2010年1月24日山西河津－万荣MS4.8地震的震源机制解与发震构造探讨＊

宋美琴 郑 勇 李 斌 苏 燕 王小山 吕 芳 赵晓云

1）中国太原030021太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西省地震局

2）中国武汉430077中国科学院动力大地测量重点实验室，中国科学院大地测量与地球物理研究所

3）中国石家庄050021河北省地震局

2010年1月24日山西河津－万荣MS4.8地震的震源机制解与发震构造探讨＊

宋美琴1），郑 勇2）李 斌1）苏 燕1）王小山3）吕 芳1）赵晓云1）

1）中国太原030021太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西省地震局

2）中国武汉430077中国科学院动力大地测量重点实验室，中国科学院大地测量与地球物理研究所

3）中国石家庄050021河北省地震局

震源机制解 精确定位 发震构造 河津－万荣地震

2010年1月24日，山西省运城市河津－万荣交界地区发生MS4.8地震.由于本次地震强度较低，并未形成地表破裂带，分析其发震构造具有一定的困难.地震现场工作队只能根据浅层人工地震剖面、附近钻孔资料、烈度等震线长轴和震中区附近活动断裂等来推定，认为西辛封隐伏断裂为可能的发震断裂.为此，下面我们将在分析本次地震的震源机制解、序列三维空间分布特征的基础上，结合本次地震的宏观考察结果，确定其发震构造并探讨发震机理.

1 数据和方法

1.1 反演方法

测定震源机制解的方法有多种，国内外学者在这方面经过系统研究积累了大量宝贵的经验，其中P波初动及振幅比（梁尚鸿等，1984）和利用数字地震体波与面波剪切粘贴法（cut and paste，简写为CAP）波形反演方法（Zhao，Helmberger，1994；Zhu，Helmberger，1996；Tanet al，2006）测定震源机制解得到了广泛的应用（张永久，程万正，2007；付虹等，2009；胡新亮等，2004；Zhenget al，2009，2010a，b；吕坚等，2008）.

本文收集了山西省宽频带地震台网产出的河津－万荣MS4.8地震的有关数据，采用P波初动及振幅比和CAP两种方法来分别反演本次地震的震源机制解，比较两种结果的异同，分析节面参数与震源区断裂的关系，以确定哪一个节面为发震断裂.

1.2 资料选取和反演过程

1.2.1 P波初动及振幅比方法

资料的选取对于计算结果的精确性和可靠性至关重要.本研究为了取得较好的结果，在选取资料时考虑了以下几个条件：① 震中距≤150km的近台记录，以确保初至震相为Pg；② 台站数≥6个，且均匀分布在震中周围，以保证得到的是地震的全方位信息；③ 若Pg、P11震相均发育时，量取P11震相前的Pg波列最大振幅，避免误量为P11振幅；④ 垂直向振幅大于1mm且不能限幅.

基于以上条件，从震中周围台站中遴选出6个台站［侯马（HMA）、临汾（LIF）、永济（YJI）、夏县（XAX）、合阳（HEYT）、隰县（XIX）］（图1），并量取了各台的P波、S波最大振幅和P波初动符号.速度模型综合考虑了人工地震测深剖面研究结果和波形拟合结果（于利民等，1995；祝治平等，1999；张学民等，2003），见表1.经过正演、反演计算，取出与观测资料Q1拟合最佳的那一组震源机制解参量作为本次地震的解.

图1 震中周围台站分布与震中位置Fig.1 Stations around epicenter and epicenter

表1 研究区地壳速度模型Table 1 Crustal velocity model of study region

1.2.2 CAP方法

选用河津－万荣MS4.8地震震中周围9个台站［合阳（HEYT）、侯马（HMA）、临汾（LIF）、卢氏（LS）、洛阳（LYN）、永济（YJI）、夏县（XAX）、延安（YAAN）、阳城（YAC）］的数字宽频带记录（图1），采用与1.2.1节方法相同的速度模型（表1）.在反演过程中，将理论波形与旋转后的观测波形滤波后得到Pnl部分（0.05—0.2Hz）和面波部分（0.02—0.05Hz）进行拟合，全空间中进行格点搜索震源参数，搜索得到不同深度上的震源机制和误差，调整震源参数，使得波形能够较好地吻合观测数据，误差最小的解即为最佳的震源机制解.

2 结果与分析

2.1 P波初动及振幅比结果

由表2可知，本次地震错动类型为正断兼斜滑活动.其主压应力轴为ENE向，主张应力轴为近NS向，以水平拉张作用为主、挤压作用为辅.这与山西区域构造应力场差异较大；与所在的临汾断陷盆地区域平均应力场（刘巍等，1993）接近.说明河津－万荣MS4.8地震的发震应力场与临汾盆地局部区域应力场是一致的.

表2 两种不同方法获得的震源机制解结果（下半球投影）Table 2 Results of focal mechanism solutions from two different methods（lower－hemisphere projection）

2.2 CAP结果

从震源机制拟合误差随深度的分布（图2）可看出，19km处的波形拟合最好，误差最小.图3为震源深度在19km附近时的位移谱拟合结果和CAP反演得到的地震震源机制解，以及台站投影到震源球上的位置，震源机制解参数见表2.结果显示，本次地震为正断兼斜滑活动，且震源机制解各参数与P波初动及振幅比方法反演得到的结果非常接近，结果可信.

图2 震源机制拟合误差随震源深度变化Fig.2 Variation of focal mechanism solution and mismatch with different focal depth

图3 河津－万荣MS4.8地震震源机制解投影图、理论地震图（实线）和观测地震图（虚线）波形左侧从上至下分别为震中距、台站代码及方位角，波形下面数字分别为理论地震图相对观测地震图的移动时间和理论地震图与观测地震图的相关系数Fig.3 Focal mechanism solution（top），theoretical（solid line）and observational（dotted line）seismogram of the Hejin－Wanrong MS4.8earthquake.The left side of the waveform is epicentral distance，station code and azimuth，figures under the waveform indicates shift time of theoretical seismogram relative to observation seismogram（upper）and number below indicates correlation coefficient between theoretical and observational seismogram

3 地震序列精定位结果分析

高精度地震定位是确定活动断裂的基础性工作，为推断震源机制解哪一个节面为地震的实际破裂面，本研究利用双差定位方法对余震序列进行了精确定位.精定位后均方根残差的平均值为0.09s，震源位置的估计误差在EW方向上平均为0.24km，NS方向上平均为0.19km，UD方向上平均为0.25km，定位精度得到了很大提高（限于篇幅所限，详情另文讨论）.精确定位后河津－万荣MS4.8地震的震源位置为35.51°N、110.73°E，深度12km.这一结果与宏观震中接近（35.50°N、110.67°E）；与山西省地震局的速报定位结果差距较大（35.66°N、110.78°E，深度7km），相距7.5km.从精确定位前后的地震震中分布来看（图4），重新定位前结果分布离散，优势分布不显著.重新定位后小震主要集中在一个宽5km、长3 km的矩形区域内，主震位于集中区的中间，据此推测本次地震的破裂方式为双侧破裂为主；集中区内的小震主要沿近NS向展布，EW向也有零星分布，表明本次地震的发震断裂走向为SN向的可能性大.这与地震现场工作队推定的NNW向西辛封隐伏断裂（走向330°，倾向SW，倾角45°）走向差异较大①山西省地震局.2010.河津4.8级地震现场考察报告..

图4 河津－万荣MS4.8地震序列震中分布及剖面示意图（注：精定位后主震位于剖面线交叉处）Fig.4 Earthquake epicenters and faults（Note：The main shock located at the intersection of section lines after precise locating of earthquakes）

为确定哪一条断层为可能的发震断层面，本文沿余震长轴方向（近NS向）取剖面A—A′，垂直长轴方向取B—B′剖面（图4）来分析地震活动与断裂之间的相互关系.由剖面A－A′（图5）可见，余震区长轴分布宽度约5km，地震集中分布在地下6—20km之间；主震位于剖面的中部，余震在上部和下部都有，表明主破裂的扩展朝上部和向下部同时存在.由剖面B—B′（图5）所示，整个地震序列中绝大多数地震集中在一个宽约1km的区域内，根据地震密集区可勾勒出一个向西（W）倾斜的高角度破裂面，其为河津万荣MS4.8地震发震断裂的可能性较大.

震源深度剖面推测的发震断裂倾向W与现场考察确定的西辛封发震断裂倾向SW较为一致，但近NS向余震长轴方向与西辛封断裂走向相差约30°（图4）；震源机制解显示本次地震错动方式为正断层兼斜滑活动，上盘为主动盘，地震应该集中在西辛封断裂的SW盘一侧，而本次地震序列的地震均展布在西辛封断裂的NE盘，显然无法解释本次地震是西辛封断裂的正断活动；主震震源机制解有一组节面走向约为283°—285°，倾向SW，与西辛封断裂走向330°相差50°左右；因此，不论是震源机制节面解还是地震深度剖面显示的断层面以及序列水平面长轴方向均与西辛封断裂产状存在较大差异，将其确定为发震构造，不太合理.

图5 河津－万荣MS4.8地震序列小震深度Fig.5 Depth of small earthquakes of Hejin－Wanrong MS4.8earthquake sequence

是否为震源附近其它断裂，将从精定位结果和震源区断裂分布作进一步分析.由图4可见，中条山北缘断裂是临汾盆地与峨眉台地的构造分界线，断裂走向WNW，向北部临汾盆地一侧倾斜.本文的河津万荣MS4.8地震位于中条山北缘断裂附近，余震长轴方向与该断裂近似垂直，少数余震沿断裂走向展布.本文的震源机制解显示的正断活动与中条山北缘断裂为正断层相吻合；主震震源机制解有一组节面走向约为283°—285°，与中条山断裂走向WNW差距较小；但断裂倾向NW与前述推断的断层面倾向W差异较大；因此，可以排除中条山北缘断裂为本次地震的发震断裂.

4 讨论与结论

1）河津－万荣MS4.8地震最佳双力偶解为：节面Ⅰ走向285°、倾角63°、滑动角－53°，节面Ⅱ走向47°、倾角44°、滑动角－140°，揭示本次地震为正断兼斜滑.其中节面解与震源区地质资料以及地震现场考察工作队提供的西辛封发震断层产状差异较大.

2）精定位后小震活动优势长轴方向为NS向，垂直长轴走向的深度剖面显示本次地震活动为一倾向W的断裂活动.

3）震源机制解、地震序列精确定位三维空间分布与西辛封断裂和震源附近的中条山北缘断裂展布综合分析表明，西辛封断裂、中条山北缘断裂均不是本次地震的发震断裂.

4）本次地震震级较小，其破裂长度范围有限.精定位结果显示，除近NS向存在优势分布外，EW向也有零星活动.这说明河津－万荣MS4.8地震的主干断裂是南北走向的断裂，同时伴随东西走向的分支断裂的活动.这种余震序列的共轭分布符合岩石力学理论，即未发现预存破裂的岩石在单轴压应力的作用下，在岩石中将产生一对对称于压力轴的、共轭的库仑剪切应力面，破裂在这对共轭面上发生（黄嫒等，2006）.

5）本文两种计算方法给出的震源机制解很接近，说明断层错动方式是可信的；而地震序列精定位推断的发震断裂与现场考察结果以及震源区附近断裂均不吻合，且现场考察给出的烈度VI度区成NNE向展布.浅层人工地震剖面、附近钻孔资料和地震地质工作结果显示，在震源区仅有中条山北缘和隐伏的西辛封两条断裂.这进一步说明地震是一个复杂的过程，目前掌握的资料和本次研究均无法确定河津－万荣MS4.8地震的发震断裂，有待于进一步开展深入细致的工作来推断其发震构造.

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Discussion on focal mechanism solutions and seismogenic structure of 24Jan 2010Hejin－Wanrong，Shanxi，MS4.8earthquake

Song Meiqin1），Zheng Yong2）Li Bin1）Su Yan1）Wang Xiaoshan3）LüFang1）Zhao Xiaoyun1）
1）National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan，Earthquake Administration of Shanxi Province，Taiyuan030021，China
2）Key Laboratory of Dynamical Geodesy，Institute of Geodesy and Geophysics，
Chinese Academy of Sciences，Wuhan430077，China
3）Earthquake Administration of Hebei Province，Shijiazhuang050021，China

focal mechanism solution；accurate positioning；seismogenic structure；Hejin－Wanrong earthquake

10.3969／j.issn.0253－3782.2012.01.011

P315.3＋3

A

宋美琴，郑勇，李斌，苏燕，王小山，吕芳，赵晓云.2012.2010年1月24日山西河津－万荣MS4.8地震的震源机制解与发震构造探讨.地震学报，34（1）：111－117.

Song Meiqin，Zheng Yong，Li Bin，Su Yan，Wang Xiaoshan，LüFang，Zhao Xiaoyun.2012.Discussion on focal mechanism solutions and seismogenic structure of 24Jan 2010Hejin－Wanrong，Shanxi，MS4.8earthquake.Acta Seismologica Sinica，34（1）：111－117.

山西省科技攻关项目（20100311129－2）、中国地震局星火计划（xh1005）和中国地震局“中国大陆未来10年M≥7.0地震危险区预测”工作专项共同资助.

2011－01－17收到初稿，2011－09－02决定采用修改稿.

e－mail：smq28＠126.com