基于连续重力观测研究2014智利Iquique地震的震源机制解∗

江 颖 李 辉 刘子维 张晓彤 韦 进 申重阳（中国地震局地震研究所地震大地测量重点实验室，武汉 430071）

基于连续重力观测研究2014智利Iquique地震的震源机制解∗

江 颖 李 辉 刘子维 张晓彤 韦 进 申重阳
（中国地震局地震研究所地震大地测量重点实验室，武汉 430071）

智利西部沿海处于纳斯卡板块和南美板块之间，由于纳斯卡板块以约8 cm/a的收敛速度向南美板块俯冲，该地区大地震频发。2014年4月1日23时46分在智利西北部Iquique近海地区发生了MW8.1地震，震中为19.642°S，70.817°W，震源深度25 km。地震发生后，国际上一些著名的地震科研机构和学者采用不同的数据和方法计算得到此次地震的震源机制解，但这些结果存在较大差异。特别是标量地震矩M0之间的差异显著，Global-CMT、USGS CMT、USGS WPHASE、Yagi等、Lay等、An等。计算的M0分别为：1.9×1021、2.1×1021、2.35×1021、1.5×1021、1.7×1021、1.22×1021Nm，最大值约为最小值的2倍，而这种差异不容忽视。地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式，可以很好地约束地震震源机制。

模拟计算台站自由振荡需要的参数有：地震发生的时间、位置、走向、倾角、滑动角、标量地震矩、台站的位置等。在参考的震源机制解中，地震的震源机制模型将震源等效为双力偶点源，根据双力偶地震矩心矩张量理论，由地球格林函数对矩张量加权求和，可计算矩张量源激发产生的地球自由振荡位移。Iquique地震发生后，连续重力观测台网的重力仪清晰地记录了重力变化。选取分布广泛的16个弹簧重力仪观测数据（台站包括：北京、福州、高台、格尔木、海拉尔、拉萨、兰州、牡丹江、凭祥、琼中、狮泉河、炭山、乌加河、乌什、西安、漳州）进行分析，为了避免环境噪声在简正模振幅上的影响，选取16个台站采样间隔为1 s，时间长度为16 h的重力观测数据，观测数据和模拟数据在经过汉宁窗处理后进行离散傅里叶变换获取线性振幅谱。基于1.5～5.3 mHz频段中所有的球型自由振荡的模拟值和观测值进行比较，计算残余方差F（不符合度）和比例因子S（符合度）。另外，基于格尔木重力台站的模拟值与观测值定量分析不同震源机制解参数对自由振荡振幅的影响。

研究发现，基于USGS WPHASE震源机制解的自由振荡模拟结果与实测结果最接近，其不符合度F的平均值为0.090，比例因子S为0.992，最接近1，F和S的标准偏差也最小，分别为0.055和0.065，最能反映地震释放能量的大小。基于Global-CMT和USGS CMT震源机制解的模拟值与观测值的残余方差也较小，分别为0.098和0.091，显示了较高的符合度。但是，基于An等的震源机制解的模拟值与观测值相差较大，其不符合度F的平均值为0.214，比例因子S达到1.610。即基于美国地质调查局USGS WPHASE反演的震源机制解的自由振荡模拟值与实际观测符合最好，其相应的震级能较好反映Iquique地震释放的总能量，而利用海啸数据反演的标量地震矩偏小，联合远场和近场长周期观测数据反演可显著改善震源机制解。根据定量分析的结果，表明地震的标量地震矩M0对自由振荡振幅的影响最大，而断层走向、倾角、滑动方向角和震源深度对自由振荡的振幅影响相对较小。因此，利用自由振荡的方法可以较好地判断地震的震源机制和有效约束地震的震级。

另外，地球自由振荡观测只能对震源机制解进行总体综合评估，而不能单独对各个参数的影响单独评估。如果能利用其他大地测量手段，如近场GPS观测约束震源倾角、滑动方向角，结合地球自由振荡的观测和模拟可更细致地评估震源机制解。

基金项目：∗科研院所基本科研业务费（中国地震局地震研究所所长基金）（编号：IS 201526225），大地测量与地球动力学国家重点实验室开放基金（SKLGED2015-1-2-EZ），国家自然科学基金（No.41404064）资助。