珊溪水库地震小震震源机制解特征研究①

张 帆，朱新运，钟羽云

（浙江省地震局，浙江 杭州 310013）

0 引言

利用P波初动方向记录反演震源机制解虽简单易行，但也有缺陷，即要求的记录台站数量相对较多，台站方位分布均匀，对大地震且台站分布密度大的情况可行，而对大量中小地震无能为力。对于较大的远震目前多利用在不同方位且具有不同震中距台站上获得的地震波形记录来反演震源机制解。对地方性的中小地震，可以利用从直达P波（Pg）和S波（Sg）引起的地动位移振幅比求解震源机制的方法，也可以采用振幅比与初动相结合的办法求解［1］。国内研究者［2－4］使用 P波、SV 波、SH 波的初动和 振幅比联合计算地震震源机制方法，分别研究了山西太原ML5．0地震，1998年8月2日新疆伽师6．1级地震和2000年姚安6．5级地震序列震源机制解。也有人使用利用格林函数库［5］，CAP方法反演［6－7］，求震源机制。张永久［8］利用数字地震记录直达P、S波最大速度振幅比和仿真后的最大位移振幅比资料分别测定了小震震源机制参数，并对两种结果进行了对比分析，认为直接利用区域台网数字地震记录直达P、S波最大速度振幅比代替最大位移振幅比测定小震震源机制解是可行的。本文利用P波初动和直达P、S波最大速度振幅比联合求解小震震源机制的方法求出珊溪水库ML2．0以上地震的震源机制，并分析珊溪水库震源机制各参数随时间、经度、纬度、深度变化的特征。

1 直达P、S波的振幅比方法测定震源机制

梁尚鸿［9］等提出利用区域地震台网直达P、S垂直分量振幅比资料测定小震震源机制。直达P波和S波的地表垂直分量最大值振幅比的对数可以表示为

其中

式中ih是离源角；θs、λ、δ分别为震源位错面的方位角、倾角和滑动角；αs、βs分别为第S层介质中直达P、S波垂直波数；Cl为依赖于台站位置的常数，与震源参量无关。

2 地震概况及资料选取

珊溪水库地震是我省比较显著的地震事件。珊溪水库于2000年5月开始蓄水，2002年库区发生了ML3．5地震，此后小震活动一直不断。2006年库区又发生了一组地震，从2月4日至10月31日之间共发生ML≥2．0地震269次。震区架设了新浦、联云、包垟、云湖、泰顺等台站，并与珊溪和黄坛台组成水库地震台网，加强了库区的地震监测能力，能监测到ML≥1．0地震。本文收集了台网记录到的34个ML≥3．0地震，同时结合震源位置与速度结构联合反演方法的定位结果［10］选出的81个ML2．0～2．9地震，共115个地震进行震源机制求解。震中分布如图1所示。震源深度从2．1～8 km，震源深度分布规律为西北深，东南浅。

表1 ML≥4．0地震震源机制解Table 1 Focal mechanism solutions of ML≥4．0earthquake

图1 所选地震的震中分布图Fig．1 Distribution of earthquake epicenters for selected events

图2 ML＜3．0地震震源机制解图Fig．2 Focal mechanism solutions of earthquakes smaller than ML3．0

3 震源机制解结果

3．1 ML≥3．0地震

利用P波初动方法求出珊溪水库的34个ML≥3．0地震的震源机制解，其中ML≥4．0以上地震10个震源机制解在表2中给出。它们的震源机制解一致性比较好，震源机制的一个节面走向集中在30°～60°之间，为NE向，33个倾角大于等于60°的占97%左右；另一个节面走向集中在120°～150°之间，为NW 向，30个倾角大于等于60°，占91%左右；主压应力轴（P轴）的走向集中在180°左右，为近SN向；主张应力轴（T轴）的走向集中在90°左右，为近EW向。

3．2 ML＜3．0地震

利用水库台网数字地震记录直达P、S波最大振幅比求得81个ML2．0～2．9地震的震源机制解见图2。

为了更好分析震源机制的数据，按照每10度统计出震源机制的各个参数的分布，并以玫瑰图的方式表示（图3）。从图3（a）和（b）看出，P轴方位小于30°和大于330°的共64个，占79%，T轴的方位在60°～90°和270°～300°之间共60个，占74%。从图3（d）和（e）看出，P轴仰角有48个小于20°，占59%左右，T轴仰角有52个小于20°，占64%左右；P轴仰角有58个小于30°，占71%左右，T轴仰角有70个小于30°，占86%左右。

从图3（c）看出，节面a走向小于30°和大于330°的有26个，占32%左右，在30°～60°和300°～330°之间的有37个，占46%左右，60°～90°和270°～300°之间的有18个，占22%左右；在30°～60°和300°～330°之间的所占比例最多，即节面走向多为NE向和NW向。从图3（f）看出，节面a倾角大于70°的有43个，占53%左右，节面a倾角大于60°的有58个，占72%左右。

滑动角是表征断层的两个盘之间相对的运动方向的物理量，同时该参数也可以判断断层是走滑型，还是倾滑型。从图3（g）中看出，节面a滑动角绝对值在0°～30°和150°～180°之间为55个，占68%左右，0°～20°和160°～180°之间占62%，0°～10°和170°～180°之间的占50%左右。大部分地震节面a滑动角都比较小，断层以走滑断层为主。

根据以上的统计数据并结合精定位的震中分布图可以判断出，该震群的主要发震断层是NW走向，且倾角较大 ，接近于直立断层。P轴方位主要为SN向，T轴方位主要为EW向；P、T轴的仰角较小，接近于水平方向。

图3 震源机制参数玫瑰图Fig．3 The rose diagram of focal mechanism solution parameters

4 震源机制特征

4．1 时间特征

通过震源机制随时间变化的研究，可以看出震源机制在显著地震前后的变化情况。由于地震是时间上随机性发生的事件，如果按照时间的坐标来绘制P轴随时间的变化，对数据的分析带来不便，按照时间地震次序更便于分析。为了便于分析，将P轴走向归算至90°以内，对节面a的走向、滑动角也采用同样的归算方法。P轴方位、经度和纬度随次序变化如图4，图中箭头位置代表4级地震。

图4 P轴方位、经度和纬度随次序变化图Fig．4 The azimuths of P axis，longitude and latitude change with earthquake order

图4中看出，地震发生初期一致性较好，虽然地震震中有所变化，但是除个别地震P轴方位较高外，其余都集中在30°以内。随着地震次序的增加，P轴方位有从集中向紊乱发展的趋势；从第55个地震（2006年2月27日）后，震中有所迁移，迁移范围相比之前较大，尤其是向东西方向迁徙的范围大，此时P轴方位波动也比较大，甚至出现60°以上的情况。在第十个4级以上地震（2006年8月1日ML4．6）前，P轴方位角从10°左右转至60°左右，又慢慢转至10°左右。

4．2 空间特征

4．2．1 P轴随空间变化特征

从P轴方位角散点图（图5）可以看出，在北纬27．65°～27．69°之间，P轴方位角集中在30°以内，随纬度的增高存在减小的趋势。在大于北纬27．69度区域中，P轴方位角比较分散。在纬度小于北纬27．64°，经度大于东经120．03度的区域，P轴方位以小于30°的居多。震源深度大于6km地震的P轴方位角基本都小于30°。

4．2．2 节面参数的空间变化特征

这里我们仅讨论节面a的参数。

（a）走向的空间变化特征

由图6看出，北纬27．65°～27．69°之间，节面a走向为集中在30°～60°之间，且高纬度地震的走向比低纬度走向大。在纬度小于北纬27．64°，经度大于东经120．03°的区域，节面a走向以30°～60°之间的居多。节面a走向随深度变化不明显。

（b）倾角的空间变化特征

由图7看出，在纬度小于北纬27．64°，经度大于东经120．03°的区域，节面a倾角基本大于60°。在纬度大于北纬27．69°，经度小于东经119．975°的区域，节面a倾角以大于60°的居多。在经度大于东经120°区域节面a倾角较分散，倾角小于60°的地震所占比例增多。震源深度在4km以下的地震节面a倾角以小于70°居多，大于70°的仅占13%；震源深度4～6km的地震以大于70°的居多，占71%，大于6km地震节面倾角则以大于70°占76%。

（c）滑动角的变化特征

由图8看出，在北纬27．66°～27．68°之间，节面a的滑动角多集中在20°以下，在大于纬度27．68°这个区域地震的节面a的滑动角，30°以上和30°以下，各占约50%左右。在小于东经120°区域内节面a滑动角比较离散，而大于东经120°区域内的节面a滑动角比较集中，大部分集中在20°以内。在纬度小于北纬27．64°，经度大于东经120．03°的区域，节面a滑动角以小于30°居多。滑动角随震源深度变化规律不明显。

5 结论与讨论

用P波初动方法计算珊溪水库库区34个ML≥3．0地震震源机制解，同时采用直达P波、S波振幅比计算81个ML＜3．0地震的震源机制解，经分析得到如下结论：

图5 P方位角散点图Fig．5 Scatter diagram of the azimuths of P axis

图6 节面a走向散点图Fig．6 Scatter diagrams of the strikes of plane a

（1）珊溪水库震源机制解的节面a走向位于30°～60°之间占56%，节面b走向位于120°～150°之间占59%；节面a倾角大于60°占79%，节面b倾角大于60°占85%，滑动角绝对值在位0°～30°和150°～180°的占75%。根据震中分布图，判断珊溪水库地震的发震断层为NW向，发震断层的倾角较大，滑动角绝对值较小，多为直立走滑断层。

（2）珊溪水库震源机制解的P轴方位在150°～210°之间的占83%，T轴方位在60°～120°占80%；P轴仰角小于30°占77%，T轴仰角小于30°占80%。该区域所受到的主压应力为SN向，主张应力为EW向；应力主要为水平应力。

（3）地震发生初期P轴方位一致性较好，随着地震震中的迁移P轴方位变化幅度变大，有趋向于紊乱的趋势。在第10个4级以上地震（2006年8月1日ML4．6）前，P轴的方位角有从低到高再从高到底的变化趋势。P轴方位的这种规律可能是由于初期地震的发生主要受区域应力影响，而随着时间推移，区域应力受到震群的影响发生微小改变，使后续地震的P轴方位趋于紊乱。

图7 节面a倾角散点图Fig．7 Scatter diagram of the dips of plane a

图8 节面a滑动角散点图Fig．8 Scatter diagram of the slips of plane a

（4）在北纬27．65°～27．69°之间，P轴方位角，节面a走向有随纬度增高而减小的趋势；在大于北纬27．69°区域中，P轴方位角比较分散。在纬度小于北纬27．64°，经度大于东经120．03°的东南区域，P轴方位以小于30°居多，节面a走向以30°～60°之间居多，节面倾角以大于60°居多，滑动角以小于30°居多。此外，地震条带西北角的地震节面a倾角以大于60°的居多。

（5）震源参数随震源深度的变化也有一定的规律，震源深度大于6km地震的P轴方位角基本都小于30°。随震源深度增加节面a倾角增大，震源深度小于4km的地震，节面a倾角大于70°的仅占13%，而大于4km的地震，节面a倾角大于70°的则占70%以上。

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