2012年新疆新源、和静交界MS6.6地震前后震源机制解一致性参数变化特征①

高朝军, 张志鹏, 夏爱国

(1.新疆地震局巴里坤地震台，新疆 哈密 839000； 2.新疆地震局预报中心，新疆 乌鲁木齐 830011)



2012年新疆新源、和静交界MS6.6地震前后震源机制解一致性参数变化特征①

高朝军1, 张志鹏1, 夏爱国2

(1.新疆地震局巴里坤地震台，新疆 哈密 839000； 2.新疆地震局预报中心，新疆 乌鲁木齐 830011)

摘要：基于新疆地震台网中心自2009年1月—2013年5月的波形数据，利用CAP方法和P波初动方法计算2012年6月30日新疆新源、和静交界MS6.6地震周围(81°~89° E，42°~45° N)共418次中小地震震源机制解，反演其一致性参数Var的空间分布特征。结果表明：震中附近一致性参数Var在震前呈低值，震后恢复正常；震前最大主应力P轴方位角与主震基本一致，震后恢复到历史平均水平。

关键词：新源、和静交界MS6.6； 震源机制解； 一致性参数Var； P轴方位角。

0引言

据中国地震局地震台网测定，2012年6月30日新疆维吾尔自治区新源、和静交界(43.42° N, 84.75° E)发生MS6.6地震。该地震位于中天山地区，是自2011年6月以来新疆地区时间上连续、空间上多带分布的又一次5.0级以上强震。本文将通过其周围大量震源机制解反演的一致性参数，尝试对此次地震前后的变化特征做进一步的跟踪分析与研究。

运用大量中小地震震源机制解既可以描述震源区应力场状态，又能探讨大范围构造应力场的作用，从动力成因和运动学角度分析大震区数年来应力场演化特征。前苏联学者Sadovsky等[1]认为加而姆地区中强地震前一年半至两年内，小震P轴取向由紊乱趋于一致；陈颙[2]根据海城前震序列提出用震源机制的一致性作为判别前震的新参数，Gephart[3]随后对震源机制解一致性参数θ进行讨论并给出了详细定义；刁桂苓等[4]通过分析夏威夷Kaoiki地区的震源机制变化，提出利用震源区应力场的改变来进行地震预报；赵英萍等[5]对张北地震序列震源一致性参数θ进行时间扫描，发现在强余震前一致性参数θ都出现低值异常；付虹等[6]认为滇中地区强震发生在中小地震震源机制一致性参数θ低值分布区内或其边缘附近；Michael等[7-9]认为一致性参数Var也可以用来描述应力张量的时空变化，并认为一致性参数Var与前面所述的一致性参数θ是等价的且为线性关系；Stefan Wiemer等[10]通过对南加州应力张量的空间分布图形分析认为，应力张量在1999年Hector Mine 的MW7.1地震前处于低值状态；另外，王熠熙等[11]、荣代潞等[12]对大震前后主压应力P轴方位角的变化也进行了分析讨论。

本文对新源、和静交界MS6.6地震前后中小地震震源机制解进行计算，利用一致性参数Var的空间分布和区域平均最大主压应力P轴方位角，得出地震前后的变化过程及主要特征。

1资料数据

1.1数据来源

利用2009年1月—2013年5月间新疆地震台网中心记录的81°~89° E，42°~45° N范围内MS≥2.3(即ML≥3.0)地震目录，挑选出震相相对清晰、记录台站相对较多的地震事件共418个,其中对于MS≤3.9地震采用P波初动方法计算其震源机制解，共计算了395次地震事件；针对MS≥4.0，采用CAP方法计算其震源机制解，共计算了23次地震事件。

1.2P波初动方向计算原理

在求解震源机制解的方法中，最初常采用P波初动[13]，该方法操作简单。以2009年2月23日新疆和静县(42.61° N,85.91° E)MS2.9地震为例，挑选出台站记录清晰、P波初动方向清楚共45个，按照相对方位角画出其空间分布[图1(a)]，然后通过控制矛盾比搜索出一对最佳节面解[图1(b)]。但该方法在求解震源机制解时对资料要求苛刻，要求记录足够多，并且在震源球面上的分布范围足够广，数据覆盖较好，对于台站记录较少、分布不均匀的震级较大地震，计算出的震源机制解误差较大。

1.3CAP方法计算原理

Cut and Paste (简称CAP)方法可以克服由于调整记录少等缺点[14-16]，在震源机制解和震源深度计算方面被大量应用[17-20]。结果显示，利用该方法得到的震源深度比较准确，其对应的震源机制解较为合理，这为更进一步研究深部构造断裂提供了重要依据。

该方法利用近震体波和面波信息，将宽频带数字地震波形记录分解为体波Pnl和面波两部分[21]，在双力偶震源假设下，利用反演结果对地壳速度结构模型及横向变化的依赖性相对较小等特点，以合成波形和真实记录的误差函数极小为目标，搜索出最佳深度和对应的震源机制解。

计算理论格林函数时，使用国际上通用的分层结构模型。赵俊猛等[22]利用人工爆破获得了天山中段速度模型，作为该次地震的地下结构速度模型，经过前期对多次中强地震的分析计算，认为此模型是合理可信的。本文采用上述的研究成果——平行分层地壳模型，具体分层速度分布见表1。

以2012年6月30日新源(43.38° N，84.58° E)MS4.5地震为例，采用上述地壳速度结构模型，利用CAP方法计算拟合误差随震源深度的变化以及最小拟合误差下的震源机制解(图2)。

图1　利用P波初动方向计算震源机制解 Fig.1　The focal mechanism solution using P-wave first motion method

层序(自上而下)厚度/kmS波速度/(km·s-1)P波速度/(km·s-1)密度/(103kg·m-3)133.25.71.022143.35.92.13113.46.12.4493.56.32.755113.86.42.8693.957.03.1

图2(a)为该次地震事件的拟合误差随震源深度的分布，可以看出震源深度的变化对拟合误差有明显影响，根据误差最小判定原则，本次地震事件的最小拟合误差对应的最佳震源深度约为21km;其对应的震源机制解中一节面走向191°、倾角79°、滑动角-28°，经过进一步计算得到另一个节面解走向287°、倾角62°、滑动角-167°，这与哈佛大学关于该地震的震源机制解基本一致。

图2　新源、和静交界MS4.5地震震源机制解反演结果Fig.2　Inverse result of the focal mechanism of the Xinyuan-Hejing MS4.5 earthquake

1.4震源区周围大量中小震源机制解空间分布

通过1.2和1.3中所述两种方法，计算出81°~89° E，42°~45° N范围内2009年1月—2013年5月间418个MS≥2.3(即ML≥3.0)地震的震源机制解。它们主要分布在大型断裂带及其附近和山前盆地交界处(图3)。

图3　2009年1月—2013年5月ML≥3.0地震震源机制解空间分布 (中间部分的蓝色五角星　　　为新源、和静交界MS6.6地震震中位置)Fig.3　The spatial distribution of focal mechanisms of earthquake with ML≥3.0 from January 2009 to　　　 May 2013 (Blue pentagram represents epicentral location of Xinyuan-Hejing MS6.6 earthquake)

2一致性参数Var

应力场反演可以反映较大范围应力场主压应力P轴、T轴和B轴的分布，应力大小和均匀性。一致性参数variance(下文简称Var)用来描述节点处应力张量与区域应力场之间的方差，表示已知的震源机制解与理论上的应力张量间的离散程度。很多算法[3，7-9]可被用来计算一致性参数，本文采用快速算法。

通常情况下，Var数值较小(小于0.1)，说明该节点处震源机制解反演的应力张量与区域应力张量之间偏离较小，即应力场的一致性较好；Var数值较高(大于0.2)，说明该节点处震源机制解反演的应力张量与实际的震源机制解应力张量之间偏离较大，即应力场的一致性较差[23-24]。

3结果分析

3.1一致性参数空间变化

对81°~89° E，42°~45° N范围内2009年1月—2013年5月间418个MS≥2.3(即ML≥3.0)地震的震源机制解，利用ZMAP软件进行一致性参数计算。采用0.2°×0.2°来划分空间网格，取最少地震个数为30来计算一致性参数Var(采用不同的网格划分和最低采样个数，结果表明这些方式对计算结果无实质性影响)，得到2012年6月30日新源、和静MS6.6地震前后Var的空间分布图像(图4)。由图4(a)可知，地震前震中周围的Var处于低值状态(0.15左右)；由图4(b)可知，震后其周围的Var值有所恢复(大于0.2)。

图4　不同时间段内ML≥3.0地震震源机制解一致　　　性参数Var的空间分布Fig.4　Spatial distribution of the consistency parameter Var　　　 of focal mechanisms of ML≥3.0 earthquakes in　　　 different periodes

究其原因，在本次主震前，震源区震源机制解受应力场的统一运作，应力场的一致性较好，因而一致性参数处于低值状态；而在主震发生之后，震源区应力得到释放，构造应力场控制作用增强，地震以离散发生的中小地震为主。

3.2最大主压应力P轴方位

通过CAP方法计算2012年6月30日新源、和静交界MS6.6地震震源机制解[25]，结果显示其节面1走向39°、倾角46°、滑动角12°；节面2走向301°、倾角81°、滑动角135°，进一步计算可知其最大主压应力P轴方位角为357°。

仿照3.1中所述，同样利用ZMAP软件得到2012年6月30日新源、和静MS6.6地震前后最大主压应力P轴方位角空间分布图像(图5)。震前震源区最大主应力P轴方位角近NS向[图5(a)]，非常接近主震主压应力P轴方位角357°；而震后震中附近最大主应力P轴方位角为NNW方向[图5(b)]，与主震主压应力P轴方位角357°有一定夹角(接近30°)，与北天山西段应力场反演结果NWW向[26]基本一致，在一定程度上表明地震发生后其周围应力处于平衡状态，与历史平均水平一致。

究其原因，在本次主震前，震源区附近应力集中，其平均最大主压应力P轴方位角与主震基本一致；地震发生后，震源区应力得到释放，恢复到与区域应力场一致的状态，导致平均最大主压应力P轴方位角与主震有一定夹角。

4结论与讨论

大量中小地震震源机制的一致性是判断地震危险性的一个有用判据。任何一个地震序列都有发生、发展、衰退的过程， 前震或在震群中最大地震发生之前，震源区震源机制解趋于一致则表明孕震区域受到构造应力场控制，处于持续增强的过程；震后大范围低值异常不复存在，表明区域处于应力松弛状态。可以利用震源机制一致性参数研究大地震发生之前一系列前震,得到震源机制解变化情况，探索孕震区背景构造应力场的动力过程，进而确定该区域未来地震的危险性。

基于大量中小地震震源机制解得到一致性参数和主压应力P轴方位角的变化，其主要特点如下：

(1) 主震发生前，孕震区一系列中小地震震源机制解一致性参数Var比较低，说明这些地震受到了震源区应力场的统一作用；而主震发生后震源机制解的一致性参数Var比较高，说明背景应力场的控制作用开始增强，导致后续地震的震源机制散乱。因而震前一致性参数处于低值状态，可能是中强地震前的一种前兆现象。

(2) 震前震源区附近应力集中，其平均最大主压应力P轴方位角与主震基本一致；震后其平均最大主压应力P轴方位角与主震有一定夹角，并恢复到与区域应力场一致的状态。

(3) 强震发生前一致性参数处于低值状态，同时最大主压应力P轴方位角与历史平均水平不太一致，这可能为未来中强地震的发震地点判定提供了一些参考依据，但目前积累的震例不多，还需进一步积累和深入研究。

致谢：文中使用了郑勇提供的CAP的计算程序，并得到了新疆地震局李志海、罗炬等人的大力帮助，计算结果与青海地震局姚家骏进行了深入探讨，文中部分图件使用GMT绘制，审稿专家提出了宝贵的意见和建议，在此一并表示感谢！

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Variation Characteristics of Consistency Parameter of Focal Mechanisms before and after the 2012 Xinyuan-HejingMS6.6 Earthquake

GAO Chao-jun1, ZHANG Zhi-peng1, XIA Ai-guo2

(1.BalikunSeismicStation,EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion,Hami839000,Xinjiang，China;2.ForecastingCenter,EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion,Urumqi830011,Xinjiang，China)

Abstract：On June 30, 2012, an MS6.6 earthquake occurred at the border of Xinyuan and Hejing in Xinjiang. This study inversed the spatial distribution of the consistency parameter Var (variance) and the azimuth of the mean maximum principal compressive stress P axis and found some changes in these parameters. First, on the basis of the waveform data of January 2009-May 2013 recorded by the Xinjiang Seismic Network Center, we used the cut-and-paste and P-wave first motion methods to inverse the focal mechanism solutions of 418 small-to-moderate earthquakes around the main shock area of the above mentioned MS6.6 earthquake. Then, we inversed the consistency parameter and azimuth variation of the mean principal compressive stress P axis. From the study results, we derive three conclusions. First, prior to the main shock, around the seismogenic zone, the Var value was relatively low, which means that the earthquake action was affected by the stress field of the seismogenic zone. After the main shock, the Var value significantly increased, which means that the control of the background stress field began to strengthen. Second, prior to the main shock, the stress near the epicenter area began to concentrate, and the azimuth of the mean maximum principal compressive stress P axis was consistent with the main shock. However, after the main shock, this azimuth exhibited a certain angle from the main shock and was consistent with the azimuth of the regional stress field. Third, prior to the main shock, the Var value was relatively low, and the azimuth of the maximum principal compressive stress P axis was not consistent with the historical average value.

Key words：Xinyuan-Hejing MS6.6 earthquake; focal mechanism solution; consistency parameter Var; azimuth of P axis

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2016.01.0019

中图分类号:P315.3

文献标志码：A

文章编号:1000-0844(2016)01-0019-07

作者简介：高朝军，男，工程师，主要从事数字地震和地震预测预报工作。E-mail：xjgaochaojun@163.com。

基金项目：中国地震局“三结合”课题(163103)；新疆地震科学基金(201301)

收稿日期：①2014-11-21