用CAP方法研究2016年6月23日河北尚义MS4.0地震震源机制

吴　鹏， 张小涛， 张　磊

(河北省地震局邯郸中心台，河北 邯郸　056001)



用CAP方法研究2016年6月23日河北尚义MS4.0地震震源机制

吴鹏， 张小涛， 张磊

(河北省地震局邯郸中心台，河北 邯郸056001)

利用晋冀蒙危险区临时虚拟台网的宽频带数字化观测资料，采用CAP(Cut and Paste)方法计算得到2016年6月23日河北尚义地震的震源机制解。节面Ⅰ：走向247°、倾角62°、滑动角-32°；节面Ⅱ：走向353°、倾角62°、滑动角-147°，震源深度8 km，震级MW3.93。结合地质构造隐伏断层推断，该地震可能是NNE向的大满—前黑沙土隐伏断裂构造引起的，发震断层性质为左旋、走滑兼有正断分量。

尚义地震；CAP方法；震源机制；断层

0　引言

2016年6月23日08时37分，河北省张家口市尚义县发生4.0级地震(114.20°E, 40.95°N)。此次地震震中距离尚义县城24 km，距张家口市区60 km，多地有明显震感。根据中国地震信息网全国5级以上地震目录(http://www.csi.ac.cn/publish/main/813/4/ index.html)，在本次地震震中100 km范围内，有历史记录以来共发生5级以上地震4次，其中最大的地震是1628年10月7日河北怀安西洋河堡6.5级地震。1970年以来，影响较大的地震事件是1998年1月10日发生的6.2级河北张北—尚义地震(41.14°N，114.46°E)，距离本次地震震中18 km。

本次地震是否属张北—尚义6.2级地震发震断裂构造形成的，需要根据震源机制解并结合区域构造背景做进一步分析。因此，本文利用晋冀蒙危险区临时虚拟台网的宽频带数字化观测资料，采用CAP方法对河北尚义地震的震源机制解进行反演，并对发震构造做了初步的探讨。

1　区域构造背景

河北尚义地震的发震区域位于坝上高原区，属内蒙古高原的南缘。区域新构造运动比较强烈，构造形迹复杂，在新构造单元中此区域属于冀北隆升区，是燕山山脉北部的组成部分，构造位置相当于内蒙地轴的范围。在新世纪中晚期有强烈玄武岩喷发，火山碎屑岩厚度达400 m以上。第四纪冀北隆升区内部差异活动不明显，地震活动较弱。研究表明，发震区在汾渭地震带北端，属于汉诺坝玄武岩覆盖区，是张渤地震构造带和山西地震构造带的汇而不交的构造部位[1]，燕山—阴山隆起内部没有明显的活动构造，是一个相对稳定的地壳块体；张渤地震带呈NWW向，由一系列NWW向和NE向断裂及其控制的新近纪和第四纪断陷盆地组成，断裂带内活动(隐伏)断裂纵横交错，具有较强的构造活动性[2-3]；山西地震带由一系列NNE向、NE向和NEE向活动断裂共同控制的地堑或半地堑组成，北端存在上新世—第四纪断陷型盆地，受活动断裂控制。

2　方法与原理

CAP方法[4-5]利用区域数字地震波形资料求解震源机制解，其基本思想是将全波形分成体波和面波2部分，反演时对体波和面波分别赋予不同的权重以弥补体波震相相对较小的不足，使用频率-波数方法求解格林函数并合成理论地震图，采用互相关技术寻找观测波形与理论波形的最佳拟合段，最后使用网格搜索方法求得稳定解。

在近震反演中，由于波形受到地壳横向各向异性较为明显的影响，导致不同的频率范围内波形差别很大，采用频率-波数方法[6](F-K)计算各震中距的格林函数。

不同的台站由于震中距差别较大，因而记录到的波形存在数量级的差别，为此采用归一化的误差测量函数，通过格点搜索的方法，在适当范围内循环地震深度、方位角、倾角、滑动角，得到相对误差最小时地震的震源机制和震源深度。

3　反演过程与结果

3.1数据选取

2014年河北省地震局、山西省地震局、内蒙古自治区地震局、地球物理研究所、北京大学等单位针对晋冀蒙交界地区震情跟踪研究建立了合作机制，并实施了“晋冀蒙交界地区强震短临跟踪研究合作专项”任务。在晋冀蒙交界地区共建设39个临时地震台站，同时接入了相邻80个固定地震台站，数据传输到河北省地震台网中心组成119个子台的虚拟台网。在研究中，选取的资料为晋冀蒙临时台网的75个宽频带仪器台站记录，其中经过筛选、整理得到震相清晰、信噪比高的22个台站用于反演(图1)。这些台站分布较合理，仅在西北侧没有台站，其他方位都较好地包裹了地震震中。

注：红色五角星表示尚义地震震中位置；蓝色三角形表示有反演结果的宽频带台站；黑色线条为活动断层图1　台站分布和震中位置图

本文计算中采用的速度模型为CRUST1.0[7]分层速度结构(表1)，利用频率-波数方法计算出各震中距的理论格林函数，得到了各台站的理论波形。

表1　尚义地区地壳速度模型

注：最后一层为0，表示上地幔为半空间模型

3.2反演结果

在反演过程中，对挑选出的宽频带台站数据去除仪器响应，旋转至大圆路径得到径向、切向和垂向的速度记录；再把速度记录分成Pnl和面波2部分，对2部分波形分别进行滤波，其中，Pnl的滤波范围是0.05～0.2 Hz，面波的滤波范围是0.05～0.10 Hz；然后，在全空间中格点搜索震源参数，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，得到最佳的震源机制解。

通过上述步骤，得到尚义地震的CAP方法反演结果，节面Ⅰ：走向247°、倾角62°、滑动角-32°，节面Ⅱ：走向353°、倾角62°、滑动角-147°，震源深度8 km，震级MW3.93。

图2为2016年6月23日河北尚义4.0级地震利用网格搜索得到的震源机制解随不同震源深度的变化图，其中横轴为震源深度，纵轴为该深度计算理论波形和实际观测的最小二乘误差值。从图2可以看出，震源机制求解过程稳定，误差变化小，震源深度为8 km时，震源机制解具有最小的反演误差。河北省地震台网测定尚义4.0级地震的震源深度为14 km，由图2可以看出，在14 km的拟合误差要明显大于8 km，由此可以断定尚义地震的震源深度为8 km。

图2　不同震源深度的波形拟合误差及最佳震源机制解

图3给出了对应最优解的理论波形和观测波形的拟合情况。22个台站波形资料共得到波形拟合结果97个，其中理论波形与观测波形相关系数大于95%的占57.7%；相关系数大于60%(相关性较好)的约占94.8%。反演过程中相关系数相对较低的是体波部分(Pz、Pr)，这是由于体波部分的频率较高，对地壳不均衡的分辨率更高。整体上看，本文中理论波形与观测波形具有较高的拟合度，反演结果是稳定可靠的。

注：红线为理论波形，黑线为观测波形；波形左侧字母为台站名，字母下方的数字分别为震中距和观测数据P波初至相对理论波形初至时间的相对位移；波形下面的数字依次为各波段观测数据与理论波段的相对移动时间及互相关系数；Pz和Pr分别代表体波的垂向、径向分量，Sz、Sr、Sh分别代表面波的垂向、径向、切向分量。 图3　河北尚义4.0级地震震源机制最优解的理论波形和观测波形的拟合情况

为了进一步确定震源机制解的可靠性，本文又利用晋冀蒙临时台网的119个台站，选取Pg波和Pn波初动方向清晰的47个台的初动资料，使用格点搜索法计算了本次地震的震源机制(图4)，最终获得震源机制为节面Ⅰ：走向267°、倾角80°、滑动角-33°,节面Ⅱ：走向4°、倾角57°、滑动角-168°，初动结果与CAP方法结果基本一致，也说明了CAP反演结果的正确性。

图4　尚义4.0级地震P波初动的震源机制解(加号代表初动向上，圆圈代表初动向下)

4　讨论

对于张北—尚义地震的发震构造，许多学者做了大量的工作，其最突出的特征是未在地表发现活动断裂。研究资料显示，在张北—尚义地震的发震构造问题上存在着分歧。通过陆地卫星多时相图像解译得出该区地壳内部可能发育着2组隐伏断裂，1组是NE向的大满—前黑沙土断裂，另1组是NNW向的庙东营—大营滩断裂(图5)。邓志辉等[8]根据区域地震活动和余震分布认为，张北—尚义地震发生在阴山—燕山构造带内，与区域内的近NS与近EW向的共轭构造相关。郑秀芬等[9]通过重新精定位得出结论，大满—前黑沙土断裂可能是张北—尚义地震的发震构造。蔡华昌等[10]认为NWW向的小水泉—满井断裂是发震断裂。白玲等[11]依据震前存在NWW向小震条带，认为NWW向的断层作了左旋走向滑动。不同的研究结果说明该区内地质构造复杂，相互佐证的资料较少，本次地震的发生为研究该区的发震构造提供了新的研究资料。

注：虚线代表隐伏断层；红色震源球表示尚义4.0级地震的震源机制；绿色震源球表示张北6.2级地震的震源机制[12]。 图5　尚义地震震源位置与隐伏断层的大致位置[1]

图5所示，尚义4.0级地震发生在尚义—平泉断裂和隐伏的大满—前黑沙土断裂附近。尚义—平泉断裂大致沿北纬41°展布，走向EW。该断裂断面较陡，倾向时南时北，均表现为高角度挤压特征，断裂活动具有左旋扭动特征。张北—尚义地震处于2组隐伏断裂的交汇处附近，成共轭特征，受到2组断裂的共同作用。杨国华等[13]认为燕山单元在向西运动的过程中，其西南端与向东北运动的鄂尔多斯块体的东北端形成“触角相抵”之势，在2个块体的相互运动中，发震区域受NE向应力挤压发生了张北—尚义地震。而尚义4.0级地震也发生在“触角相抵”的位置，其发震区域也应该是受NE向应力挤压。从震源机制解分析，尚义地震的震源机制解2个节面参数与尚义—平泉断裂产状存在较大的差异，而节面Ⅰ与大满—前黑沙土断裂走向基本一致，推断发震断层为NE向。由于此次地震没有余震序列，无法为确定发震断裂提供有力的佐证，但根据区域构造背景，发震区域不存在活动断裂或其他隐伏断裂，因此可以推断出大满—前沙黑土断裂可能为尚义4.0级地震的发震断裂，地震发生于断裂的西端。

5　结论

利用CAP方法反演得到2016年6月23日河北尚义4.0级地震的震源机制解：节面Ⅰ，走向247°、倾角62°、滑动角-32°；节面Ⅱ，走向353°、倾角62°、滑动角-147°；震源深度8 km，震级MW3.93。同时，使用地震震中周围47个台站的P波初动获得的震源机制解为：节面Ⅰ，走向267°、倾角80°、滑动角-33°；节面Ⅱ，走向4°、倾角57°、滑动角-168°。2种方法震源机制结果基本一致，佐证了CAP方法结果的正确性。

CAP反演得到的震源机制解节面参数与尚义—平泉断裂偏差较大，节面Ⅰ与大满—前黑沙土断裂走向基本一致。结合地质构造推断，尚义地震可能是NNE向的大满—前黑沙土隐伏断裂构造引起的，发震断层性质为左旋、走滑兼有正断分量。

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Focal Mechanism of Hebei ShangyiMS4.0 Earthquake on June 23， 2016 by CAP Method

WU Peng, ZHANG Xiao-tao, ZHANG Lei

(Handan Central Seismic Station, Earthquake Administration of Hebei Province, Handan 056001, China)

In this paper, we calculate the focal mechanism of Shangyi earthquake using the CAP method on basis of data from Jin-ji-meng network. The result is 247°,62° and -32° for strike, dip angle and slip angle, with the other nodal plane of 353°,62°and -147°, the focal depth is 8 km, andMW=3.93. It is considered that Daman-Qianheitu buried fault is the earthquake generating fault of Shangyi earthquake, and the fault is of the left lateral strike slip type with normal component.

shangyi earthquake； CAP method； focal mechanism； fault

2016-07-13

2015年河北省地震局科技星火计划重点项目“晋冀蒙交界地区地震危险及对策研究”(DZ20150428102)

吴鹏(1982—)，男，河北邯郸人，工程师，主要从事测震台网监测与仪器维护工作．E-mail：wup67551@163.com.

P315.332

A

1003-1375(2016)03-0048-05

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.03.009

吴鹏，张小涛，张磊．用CAP方法研究2016年6月23日河北尚义MS4.0地震震源机制[J]．华北地震科学，2016，34(3):48-52.