2009年中国大陆地区部分地震的震源机制解＊

郭祥云 陈学忠

(中国地震局地球物理研究所,北京 100081)

2009年中国大陆地区部分地震的震源机制解＊

郭祥云 陈学忠

(中国地震局地球物理研究所,北京 100081)

选用国家地震台网和区域台网的初至波P波初动符号资料,采用下半球等面积投影,用格点尝试法计算了2009年中国大陆27次MS4.5级以上地震的震源机制解。根据Zoback[1]研究全球应力场时的分类标准,对断层面解类型进行了分类。结果表明:走滑型(SS)地震13次,逆断层为主兼走滑(TS)8次,逆断层(TF)2次,正断层为主兼走滑(NS)3次,正断层(NF)1次。主压应力轴P轴方位的优势分布具有明显的区域特征,除东北地区有稍微的偏移,其余地区都与当地的背景构造应力场基本一致。

初动符号;中国大陆地区;震源机制

引言

震源机制解可以用于描述震源的性质和受力情况,是了解地震应力状态的一个有效途径,对监视地壳应力动态变化和认识地震孕育发生过程具有一定的意义。常用的求解震源机制的方法主要有P波初动符号法、波形矩张量反演方法和振幅比方法[2-4],国内外专家们已经在这方面做了大量的工作[5-21]。

P波初动符号法因其物理图像简单,地震波信息稳定,在确定震源机制解方面的独特优势,被国内外学者广泛关注。至今,已发展了多个利用P波初动符号求解震源机制解的方法,大致可归为两类:迭代法[22-23]和网格搜索法。因迭代算法对资料质量的依赖性更大,所以网格搜索方法更为流行[24]。许忠淮等[25]最早提出了求P波震源机制解的格点尝试法,得到解区(可选解的集合)及平均解。Reasenberg和Oppenheimer[26]编写了一套求解P波初动震源机制解的程序FPFIT,求最佳解及解的置信区间,并对解的质量进行评价。Hardebeek和Shearer[27]改进了程序,并讨论了P波初动极性、震源位置以及速度模型的不确定性对震源机制解的影响。俞春泉等[28]对许忠淮的格点尝试法进行了改进,提出了数据点依赖于质量以及密集程度的权重计算方法;提出了通过聚类分析给出单个或多个可能平均解的方法;借鉴了杰克刀技术对解稳定性的测试;改进了解的搜索方式;并提出了评价震源机制解质量的新方案。

据我国地震台网测定,2009年1月至12月中国大陆共发生MS4.5级以上中强地震28次,最大地震为2009年8月28日青海省西蒙自治州MS6.4级地震。汶川震区发生MS4.5级以上余震5次,最大为2009年6月30日绵竹MS5.6级地震。为了给广大的地震工作者及时提供中国大陆中强地震的震源机制结果,本文作者在中国地震局监测预报司《数字地震观测台网产出强化工作》专项的大力支持下,选用国家地震台网和区域台网(震中距500km之内)的初至波P波初动符号资料,采用下半球等面积投影,用格点尝试法计算了2009年中国大陆MS4.5级以上地震的震源机制解共27个,其中MS5.0级以上地震23次,MS4.5级以上地震4次。

2 方法及资料

许忠淮等[25]提出了利用P波初动方向资料求解震源机制解的格点尝试法,其主要技术思路是:在整个解的可能空间按一定的步长进行全面搜索尝试,找出矛盾符号比φ在一定范围内的所有可能解,计算其平均解作为震源机制解的结果。郭祥云等[29]运用本方法计算汶川地震的震源机制结果,并与USGS和哈佛大学给出的结果做了一定的对比,结果表明该方法比较可靠。

由初动符号求解地震的震源机制要求地震被尽量多的台站记录到,且台站的分布尽量均匀、合理。在本研究中,震源位置参数采用中国地震台网中心(http:∥www.csndmc.ac.cn/newweb/index.jsp)提供的地震目录,选用国家地震台网和区域台网(震中距500km之内)的台站记录。随着我国数字地震台网的不断完善,尤其是“十五”数字地震观测网络项目完成之后,提供更好的地震观测资料已成为可能。研究所用的地震事件和台站分别如图1和图2所示。

依据读取的P波初动数据,采用格点尝试法对每个地震所有可能的震源机制解进行了全空间扫描计算,扫描步长为5°×5°×5°,从中选取矛盾符号比φ介于最小值φmin至φmin+2%之间的解作为该地震震源机制解的离散区(即可能解的分布范围)。对离散区内所有可能解平均后作为求解结果。2009年MS4.5级以上27次地震,每个地震的初动符号都在20个以上,2/3地震的初动符号在30个以上。所得到的震源机制解结果的矛盾符号比最大为20%,矛盾比≤10%的占88%。所有MS5.0级以上地震的矛盾比最大为12%,矛盾比≤10%的占95%。每个地震的震源机制解、所用初动符号台站数以及矛盾符号比见表1。

图1 2009年中国大陆4.5级以上地震震中空间分布图

图2 求解震源机制解所用到的台站空间分布图

3 震源机制解分析

图3 2009年中国大陆MS4.5级以上地震的震源机制解分布图(图中序号与表1一致)

本研究得到了2009年MS4.5级以上27次地震的震源机制解,空间分布见图3。根据表2中Zoback[1]研究全球应力场时的分类标准,对这些MS4.5级以上地震的断层面解类型进行了分类(表1)。结果表明2009年发生在中国大陆的MS4.5级以上地震以走滑型地震(SS)为主的共13次,逆断层为主兼走滑的(TS)8次,逆断层(TF)2次,正断层为主兼走滑的(NS)3次,正断层(NF)1次(表2)。这与谢富仁等[30]得到中国及邻区的震源机制资料50.3%为走滑型,32%为逆断型,13.9%为正断型基本一致。其中新疆地区及青藏块体的震源机制解类型以走滑(SS)和逆断层为主兼走滑(TS)的为主。这与徐纪人等[31]取得青藏高原周缘地区,南部的喜马拉雅山前沿以及青藏高原的北部、西部边缘地区所发生的地震绝大多数都属于逆断层型或走滑逆断层型地震结果相一致。

新疆天山地区活动断层非常发育,主要有近EW向、NW-NWW向和NE向3组。新疆的6次地震,主要发生在3个地震带上:北天山地震带、南天山地震带、帕米尔-西昆仑地震带。它们的震源机制解的P轴方位优势分布以近SN向为主,倾角较小,T轴倾角较大,显示出新疆天山地区主要受到近SN向水平挤压的作用。这与新疆近SN向的区域构造应力场方向基本一致[9]。

表2 Zoback[1]研究全球应力场时的分类标准

汶川震区发生5次地震,位于龙门山断裂带南段的地震4次,其P轴的方位以近NW-SE向为主,龙门山断裂带北段的地震1次,P轴方位为NWW-SEE向。龙门山断裂带南段地震的P轴方位与2008年汶川8.0级地震的P轴的方位和当地的区域应力场方位近乎一致,而北段地震的P轴方位则明显与之前发生的当地的余震的P轴方位的优势分布一致。因此,汶川震区发生5次地震仍然属于汶川8.0级地震的余震。

云南地区3次地震均为走滑型地震,其P轴方位近SN向,倾角较小,T轴的倾角也较小,显示出云南地区主要受近SN向近水平的压力作用。节面的滑动角接近0°和-180°,表明地震以走滑错动为主。

青海地区6次MS5.0级以上地震均发生在走向NWW-SEE、倾向NE的大柴旦-宗务隆山现代活动断裂带上。最大地震为2009年8月28日1时52分青海省西蒙自治州MS6.4级地震,其节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为152°、82°、119°,节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为256°、30°、16°。其中节面Ⅱ的走向与大柴旦-宗务隆山断裂带的走向一致,节面Ⅱ为发震断层。主压应力轴的方位角为SW向,此次地震是受近NE-SW挤压应力场所致。P轴方位角优势分布(图4),为近NE-SW方向,与青藏高原整体挤压应力场的方向大体相同。

东北地区3个MS4.5级以上地震,其P轴方位近EW向,相对于东北地区的NEESWW方向的主压应力背景应力场方向,发生了一定的偏转。

4 对比不同计算方法的震源机制解

图4 2009年青海大柴旦地震序列P轴方位角随时间的变化

为进一步考察本研究结果的可靠性,将本研究结果与目前国内外使用不同方法、不同资料来源中强以上地震的常规计算结果进行对比分析,其中包括全球矩心矩张量解(GCMT,http:∥www.globalcmt.org/CMT-search.html),中国地震局地球物理研究所提供的采用体波面波联合反演矩张量的“剪切-粘贴(CAP)法结果,以及P波波形快速矩张量反演结果(本研究中用PCMT表示)。由于P波初动法得到的震源机制解,反映的是地震的初始破裂方式,矩张量解的最佳双力偶解反映的是整个地震破裂过程的平均结果。一般来说,地震过程的初始破裂方式与平均破裂方式总体性质是一致的,但也有不完全相同的时候。为了对不同方法得到的震源机制解结果进行对比分析,选取了上述4种方法得到的2009年MS5.6级以上地震的4次地震的震源机制解的结果(表3)。

由表3中可见,本文所得到的结果,对于断层类型来说,与GCMT和PCMT的结果一致,对于P轴方位角来说,本文得到的结果似乎与GCMT的结果更接近。

表3 用不同方法得到的中国大陆地区2009年MS5.6级以上地震的震源机制解

5 结论与分析

本文采用P波初动格点尝试法得到了2009年中国大陆MS4.5级以上地震的震源机制解,并将结果与国内外不同计算方法的结果进行了比较。结果显示:

(1)2009年中国大陆地震的震源机制解以走滑型地震(SS)和逆断层为主兼走滑型地震(TS)为主。主压应力轴方位优势分布具有明显的区域特征。表明中国构造应力场的格局明显受制于周边板块的动力学作用。我国新疆及云南地区主压应力方向主体表现为近SN向;青海省所在区域主压应力方位主体表现为近NE-SW;中国东北部主压应力方位主体表现为近EW向,与主压应力方向以NEE-SWW方向为主导的背景构造场略有偏转。2008年发生8.0级地震的汶川震区,汶川龙门山南段地震的P轴方位与汶川8.0级地震的主应力轴的方位和该区应力场方向近乎一致;而龙门山北段地震的主压应力轴方位相对于南段的主压应力轴向西发生了明显偏转。

(2)国内外不同计算方法得到的2009年中国大陆4个MS5.6级以上地震的震源机制结果有一定的差异。本文得到的结果与GCMT和PCMT的结果一致性较好,而与CAP方法得到的震源机制解有一定的差异。

致谢

感谢中国地震局地球物理研究所“国家地震台网数据备份中心”为本研究提供地震波形数据。

(作者电子信箱,郭祥云:gxy-1@sohu.com)

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Focal Mechanism Solutions for Some Earthquakes in the Chinese Mainland in2009

Guo Xiangyun and Chen Xuezhong
(Institute of Geophysics,CEA,Beijing100081,China)

In this paper,the focal mechanism solutions of some earthquakes of MS≥4.5occurring in the Chinese mainland in2009are determined with the lower hemisphere equal-area projection and first motion direction data of PnandPgwaves recorded by the regional and distant seismic stations.In the calculation,the grid point test method is employed.The types of the focal fault plane are classified according to the classificatory criteria proposed by Zoback(1992)through the study of the global stress field.The results show that focal mechanism solutions of13earthquakes show strike-slip(SS)faulting,8are predominately thrust-faulting with strike-slip component(TS),2thrust faulting(TF),3predominately normal faulting with strike-slip component(NS),and only 1 normal faulting(NF).The predominant orientation of principal compressive stressP axis is different for different regions,and coincident with the local tectonic stress field,but the predom inant orientation of P axis in the northeast of China deflected from the local tectonic stress field.

firstmotion direction;the Chinese mainland;focal mechanism

P315.3+3;

A;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.02.006

2009-12-29;

2010-01-13。

中国地震局一般项目(项目编号:049214)资助。