利用震源機制解走向判定地震影響場長軸方向

徐志雙 任靜 譚專條 高小躍 陳雅慧 楊志高 李志強

摘要：為了評估以震源機制解走向作為影響場長軸方向的適用性，以1970—2020年145個破壞性地震為研究對象，研究各地震的震源機制解走向和極震區(qū)長軸方向之間的偏差，發(fā)現兩者平均差值為17.0°;走滑型、逆斷型和正斷型地震分別占研究地震總數的56.6%、19.3%和6.2%，其震源機制解走向與極震區(qū)長軸方向的平均差值分別為16.4°、16.2°和20.6°;有82.8%的地震的震源機制解走向與極震區(qū)長軸走向差值小于30°，說明該方法是可行的。通過統計研究2010—2020年等震線長軸方向明顯的50個強震震中附近區(qū)域歷史強震震源機制解走向與極震區(qū)長軸方向差值，結果表明：有13個地震震中30 km范圍內有歷史強震發(fā)生，最近歷史強震震源機制解走向與極震區(qū)長軸方向差值小于30°的有8個（62%）。如果在距離地震震中30 km以內發(fā)生過歷史強震，則可以綜合考慮距震中最近的歷史強震震源機制解走向和活動斷裂走向來判定影響場長軸方向。

關鍵詞：地震影響場;長軸方向;震源機制解;等震線圖;極震區(qū)

中圖分類號：P315.94 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2022）01-0088-12doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2022.0010

0 引言

震后的災害快速評估工作主要是對地震影響范圍內的人口、經濟、建筑物等進行綜合考量，因此繪制地震影響場是震害快速評估的第一步。地震發(fā)生后，地震災害快速評估系統一般依據震中所在區(qū)域的烈度衰減關系（汪素云等，2000;張?zhí)K平等，2015）和活動斷裂分布情況繪制地震影響場，以作為震害評估的基礎和應急救援的依據（劉金龍，林均岐，2012）?；诘卣鹆叶人p關系生成的地震影響場一般為一系列同心橢圓，橢圓長軸方向取距震中最近的活動斷裂的走向。因此，活動斷裂的研究成果直接決定了地震影響場的準確性。然而，由于發(fā)震區(qū)域活動斷裂的研究程度不同，有些區(qū)域很可能缺乏可靠的活動斷層研究成果，使地震影響場繪制和極震區(qū)評估遇到困難。對于人口分布比較均勻的東部地區(qū)，地震影響場長軸方向的變化對評估結果影響不大，但對于人口分布非常不均勻的西部地區(qū)，地震影響場長軸方向的變化可能導致評估結果相去甚遠。在實際的地震應急工作中，地震影響場長軸方向和極震區(qū)長軸方向相差小于30°一般視為可接受，但部分地震的地震影響場長軸方向與實際調查的烈度等震線長軸方向相差較大，如2014年魯甸6.5級、2017年新疆精河6.6級等地震，導致極震區(qū)得不到快速有效的救援。因此，需采用多種手段對地震影響場進行修正，如利用余震、震源機制解走向、強震動記錄等（白仙富等，2011;王偉錁等，2011;陳鯤等，2012，2015a，b;楊天青等，2015;鄭韻等，2016;徐志雙等，2020）。

在震后地震應急響應中，國家和省級地震應急指揮中心已將震源機制解走向作為判別影響場長軸方向的重要依據，陳鯤等（2015a，b）也以此手段繪制了2014年新疆于田7.3級、云南魯甸6.5級地震震動圖。前人研究成果和近年來應急經驗表明，基于震源機制解走向判別地震影響場長軸方向在一些震例中是切實可行的，即修正后的地震影響場長軸方向與實際調查的極震區(qū)長軸方向相符性較好。然而，這一方法是否適用于所有震例，以及評估偏差是多少，目前尚未有系統性的研究成果。鑒于此，本文選取1970—2020年145個M≥5.0破壞性歷史地震，研究其震源機制解走向和極震區(qū)長軸方向之間的偏差，考察以震源機制解走向作為判別地震影響場長軸方向是否滿足震后快速評估的需求。地震發(fā)生后，由于震源機制解產出需要一定的等待時間（約震后30 min），是否可以借鑒活動斷層數據庫使用方法，在震前準備好歷史地震震源機制解走向數據庫，震時直接讀取震中附近歷史強震震源機制解走向作為地震影響場長軸方向？為了檢驗該方法的可行性，本文對2010—2020年等震線長軸方向明顯的50個強震及距震中最近的歷史強震震源機制解走向與極震區(qū)長軸方向差值進行了統計研究。

1 研究資料選取和震例分析

震源機制解一般包含走向（φS）、傾角（δ）和滑動角（λ） 3個參數，走向和傾角是斷層的幾何參數，描述發(fā)震斷層的產狀;滑動角是斷層的運動參數，表示斷層面上的滑動方向。根據滑動角的不同，可將斷層分為走滑-近走滑型（λ接近0°或±180°）、正斷-近正斷型（λ接近-90°）、逆斷-近逆斷型（λ接近 90°）和其他類型（λ為其他值）。

本文以1970—2020年在中國大陸發(fā)生的破壞性地震為研究對象，整理了震源機制解和等震線資料齊全、等震線具有明顯方向性的145個地震，歷史地震空間分布如圖1所示，除1980年2月14日新疆葉城5.8級地震震源深度達90 km外，其余地震均為淺源地震。震源機制解來源于已發(fā)表的研究成果、中國地震臺網中心（CENC）和Global CMT目錄（Dziewonski et al，1981，Ekstrm et al，2012），等震線圖來源于災評報告、中國地震局和各省地震局發(fā)布的烈度圖（表1）。對于烈度等震線形狀不規(guī)則、不易確定極震區(qū)長軸方向的地震暫不予考慮，如1975年2月4日遼寧海城7.3級、1976年8月16日四川松潘7.2級、1988年11月6日云南瀾滄—耿馬7.6級等地震。同一地震存在2個及以上極震區(qū)且長軸方向差異明顯的地震也不予考慮，如1976年5月29日云南龍陵7.3級、1985年8月23日新疆烏恰7.4級等地震。雙震或震群取第一個地震的震源參數，存在2個長軸方向相近的極震區(qū)時，以距主震較近的極震區(qū)為研究對象。極震區(qū)長軸方向的值由正北方向順時針旋轉至極震區(qū)所在方位的角度來表示。發(fā)震斷層面的判定參照前人研究成果，對于部分無法確定主破裂面的地震，取走向與極震區(qū)長軸方向相接近的節(jié)面為發(fā)震斷層面，后文提到的震源機制解走向即為該節(jié)面走向。地震的斷層類型、震源機制解2個節(jié)面走向差值、震源機制解節(jié)面走向與極震區(qū)長軸方向的差值見表1。

從表1可看出，145次破壞性地震中，發(fā)震斷層類型為走滑-近走滑型的有82個，占研究地震總數的56.6%，與謝富仁等（2003）得到的中國及鄰區(qū)震源機制走滑型占比為50.3%相接近;逆斷型和正斷型各有28個和9個，占比分別為19.3%和6.2%;走滑斷層兼具正/逆斷分量、正/逆斷層兼具走滑分量，以及無法判定發(fā)震斷層類型的地震有26個，占比17.9%。華北地區(qū)的歷史地震全部為走滑型，西北地區(qū)以逆斷型和走滑型為主，西南地區(qū)以走滑型為主。本文研究地震分布最多的省份依次為新疆、云南、四川，分別有48、32、22個地震，均以走滑型占比最大。除了走滑型斷層以外，新疆以逆斷型居多;云南多為正斷型，少見逆斷型;四川以逆斷兼走滑居多，與孫業(yè)君等（2017）結論相一致。

除極少部分地震使用單斷層模型，或缺乏詳盡資料，所研究地震的震源機制解大多給出2個節(jié)面，節(jié)面走向差值與斷層類型有關。統計結果顯示，走滑-近走滑型地震2個節(jié)面方向差值為71°～115°，平均差值為93.4°。逆斷型和正斷型為主地震的2個節(jié)面走向差值平均為152.3°和159.4°。

2 震源機制解節(jié)面走向與極震區(qū)長軸方向對比分析

145個地震的震源機制解走向與極震區(qū)長軸方向之間的平均差值為17.0°。其中，走滑型地震震源機制解走向和極震區(qū)長軸方向的平均差值為16.4°，逆斷型和正斷型地震的平均差值分別為16.2°和20.6°，兼具走滑和正/逆斷分量或無法判別發(fā)震類型地震的平均差值為17.5°?？焖僭u估工作中，一般認為地震影響場長軸方向與實際調查的烈度等震線長軸方向相差小于10°為評估結果好、10°～20°為較好、20°～30°為可接受、大于30°則不能滿足評估工作需求。145個地震中，若采用震源機制解節(jié)面走向作為影響場長軸方向，與極震區(qū)長軸走向差值小于30°的有120個，占研究地震總數的82.8%;其中小于10°的有57個（占比39.3%）、10°～20°有41個（占比28.3%）、20°～30°有22個（占比15.2%）、不能滿足評估需要的地震有25個（占比17.2%）。需要說明的是，差值大于45°的有6個，分布于新疆（4個）和西藏（2個），均為監(jiān)測能力較薄弱的西北地區(qū)。

陳鯤等（2015a，b）在繪制地震震動圖時將震源機制解走向作為判斷震動圖長軸方向的重要依據，本文的統計分析結果充分支持其結論，即對于大部分地震（占本文研究地震總數的83%），基于震源機制解走向修正影響場長軸方向是可行的。從震源機制類型來說，走滑-近走滑型地震2個節(jié)面方向平均差值接近90°，可以綜合考慮震中地區(qū)地質構造背景、余震分布情況和歷史地震震源機制解走向，來判定發(fā)震斷層面，并以其走向修正影響場長軸方向。逆斷型和正斷型為主的地震2個節(jié)面走向平均差值接近180°，二者近乎呈一條直線時，可以選擇其中一個節(jié)面走向修正影響場長軸方向。對于其他發(fā)震類型的地震，同樣需借助于地質構造背景、余震分布和歷史地震震源機制解走向來綜合判定發(fā)震斷層面，然后以較為接近的震源機制解走向修正影響場長軸方向。

3 以歷史強震震源機制解走向判定地震影響場長軸方向

對于中強地震，其震源機制解攜帶了震源區(qū)斷層及應力場的信息，并且在一定程度上反映了所在區(qū)域構造背景下的區(qū)域構造應力場和構造運動的特征（趙翠萍，2006）。由相同的構造運動引發(fā)的地震可能具有一定的規(guī)律性（朱琳等，2021），也就是說，同一個孕震構造塊體內發(fā)生地震，在本次地震震源機制解產出之前，可考慮將震中周邊歷史強震震源機制解走向作為判定地震影響場長軸方向的約束條件，以提升地震影響場繪制的準確性和震害快速評估的時效性。

為了檢驗該方法的可行性，本文對2010—2020年等震線長軸方向明顯的50個強震及距這些強震震中最近的歷史強震參數進行了統計（表2）。表2顯示，31個地震震中100 km范圍內有歷史強震，距震中最近歷史強震震源機制解走向與極震區(qū)長軸方向差值小于30°的有18個，占研究地震總數的58%;其中13個地震震中30 km范圍內有歷史強震，差值小于30°的有8個（占比62%）。總體而言，該方法的相符性低于基于震源機制解走向修正影響場長軸方向的方法（83%），但部分結果優(yōu)于基于震源機制解走向的修正結果。如2010年新疆烏恰5.1級、2016年青海門源6.4級、2016年云南云龍5.0級、2017年新疆精河6.6級、2019年四川珙縣5.3級、2020年云南巧家5.0級等地震，采用距震中最近歷史強震（選取距離震中范圍分別為：新疆烏恰地震為47 km，云南云龍地震為28 km，其余地震不超過20 km）節(jié)面走向作為影響場長軸方向，與極震區(qū)的差值減小10°左右。一些地震極震區(qū)長軸方向與最近活動斷裂走向不一致，如2018年西藏謝通門5.8級地震極震區(qū)長軸方向與距震中最近的嘉黎—然烏斷裂走向相差70°，而與1998年西藏謝通門6.1級地震震源機制解走向相差僅23°;2020年云南巧家5.0級地震極震區(qū)方向與包谷垴—小河斷裂走向相差34°，而與2014年魯甸6.5級震源機制解走向相差4°;2014年云南景谷6.6級地震極震區(qū)方向與瀾滄江斷裂走向相差46°，而與1979年云南普洱6.8級地震震源機制解走向相差23°。針對這些地震，采用距震中最近歷史強震震源機制解走向作為影響場長軸方向，更能滿足評估需求。

由于本文研究的地震有限，在實際應用中，在地震震源機制解結果產出之前，僅僅依靠距震中最近歷史強震震源機制解走向判定地震影響場長軸方向有一定的限制，但仍然可以以此作為約束條件之一。其基本思路為：以區(qū)域構造背景為基礎，參考活動斷裂分布情況，若在距離本次地震震中30 km范圍（斷裂帶延伸較長或構造單一的區(qū)域可以適當擴大范圍）內發(fā)生過歷史強震，則可以綜合考慮歷史強震震源機制解走向和活動斷裂走向來判定影響場長軸方向。需要指出的是，對于區(qū)域構造復雜、震中附近活動斷裂豐富的地震，不宜直接采用震中附近區(qū)域歷史強震結果，如2018年云南2次通海5.0級地震，距震中最近的歷史強震為1970年通海7.8級地震，2次地震震中相距約3 km，然而二者發(fā)震斷層分別為NE向的小江斷裂帶中南段西支（王光明等，2018）和NW向的曲江斷裂（張之立，劉新美，1982），此時宜采用距震中最近活動斷裂走向作為影響場長軸方向。

以2020年5月18日云南巧家5.0級地震為例，其震中距離2014年云南魯甸6.5級地震震中約20 km。以距巧家地震震中最近的五蓮峰斷裂走向和包谷垴—小河斷裂走向分別作為長軸方向得到的影響場如圖2a、b所示。從圖中可見，僅以距震中最近的活動斷裂走向作為影響場方向時，判定結果的好壞強烈依賴于活動斷裂的研究成果。以魯甸地震震源機制解走向342°（趙旭等，2014）為長軸方向繪制的影響場如圖2c所示，影響場與實際等震線（圖2d云南防震減災網.2020.云南巧家5.0級地震烈度分布圖.http：//www.yndzj.gov.cn/yndzj/_300559/_300651/598 913/index.html.）長軸方向僅相差4°，效果很好，甚至優(yōu)于以本次地震震源機制解走向修正的結果（差值15°）。因此，在震中附近發(fā)生過歷史強震的情況下，繪制影響場時可以將歷史強震震源機制解走向作為活動斷裂法的補充條件，綜合約束影響場長軸方向。

4 結論

本文對1970—2020年中國大陸145個破壞性地震的震源機制解走向與極震區(qū)長軸方向差值、2010—2020年等震線長軸方向明顯的50個強震震中附近區(qū)域歷史強震震源機制解走向與極震區(qū)長軸方向差值進行了統計研究，主要得出以下結論：

（1）走滑-近走滑型地震占研究地震總數的56.6%，逆斷型和正斷型地震分別占研究地震總數的19.3%和6.2%，其余為兼具走滑和正/逆斷分量，或無法判別類型的地震。本文研究地震中地震分布最多的省份為新疆、云南、四川，除了走滑型斷層之外，新疆以逆斷型為主，云南多為正斷型、少見逆斷型，四川以逆斷兼走滑居多。

（2）145個地震震源機制解走向和極震區(qū)長軸方向平均差值為17.0°，其中走滑型、逆斷型、正斷型和其余類型地震震源機制解走向和極震區(qū)長軸方向平均差值分別為16.4°、16.2°、20.6°和17.5°。在震后快速評估工作中，地震影響場和實際烈度圖長軸方向差值小于30°視為可接受。所研究地震中，以震源機制解走向作為影響場長軸方向滿足評估需求的占研究地震總數的82.8%。

（3）震源機制解2個節(jié)面走向差值與發(fā)震類型有關，走滑型地震震源機制解2個節(jié)面走向平均差值接近90°，逆斷型和正斷型地震2個節(jié)面走向平均差值接近180°。對于走滑型、兼具走滑和正/逆斷型地震，結合構造背景、附近區(qū)域歷史地震發(fā)震斷層走向、余震分布等結果，判別2個節(jié)面中哪一個是發(fā)震斷層面后，利用該節(jié)面走向可以修正地震影響場長軸方向。對于逆斷型或正斷型地震，由于2個節(jié)面近似在一條直線上，所以理論上可以任選其一修正影響場長軸方向。

（4）2010—2020年發(fā)生在中國大陸、等震線長軸方向明顯的50個地震中，有31個地震震中100 km范圍內有歷史強震，距震中最近歷史強震的震源機制解走向與極震區(qū)長軸方向差值小于30°的有18個，占比58%;其中13個地震震中30 km范圍內有歷史強震，差值小于30°的有8個，占比62%?？傮w而言，以距震中最近歷史強震震源機制解走向判定影響場方向的相符性低于以本次地震震源機制解走向作為影響場長軸方向（83%）的方法，但有部分地震結果優(yōu)于使用本次地震震源機制解作為影響場長軸方向的結果。

目前，對于MS≥4.5地震，中國地震臺網中心在震后約30 min就可以產出震源機制解結果，為地震影響場的修正提供依據。在震后應急響應工作中，一般要求震后15 min內產出地震影響場。據此，本文提出一種在地震震源機制解產出之前，采用距震中最近的歷史強震的震源機制解走向，并結合活動斷裂分布情況綜合判定影響場長軸方向的方法。因此，震后第一時段可采用以距震中最近歷史地震震源機制解走向作為活動斷裂法的補充條件，用來約束影響場長軸方向;第二時段可采用本次地震震源機制解走向來修正地震影響場長軸方向。未來，地震烈度速報將覆蓋全國，儀器烈度分布圖有可能替代傳統烈度分布圖，但在此之前，震后快速繪制地震影響場仍是地震應急的一項重要工作。烈度計提供的是分散的烈度分布點，依然需要借助其他研究成果（如震中附近活動斷裂走向、本次地震和歷史強震震源機制解走向等）來確定極震區(qū)的長軸方向。

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Determination of the Long-axis Direction of the Seismic Influence Field Using the Strike of the Focal Mechanism Solution

XU Zhishuang，REN Jing，TAN Zhuantiao，GAO Xiaoyue，CHEN Yahui，YANG Zhigao，LI Zhiqiang

（China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China）

Abstract

In order to evaluate the practicability of using the strike of the focal mechanism solution as the long-axis direction of the seismic influence field，145 destructive earthquake cases from 1970 to 2020 were taken as the research samples.The deviation between the strikes of the focal mechanism solutions and the long-axis directions of the meizoseismal areas has been studied.It is found that the average difference between the strikes of the focal mechanism solutions and the long-axis directions of the meizoseismal areas is 17.0°.Of all the earthquake cases，the strike-slip/near strike-slip，reverse，and normal faults account for 56.6%，19.3% and 6.2%，respectively.And average differences between strikes of the focal mechanism solutions of these earthquakes and the long-axis directions of the meizoseismal areas are about 16.4°，16.2° and 20.6°.In general，the earthquake cases whose difference between the strikes of the focal mechanism solutions and the long-axis directions of the meizoseismal areas less than 30° takes a percentage of 82.8%，indicating that the method is feasible.And then，the differences between the strikes of the focal mechanism solutions of the historical strong earthquakes occurring near the epicenter of the earthquake samples and the long-axis directions of the meizoseismal areas of 50 strong earthquakes with obvious isoseismal long-axis direction from 2010 to 2020 were statistically studied.The results show that among the 50 earthquakes，there have been historical earthquakes within 30 km of the epicenters of 13 earthquakes and the difference between the strike of the focal mechanism solutions and the long-axis direction of the meizoseismal area of 8 cases（62%）is within 30°.Therefore，if a historical strong earthquake has ever occurred within 30 km from the epicenter of the current earthquake，the direction of the focal mechanism solution of the historical strong earthquake and the strike of the active fault nearby can be comprehensively considered to determine the direction of the long-axis direction of the seismic influence field.

Keywords：seismic influence field;long-axis direction;focal mechanism;isoseismal map;meizoseismal area