利用矩張量反演法研究江蘇高郵—寶應(yīng)MS4.9級(jí)地震震源機(jī)制解和震源深度

康清清，繆發(fā)軍，劉紅桂，2，3，徐戈，李峰

1 江蘇省地震局，南京 210014

2 中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081

3 中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036

1 引言

北京時(shí)間2012年7月20日20時(shí)11分，在江蘇省高郵市與寶應(yīng)縣交界發(fā)生了MS4.9級(jí)地震，這是繼1990年江蘇省常熟市MS4.9級(jí)地震以來(lái)在江蘇省境內(nèi)發(fā)生的又一次破壞性地震，造成1人死亡3人受傷，長(zhǎng)三角地區(qū)大面積有感.由于震級(jí)未達(dá)到MS5.0，國(guó)內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)未發(fā)布震源機(jī)制結(jié)果，僅有少量科研工作者進(jìn)行了探討與分析.洪德全等（2013）利用CAP矩張量反演法對(duì)其震源機(jī)制解進(jìn)行了研究，認(rèn)為這次地震的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征為右旋走滑兼少量逆斷層性質(zhì).而據(jù)江蘇省地震局對(duì)該地震做出的災(zāi)害評(píng)估報(bào)告顯示1），利用CAP方法計(jì)算出該地震震源機(jī)制解為具有少量正斷層性質(zhì)的右旋走向滑動(dòng).兩者采用同樣的矩張量反演方法及濾波范圍，

1）江蘇省地震局.2012.2012年7月20日江蘇高郵、寶應(yīng)交界M4.9地震災(zāi)害評(píng)估報(bào)告.雖然波形擬合評(píng)價(jià)參數(shù)均顯示出較高的擬合程度，但反演結(jié)果差異較為明顯，如表1所示：滑動(dòng)角絕對(duì)值相近但符號(hào)相反.由此可見，對(duì)于走滑成分較高的震源機(jī)制解，僅從波形擬合評(píng)價(jià)參數(shù)的好壞來(lái)評(píng)估矩張量反演結(jié)果正確與否存在弊端.準(zhǔn)確的震源機(jī)制解是分析發(fā)震應(yīng)力場(chǎng)及推斷震情發(fā)展趨勢(shì)的重要途徑，為了提高對(duì)上述重要問題的認(rèn)識(shí)，本文利用時(shí)間域矩張量反演法對(duì)該地震的震源機(jī)制解進(jìn)行了分析研究.

表1 不同研究者利用CAP矩張量法給出的震源機(jī)制解Table 1 Focal mechanism solutions obtained using the CAP method offered by different researchers

中小地震震源機(jī)制求解方法主要有P波初動(dòng)法、振幅比法及矩張量反演法等.矩張量反演方法相比于其他方法具有一定的優(yōu)勢(shì)：①對(duì)臺(tái)站布局要求較P波初動(dòng)法低；②只需數(shù)字波形資料，無(wú)需進(jìn)行震相分析，避免了人工量取震相誤差帶來(lái)的不確定性；③反演結(jié)果反映的是整個(gè)破裂過(guò)程的信息，而不僅僅是初始破裂信息.求解地震矩張量的方法有很多種，國(guó)內(nèi)外研究者都進(jìn)行了大量的研究.Patton和Zandt（1991）首先將遠(yuǎn)震矩張量反演算法做了修改進(jìn)行區(qū)域地震矩張量反演.Dreger和Helmberger于1993年提出了在時(shí)間域利用區(qū)域Pnl波列進(jìn)行地震 矩張量反 演 （Time－Domain Moment Tensor INVersion，簡(jiǎn)稱 TDMT＿INV）的方法（Dreger and Helmberger，1993；Dreger，1994，1997；Dreger et al.，1995，1998；Pasyanos et al.，1996；Tajima et al.，2002；Minson and Dreger，2008），并于2002年加入Saikia（1994）改進(jìn)的離散波數(shù)積分計(jì)算理論地震圖的方法.Zhao和 Helmberger（1994）在TDMT＿INV方法基礎(chǔ)上發(fā)展了CAP方法，其將寬頻帶地震記錄分成Pnl波和面波（或P波和S波）兩個(gè)部分進(jìn)行反演，兩部分波列在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間變化范圍內(nèi)相對(duì)浮動(dòng)，并可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分別賦予不同權(quán)重，搜索出合成地震圖和觀測(cè)地震圖全局差異最小的震源機(jī)制解.改進(jìn)后的方法使反演結(jié)果對(duì)速度模型和地殼橫向變化的依賴性更小.為了避免因經(jīng)驗(yàn)不同而引起反演結(jié)果的差異，本文采用TDMT＿INV時(shí)間域矩張量反演方法進(jìn)行研究.目前該方法在國(guó)際上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用（Herrmann et al.，2011；Brandt and Saunders，2011；Huang et al.，2013）.國(guó)內(nèi)隨著寬頻帶數(shù)字臺(tái)網(wǎng)的建立，多位研究人員也利用該方法反演震源機(jī)制解：趙翠萍等（2008），唐蘭蘭等（2012），屠泓為等（2008）將此方法應(yīng)用于伽師震源區(qū)；王勤彩等（2009）反演了汶川大地震余震序列88個(gè)地震的矩張量解.

本文利用寬頻帶數(shù)字地震臺(tái)的波形記錄，在HypoDD雙差定位法精確定位震中位置的基礎(chǔ)上，采用上述矩張量反演方法獲得了高郵—寶應(yīng)MS4.9級(jí)地震震源機(jī)制解及震源深度.通過(guò)利用多種方法、多角度探討其穩(wěn)定性和可靠性，進(jìn)一步明確了利用該方法獲得準(zhǔn)確震源機(jī)制解的限度，對(duì)于檢驗(yàn)走滑成分較高的震源機(jī)制結(jié)果的可靠性有了深入認(rèn)識(shí).研究結(jié)果將有助于利用矩張量反演方法得到中等強(qiáng)度地震可靠的震源機(jī)制解，為深入了解少震地區(qū)的發(fā)震構(gòu)造提供有價(jià)值的參考信息.

2 研究方法

2.1 精定位方法

矩張量反演法需要用到各臺(tái)站的理論格林函數(shù)，這就必須首先確定震源位置.因此地震定位結(jié)果準(zhǔn)確與否直接影響反演結(jié)果的好壞.目前全國(guó)統(tǒng)一編目和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）給出的主震震中位置分別為33.040°N，119.570°E和32.987°N，119.593°E，震源深度分別為15km和10km，兩個(gè)結(jié)果的偏差較大.鑒于此，本文采用 HypoDD（Waldhauser and Ellsworth，2000）雙差定位算法對(duì)高郵—寶應(yīng)地震進(jìn)行精定位，為后期矩張量反演提供保障.該方法使用地震對(duì)的走時(shí)差進(jìn)行定位，最大限度地減小了速度模型對(duì)定位結(jié)果的影響.

2.2 矩張量反演方法

在雙力偶點(diǎn)源的假設(shè)條件下，矩張量反演方法可表示為（Jost and Herrmann，1989；Kawakatsu，1998；Tajima et al.，2002）：

式中s表示震源，k表示臺(tái)站，Gski（t）和dk（t）分別表示震源s至臺(tái)站k的理論格林函數(shù)和臺(tái)站k的實(shí)際觀測(cè)記錄.這里上標(biāo)k表示臺(tái)站的所有三個(gè)分量，msi表示矩張量的第i個(gè)分量.若已知地殼速度模型，格林函數(shù)可通過(guò)Saikia改進(jìn)的離散波數(shù)積分法計(jì)算得到.一旦獲得觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用最小二乘法進(jìn)行反演，便可得到矩張量解m＾，進(jìn)而求得震源機(jī)制解.反演結(jié)果通過(guò)以下兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定（Dreger，2003）：

①理論波形與觀測(cè)波形之間的殘差RES與雙力偶分量含量Pdc的比值：

②方差減小VR值，被用來(lái)評(píng)價(jià)觀測(cè)波形和理論波形的擬合程度：

這里不但考慮了波形的相似性，還考慮了絕對(duì)振幅的大小.由式（2）、（3）可見，VR 值越大、RES／Pdc值越小震源機(jī)制結(jié)果越好，在不同的震源深度上搜索以上兩個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)的最佳組合，其對(duì)應(yīng)的震源深度即為最佳深度.

3 資料選取與處理

3.1 數(shù)據(jù)選取與處理

選取江蘇、安徽、山東、浙江等省19個(gè)寬頻帶數(shù)字地震臺(tái)站的波形記錄參與反演，臺(tái)站分布如圖1所示，張角達(dá)222°，震中距在100～300km范圍內(nèi)，且波形記錄信噪比較高.所使用的地震儀器型號(hào)包括 CMG－3ESPC－120、CMG－3ESPC－60、CTS－1、BBVS－60和BBVS－120等5種，所有參與反演臺(tái)站的寬頻記錄在50s～20Hz范圍內(nèi)系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)平坦.高信噪比的數(shù)字地震資料為本研究的開展奠定了好的基礎(chǔ).

圖1 震中位置及參與反演的臺(tái)站分布圖黃色五角星代表震中，藍(lán)色三角代表臺(tái)站，彩色地震波形為對(duì)應(yīng)臺(tái)站地震記錄的垂向分量.Fig.1 Map showing epicenter location and the station distribution used in the inversionYellow star denotes epicenter.Blue triangles indicate stations.Color seismograms are vertical displacement components of relevant stations.

對(duì)觀測(cè)的速度波形記錄處理過(guò)程如下：1）去均值及消除儀器響應(yīng)；2）將兩水平分量分別旋轉(zhuǎn)到R－T分量；3）積分為位移；4）濾波；5）重采樣為1s的采樣率，與格林函數(shù)保持一致.根據(jù)前人的測(cè)試成果及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)（Kao et al.，1998；Braunmiller and Nábělek，2002；Ratchkovski and Hansen，2002；Ristau et al.，2007；Herrmann et al.，2011），為突出有效信號(hào)、減小地殼精細(xì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響，對(duì)MS4.9級(jí)地震選取二階Butterworth濾波器進(jìn)行濾波，帶通范圍為0.02～0.05Hz.

3.2 模型選取

由于江蘇省測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心自數(shù)字化改造以來(lái)一直應(yīng)用展平的IASP91數(shù)據(jù)模型（Kennett and Engdahl，1991）（表2）進(jìn)行地震速報(bào)及編目，且定位結(jié)果殘差較為合理.因此本文參考IASP91模型進(jìn)行格林函數(shù)的計(jì)算.雖然TDMT＿INV方法對(duì)模型的依賴程度不高，但模型若偏離真實(shí)地殼模型較大，反演結(jié)果也將不可信.由此作者也參考Crust2.0模型（Bassin et al.，2000）（表3）進(jìn)行反演，并對(duì)兩個(gè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比.基于上述地殼速度模型，采用Saikia改進(jìn)的頻率－波數(shù)方法，計(jì)算了不同深度、不同震中距的理論格林函數(shù)，并與觀測(cè)波形濾波范圍保持一致.

表2 IASP91速度模型Table 2 IASP91velocity model

表3 震中區(qū)的Crust2.0速度模型Table 3 Crust2.0velocity model of the earthquake epicentral region

4 結(jié)果分析

4.1 精定位結(jié)果

利用HypoDD方法進(jìn)行精定位，得到主震震中位置為：33.047°N，119.571°E，震源深度12km.為后期反演奠定了基礎(chǔ).震中定位結(jié)果與全國(guó)統(tǒng)一編目結(jié)果接近，但震源深度具有一定差異，需進(jìn)一步展開研究.余震序列精定位結(jié)果標(biāo)示在圖7中.

4.2 震源機(jī)制結(jié)果

根據(jù)比較兩個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)方差減小VR值和RES／Pdc值隨不同深度變化的情況，搜索出觀測(cè)地震圖與理論地震圖擬合最好、雙力偶成分相對(duì)較高的解即為最佳震源機(jī)制解.反演得到最佳震源機(jī)制解的理論波形與觀測(cè)波形的擬合情況如圖2所示，震源機(jī)制結(jié)果為節(jié)面Ⅰ走向290°，傾角88°，滑動(dòng)角－21°；節(jié)面Ⅱ走向21°，傾角69°，滑動(dòng)角－177°，P、T、N三軸的插入角分別為16.1°、13.2°和68.9°；傾角分別為243.4°、337.3°和104.8°.反演還得到這次地震的地震矩為3.09×1023，矩震級(jí)為4.95，圖2中四舍五入顯示為5.0.

19個(gè)臺(tái)站中方差減小VR值大于80%的有17個(gè)，綜合 VR 值為90.0%，RES／Pdc為1.12×10－10，雙力偶分量占91%.反映出理論地震圖與觀測(cè)地震圖擬合程度較高，震源機(jī)制解符合雙力偶點(diǎn)源這一假設(shè)條件.

4.3 震源深度的確定

最佳震源機(jī)制解對(duì)應(yīng)的深度即為最佳震源深度.如圖3a所示，根據(jù)VR值越大，RES／Pdc值越小解越好的原則判斷最佳震源深度7～9km.震源球上方標(biāo)示出對(duì)應(yīng)的深度.從圖中可以看出，反演得到的震源機(jī)制解較為穩(wěn)定，均以走滑分量為主，根據(jù)評(píng)價(jià)參數(shù)綜合判斷震源深度為8km左右較為合理.4.2節(jié)所示震源機(jī)制結(jié)果即為8km處的反演結(jié)果.

利用深度震相sPn獲得震源深度的方法簡(jiǎn)捷準(zhǔn)確，可以有效提高震源深度的精度（Kind，1979；房明山等，1995）.但由于sPn震相易受噪聲和尾波的影響，且江蘇中部及沿海地區(qū)受厚覆蓋層影響，臺(tái)基條件較差，更加不易識(shí)別sPn震相，單臺(tái)挑選的可靠性不高，因此利用滑動(dòng)時(shí)窗相關(guān)法（Laurent and Davidowitz，1994；Laurent et al.，1996）提取sPn震相對(duì)震源深度進(jìn)行了重新測(cè)定.截取信噪比較高的45個(gè)臺(tái)站135條記錄的P波到達(dá)后20s數(shù)據(jù)進(jìn)行波形互相關(guān)，提取結(jié)果如圖3b所示，相關(guān)系數(shù)最大的分別為Pn波和sPn波，測(cè)定其到時(shí)差為3.52s，根據(jù)IASP91模型得到震源深度為8.95km，與本文震源深度7～9km的結(jié)果吻合.

4.4 誤差分析和可靠性評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證反演結(jié)果的準(zhǔn)確性、了解本次地震根據(jù)擬合評(píng)價(jià)參數(shù)判定反演結(jié)果存在的弊端及解決辦法，本文做了以下研究：

圖2 2012年7月20日江蘇高郵—寶應(yīng)MS4.9級(jí)地震理論波形與觀測(cè)波形擬合情況及反演結(jié)果左側(cè)：觀測(cè)地震圖（實(shí)線）與理論地震圖（虛線）的擬合情況，濾波范圍為0.02～0.05Hz，波形下方標(biāo)示每個(gè)臺(tái)站的方位角、最大振幅值和VR值；右側(cè)：震源機(jī)制解及相關(guān)參數(shù).Fig.2 Inversion results in comparison with synthetic waveforms and observed waveforms of the Jiangsu Gaoyou－Baoying MS4.9earthquake on 20July 2012Left：comparison between observed（solid line）and synthetics（dashed line）seismograms.Filtering range is 0.02～0.05Hz frequency.The labels under seismograms are the azimuth，maximum amplitude and VR values of each station.Right：focal mechanism and relevant parameters.

（1）在臺(tái)站資料選取質(zhì)量較高的情況下，影響震源機(jī)制反演結(jié)果的誤差除了上面討論的震源深度外，還包括：地殼模型和震中位置.現(xiàn)分別討論其對(duì)反演結(jié)果的影響.

1）IASP91模型中的速度、密度值替換為Crust2.0模型（Q值保持不變）和Q值增減100（IASP91模型速度、密度值保持不變）兩種情況下分別重新計(jì)算格林函數(shù)進(jìn)行反演.Crust2.0是目前較新的全球地殼模型，它給出了全球2°×2°地殼速度和密度.反演結(jié)果如圖4a所示，與IASP91模型反演的最佳結(jié)果相比節(jié)面Ⅰ滑動(dòng)角偏差20°，節(jié)面Ⅱ傾角偏差20°，其余角度基本一致，斷層性質(zhì)不變；另外將Q值增減100時(shí)分別進(jìn)行反演，如圖4b、4c所示震源機(jī)制解基本沒有變化.說(shuō)明反演結(jié)果對(duì)地殼模型不敏感，本文選擇的品質(zhì)因子是可接受的.

圖3 兩種不同方法確定的震源深度（a）反演結(jié)果的兩個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)方差減小VR值和RES／Pdc值隨深度的變化，給出不同深度下對(duì)應(yīng)的震源機(jī)制解.（b）利用滑動(dòng)時(shí)窗相關(guān)法進(jìn)行波形擬合并疊加得到sPn和Pn震相到時(shí)差為3.52s，根據(jù)IASP91模型求出震源深度為8.95km.Fig.3 Focal depths determined by two methods（a）Two evaluation parameters VR and RES／Pdc for source depth determination and focal solutions for different depths.（b）Time difference 3.52sbetween sPn and Pn phase by patterning correlation coefficients in sliding windows.According to the model of IASP91，calculated focal depth is 8.95km.

圖4 改變地殼模型和震中位置時(shí)的反演結(jié)果（a）利用Crust2.0模型計(jì)算格林函數(shù)時(shí)；（b）Qα值增加100時(shí)；（c）Qα值減小100時(shí)；（d）震中位置向北偏移5km時(shí)；（e）震中位置向東偏移5km時(shí)；（f）震中位置向東偏移10km時(shí)；（g）震中位置向北偏移10km時(shí).Fig.4 Inversion results by altering crustal model and altering the location of the epicenter（a）Altering the crustal model to Crust2.0；（b）Qαis increased by 100；（c）Qαis decreased by 100；（d）Epicenter is shifted 5km to north；（e）Epicenter is shifted 5km to east；（f）Epicenter is shifted 10km to east；（g）Epicenter is shifted 10km to north.All other input parameters are the same as Fig.2.

2）震中位置誤差分別為5km和10km時(shí)對(duì)反演結(jié)果的影響.震中位置分別向北、向東偏移5km，反演結(jié)果如圖4d、4e所示，與圖2結(jié)果比較可知，除向東偏移5km時(shí)節(jié)面Ⅰ的滑動(dòng)角偏差6°，節(jié)面Ⅱ傾角偏差6°外，其他角度均保持一致，方差減小分別為87.7%和89.5%，擬合程度仍然很高，反演得到的最佳深度仍為7～9km.說(shuō)明震中位置誤差5km以內(nèi)對(duì)震源機(jī)制解的影響不大.震中位置向東偏差10km時(shí)反演結(jié)果如圖4f所示，結(jié)果較穩(wěn)定.向北偏差10km時(shí)，反演結(jié)果如圖4g所示，節(jié)面Ⅰ的走向偏差189°，且滑動(dòng)角由負(fù)變正，斷層性質(zhì)發(fā)生改變，可見若震中位置偏差大于10km，雖然方差減小仍在85%以上，且RES／Pdc值很小，但反演結(jié)果已開始偏離最佳解.目前全國(guó)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)應(yīng)用較成熟的定位方法有單純型法、hyposat和hyp2000等，1類精度定位結(jié)果誤差都在5km之內(nèi)，HypoDD雙差定位算法更是能顯著減小誤差.因此表明目前定位水平1類精度的定位結(jié)果，其誤差對(duì)反演結(jié)果影響不大.

（2）選用上述參與反演的19個(gè)臺(tái)站的觀測(cè)波形資料和Crust2.0模型，利用CAP方法重新進(jìn)行反演并與本文結(jié)果進(jìn)行對(duì)比.濾波范圍為：P波0.05～0.2Hz，S波0.05～0.1Hz.如圖5所示.圖5a顯示了CAP反演結(jié)果和擬合誤差隨震源深度的變化情況，可見在震源深度8～10km處，擬合殘差較小，反演結(jié)果穩(wěn)定.圖5b為震源深度8km處的反演結(jié)果：節(jié)面走向19°，傾角65°，滑動(dòng)角－180°，與本文TDMT＿INV方法反演獲得的結(jié)果節(jié)面走向21°，傾角69°，滑動(dòng)角－177°基本一致.說(shuō)明兩種反演方法一脈相承，反演結(jié)果穩(wěn)定.

（3）將記錄清晰的41個(gè)P波（Pn，Pg）初動(dòng)投影至震源球.P波初動(dòng)符號(hào)物理圖像明確，是穩(wěn)定的地震波信息，也是最早被用來(lái)確定震源機(jī)制的地震資料，其在確定震源機(jī)制解方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì).如圖6所示有3個(gè)矛盾符號(hào)，矛盾比為7.3%.且3個(gè)矛盾符號(hào)分布在節(jié)面附近，由于節(jié)面附近P波振幅最小，其可信度相對(duì)較低.因此認(rèn)為初動(dòng)方向與反演結(jié)果的膨脹、壓縮區(qū)是基本一致的，進(jìn)一步驗(yàn)證了結(jié)果的可靠性.

圖5 選用相同臺(tái)站觀測(cè)波形數(shù)據(jù)和Crust2.0模型利用CAP方法反演的結(jié)果（a）擬合誤差和震源機(jī)制解隨震源深度的變化.（b）震源深度為8km時(shí)的反演結(jié)果.最上面一行顯示了震源球、一節(jié)面值、矩震級(jí)大小和擬合誤差.波形左側(cè)為臺(tái)站代碼和方位角，下方數(shù)字依次為理論地震圖相對(duì)觀測(cè)地震圖的移動(dòng)時(shí)間，單位s，以及理論地震圖與觀測(cè)地震圖的相關(guān)系數(shù)，用百分比表示.黑線表示觀測(cè)波形，紅線表示理論波形.濾波范圍為：P波0.05～0.2Hz，S波0.05～0.1Hz.Fig.5 Inversion results using the CAP method with the observation data of same stations and Crust2.0model（a）Variations of errors and focal mechanism solutions with depth.（b）Inversion result when the focal depth is 8km.The top line shows the source ball，one nodal plane，the moment magnitude and the fit error.The left shows the station－codes and their azimuths.Numbers below waveforms are the time shift（upper）and correlation efficient（lower）.The black lines denote the observed waveforms，and the red denote the synthetic seismograms.The frequency band of P waveform is 0.05～0.2Hz and the S waveform is 0.05～0.1Hz.

圖6 P波初動(dòng)符號(hào)在震源球上的投影實(shí)心圓點(diǎn)表示P波初動(dòng)向上，空心圓點(diǎn)表示P波初動(dòng)向下.Fig.6 Projection of P wave first－motion on the source ball Solid circle denotes positive first motion，hollow circle means negative one.

（4）為探求之前所述不同研究者利用CAP矩張量反演方法得到的結(jié)果存在差異的可能性因素，作者以本文的震源機(jī)制結(jié)果（節(jié)面走向21°，傾角69°，滑動(dòng)角－177°）和IASP91模型為正演參數(shù)計(jì)算了震中距200km、震源深度8km時(shí)方位角分別為0°，15°，30°，45°，60°，90°，120°，150°，180°，210°，240°，270°，300°和330°時(shí)的理論觀測(cè)地震圖，測(cè)試了在無(wú)噪聲和加入10%隨機(jī)噪聲情況下，不同方位覆蓋及臺(tái)站數(shù)目利用TDMT＿INV方法反演震源機(jī)制的返回情況.試驗(yàn)結(jié)果顯示：①在無(wú)噪聲情況下，該矩張量反演方法僅使用單臺(tái)三分向的記錄便可完全返回正演震源機(jī)制模型；②加入10%隨機(jī)噪聲后單臺(tái)反演結(jié)果便不可信，至少應(yīng)使用三個(gè)臺(tái)站以上數(shù)據(jù)、張角大于45°才能返回可靠結(jié)果.表4列出張角大于等于45°時(shí)部分試驗(yàn)結(jié)果，可以看出不同方位分布的反演結(jié)果走向和傾角相差不大，但滑動(dòng)角出現(xiàn)與正演震源機(jī)制結(jié)果符號(hào)相反的情況，單從擬合評(píng)價(jià)參數(shù)VR值和RES／Pdc無(wú)法判斷出正確結(jié)果.從表4中不難發(fā)現(xiàn)，滑動(dòng)角反向時(shí)的情況：臺(tái)站方位分布集中在張角兩端，中間缺少臺(tái)站，而臺(tái)站分布較為均勻時(shí)反演結(jié)果均能正確返回.由此可見，選取臺(tái)站時(shí)應(yīng)避免臺(tái)站分布在張角兩端、中間空隙角太大的情況出現(xiàn).盡可能均勻覆蓋震中的各個(gè)方位，矩張量反演結(jié)果才更接近實(shí)際.本文參與反演的臺(tái)站張角達(dá)222°，且覆蓋張角的各個(gè)方位，不存在空隙角較大的情況，因此更進(jìn)一步證明了反演結(jié)果的可靠性.

5 發(fā)震構(gòu)造背景分析

本次地震及余震序列分布在蘇北盆地東臺(tái)坳陷的高郵凹陷內(nèi).蘇北盆地自晚白堊紀(jì)以來(lái)一直處在印度板塊和太平洋—庫(kù)拉板塊非勻速推進(jìn)而出現(xiàn)的二元交變動(dòng)力環(huán)境中，兩種力源時(shí)空交替形成完整的“拗?jǐn)啵瓟噢郑瓟嘞荩晗荨背练e－抬升構(gòu)造旋回，形成了一個(gè)以箕狀斷陷為特點(diǎn)的斷－拗復(fù)合型盆地（陳安定，2001）.高郵凹陷為蘇北盆地內(nèi)典型的裂陷盆地之一，不同構(gòu)造部位沉降量不同致使凹陷內(nèi)形成凹凸相間的格局及邊界斷裂（張克鑫等，2008；能源等，2009；吳向陽(yáng)等，2009）.主震震中位于其東北端柳堡凸起與臨澤凹陷的分界斷裂楊汊蒼—桑樹頭斷裂上（劉建達(dá)等，2012），該斷裂屬正斷層性質(zhì)，走向NE30°—35°，傾向SE75°—80°，這些特征與震源機(jī)制解節(jié)面Ⅱ特征及余震分布圖像空間展布特征相近.如圖7所示，本次地震的烈度分布特征顯示極震區(qū)長(zhǎng)軸方向?yàn)楸北睎|向，與斷層方向平行，主要分布在楊汊蒼—桑樹頭斷裂南東側(cè)的臨澤凹陷內(nèi)，北西側(cè)衰減很快，這反映出斷層上盤活動(dòng)較下盤強(qiáng)烈.由震區(qū)流動(dòng)重力聯(lián)測(cè)結(jié)果顯示：震中及以北地區(qū)重力段差和點(diǎn)值均無(wú)變化，震中以南地區(qū)有＋20μGal的變化，表明震后震中以南地區(qū)介質(zhì)密度可能發(fā)生了變化，推測(cè)是由于斷層上盤下沉的緣故.這與反演震源機(jī)制結(jié)果為正斷層性質(zhì)及烈度的分布特征相吻合.綜上所述，推斷此次地震具有在楊汊蒼—桑樹頭斷裂上發(fā)震的可能.

表4 不同方位覆蓋和臺(tái)站數(shù)目對(duì)矩張量反演結(jié)果的影響Table 4 Influence of different azimuth coverage and the number of stations on moment tensor inversion results

圖7 高郵—寶應(yīng)MS4.9級(jí)地震的震源機(jī)制解、精確定位后的地震震中分布、地震烈度分布和地震區(qū)附近的構(gòu)造背景Fig.7 Focal mechanism solutions，distributions of the seismic epicenters after precise relocation，seismic intensity distribution and tectonic background of the Gaoyou－Baoying MS4.9earthquake

6 結(jié)論與討論

本文利用TDMT＿INV時(shí)間域矩張量反演法得到了2012年7月20日江蘇高郵—寶應(yīng)MS4.9級(jí)地震震源機(jī)制解：節(jié)面Ⅰ走向290°，傾角88°，滑動(dòng)角－21°；節(jié)面Ⅱ走向21°，傾角69°，滑動(dòng)角－177°，矩震級(jí)Mw4.95，震源深度為7～9km.為了驗(yàn)證反演方法的穩(wěn)定性，分別將改變速度模型和改變震中位置后的反演結(jié)果與原始結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，TDMT＿INV時(shí)間域矩張量反演法對(duì)速度模型的依賴性較小，震中位置誤差5km以內(nèi)，對(duì)反演結(jié)果影響不大.通過(guò)與采用相同臺(tái)站利用CAP方法反演的結(jié)果進(jìn)行比較，及P波初動(dòng)投影等方法，表明了反演結(jié)果穩(wěn)定、可信.

通過(guò)正反演試驗(yàn)證明了走滑成分較高的斷層滑動(dòng)角符號(hào)為正或負(fù)，對(duì)該方法的評(píng)價(jià)參數(shù)VR值和RES／Pdc值影響不大，這時(shí)僅根據(jù)兩個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)較難判斷出準(zhǔn)確結(jié)果.這種情況下可根據(jù)臺(tái)站分布情況選取最優(yōu)解：所選臺(tái)站要盡可能包圍震中且均勻分布，張角越大，臺(tái)站越多，反演結(jié)果越接近實(shí)際；若臺(tái)站集中在張角兩端、中間空隙角太大，可能會(huì)偏離正解.結(jié)合震后科學(xué)考察結(jié)果及地質(zhì)構(gòu)造資料有助于對(duì)震源機(jī)制結(jié)果做出更合理的判斷.此次地震的發(fā)震構(gòu)造可能為楊汊蒼—桑樹頭斷裂，節(jié)面Ⅱ?yàn)檎鹪雌屏衙?，是一次右旋走滑兼有少量正斷層性質(zhì)的傾滑錯(cuò)動(dòng).但也不排除震中附近還存在其他斷裂的可能性.

致謝 研究中使用的矩張量反演軟件來(lái)源于美國(guó)伯克利地震實(shí)驗(yàn)室，文中多數(shù)圖件利用GMT生成.感謝周云好研究員對(duì)軟件穩(wěn)定性測(cè)試的悉心指導(dǎo).感謝江蘇省地震局監(jiān)測(cè)中心流動(dòng)測(cè)量室劉書生、張輝、宋浩、吳曉峰等四位同志常年野外辛苦的工作換來(lái)的寶貴資料.感謝兩位審稿專家提出的中肯意見及建議，使本文有了很大的提高.

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