基于CAP方法的2019年湖北應(yīng)城MS 4.9地震震源機制與發(fā)震構(gòu)造研究

趙凌云，丁文秀，周 舟，周本偉 何 凱，申學(xué)林，魏貴春

（1.中國地震局地震研究所（地震大地測量重點實驗室），湖北 武漢 430071；2.湖北省地震局，湖北 武漢 430071；3.三峽工程生態(tài)與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)地震監(jiān)測重點站，湖北 武漢 430071）

2019年12月26日18時36分在湖北應(yīng)城發(fā)生了MS4.9（ML5.3）地震。地震發(fā)生之后，震中附近地區(qū)余震相對較少，截止到2020年3月30日，共記錄到11次ML＞0.0地震（圖1），其中，ML1.0～1.9地震1次，ML2.0～2.9地震9次，ML3.0～3.9地震1次，最大余震為2020年1月8日1時23分應(yīng)城ML3.3地震，此次余震位于主震MS4.9（ML5.3）的SE方向3.8 km處，另外9次ML≥2.0余震均發(fā)生在主震東南部。在此次地震震中30 km內(nèi)曾經(jīng)發(fā)生過1960年2月5日MS4.1（ML4.6）地震。震區(qū)及其周邊區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，震中附近最近斷裂為皂市斷裂，該斷裂北起京山天王寨，以NNW 向南延，經(jīng)湯池，在皂市東截接潛北斷裂之后，繼續(xù)以SSW 方向延伸，最后隱伏于白堊系-第四系之下（曹家敏等，1994）。該斷裂北東段發(fā)育于古近系磚紅、褐紅色砂礫巖、粘土巖、砂巖和寒武系灰色厚層、巨厚層結(jié)晶灰?guī)r、白云巖之間，斷面走向NNW，傾向NEE，傾角60°，且上緩下陡，斷裂帶上的白堊系以粗碎裂巖為主；寒武系以巨大的斷層角礫巖為特征，各處寬度不等。主斷面上多處可見到厚度20～30 cm的片理化構(gòu)造巖和厚度不一的斷層泥（劉鎖旺等，1994）。中生代中期隨州—應(yīng)城推覆體向南推擠，該斷裂兩盤產(chǎn)生左形走滑運動；晚白堊開始拉張，成為云夢—應(yīng)城盆地的西界；第四紀(jì)以來斷裂上盤具有走滑特點，富水左岸支流經(jīng)過斷裂時多數(shù)顯示右行走滑特征；玉泉寨有低溫泉水溢出；中段和潛北斷裂交匯部位東側(cè)于1630年夏發(fā)生過MS5.0地震和7～8次3＞M≥2.0微震（徐杰等，1991）。

圖1 震中區(qū)附近的斷裂與參與CAP計算的臺站分布

“CAP”（Cut and Paste）方法是將寬頻帶地震記錄分成波形Pnl波和面波兩個部分進行反演，在適當(dāng)?shù)臅r間變化范圍內(nèi)搜索出理論地震波形和觀測地震波形全局?jǐn)M合誤差最小的反演震源機制解的方法（Zhao et al，1994；Tan et al，2006；Zhu et al，1996，2006）。該方法的優(yōu)勢是反演結(jié)果對速度模型和地殼橫向變化的依賴性相對較小，且對震源深度有較好的約束。因此本文擬采用CAP方法反演應(yīng)城MS4.9地震的震源機制解，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景和地震序列的分布等來判斷此次地震的可能發(fā)震機理。

1 資料選取

1.1 觀測臺站

為了提高震源機制結(jié)果可靠性，綜合考慮臺站的震中距和方位角等因素，我們選取湖北臺網(wǎng)8個觀測質(zhì)量較好、連續(xù)率較高的臺站（圖1）參與計算。

1.2 地殼速度模型

選取的研究區(qū)地殼模型見表1，從地表到40 km深度處共分為8層，建立初始模型計算理論格林函數(shù)。該區(qū)地殼的明顯特征是在14～21 km處存在一低速層，這一結(jié)果在不同人工地震測深剖面或研究成果中均有體現(xiàn)（張愛民等，2006）。

表1 湖北應(yīng)城地區(qū)地殼速度模型

2 震源機制結(jié)果與分析

2.1 CAP方法計算結(jié)果

在反演過程中，將理論波形和觀測波形的Pnl部分（0.05～0.2 Hz）和Snl部分（0.02～0.05 Hz）進行擬合。在全空間中進行格點搜索震源參數(shù)，搜索得到不同深度上的震源機制和誤差（黃建平等，2009）。調(diào)整計算參數(shù)，使得波形能夠較好地吻合觀測數(shù)據(jù)，得到最佳的震源機制解（呂堅等，2009），其最佳雙力偶解：節(jié)面I走向49°，傾角78°，滑動角162°；節(jié)面Ⅱ走向143°，傾角72°，滑動角13°。

震源深度始終是一個較難確定的參數(shù)。地震目錄中給定的深度可能與實際重新定位或震源機制反演的深度存在較大的差異。圖2a是由表1中的速度模型得出來的震源機制解波形擬合結(jié)果，從圖2a中得知超過四分之三的臺站擬合相關(guān)系數(shù)高于80%，表明理論波形與實際波形具有較好的擬合關(guān)系，結(jié)果穩(wěn)定、可靠。圖2b是誤差隨著深度的分布，從圖2b可以看出震源深度的變化對震源機制的影響不明顯。根據(jù)誤差最小判定原則，本次地震事件的最佳震源深度為8 km左右。

圖2 0～20 km各深度處CAP方法計算的震源機制解及誤差分布

2.2 與FOCMEC以及KIWI計算結(jié)果的對比

表2為不同方法計算出的2019年12月26日湖北應(yīng)城MS4.9（ML5.3）地震的震源機制解，根據(jù)表2分析認為，此次地震由帶有逆沖成分的走滑性質(zhì)斷層活動造成，主壓應(yīng)力P軸為近東西向，主張應(yīng)力軸為近南北向（楊云存等，2021）。另外用104個臺站初動符號及利用FOCMEC方法計算的震源機制結(jié)果見圖3a。可見兩種方法的結(jié)果很相近，進一步支持本文的CAP計算結(jié)果。其中節(jié)面II與皂市斷裂走向接近，也符合皂市斷裂逆沖推覆體系的構(gòu)造作用，因此推斷發(fā)震斷層與北西向的皂市斷裂活動有關(guān)。另外據(jù)吳海波等（2021）利用KIWI反演的此地震的震源機制解（圖3b）可知兩種方法反演結(jié)果較接近；破裂性質(zhì)一致。三種反演方法得出的結(jié)果比較接近，從另一個角度也說明了CAP反演結(jié)果是可靠的。

表2 湖北應(yīng)城MS4.9地震的震源機制解

圖3 應(yīng)城MS4.9地震震源機制解

3 發(fā)震構(gòu)造分析

本文使用表1的地殼速度模型，選用最近的8個包圍較好的臺站，采用HYPO2000方法對地震序列進行重新定位，得到的結(jié)果如表3，其分布如圖4所示。

圖4 應(yīng)城MS4.9地震重定位后余震分布

表3 湖北應(yīng)城MS4.9地震的余震重定位結(jié)果

應(yīng)城MS4.9（ML5.3）地震序列集中分布在皂市斷裂南段，余震只有11個，位于主震東側(cè)，重新定位后余震呈現(xiàn)NW 向分布，余震分布與皂市斷裂走向比較接近。地震強震動數(shù)據(jù)計算結(jié)果（圖5）顯示，應(yīng)城地震極震區(qū)儀器烈度為V度，絕大多數(shù)區(qū)域為IV度，儀器烈度等震線長軸呈北西走向分布，和計算的震源機制解長軸方位基本一致（李恒等，2020）。

圖5 應(yīng)城MS4.9地震儀器烈度分布

4 結(jié)論與討論

本文利用CAP方法反演了應(yīng)城MS4.9（ML5.3）地震的震源機制解，得出其最佳雙力偶解：節(jié)面Ⅰ走向49°，傾角78°，滑動角162°；節(jié)面Ⅱ走向143°，傾角72°，滑動角13°，最佳震源深度在8.0 km附近。該結(jié)果與FOCMEC和KIWI方法計算的結(jié)果都比較接近。結(jié)果分析認為，此次地震為走滑性質(zhì)斷層帶有逆沖成分造成，其主壓應(yīng)力近EW 向，主張應(yīng)力軸近NS向。本文利用HOPO2000對余震進行了重新定位，定位后余震呈NW 分布，與皂市斷裂走向接近，同時應(yīng)城地震儀器烈度圖顯示的等震線長軸也呈NW 走向，和計算的震源機制解長軸方位基本一致。應(yīng)城MS4.9（ML5.3）地震發(fā)生在皂市斷裂東南端，節(jié)面II走向與皂市斷裂相近，破裂方式為走滑帶逆沖成分，綜合分析認為NW 向的皂市斷裂作為發(fā)震斷裂的可能性較大。