山西地區(qū)ML≥3.0地震震源機制解研究

呂 睿，董春麗，劉素珍，高偉亮，孟小琴，張 玲，張正霞

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西 太原 030025)

0 引言

震源機制解可以形象地描述震源的性質(zhì)和受力情況，對地震后續(xù)過程的判定具有一定的參考作用，所以，對震源機制的求解是一項比較有意義的研究。20世紀(jì)80年代以來，一些學(xué)者相繼提出了利用區(qū)域臺網(wǎng)記錄地震的P、S波振幅比資料反演中、小地震震源機制解的方法，進(jìn)一步發(fā)展了震源機制解的求解技術(shù)[1-8]。snoke在紀(jì)念I(lǐng)SPEI成立100周年時，提出的P波、SV波、SH波的初動和振幅比聯(lián)合計算震源機制解的方法，不僅可以用P、S波的初動和振幅比進(jìn)行計算，而且在只有P波初動的情況下，也可以進(jìn)行計算，使用起來比較靈活、方便。

運用snoke方法，以山西省數(shù)字測震臺網(wǎng)記錄的數(shù)字地震資料為基礎(chǔ)，計算出2007年至2010年ML≥3.0的49個地震的震源機制解，并將其與運用P波及振幅比得出的震源機制解進(jìn)行對比，證明此方法的可行性。

1 計算原理

目前，學(xué)者們更側(cè)重于對點源模型中的雙力偶模型的研究，根據(jù)前人的研究成果，給出以下表達(dá)式，雙力偶震源輻射遠(yuǎn)場的地震波位移，在γ-θ-φ坐標(biāo)系中觀測點p(γ，θ，φ)處的分量為：

根據(jù)P、S波輻射花樣的固有特征，愈靠近節(jié)面，P波的振幅越接近零，初動方向愈難以辨認(rèn)，斷層面和輔助面45°夾角處最大；S波在節(jié)面附近能量最大，振幅最大，在斷層面和輔助面45° 夾角處最小[9]。由此可看出，震源球面上分布的初動方向數(shù)據(jù)只能顯示該點應(yīng)處在P波的正象限或負(fù)象限，但不能獲得節(jié)面與此觀測點的角距離有多大的信息。由于震源球面上某點觀測到的波的振幅大小含有節(jié)面離該點距離遠(yuǎn)近的信息，振幅數(shù)據(jù)比初動方向數(shù)據(jù)對兩個節(jié)面的約束作用更顯著。因此，如果在計算震源機制解時，同時加上SV、SH波的初動資料及振幅比資料，就更能精確地確定節(jié)面的空間位置。

Snoke方法利用雙力偶點源模型，分別對P波、SV波和SH波的初動方向以及SV/P、SH/P、SV/SH振幅比的理論計算值與實際觀測值設(shè)定一個矛盾數(shù)上限，采用網(wǎng)格嘗試法，求取所有滿足小于所設(shè)定的矛盾數(shù)上限的機制解。對求得的這些機制解，通過比較理論計算與實際觀測得到的P波、SV波、SH波初動符號和振幅比，選擇其中擁有矛盾符號數(shù)最少和振幅比殘差最小的機制解，作為機制的最佳解。

2 資料收集及運算過程

選取山西省數(shù)字測震臺網(wǎng)記錄的2007年至2010年ML≥3.0數(shù)字地震資料，用snoke教授的程序，用P波、S波初動和振幅比相結(jié)合的方法，計算出2007年至2010年山西地區(qū)ML≥3.0共49次中小地震的震源機制解。圖1為49次地震的震中分布圖，圖2為山西測震臺網(wǎng)臺站分布圖。

計算步驟如下：

首先，打開ISDP軟件，選取EVT格式的地震波形；

第二步，標(biāo)注P波和S波初動。P波初動在BHZ分量標(biāo)注，選擇初動清晰。S波初動在BHE分量標(biāo)注，注意S波初動選擇震中距小于80 km之內(nèi)進(jìn)行標(biāo)注；

第三步，點擊波形處理中的波形旋轉(zhuǎn)按鈕，P波在BHZ分量上量取振幅，S波在BHE分量上量取振幅；

第四步，繼續(xù)添加P波初動。注意只有P波初動在波形旋轉(zhuǎn)后可以添加，添加一個臺站進(jìn)行一次地震定位，計算震源機制解，一直到計算出最佳一組解；

第五步，得到12個震源機制解參數(shù)，繪制該地震事件的震源機制解圖。

圖1 分析所選49個地震的震中分布圖

3 計算實例

為論證該方法求解震源機制解的可靠性，選取2007年至2010年ML≥3.0的地震，著重研究該時段內(nèi)山西發(fā)生的5次ML4.0以上的地震，將通過snoke方法得到的震源機制解與振幅比方法給出的結(jié)果進(jìn)行對比分析。

圖2 山西測震臺網(wǎng)臺站分布圖

(1) 原平4.5級地震

原平4.5級地震發(fā)生在2009年3月28日19時11分，在系舟山西麓斷裂向系舟山山前斷裂轉(zhuǎn)彎處。該次地震打破了鄂爾多斯北緣、東緣、南緣至河北平原帶移動的大片區(qū)域長達(dá)3年6個月的4級平靜，成為山西乃至小華北地區(qū)2009年度最顯著的地震事件，備受行業(yè)內(nèi)專家的關(guān)注，有針對性地做了一些研究工作。從第3頁表1中可以看出，兩種方法計算的震源機制解結(jié)果相差較大，分析其原因，是兩者計算的要求不同。振幅比方法選擇4個以上的臺站四象限包圍比較好就可以進(jìn)行計算，而snoke方法是選取P波初動清晰可見的臺站，符合條件的臺站都參與計算，從第3頁圖3中也可以清楚地看出，振幅比方法參與計算的臺站只有5個，而snoke方法參與計算的臺站有17個?？梢?，snoke方法更加科學(xué)，結(jié)果更加可靠。

(2) 河津5.1級地震

河津5.1級地震發(fā)生在2010年1月24日10時36分，微觀震中位于臨汾盆地的侯馬凹陷構(gòu)造區(qū)。震源機制解結(jié)果表明，河津地震是走滑為主，兼有一定斜滑分量的正斷活動。其應(yīng)力場狀態(tài)與臨汾斷陷盆地的狀態(tài)較吻合，但主壓應(yīng)力軸取向，與臨汾盆地平均應(yīng)力場主張應(yīng)力軸的取向(北西-北北西)相比較，仍存在一定差異，說明河津地震主要受局部區(qū)域應(yīng)力場控制(見表2、圖4)。

表1 不同方法計算的原平地震震源機制解

圖3 不同方法得到的原平地震震源機制解

(3) 大同4.7級地震

大同4.7級地震發(fā)生在2010年4月4日21時46分，震中位于冊田凹陷內(nèi)大王斷裂、團堡斷裂兩條共軛斷裂的交匯處，為大王斷裂、團堡斷裂、六棱山北緣斷裂3條斷裂共同作用的結(jié)果。該次震中位置也是1989年6.1級及3次5級以上地震、1991年5.8級地震、1999年5.6級地震的震中(見表3、圖5)。

表2 不同方法計算的河津地震震源機制解

圖4 不同方法得到的河津地震震源機制解

圖5 不同方法得到的大同地震震源機制解

表3 不同方法計算的大同地震震源機制解

(4) 洪洞4.1級地震

洪洞4.1級地震發(fā)生在2010年4月7日15時29分，震中位置在1303年洪洞8級地震老震區(qū)，也是現(xiàn)今該區(qū)中小地震活動的區(qū)域，其空間分布表現(xiàn)得極不均勻(見表4、圖6)。

表4 不同方法計算的洪洞地震震源機制解

圖6 不同方法得到的洪洞地震震源機制解

(5) 陽曲4.6級地震

陽曲4.6級地震發(fā)生在2010年6月5日20時58分，該地震發(fā)生在交城斷裂的北端(見表5、圖7)。

通過上述分析對比，證實了利用snoke方法求解的震源機制解可靠度較高，優(yōu)勢為在P波初動方向數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，加入SH波、SV波初動方向和SV/P、SH/P或SV/SH振幅比數(shù)據(jù)。因此，對震源機制解的約束更多，結(jié)果更加準(zhǔn)確。實例中，除原平地震外，其他地震的snoke方法與P波初動及振幅比方法的計算，結(jié)果相近，這并不代表振幅比資料不好，是由于多種原因?qū)е铝私Y(jié)果的差異(如，兩者的計算方法不同等)。

表5 不同方法計算的陽曲地震震源機制解

圖7 不同方法得到的陽曲地震震源機制解

4 結(jié)論

用snoke方法計算出山西省2007年至2010年ML≥3.0的49個地震的震源機制解，并著重研究該時段內(nèi)山西發(fā)生的5次ML4.0以上的地震，把用這種方法得到的震源機制與僅用振幅比得到的震源機制相比較，進(jìn)一步論證這種方法的可靠性。得出以下結(jié)論：通過與僅用振幅比的震源機制資料進(jìn)行類比，認(rèn)為用snoke求解震源機制的方法是可行的，用這種方法不僅可以得到5級地震的震源機制，也可以對臺網(wǎng)分布較好地區(qū)的3～4級地震進(jìn)行震源機制的研究；山西地區(qū)以走滑型的正斷層為主，伴有少量的斜滑、逆沖。

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