用P波初動(dòng)法測(cè)定2014年11月22日康定6.3級(jí)地震的震源機(jī)制

袁乃榮 孔韓東 郭祥云

1）河北師范大學(xué)，石家莊市南二環(huán)東路20號(hào) 050024

2）中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，北京時(shí)間2014年11月22日16時(shí)55分，四川省甘孜藏族自治州康定縣（30.2°N，101.7°E）發(fā)生6.3級(jí)地震，震源深度 16km。震中距康定縣城約 30km，距成都市約230km。成都、德陽、樂山等地都有明顯震感。康定縣地處四川盆地西緣山地與青藏高原的過渡地帶，地勢(shì)由西向東傾斜。大雪山中段的海子山、折多山、貢嘎山由北向南縱貫縣境，將其分為東、西2大部分，東部為高山峽谷，西部和西北部為丘狀高原及高山深谷區(qū)。

震源機(jī)制的測(cè)定是地震學(xué)研究的基本問題之一，精確測(cè)定震源機(jī)制對(duì)于地殼應(yīng)力場(chǎng)的確定及地震孕育環(huán)境、地震動(dòng)力學(xué)的研究均具有重要意義。P波初動(dòng)符號(hào)物理圖像明確，是穩(wěn)定的地震波信息，在確定震源機(jī)制解方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。利用P波初動(dòng)符號(hào)求解震源機(jī)制的方法較多，主要可以分為2類：迭代法和網(wǎng)格搜索法。迭代法以Kasahara（1963）和Brillinger等（1980）的方法為主要代表。迭代法對(duì)資料質(zhì)量要求較高，因此，網(wǎng)格搜索法在求解震源機(jī)制時(shí)更為常用（Udias et al，1988）。最早為得到解區(qū)（可選解的集合）及平均解，許忠淮等（1983）提出了求P波震源機(jī)制解的格點(diǎn)嘗試法。Reasenberg等（1985）編寫了一套求解P波初動(dòng)震源機(jī)制的程序FPFIT，以求最佳解及解置信區(qū)間。隨后，Hardebeck等（2002）對(duì)程序進(jìn)行了改進(jìn)，并對(duì)一些影響震源機(jī)制解的因素（初動(dòng)極性、震源位置及速度模型的不確定性等）作了討論。雖然這些方法都得以廣泛應(yīng)用，但也存在一些缺陷，如網(wǎng)格搜索法是基于矛盾比的計(jì)算結(jié)果來確定可選震源機(jī)制解的，而同樣的矛盾比，矛盾觀測(cè)點(diǎn)是出現(xiàn)在震源球上有密集觀測(cè)資料的區(qū)域還是孤立的觀測(cè)點(diǎn)，則對(duì)震源機(jī)制解質(zhì)量的影響不同，這些方法和程序在計(jì)算矛盾比時(shí)都沒有考慮到震源球上數(shù)據(jù)點(diǎn)密集程度變化的影響。在此基礎(chǔ)上，俞春泉等（2009）基于許忠淮等（1983）提出的格點(diǎn)嘗試法進(jìn)行了幾個(gè)改進(jìn)，提出了本文所使用的格點(diǎn)嘗試法及相應(yīng)的程序。此方法的優(yōu)勢(shì)在于：采用新的加權(quán)方法計(jì)算加權(quán)矛盾比；權(quán)重因子包括反映初動(dòng)符號(hào)質(zhì)量的權(quán)重，體現(xiàn)了資料質(zhì)量的影響；不包括觀測(cè)點(diǎn)與節(jié)面距離的權(quán)重，以避免界面附近資料權(quán)重的雙重減小帶來的系統(tǒng)偏差；減小了震源球上密集資料點(diǎn)的權(quán)重，部分抵消了震源球上P波初動(dòng)符號(hào)資料分布不均勻?qū)赡芙獾挠绊憽?/p>

綜上所述，為加深對(duì)康定6.3級(jí)地震發(fā)震機(jī)制的認(rèn)識(shí)，本文利用P波初動(dòng)資料，采用俞春泉等（2009）的方法，獲得了康定地震的震源機(jī)制解，并對(duì)該地震的破裂過程進(jìn)行了初步分析。

1 區(qū)域構(gòu)造情況

此次地震發(fā)生在鮮水河斷裂帶南段，這一地區(qū)屬于中強(qiáng)地震較多發(fā)區(qū)域。從大區(qū)域構(gòu)造位置上來看（圖1），康定地震震區(qū)處于青藏高原東緣，受青藏高原強(qiáng)烈隆起抬升和高原上地殼物質(zhì)向東緩慢擴(kuò)散的影響，青藏高原東部地區(qū)形成了一系列的弧形走滑斷層系。作為川滇塊體東北邊界斷層的主要成員，鮮水河斷裂帶自全新世以來表現(xiàn)出強(qiáng)烈的左旋水平剪切運(yùn)動(dòng)特征。地震活動(dòng)性方面，鮮水河活動(dòng)斷裂帶作為該區(qū)域的重要構(gòu)造帶，歷史上發(fā)生過多次強(qiáng)烈破壞性地震，M≥6.0地震有22次，其中，M≥7.0地震8次，最大強(qiáng)震為1786年6月1日四川瀘定7?級(jí)地震，1973年2月6日四川爐霍7.6級(jí)地震也發(fā)生在該斷裂帶上。但自1981年道孚 6.9級(jí)地震后，再也沒有中強(qiáng)地震發(fā)生（易桂喜等，2005、2015；聞學(xué)澤等，2009）。此次康定6.3級(jí)地震的發(fā)生打破了鮮水河活動(dòng)斷裂帶中強(qiáng)地震活動(dòng)30多年的平靜。本文擬通過P波初動(dòng)反演震源機(jī)制解的方法，討論此次地震的破裂方式，該研究對(duì)于了解現(xiàn)今鮮水河活動(dòng)斷裂帶應(yīng)力場(chǎng)特征有一定意義。

2 使用資料

利用初動(dòng)資料反演地震震源機(jī)制，需要記錄到地震波形的臺(tái)站對(duì)于地震震源位置有較為均勻的覆蓋。為此，我們從國(guó)家數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心（鄭秀芬等，2009）下載了四川臺(tái)網(wǎng)、云南臺(tái)網(wǎng)、青海臺(tái)網(wǎng)、重慶臺(tái)網(wǎng)、甘肅臺(tái)網(wǎng)、西藏臺(tái)網(wǎng)部分臺(tái)站的波形數(shù)據(jù)。并從美國(guó)地震學(xué)研究聯(lián)合會(huì)（IRIS）數(shù)據(jù)管理中心（DMC）下載了全球地震臺(tái)網(wǎng)（GSN）的波形數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，得到了信噪比高且方位角分布較均勻的140個(gè)臺(tái)站的P波初動(dòng)的極性，臺(tái)站分布如圖2所示。

圖1 康定區(qū)域地震構(gòu)造圖①http：／／www.cea.gov.cn／publish／dizhenj／468／553／101420／101429／20141122211334520836538／index.htm l

圖2 2014年11月22日康定6.3級(jí)地震震中與本文所用地震臺(tái)站分布

3 震源機(jī)制解

本文使用的140個(gè)臺(tái)站的震中距為49.3～9402km，方位角為3.3°～345.7°。離源角計(jì)算采用IASP91一維速度模型（單層地殼）。不同震相的離源角計(jì)算公式不同，具體如下

式中，Δ為震中距；h為震源深度；vP1和vP2分別為Pn在地殼內(nèi)核和地幔的傳播速度；R為地球半徑；vh和v0分別為P波在震源處和地面的傳播速度；i0為地震射線的入射角。

構(gòu)造地震震源輻射的縱波大多呈向上（初動(dòng)為正）和向下（初動(dòng)為負(fù)）的四象限分布，當(dāng)收集到大量的初動(dòng)數(shù)據(jù)以后，可在投影網(wǎng)上得到震源機(jī)制解。本文采用格點(diǎn)嘗試法（俞春泉等，2009），得到該地震的震源機(jī)制解（表 1、圖 3）。

表1 本文得到的震源機(jī)制解

圖3 康定6.3級(jí)地震震源機(jī)制解

結(jié)合余震空間分布方向（易桂喜等，2015）以及地震烈度長(zhǎng)軸方向可以判斷（顏丙雷等，2016）：康定MS6.3地震的節(jié)面Ⅰ為發(fā)震斷層面，發(fā)震斷裂應(yīng)為 NW走向的色拉哈-康定斷裂。

地震發(fā)生以后，不同機(jī)構(gòu)采用不同的方法對(duì)此次地震震源機(jī)制進(jìn)行了測(cè)定，表2詳細(xì)列出了這些機(jī)構(gòu)采用不同方法得到的震源機(jī)制解結(jié)果。

表2 不同機(jī)構(gòu)或研究者測(cè)得的康定地震震源機(jī)制解

由表2可見，不同機(jī)構(gòu)用不同方法得到的此次地震的破裂性質(zhì)較為一致，均為走滑型。但仔細(xì)分析不同機(jī)構(gòu)的測(cè)定結(jié)果，均有一定的差異。這種差異可能是由于所采用的方法和資料不同而引起的。通過P波初動(dòng)得到的震源機(jī)制解僅利用了初至波信息，反映的僅僅是地震破裂起始階段較短時(shí)間內(nèi)的震源破裂過程；而利用全波形反演獲得的震源機(jī)制解，反映的則是整個(gè)地震的破裂過程，包含了更多的震源信息和地殼介質(zhì)信息。一般來說，一次地震的初始破裂方式與整體破裂方式總體上是一致的，但地震破裂過程的復(fù)雜性和地殼介質(zhì)的復(fù)雜性有可能導(dǎo)致2種方式所得結(jié)果有所不同。

為了說明本文結(jié)果的優(yōu)劣，我們采取較為直觀的方法：將P波初動(dòng)資料投影到表1中各機(jī)構(gòu)所給出的震源球中，與本文結(jié)果進(jìn)行對(duì)比（圖4）。并計(jì)算相應(yīng)的矛盾比（MDB）（表3）。由表3可見，GCMT結(jié)果顯示的最小矛盾比為0.10，與本文矛盾比0.05相比較仍然有2倍之差。結(jié)合投影圖與矛盾比數(shù)據(jù)可知，本文結(jié)果最優(yōu)，最符合觀測(cè)資料。

通過查閱此次地震相關(guān)的余震資料和烈度資料（李敬波等，2015；顏丙雷等，2016），可以進(jìn)一步分析本文結(jié)果的可靠性。自康定MS6.3地震發(fā)生之日至同年11月26日共記錄到余震700多次，其中，5.0～5.9級(jí)地震1次，4.0～4.9級(jí)地震0次，3.0～3.9級(jí)地震0次①。整個(gè)地震余震序列沿色哈拉-康定斷裂呈NW走向等間距分布，與斷裂走向一致（圖5），亦與本文結(jié)果一致。中國(guó)地震局通過震后烈度復(fù)查工作，修訂了四川康定6.3級(jí)地震烈度圖（圖6）。由圖6可見，此次地震的最高烈度為Ⅷ度，等震線長(zhǎng)軸方向總體呈WN向，5.8級(jí)強(qiáng)余震發(fā)生后，受災(zāi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)個(gè)數(shù)和受災(zāi)面積有所增加，其中，Ⅷ度區(qū)變化不大，Ⅶ度、Ⅵ度區(qū)受災(zāi)面積明顯增加。烈度圖顯示，Ⅶ度、Ⅵ度區(qū)有向SE向擴(kuò)展的趨勢(shì)，擴(kuò)展方向與鮮水河斷裂走向保持一致。此次地震的余震分布和烈度分布情況，與本文所得震源機(jī)制一致。從該地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)來看（圖7），通過與歷史地震的比較，與前人（許忠淮等1989）得出的結(jié)果一致，均為左旋走滑，震源壓應(yīng)力P軸走向108°，張應(yīng)力T走向199°，二者均較為水平。與利用川滇塊體及其周圍地震震源機(jī)制解空間分布反演得到的該區(qū)背景構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最大主壓應(yīng)力、最小主張應(yīng)力的方向基本一致。

表3 各機(jī)構(gòu)震源機(jī)制解與本文初動(dòng)資料結(jié)合后的矛盾比

圖4 各機(jī)構(gòu)震源球效果圖

從該地區(qū)1966年以來的震源機(jī)制解的分布來看（圖8），此次地震與發(fā)生在鮮水河斷裂帶上的中強(qiáng)地震的震源機(jī)制一致，均為走滑型地震，亦與鮮水河斷裂帶的破裂特征一致。

4 結(jié)論

圖5 康定M S 6.3地震余震序列精定位分布及深度剖面圖（據(jù)顏丙雷等（2016））

圖6 康定M S 6.3地震烈度分布圖⑥http：／／www.cea.gov.cn／publish／dizhenj／468／553／101420／101428／20141126163922877352575／index.htm l

圖7 利用川滇塊體及其周圍地震震源機(jī)制解空間分布反演得到的該區(qū)背景構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)

圖8 康定地區(qū)1966年以來震源機(jī)制分布⑤

本文利用四川臺(tái)網(wǎng)、云南臺(tái)網(wǎng)、青海臺(tái)網(wǎng)、重慶臺(tái)網(wǎng)、甘肅臺(tái)網(wǎng)、西藏臺(tái)網(wǎng)部分臺(tái)站的波形數(shù)據(jù)，并從美國(guó)地震學(xué)研究聯(lián)合會(huì)（IRIS）數(shù)據(jù)管理中心（DMC）下載了全球地震臺(tái)網(wǎng)（GSN）的波形數(shù)據(jù)，采用格點(diǎn)嘗試法獲得了康定地震的震源機(jī)制解。結(jié)果表明，此次地震的震源機(jī)制為走滑型。節(jié)面Ⅰ：方位角152°，傾角80°，滑動(dòng)角-14°；節(jié)面Ⅱ：方位角244°，傾角76°，滑動(dòng)角-170°；T軸：方位角 199°，傾角 3°；N軸：方位角 297°，傾角 73°；P軸：方位角108°，傾角 17°。節(jié)面Ⅰ位于發(fā)震斷層面，與鮮水河斷裂帶的破裂特征相一致。將本文使用的P波初動(dòng)資料分別投影到其它機(jī)構(gòu)給出的震源球模型，并計(jì)算相應(yīng)的矛盾比，可以看出本文的結(jié)果最符合觀測(cè)資料?？刀ǖ卣鹩嗾鸱植?、烈度分布情況以及構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的結(jié)果，與本文所得康定地震震源機(jī)制相符。作為近幾年來發(fā)生在鮮水河斷裂帶上的一次較大地震，繼續(xù)采用P波初動(dòng)法測(cè)定其震源機(jī)制解，對(duì)于豐富該地區(qū)地震的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，推進(jìn)鮮水河斷裂地震震源機(jī)制解的研究，具有一定實(shí)際意義。

致謝：中國(guó)地震局地球物理研究所國(guó)家數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心（doi：10.7914／SN／CB）和全球地震臺(tái)網(wǎng)（GSN／IRIS）為本研究提供了地震波形數(shù)據(jù)，在此表示衷心的感謝。