由ML≥4.0地震震源機(jī)制解推斷四川理縣-黑水?dāng)嗔褬?gòu)造特征

彭利媚，魏婭玲

（1.海南省地震局，?？?72900；2.四川省地震局，成都610041）

由ML≥4.0地震震源機(jī)制解推斷四川理縣-黑水?dāng)嗔褬?gòu)造特征

彭利媚1，魏婭玲2

（1.海南省地震局，海口572900；2.四川省地震局，成都610041）

基于四川臺(tái)網(wǎng)寬頻帶數(shù)字地震波形資料和CAP波形反演方法，提取了四川理縣-黑水地區(qū)2008年1月至2014年12月10個(gè)ML≥4.0中等強(qiáng)度地震的震源機(jī)制解。結(jié)果顯示：10個(gè)中等強(qiáng)度地震震源機(jī)制解節(jié)面分布主要集中在北西-南東和北東-南西兩個(gè)優(yōu)勢(shì)分布方向。據(jù)眾多學(xué)者研究結(jié)果推斷，北西-南東向展布的節(jié)面為發(fā)震斷層面；理縣-黑水?dāng)嗔汛笾卵乇?7°西（近北西向）展布，屬高傾角陡峭斷裂，主傾向南西；壓應(yīng)力（P軸）呈近東西水平擠壓特征，與斷層面斜交，以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主；張應(yīng)力（T軸）呈近南北水平撕裂特征；中等強(qiáng)度地震的震源主壓應(yīng)力方向與青藏地塊東部地區(qū)主壓應(yīng)變率方向比較一致，說(shuō)明理縣-黑水?dāng)嗔阎饕鞘軈^(qū)域應(yīng)力場(chǎng)控制的一個(gè)區(qū)域性構(gòu)造左旋走滑斷裂。

發(fā)震斷層；震源機(jī)制解；CAP方法；波形互相關(guān)系數(shù)；斷層類型

0 引言

地震震源機(jī)制解直觀地反映了地震破裂的幾何特征和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，是研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的基礎(chǔ)，因此震源機(jī)制解一直是地震工作者們關(guān)心的重要參數(shù)[1]。區(qū)域性寬頻帶地震波形資料中包含了豐富的地震震源和區(qū)域地殼信息，利用寬頻帶波形資料研究區(qū)域性地震震源機(jī)制解有助于了解震源區(qū)應(yīng)力狀態(tài)和發(fā)震斷層構(gòu)造特征，也是理解地震孕育過(guò)程的重要途徑。

表1 四川理縣-黑水ML≥4.0地震目錄Table 1 The catalog of the earthquakes with ML≥4.0 in Lixian-Heishui

2008年汶川8.0級(jí)地震發(fā)生后，國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者研究了汶川地震余震的精確定位、空間分布、震源機(jī)制解等[2-8]，認(rèn)為余震序列主要分布在龍門山斷裂帶的中、北段，沿三條主斷裂帶展布；同時(shí)，小魚洞-理縣-黑水的北西向余震分支也是目前各個(gè)研究結(jié)果中普遍存在的現(xiàn)象。據(jù)地質(zhì)調(diào)查[9-10]已證實(shí)小魚洞斷裂的存在，該斷裂南東起于彭州市通濟(jì)場(chǎng)西南側(cè)附近，北西止于彭州市小魚洞鎮(zhèn)后壩村附近，大體呈北西-南東向展布。繼而向西的理縣-黑水地震分支條帶的存在[4，7-8]也預(yù)示著有一條沿該地震帶延伸的隱伏斷裂，我們將其稱為理縣-黑水?dāng)嗔?；而汶川地震前、后，研究區(qū)域并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)出露地表的斷裂帶（或地震帶）存在，因此很有必要對(duì)其分支條帶上的中等強(qiáng)度地震震源機(jī)制解進(jìn)行研究分析。為了深入了解這一斷裂帶地震震源的發(fā)震機(jī)制，本文選用目前使用較為廣泛的CAP[11-12]方法和四川臺(tái)網(wǎng)寬頻帶地震波形資料，反演計(jì)算了四川理縣-黑水地區(qū)ML≥4.0中等強(qiáng)度地震震源機(jī)制解和最佳震源深度，并根據(jù)地震震源機(jī)制解的空間分布，對(duì)理縣-黑水?dāng)嗔褞У陌l(fā)震斷層面展布特征進(jìn)行了初步分析。

1 數(shù)據(jù)和模型

1.1 臺(tái)站和資料的選取

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心統(tǒng)一地震目錄統(tǒng)計(jì)，2008年5月至2014年12月四川理縣-黑水地區(qū)共發(fā)生ML≥4.0地震10個(gè)（見(jiàn)表1）。理縣地區(qū)發(fā)生8次，最大震級(jí)為MS5.9；黑水地區(qū)發(fā)生2次，最大震級(jí)為ML4.8；這些中等強(qiáng)度地震為研究該地區(qū)地震活動(dòng)構(gòu)造和應(yīng)力場(chǎng)提供了重要信息。這些地震發(fā)生前,震中區(qū)域附近250 km范圍內(nèi)正常運(yùn)行的固定臺(tái)站有30個(gè)，2010年災(zāi)后重建8個(gè)，在0.05～20 Hz的頻率范圍內(nèi)，這些臺(tái)站儀器的幅頻特性曲線都是平直的，獲得了較好的寬頻帶儀器記錄波形，為研究地震震源性質(zhì)提供了重要的資料。經(jīng)過(guò)臺(tái)站選擇，最終選用了40 km≤Δ≤250 km、P波初動(dòng)明顯、波形連續(xù)且信噪比相對(duì)較高的臺(tái)站進(jìn)行波形反演計(jì)算。地震震中與所選臺(tái)站分布如圖1所示，從圖中可以看出，所選臺(tái)站對(duì)研究區(qū)域地震震中具有較強(qiáng)的控制能力。

1.2 方法和速度模型

圖1 震中及參加反演的臺(tái)站分布Fig.1 The distribution of epicenters and inversion stations

本文利用CAP波形反演方法求取理縣-黑水ML≥4.0地震震源機(jī)制及震源深度，具體方法參見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)[5，11-14]。該方法將寬頻帶數(shù)字地震波形記錄分為體波Pnl與面波兩部分，分別對(duì)Pnl波、面波進(jìn)行帶通濾波，并計(jì)算其理論地震波形與觀測(cè)波形之間的誤差函數(shù)，通過(guò)網(wǎng)格搜索，獲取給定參數(shù)空間中誤差函數(shù)達(dá)到最小的最佳解。本文計(jì)算時(shí)，體波Pnl與面波截取波形窗長(zhǎng)分別設(shè)置為30 s與60 s，其帶通濾波頻帶寬度分別為0.05～0.2 Hz、0.05～0.1 Hz。與其他求解震源機(jī)制解的方法相比，CAP方法彌補(bǔ)了利用P波初動(dòng)求解震源機(jī)制解受臺(tái)站數(shù)量限制的缺陷，其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在反演震源機(jī)制解時(shí)使用的是近震寬頻帶波形資料，反演結(jié)果對(duì)地殼橫向變化不敏感、對(duì)速度模型依賴性相對(duì)較小等，保證了反演結(jié)果的穩(wěn)定性。本研究中，我們選用了林向東等的速度模型[15]進(jìn)行地震波反演，這一模型是根據(jù)川西地區(qū)人工地震測(cè)深剖面和波形擬合結(jié)果，并做適當(dāng)調(diào)整后建立的速度模型（見(jiàn)圖2）。

圖2 地震波反演的速度模型Fig.2 The velocity models inverted by seismic waveform

2 反演結(jié)果及分析

2.1 震源機(jī)制解

我們采用CAP方法和圖2速度模型進(jìn)行地震波反演計(jì)算，獲得了研究區(qū)域內(nèi)的10個(gè)ML≥4.0地震震源機(jī)制解和最佳震源深度。為了保證反演結(jié)果的穩(wěn)定，我們盡量保證參加反演計(jì)算的臺(tái)站四方位包圍震中、且各臺(tái)站的波形擬合互相關(guān)系數(shù)要大于60%。通過(guò)反演計(jì)算獲得的地震波形擬合圖和最佳深度誤差擬合圖得知，參加反演計(jì)算的10個(gè)ML≥4.0地震的波形擬合效果均比較理想，震源機(jī)制解結(jié)果是穩(wěn)定、可靠的，表2列出了地震震源機(jī)制解詳細(xì)參數(shù)和最佳震源深度值，地震序號(hào)與表1的相同。

圖3（a）和圖4分別是2008年5月16日理縣MS5.9地震震源深度擬合誤差和地震波形擬合圖。從圖3（a）可以看出，震源機(jī)制解反演結(jié)果在2～20 km震源深度范圍內(nèi)均穩(wěn)定，震源深度在13 km處獲得最小深度擬合誤差；以13 km為最佳震源深度計(jì)算出的理論波形均能較好地與實(shí)際記錄波形匹配（圖中紅線表示理論波形，黑線表示實(shí)際記錄波形），10個(gè)臺(tái)站的波形擬合互相關(guān)系數(shù)均大于62%，波形擬合效果理想，且結(jié)果穩(wěn)定、可靠（見(jiàn)圖4）。其中，節(jié)面I的解：走向?yàn)?47°，傾角為81°，滑動(dòng)角為-31°，節(jié)面Ⅱ的解：走向?yàn)?42°，傾角為59°，滑動(dòng)角為-170°，矩震級(jí)為MW=5.4。該地震震源機(jī)制解反演結(jié)果與鄭勇等[5]的研究結(jié)果一致。

表2 四川理縣-黑水ML≥4.0地震震源機(jī)制反演結(jié)果Table 2 The inversion results of the earthquakes with ML≥4.0 in Lixian-Heishui

圖3 地震震源深度擬合誤差Fig.3 The fitting error of earthquake focal depth

圖4 理縣MS5.9地震波形擬合圖Fig.4 The fitting figure of seismic waveform of the MS5.9 earthquake in Lixian

圖5黑水ML4.8地震波擬形合圖Fig.5 The fitting figure of seismic waveform of the ML4.8 earthquake in Heishui

圖3 （b）和圖5分別是我們得到的2008年11月14日黑水ML4.8地震震源深度擬合誤差和地震波形擬合圖。從圖3（b）可以看出，震源機(jī)制反演結(jié)果在4～20 km震源深度范圍內(nèi)均穩(wěn)定，震源深度在11 km處獲得最小深度擬合誤差；以11 km為最佳震源深度計(jì)算出的理論波形均能較好地與實(shí)際記錄波形匹配，8個(gè)臺(tái)站的波形擬合互相關(guān)系數(shù)均大于60%，波形擬合效果理想，且結(jié)果穩(wěn)定、可靠（見(jiàn)圖5）。其中，節(jié)面I的解為：走向311°，傾角72°，滑動(dòng)角7°，節(jié)面Ⅱ的解為：走向219°，傾角83°，滑動(dòng)角162°，矩震級(jí)MW=4.6。

2.2 結(jié)果分析

在地震破裂面未達(dá)到地表的情況下，地震震中分布是判斷斷裂帶分布的主要依據(jù)。上述國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者研究結(jié)果推斷，理縣-黑水?dāng)嗔褦鄬用媸茄乇蔽飨蛘共嫉模磺覐膱D1和圖6也可以看出其斷裂帶的大致分布方向，圖6顯出的地震震源機(jī)制解節(jié)面分布主要集中在北西-南東和北東-南西兩個(gè)優(yōu)勢(shì)分布方向。由此可知，表2中10個(gè)地震震源機(jī)制解的節(jié)面I應(yīng)為發(fā)震斷層面，其走向空間分布見(jiàn)圖7（a），斷層面走向的優(yōu)勢(shì)分布方向?yàn)槟蠔|，主要傾向南西；節(jié)面II應(yīng)為輔助面,其走向空間分布見(jiàn)圖7（b），輔助面走向的優(yōu)勢(shì)分布方向?yàn)槟衔魑?。根?jù)Zoback等的斷層分類原則[16]對(duì)表2中地震震源機(jī)制解結(jié)果進(jìn)行分類，理縣-黑水10個(gè)ML≥4.0地震的震源機(jī)制解類型均屬于走滑斷層。

圖6 理縣-黑水ML≥4.0地震震源機(jī)制解空間分布Fig.6 The spatial distribution of the focal mechanism solution of the earthquakes with ML≥4.0 in Lixian-Heishui

根據(jù)發(fā)震斷層面機(jī)制解結(jié)果及其空間分布進(jìn)行分析，總體上說(shuō)，斷層面分布范圍沿北33°～58°西（平均約北47°西，近北西向）展布；傾角范圍為61°～82°（平均約75°），屬高傾角陡峭斷裂，傾向南西，南西盤為上盤，北東盤為下盤；滑動(dòng)角范圍為-31°～10°（平均約-7°），呈現(xiàn)出一定的正傾滑分量，西南盤為下降盤；壓應(yīng)力（P軸）方位為80°～100°（平均約89°），呈現(xiàn)近東西水平擠壓特征，與斷層面斜交（見(jiàn)圖8），其仰角范圍為5°～28°（平均約為17°），水平滑動(dòng)分量大于垂直滑動(dòng)分量，以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主；張應(yīng)力（T軸）方位平均約為北2°西，呈現(xiàn)近南北水平撕裂特征。因此說(shuō)明理縣-黑水?dāng)嗔褞Оl(fā)震斷層面大致沿近北西方向展布，以高角度的左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，略具一定正傾滑分量作用的性質(zhì)。

根據(jù)上述研究結(jié)果和地質(zhì)調(diào)查[9-10]得知，理縣-黑水?dāng)嗔盐挥谛◆~洞-理縣-黑水北西向地震條帶的北西段，小魚洞斷裂位于小魚洞-理縣-黑水北西向地震條帶的東南段，且兩者的斷層面產(chǎn)狀較為一致，可以推斷出兩者為同一斷裂。另外，理縣-黑水10個(gè)ML≥4.0地震震源主壓應(yīng)力呈近東西擠壓的特征，與武艷強(qiáng)等[17]用GPS數(shù)據(jù)得到的近年來(lái)青藏地塊東部地區(qū)主壓應(yīng)變率為近東西向的結(jié)論一致，從而說(shuō)明小魚洞-理縣-黑水?dāng)嗔阎饕鞘軈^(qū)域應(yīng)力場(chǎng)控制的一個(gè)區(qū)域性構(gòu)造左旋走滑斷裂。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于四川臺(tái)網(wǎng)寬頻帶數(shù)字地震波形資料和CAP波形反演方法，求取了四川理縣-黑水地區(qū)2008年1月至2014年12月10個(gè)ML≥4.0地震的震源機(jī)制解，分析了震源機(jī)制解空間分布特征，并對(duì)發(fā)震斷層的幾何產(chǎn)狀及斷裂與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)系進(jìn)行了初步探討。綜上所述，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

圖7 理縣-黑水ML≥4.0地震震源機(jī)制解節(jié)面及其P軸空間分布Fig.7 The nodal plane and P axis distribution of the focal mechanism solutions of the earthquakes with ML≥4.0 in Lixian-Heishui

圖8 理縣-黑水ML≥4.0地震震源機(jī)制解應(yīng)力空間分布（左圖P軸，右圖T軸）Fig.8 The stress distribution of the focal mechanism solutions of the earthquakes with ML≥4.0 in Lixian-Heishui

（1）10個(gè)中等強(qiáng)度地震震源機(jī)制解節(jié)面分布主要集中在北西-南東和北東-南西兩個(gè)優(yōu)勢(shì)分布方向。據(jù)眾多學(xué)者研究結(jié)果推斷，北西-南東向展布的節(jié)面為發(fā)震斷層面。

（2）理縣-黑水?dāng)嗔汛笾卵乇?7°西（近北西向）展布，屬高傾角陡峭斷裂，主傾向南西。

（3）壓應(yīng)力（P軸）呈近東西水平擠壓特征，與斷層面斜交，以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主；張應(yīng)力（T軸）呈近南北水平撕裂特征。

（4）中等強(qiáng)度地震的震源主壓應(yīng)力方向與青藏地塊東部地區(qū)主壓應(yīng)變率方向比較一致，說(shuō)明理縣-黑水?dāng)嗔阎饕鞘軈^(qū)域應(yīng)力場(chǎng)控制的一個(gè)區(qū)域性構(gòu)造左旋走滑斷裂。

致謝：四川省地震局魏婭玲高級(jí)工程師給予大力的幫助和指導(dǎo)。

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Tectonic Characteristics of Lixian-Heishui Fault Inferred by the Focal Mechanism Solution of the Earthquakes with ML≥4.0 in Sichuan

PENG Limei1，WEI Yaling2
（1.Earthquake Administration of Hainan Province，Haikou 572900，China；2.Earthquake Administration of Sichuan Province，Chengdu 610041，China）

Based on broadband digital seismic waveform recorded by Sichuan earthquake network and CAP waveform inversion method,the paper obtained the focal mechanism solutions of the ten moderately strong earthquakes with ML≥4.0 from January 2008 to December 2014 in region of sichuan Lixian-Heishui.The results show that:the nodal plane of the focal mechanism solutions of ten moderately strong earthquakes mainly concentrated in two dominance distribution directions（NW-SE and NE-SW），and according to many scholars'research results inference,NW-SE trending section is earthquake fault plane;Lixian-Heishui fault is mainly distributed along N47°W（near north west），which belongs to high dip angle steep fault with dipping to SW；compressive stress（P axis）presents nearly EW horizontal extrusion features,and inclines with fault plane with takeing the left lateral strike slip movement;tensile stress（T axis）presents nearly NS horizontal tearing features.The orientation of principal compressive stress of moderately strong earthquakes is consistent with the orientation of the principal compressive strain rate of eastern part of the Qinghai-Tibet block,which indicates that Lixian-Heishui fault is mainly controlled by regional stress field and is left lateral strike slip fault.

Seismogenic fault；Focal mechanism solution；CAP method；Waveform correlation coefficient to each otherl；Fault type

P315.33

A

1001-8662（2016）03-0009-08

10.13512/j.hndz.2016.03.002

2015-10-02

中國(guó)地震局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項(xiàng)（20140320）

彭利媚(1978-)，女，工程師，從事地震監(jiān)測(cè)及編目工作.

E-mail：623294290@qq.com

魏婭玲(1979-)，女，高級(jí)工程師，從事大震速報(bào)工作.

E-mail：sctwsbs@163.com

彭利媚，魏婭玲.由ML≥4.0地震震源機(jī)制解推斷四川理縣-黑水?dāng)嗔褬?gòu)造特征[J].華南地震，2016，36（3）：9-16.[PENG Limei，WEI Yaling. Tectonic Characteristics of Lixian-Heishui Fault Inferred by the Focal Mechanism Solution of the Earthquakes with ML≥4.0 in Sichuan[J].South china journal of seismology，2016，36（3）：9-16.]