仙游地震序列中小地震震源機(jī)制解特征

袁麗文，李 強(qiáng)，陳彩虹

（福建省地震局，福建 福州 350003）

仙游地震序列中小地震震源機(jī)制解特征

袁麗文，李 強(qiáng)，陳彩虹

（福建省地震局，福建 福州 350003）

利用福建地震臺網(wǎng)記錄的數(shù)字地震波形，采用基于P波初動(dòng)和S/P振幅比（HASH）方法，反演了2010年8月至2014年12月間發(fā)生在福建仙游地區(qū)ML2.0級以上地震的震源機(jī)制解。結(jié)果表明，仙游地震序列中小地震震源機(jī)制解一致性較好，其節(jié)面走向、傾角及滑動(dòng)角以及P、T軸優(yōu)勢分布十分明顯。節(jié)面走向優(yōu)勢方向?yàn)楸蔽飨?，與該區(qū)域沙縣—南日島斷裂走向一致，震源破裂類型為近直立右旋走滑型。序列的發(fā)生主要受控于近南北向主壓應(yīng)力，與福建地區(qū)背景應(yīng)力場方向存在一定差異。分析認(rèn)為，仙游地震序列的發(fā)生主要受控于仙游地區(qū)小尺度區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場，金鐘水庫水位變化與序列顯著地震活動(dòng)存在一定相關(guān)性，但對仙游地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場影響不明顯。

震源機(jī)制解；HASH方法；仙游地震序列

0 引言

地震的發(fā)生是在區(qū)域應(yīng)力場作用下，地殼巖層應(yīng)變能積累到一定程度后發(fā)生的破裂和錯(cuò)動(dòng)。地震震源機(jī)制解能刻畫出發(fā)震斷層性質(zhì)和區(qū)域地殼應(yīng)力方向。中小地震發(fā)震頻率較高，對某一區(qū)域大量中小地震震源機(jī)制的求解，為研究區(qū)域的活動(dòng)構(gòu)造和構(gòu)造應(yīng)力場提供了重要信息。對于顯著地震的震源機(jī)制解，一般采用波形反演法，如利用Pnl波長周期記錄反演地震矩張量［1］，以及目前廣泛被應(yīng)用的結(jié)合體波與面波的CAP方法［2］［3］等，這些方法對于顯著地震通常都能得到較好的震源機(jī)制解，而小地震由于能量較小以及觀測條件和噪聲等問題，利用波形反演存在一定的現(xiàn)實(shí)難度。通常采用P波初動(dòng)法［4-5］或聯(lián)合振幅比法［6-8］，而如何評價(jià)小震震源機(jī)制解的可靠性也是一個(gè)重要問題。

Hardebeck和Shearer［9-10］將Reasenberg［5］開發(fā)的FPFIT程序改進(jìn)，提出基于初動(dòng)（可聯(lián)合振幅比）求解震源機(jī)制解的方法，即HASH方法，該方法同時(shí)考慮了震源位置誤差、速度模型可能的誤差以及極性的觀測誤差的影響，結(jié)果評價(jià)按信度等級分成多檔，更具客觀性。Kilb等［11］使用HASH和FPFIT方法對比測試了速度模型變化時(shí)震源機(jī)制解的穩(wěn)定性，顯示HASH方法有一定優(yōu)勢。Yang等［12］利用HASH方法計(jì)算了南加利福尼亞地區(qū)近18萬個(gè)小震震源機(jī)制解，凸顯出了該方法的實(shí)用性。

2013年9月4日福建仙游地區(qū)發(fā)生MS4.8（ML5.0）級地震，地震造成4200余人受災(zāi)，多處房屋倒塌，引起了較大的社會影響。仙游地區(qū)地震序列活動(dòng)始于2010年8月，截止2015年10月序列共記錄到近3000次地震活動(dòng)。仙游地區(qū)屬于少震弱震區(qū)，震區(qū)周邊50km范圍內(nèi)歷史上僅記錄到1次5級地震（1544年德化5.2級），1971年福建臺網(wǎng)有地震記錄以來未發(fā)生ML4.0級以上地震。對近年來仙游地區(qū)頻繁發(fā)生的中小地震震源機(jī)制解特征的研究，便于深入了解地震發(fā)生的構(gòu)造背景和區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場狀態(tài)。

1 求解方法

本文采用基于P波初動(dòng)極性和S/P振幅比的HASH方法計(jì)算震源機(jī)制解，求解基本步驟如下：1）根據(jù)給定P波極性（可同時(shí)聯(lián)合振幅比）計(jì)算可能的斷層面，若符合矛盾符合比等條件，即可確認(rèn)結(jié)果；2）若不滿足條件，設(shè)定可能的速度模型和震源深度，計(jì)算離源角和射線方位等，進(jìn)一步求得可能的一組斷層面解；3）選出滿足矛盾符合比等條件的結(jié)果；4）重復(fù)多次，得到一組可能的斷層面結(jié)果；5）剃除多種結(jié)果中明顯不成叢的，將剩余的多數(shù)接近的結(jié)果在平均法線到節(jié)面的坐標(biāo)系中取平均；6）得到最佳解和結(jié)果評價(jià)。詳細(xì)原理可參照Hardebeck（2002；2003）［9-10］。

2 資料選取與處理

數(shù)據(jù)資料選取福建數(shù)字地震臺網(wǎng)記錄的2008年10月至2014年12月福建仙游地區(qū)ML2.0級以上地震事件波形，由于福建地區(qū)數(shù)字地震臺網(wǎng)密度較高，對部分信噪比相對較高M(jìn)L1.8與ML1.9的地震也一并選用，臺站選擇震中附近120km內(nèi)的臺站（圖1），帶通濾波1至10Hz。Yang等（2012）采用信號窗方法量取振幅，其結(jié)果較為穩(wěn)定，且易于批處理。本文參照該方法，噪聲窗取P波到時(shí)前2.5s至0.5s，P波窗和S波窗分別取到時(shí)前0.5s至P波到時(shí)后1.5s，P波與S波到時(shí)差小于2s的數(shù)據(jù)不予使用，各波窗內(nèi)取最大值和最小值之差，然后對三分量進(jìn)行矢量求和作為該波段振幅。參數(shù)設(shè)置：最小觀測數(shù)為8，網(wǎng)格搜索步長為2o，振幅比噪聲對數(shù)取0.3。速度模型參考張璐［13］（表1）給出的結(jié)果。Yang等（2012）將臺站方位角間隔度與平均斷層節(jié)面不確定度作為描述結(jié)果好壞的兩個(gè)極其重要參數(shù)。本文參照該方法，評價(jià)等級分級如下：節(jié)面不確定度≤25o且方位角間隔度≤90o為A級；節(jié)面不確定度≤35o且方位角間隔度≤90o為B級；節(jié)面不確定度≤45o且方位角間隔度≤90o為C級；節(jié)面不確定度≤55o且方位角間隔度≤170o為D級；節(jié)面不確定度大于55o或方位角間隔度＞170o為F級。其中A和B級為高精度結(jié)果；D級為了能夠包括多結(jié)果，給予相對寬松限制；F級結(jié)果不確定度過大，為不可用結(jié)果。

圖1 仙游震群與地震臺站分布Fig.1 Distribution of Xianyou earthquake swarm and stations

表1 福建地區(qū)地殼速度模型

3 結(jié)果與分析

經(jīng)求解得到153個(gè)小震震源機(jī)制解結(jié)果（A類：33個(gè)，B類：61個(gè)，C類：6個(gè)，D類：50個(gè)，F(xiàn)類：3個(gè)）。震源機(jī)制結(jié)果見圖2，部分ML2.5級以上地震震源機(jī)制解結(jié)果列于表2。

表2 小震震源機(jī)制解結(jié)果（ML≥2.5）

圖2 小震震源機(jī)制解空間分布Fig.2 Distribution of focal mechanisms

震源機(jī)制解結(jié)果一致性好，節(jié)面走向、傾角、滑動(dòng)角以及P、T軸優(yōu)勢分布十分明顯（圖3）。節(jié)面走向優(yōu)勢方向?yàn)镹W向，與該區(qū)域沙縣—南日島斷裂帶展布方向一致；節(jié)面傾角較陡，大部分在80o以上；滑動(dòng)角優(yōu)勢為大于160o或小于-160o。主壓應(yīng)力P軸優(yōu)勢分布近SN向，略偏NE；主張應(yīng)力T軸近EW向；P、T仰角優(yōu)勢分布均小于30o。利用波形互相關(guān)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，其中確實(shí)存在相關(guān)度較高的“相似地震”事件（圖4），側(cè)面驗(yàn)證了所求的震源機(jī)制結(jié)果的可靠性。

圖3 震源機(jī)制參數(shù)解玫瑰圖Fig.3 The focal mechanism solutions of rose diagramswarm and stations

表3 仙游序列ML≥4.0級地震震源機(jī)制解

圖4 PTLC臺觀測到的部分相似波形Fig.4 Similar waveforms observed by PTLC station

邱毅等［14］利用矩張量反演求解了仙游序列4次ML4.0級以上地震的震源機(jī)制解，李強(qiáng)等［15］利用CAP波形擬合法求得了仙游序列5次ML4.0級以上地震震源機(jī)制解（表3）。與本文研究結(jié)果類似，震源機(jī)制解為高傾角走滑型，北西向節(jié)面解與斷裂走向、序列震中分布一致，主壓應(yīng)力場方向?yàn)榻黃N向。

仙游序列活動(dòng)區(qū)域分布有金鐘水庫，該水庫位于福建省仙游縣北部石蒼鄉(xiāng)境內(nèi)粗溪中游，庫容1.06億立方米，壩高96.5米，屬國家大Ⅱ型水庫，水庫自2010年5月開始蓄水，同年8月仙游地區(qū)開始地震序列活動(dòng)。從地震活動(dòng)與水位變化相關(guān)性分析，序列ML3.0級以上多發(fā)生在水位趨勢下降后的轉(zhuǎn)折過程中。

力軸隨水位變化關(guān)系顯示（圖5），T軸方位角隨水位變化關(guān)系總體并不顯著，2012年方位角有略微的偏轉(zhuǎn)趨勢，2013至2014年較為穩(wěn)定，在270o左右變化，呈近EW向，進(jìn)入2014年后彌散程度有所增加（P軸與T軸方位角正交，不再進(jìn)行分析）。P、T軸力軸仰角與水位變化關(guān)系亦不顯著，總體彌散分布在0～30o之間，2013年8月前力軸仰角多在15o以下變化，之后力軸仰角彌散程度有所增大，且力軸仰角有增大趨勢?？傮w而言，仙游序列地震力軸在金鐘水庫水位加卸載過程中，沒有明顯的響應(yīng)變化，反映了水位對應(yīng)力場方向影響有限，實(shí)際上，水位加卸載過程可能以兩種方式影響區(qū)域應(yīng)力場：一是重力載荷，載荷作用主要影響垂直向應(yīng)力，對于水平向影響不大，仙游序列震源機(jī)制解多數(shù)為純走滑型，力軸仰角較低，小于30o，且絕大多數(shù)小于15o，主壓和主張力軸接近水平，因此，載荷作用對應(yīng)力場方向影響較?。欢强紫秹簲U(kuò)散作用，當(dāng)孔隙壓增加時(shí)，能降低斷層破裂所需的有效剪切力，但這對力軸方位角及仰角的影響可能并不顯著。

圖5 力軸隨水位變化Fig.5 Shaft change with the water level

4 結(jié)論與討論

（1）通過HASH方法得到仙游地震序列中小地震震源機(jī)制解結(jié)果一致性好，均為近直立右旋走滑性質(zhì)，地震主要受控于近南北向的水平主壓應(yīng)力場。丁學(xué)仁等［16］對1986-1997年福建及鄰區(qū)11次中強(qiáng)地震震源機(jī)制解分析顯示，主壓應(yīng)力軸方向?yàn)镹WW方向；林松建［17］等對1996-2005年52次中小地震震源機(jī)制和6組綜合震源機(jī)制解分析認(rèn)為，福建地區(qū)主壓應(yīng)力軸方向?yàn)镹W方向，但存在一定的區(qū)域差異，其中福建北部主要方向?yàn)镹NW方向，南部為NWW至近EW方向；周碩愚［18］等利用GPS數(shù)據(jù)研究福建及近海地區(qū)地殼水平運(yùn)動(dòng)顯示區(qū)域應(yīng)變率場主要應(yīng)變方位為NW（NWW）方向；許忠淮［19］研究顯示華南塊體平均主壓應(yīng)力方向?yàn)镹W方向。以上研究結(jié)果顯示，福建地區(qū)的區(qū)域應(yīng)力場方向?yàn)镹W（NWW）方向，與本文研究所得仙游地區(qū)近NS向的主壓應(yīng)力場存在較大差異，但與林松建研究所得福建北部地區(qū)NNW方向的主壓應(yīng)力場方向差別相對較小，顯示出仙游序列地震活動(dòng)主要受控于小尺度區(qū)域的先存構(gòu)造應(yīng)力場，與福建地區(qū)背景應(yīng)力場存在一定差異。

（2）金鐘水庫蓄水3個(gè)月后仙游地區(qū)出現(xiàn)序列增強(qiáng)活動(dòng)，且序列ML3.0級以上地震多發(fā)生在水位趨勢下降后的轉(zhuǎn)折過程中，顯示出仙游序列地震活動(dòng)受到水庫蓄水影響，但從水位變化與力軸方位角、仰角的相關(guān)性分析顯示，水庫蓄水產(chǎn)生的附加應(yīng)力場對仙游地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場影響不明顯。

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FOCAL MECHANISM SOLUTION CHARACTERISTICS OF MODERATE AND SMALL EARTHQUAKES IN XIANYOU AREA

YUAN Li-wen，LI Qiang，CHEN Cai-hong
（Earthquake Administration of Fujian Province，F(xiàn)ujian Fuzhou 350003，China）

Based on waveforms from Fujian seismic network，using the P wave first motion polarity and S/ P amplitude ratio （HASH）method，calculated the focal mechanisms of ML≥2.0 earthquakes occurred from 2010 August to 2014 December in Xianyou Area. The results show that the focal mechanisms o ML≥2.0 events are similar，its strike、dip、rake and P， T axis predominant distribution is obvious The NW direction plane of mechanisms solutions consistent with the direction of Shaxian-Nanridao fault system. The type of focal rupture is nearly vertical right-lateral strike-slip. The occurrence of the sequence is mainly controlled by the NS direction principal compressive stress， which is different to the direction of the stress field in Fujian area. The analysis shows that the occurrence of the Xianyou earthquake sequence is mainly controlled by the tectonic stress field in the small scale of Xianyou area and have a certain correlation with the changes of Jinzhong reservoir's water level，but the relationship between water level and tectonic stress field is not obvious.

focal mechanism solution； HASH method； Xianyou earthquake sequence

P315.3

A DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.03.019

1674-8565（2016）03-0099-06

中國地震局震情跟蹤課題資助（201501011）

2016-06-29

2016-07-26

袁麗文（1982-），女，湖北省宜昌市人，工程師，現(xiàn)主要從事測震學(xué)和數(shù)字地震學(xué)分析研究工作。E-mail：lwysz@126.com