì)算結(jié)果比較集中,同一節(jié)面的走向、傾角、滑動(dòng)角變化較小,表明速度結(jié)構(gòu)模型的差異會(huì)影響震源機(jī)制參數(shù)的正確測(cè)定,用 FOCMEC方法反演震源機(jī)制解時(shí)要選擇研究區(qū)的精細(xì)速度結(jié)構(gòu)模型。從表5中選取振幅比矛盾數(shù)最小的第2組解為最佳解(圖2c),各參數(shù)分別為:節(jié)面 I的走向 336°,傾角52°,滑動(dòng)角 12°;節(jié)面 Ⅱ的走向 239°,傾角 80°,滑動(dòng)角 141°;P 軸的方位角、傾角分別為 293°、19°;T 軸的方位角、傾角分別為 190°、34°;N 軸的方位角、傾角分別為47°、50°,與哈佛大學(xué)用全球遠(yuǎn)場(chǎng)波形記錄、呂堅(jiān)等[16]用較清晰的146個(gè)P波初動(dòng)(圖2d)和呂堅(jiān)等[17]用CAP方法反演的結(jié)果較為接近。通過(guò)上述對(duì)比分析,認(rèn)為速度結(jié)構(gòu)模型的差異將影響計(jì)算結(jié)果,在研究區(qū)的精細(xì)速度結(jié)構(gòu)模型下,利用 P波、SV波、SH波的初動(dòng)和振幅比聯(lián)合計(jì)算震源機(jī)制解的方法是可靠的。因此,用 FOCMEC方法計(jì)算中小地震的震源機(jī)制解不能采用統(tǒng)一的 IASPEI91模型,應(yīng)采用適合研究區(qū)的精細(xì)地殼速度結(jié)構(gòu)模型,才能較準(zhǔn)確確定出震源機(jī)制解。

3.2 初動(dòng)和振幅比資料的影響分析

FOCMEC程序比較靈活、方便,不僅可以用 P波、SV波和SH波的初動(dòng)和振幅比資料聯(lián)合計(jì)算震源機(jī)制解,而且在只有P波初動(dòng)的情況下也可以進(jìn)行計(jì)算。為了比較振幅比資料對(duì)震源機(jī)制解的約束作用,這里僅用24個(gè) P波初動(dòng)計(jì)算震源機(jī)制解,采用九江-瑞昌地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)模型,設(shè)置矛盾數(shù)為1,得到26組解(圖3a)。這26組解中 P波初動(dòng)的矛盾數(shù)均為1,同一節(jié)面的滑動(dòng)角為-4°～43°,比較離散,節(jié)面也較為分散,很難判斷哪組解為最佳解,因此體現(xiàn)了振幅比所含的震源信息對(duì)機(jī)制解進(jìn)行限制的優(yōu)勢(shì)。此外還采用5個(gè)初動(dòng)和36個(gè)振幅比資料計(jì)算震源機(jī)制解,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3b,與24個(gè)初動(dòng)和36個(gè)振幅比的計(jì)算結(jié)果(圖2b)非常接近。圖3b中很難用5個(gè)初動(dòng)確定震源機(jī)制,加上36個(gè)振幅比資料后即能得到準(zhǔn)確的結(jié)果,說(shuō)明了振幅比資料對(duì)確定震源機(jī)制解起到了重要的約束作用,FOCMEC方法適用于初動(dòng)較少的中小地震。

圖3 不同初動(dòng)和振幅比資料下九江-瑞昌MS5.7地震的震源機(jī)制解

3.3 速度結(jié)構(gòu)誤差和震源定位精度的影響分析

IASPEI91地殼速度結(jié)構(gòu)模型和九江-瑞昌地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)模型相差較大,震源深度為10.8km時(shí),前者地震波直接入射到自由表面,后者經(jīng)過(guò)了2次折射,入射角變化達(dá)到約42%。初動(dòng)資料受速度結(jié)構(gòu)的影響較小,為了更深入地分析速度結(jié)構(gòu)模型對(duì)震源機(jī)制解的影響,這里采用較少的初動(dòng)資料,即5個(gè)初動(dòng)和36個(gè)振幅比資料,將九江-瑞昌地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)模型中每層的 P波速度按照一定誤差隨機(jī)變化,S波速度按照相應(yīng)比例變化,在一定誤差范圍內(nèi)的速度結(jié)構(gòu)下計(jì)算震源機(jī)制解。經(jīng)過(guò)大量嘗試得出速度結(jié)構(gòu)每層速度的誤差在5%內(nèi)時(shí),計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性較好。

根據(jù)上述對(duì)比分析認(rèn)為,速度結(jié)構(gòu)模型的差異會(huì)影響使用 FOCMEC方法測(cè)定震源機(jī)制參數(shù),建議采用研究區(qū)內(nèi)的精細(xì)速度結(jié)構(gòu),此外精細(xì)速度結(jié)構(gòu)每層速度的誤差在5%內(nèi)時(shí),對(duì)確定震源機(jī)制解結(jié)果的影響較小。

震源定位的誤差影響震中距和方位角,因而影響震源機(jī)制解的測(cè)定。中小地震的震中定位誤差一般在15km范圍內(nèi),為2類(lèi)精度,以九江-瑞昌MS5.7地震為例,將震中位置(29.687°N,115.744°E)的經(jīng)緯度分別加減0.1度(4種組合),在九江-瑞昌地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)模型下,利用24個(gè)P波初動(dòng)和36個(gè)振幅比資料重新計(jì)算震源機(jī)制解,計(jì)算結(jié)果與表5基本相同,表明震中定位誤差在2類(lèi)精度內(nèi)時(shí)震源機(jī)制解的穩(wěn)定性較好;震源深度的變化反映出分層的變化,震源深度的誤差也可能影響震源機(jī)制解的測(cè)定,九江-瑞昌MS5.7地震的震源深度為10.8km,需經(jīng)過(guò)2次折射到達(dá)臺(tái)站,當(dāng)深度變?yōu)?km,則僅經(jīng)過(guò)1次折射,入射角變化約7%,按照同樣的方法計(jì)算深度為8km時(shí)的震源機(jī)制解,得到3組解,與震源深度為10.8km的前3組解(表5)完全相同,振幅比的矛盾數(shù)分別減小1個(gè);若為5km,即與8km在同一層,兩者相比,入射角和離源角沒(méi)有變化,震源機(jī)制解結(jié)果與8km時(shí)相同。若為3km,入射角和離源角變化較大(約42%),震源機(jī)制解的誤差較大。通過(guò)上述對(duì)比分析認(rèn)為,震中定位誤差在2類(lèi)精度內(nèi)、造成入射角變化不大的震源深度的變化,對(duì)確定震源機(jī)制解的影響非常小,因此該方法具有較好的穩(wěn)定性。

3.4 臺(tái)站分布的影響分析

當(dāng)?shù)卣鹫鸺?jí)較小時(shí),初動(dòng)清晰的臺(tái)站往往較少。這里采用九江-瑞昌 MS5.7地震震中周?chē)?00km范圍的14個(gè)臺(tái)站,得到14個(gè)清晰的 P波初動(dòng)和20個(gè)振幅比資料,采用九江-瑞昌地區(qū)地殼速度結(jié)構(gòu)模型,設(shè)置矛盾數(shù)分別為0和4,得到5組解(表6、圖4),且節(jié)面比較集中,與采用24個(gè)臺(tái)站的24個(gè)P波初動(dòng)和36個(gè)振幅比的反演結(jié)果(表5、圖2b)非常接近。因此認(rèn)為用FOCMEC方法計(jì)算震源機(jī)制解在臺(tái)站數(shù)量較少時(shí)也能得到穩(wěn)定可靠的結(jié)果,該方法對(duì)中小地震同樣適用。

表6 減少臺(tái)站分布時(shí)的震源機(jī)制解

圖4 減少臺(tái)站分布時(shí)九江-瑞昌MS5.7地震的震源機(jī)制解

4 結(jié)論與討論

利用 FOCMEC方法,以九江-瑞昌 MS5.7地震為例,計(jì)算了在不同地殼速度結(jié)構(gòu)模型下的震源機(jī)制解,結(jié)果表明速度結(jié)構(gòu)模型的差異會(huì)影響FOCMEC方法對(duì)震源機(jī)制參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)定,采用IASPEI91地殼速度結(jié)構(gòu)模型計(jì)算震源機(jī)制解,節(jié)面相對(duì)分散,特別是振幅比的矛盾數(shù)較多。這種現(xiàn)象不僅存在于九江-瑞昌MS5.7地震一個(gè)實(shí)例,蘭從欣等[12]利用FOCMEC方法在 IASPEI91地殼速度結(jié)構(gòu)模型下計(jì)算了首都圈地區(qū)2002—2004年41次中小地震的震源機(jī)制解,以P波初動(dòng)個(gè)數(shù)超過(guò)30的3次地震為例,2002年2月8日陡河ML4.0地震的振幅比矛盾比為28/72;2002年2月9日通州 ML3.1地震的振幅比矛盾比為24/68;2002年5月19日豐南ML4.7地震的振幅比矛盾比為50/84,均超過(guò)了0.35。本文采用九江-瑞昌地區(qū)的地殼速度結(jié)構(gòu)模型后,振幅比矛盾數(shù)明顯減少,可選解的數(shù)目也明顯減少,節(jié)面位置也相對(duì)集中,較容易選取最佳結(jié)果,最佳結(jié)果與哈佛大學(xué)用全球遠(yuǎn)場(chǎng)波形記錄、呂堅(jiān)等[16]用較清晰的146個(gè) P波初動(dòng)和呂堅(jiān)等[17]用CAP方法反演的結(jié)果較為接近。因此,用 FOCMEC方法計(jì)算中小地震的震源機(jī)制解不能采用統(tǒng)一的IASPEI91地殼速度結(jié)構(gòu)模型,建議采用適合研究區(qū)的精細(xì)地殼速度結(jié)構(gòu)模型,才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

通過(guò)研究速度結(jié)構(gòu)模型的誤差、震中位置和震源深度的誤差對(duì)九江-瑞昌 MS5.7地震震源機(jī)制解的影響,認(rèn)為速度結(jié)構(gòu)中每層的速度誤差在5%內(nèi)、震中定位在2類(lèi)精度內(nèi)、造成入射角變化不大的震源深度的變化對(duì)震源機(jī)制解的影響較小。綜合認(rèn)為速度結(jié)構(gòu)的誤差、震源定位的誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小。

通過(guò)對(duì)比利用不同初動(dòng)和振幅比資料計(jì)算九江-瑞昌MS5.7地震的震源機(jī)制解,僅用較少的初動(dòng)難以確定震源機(jī)制解,加上振幅比資料后能得到準(zhǔn)確的震源機(jī)制解,因此振幅比資料對(duì)確定震源機(jī)制解起了非常重要的約束作用,特別是當(dāng)?shù)卣鹫鸺?jí)較小時(shí),記錄到的初動(dòng)較少,結(jié)合振幅比資料即能較準(zhǔn)確地確定震源機(jī)制。因此該方法是一種穩(wěn)定、可靠的計(jì)算中小地震的震源機(jī)制解的方法。

致謝:感謝地震臺(tái)網(wǎng)中心劉杰研究員對(duì)本文的指導(dǎo)。

[1] 澤仁志瑪,刁桂苓,李志雄,等.大震前顯示的地震震源機(jī)制趨于一致的變化[J].地震,2010,30(1):108-114.

[2] 國(guó)家地震局監(jiān)測(cè)預(yù)防司.測(cè)震學(xué)分析預(yù)報(bào)方法[M].北京:地震出版社,1997:121-151.

[3] 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.地震參數(shù)[M].北京:地震出版社,2003:21-22.

[4] Kisslinger C,Bowman J R,and Koch K.Procedures for computing focal mechanisms from local(SV/P)z data[J].Bull.Seism.Soc.Am.,1981,71(6):1719-1730.

[5] 梁尚鴻,李幼銘,束沛鎰,等.利用區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)P、S振幅比資料測(cè)定小震震源參數(shù)[J].地球物理學(xué)報(bào),1984,27(3):249-256.

[6] 鄭先進(jìn),劉東旺,劉澤民,等.安徽地區(qū)應(yīng)力場(chǎng)分區(qū)特征及中強(qiáng)震前震源機(jī)制的一致性研究[J].華北地震科學(xué),2010,(1):16-20.

[7] 吳大銘,王培德,陳運(yùn)泰.用SH波和P波振幅比確定震源機(jī)制解[J].地震學(xué)報(bào),1989,11(3):275-278.

[8] Snoke J A,Munsey J W,Teague A G,et al.A program for focal mechanism determination by combined use of polarity and SV-P amplitude ratio data[J].Earthquake Notes,1984,55(3):15-20.

[9] Snoke J A.Earthquake mechanism[A].James D E.Encyclopedia of Geophysics[C].New York:Van Nostrand Reinhold Company,1989,239-245.

[10] http://www.iris.edu/software/downloads/processing/

[11] 劉杰,鄭斯華,康英,等.利用P波和S波的初動(dòng)和振幅比計(jì)算中小地震的震源機(jī)制解[J].地震,2004,24(1):19-26.

[12] 蘭從欣,邢成起,苗春蘭,等.近年首都圈地區(qū)中小地震震源機(jī)制解及其特征分析[J].華北地震科學(xué),2005,23(4):21-25.

[13] 屠泓為,王海濤,趙翠萍.用P波、S波的初動(dòng)和振幅比計(jì)算新疆伽師兩次強(qiáng)地震震源機(jī)制解[J].內(nèi)陸地震,2006,20(2):131-138.

[14] 劉麗芳,毛慧玲,蘇有錦,等.利用P波、S波初動(dòng)和振幅比計(jì)算2000年姚安 Ms6.5地震序列震源機(jī)制解[J].地震研究,2009,32(1):26-30.

[15] 笠原慶一.地震力學(xué)[M].北京:地震出版社,1984:28-49.

[16] 呂堅(jiān),倪四道,沈小七,等.九江-瑞昌地震的精確定位及其發(fā)震構(gòu)造初探[J].中國(guó)地震,2007,23(2):166-174.

[17] 呂堅(jiān),鄭勇,倪四道,等.2005年11月26日九江-瑞昌 Ms5.7、Ms4.8地震的震源機(jī)制介于發(fā)震構(gòu)造研究[J].地球物理學(xué)報(bào),2008,51(1):158-164.

[18] 劉斌.地震學(xué)原理與應(yīng)用[M].合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2009,33-43.

[19] 王椿鏞,張先康,陳步云,等.大別造山帶地殼結(jié)構(gòu)研究[J].中國(guó)科學(xué)(D輯),1997,27(3):221-226.

Analysis of Influencing Factors on FOCMEC Method——Taking JiuJiang-RuiChangMS5.7Earthquake as an Example

NI Hong-yu,LIU Ze-min,SHEN Xiao-qi,ZHENG Xian-jin,LI ling-li
(Earthquake Administration of Anhui Province,Hefei 230031,China)

Based on polarities of P,SV and SH waves combining with their amplitude ratios,using the Focal Mechanism Determining Method of FOCMEC,taking JiuJiang-RuiChangMS5.7earthquake on Nov 262005as an example,the influencing factors such as velocity structure model,focal positioning error,data of the first motion and amplitude ratios,distribution of stations and so on are analyzed.The result shows that fine velocity structure model in the study area is necessary in this method;the velocity error of each layer within 5%is negligible.Within the type 2accuracy of the epicenter location error and the change of focal depth resulting in little change in incidence angle are of little impact on the focal mechanism solutions.Focal mechanism solutions can also be accurately obtained when the number of polarities and stations is relatively less. Therefore,FOCMEC is a stable and reliable method for determining the focal mechanisms of moderate-small earthquakes.

focal mechanism solution;first motion;amplitude ratio;velocity structure model;JiuJiang-RuiChangMS5.7earthquake

P315.3

A

1003-1375(2011)03-0001-07

2010-12-03

中國(guó)地震局2011年度震情跟蹤重點(diǎn)綜合性合同制定向工作任務(wù)(2011013301)

倪紅玉(1982-),女(漢族),安徽太湖人,助理工程師,主要從事地震預(yù)報(bào)研究工作.E-mail:hyni@mail.ustc.edu.cn