由ML≥4.0地震震源机制解推断四川理县-黑水断裂构造特征

彭利媚，魏娅玲

（1.海南省地震局，海口572900；2.四川省地震局，成都610041）

由ML≥4.0地震震源机制解推断四川理县-黑水断裂构造特征

彭利媚1，魏娅玲2

（1.海南省地震局，海口572900；2.四川省地震局，成都610041）

基于四川台网宽频带数字地震波形资料和CAP波形反演方法，提取了四川理县-黑水地区2008年1月至2014年12月10个ML≥4.0中等强度地震的震源机制解。结果显示：10个中等强度地震震源机制解节面分布主要集中在北西-南东和北东-南西两个优势分布方向。据众多学者研究结果推断，北西-南东向展布的节面为发震断层面；理县-黑水断裂大致沿北47°西（近北西向）展布，属高倾角陡峭断裂，主倾向南西；压应力（P轴）呈近东西水平挤压特征，与断层面斜交，以左旋走滑运动为主；张应力（T轴）呈近南北水平撕裂特征；中等强度地震的震源主压应力方向与青藏地块东部地区主压应变率方向比较一致，说明理县-黑水断裂主要是受区域应力场控制的一个区域性构造左旋走滑断裂。

发震断层；震源机制解；CAP方法；波形互相关系数；断层类型

0 引言

地震震源机制解直观地反映了地震破裂的几何特征和运动学特征，是研究区域构造应力的基础，因此震源机制解一直是地震工作者们关心的重要参数[1]。区域性宽频带地震波形资料中包含了丰富的地震震源和区域地壳信息，利用宽频带波形资料研究区域性地震震源机制解有助于了解震源区应力状态和发震断层构造特征，也是理解地震孕育过程的重要途径。

表1 四川理县-黑水ML≥4.0地震目录Table 1 The catalog of the earthquakes with ML≥4.0 in Lixian-Heishui

2008年汶川8.0级地震发生后，国内众多学者研究了汶川地震余震的精确定位、空间分布、震源机制解等[2-8]，认为余震序列主要分布在龙门山断裂带的中、北段，沿三条主断裂带展布；同时，小鱼洞-理县-黑水的北西向余震分支也是目前各个研究结果中普遍存在的现象。据地质调查[9-10]已证实小鱼洞断裂的存在，该断裂南东起于彭州市通济场西南侧附近，北西止于彭州市小鱼洞镇后坝村附近，大体呈北西-南东向展布。继而向西的理县-黑水地震分支条带的存在[4，7-8]也预示着有一条沿该地震带延伸的隐伏断裂，我们将其称为理县-黑水断裂；而汶川地震前、后，研究区域并没有发现出露地表的断裂带（或地震带）存在，因此很有必要对其分支条带上的中等强度地震震源机制解进行研究分析。为了深入了解这一断裂带地震震源的发震机制，本文选用目前使用较为广泛的CAP[11-12]方法和四川台网宽频带地震波形资料，反演计算了四川理县-黑水地区ML≥4.0中等强度地震震源机制解和最佳震源深度，并根据地震震源机制解的空间分布，对理县-黑水断裂带的发震断层面展布特征进行了初步分析。

1 数据和模型

1.1 台站和资料的选取

据中国地震台网中心统一地震目录统计，2008年5月至2014年12月四川理县-黑水地区共发生ML≥4.0地震10个（见表1）。理县地区发生8次，最大震级为MS5.9；黑水地区发生2次，最大震级为ML4.8；这些中等强度地震为研究该地区地震活动构造和应力场提供了重要信息。这些地震发生前,震中区域附近250 km范围内正常运行的固定台站有30个，2010年灾后重建8个，在0.05～20 Hz的频率范围内，这些台站仪器的幅频特性曲线都是平直的，获得了较好的宽频带仪器记录波形，为研究地震震源性质提供了重要的资料。经过台站选择，最终选用了40 km≤Δ≤250 km、P波初动明显、波形连续且信噪比相对较高的台站进行波形反演计算。地震震中与所选台站分布如图1所示，从图中可以看出，所选台站对研究区域地震震中具有较强的控制能力。

1.2 方法和速度模型

图1 震中及参加反演的台站分布Fig.1 The distribution of epicenters and inversion stations

本文利用CAP波形反演方法求取理县-黑水ML≥4.0地震震源机制及震源深度，具体方法参见相关文献[5，11-14]。该方法将宽频带数字地震波形记录分为体波Pnl与面波两部分，分别对Pnl波、面波进行带通滤波，并计算其理论地震波形与观测波形之间的误差函数，通过网格搜索，获取给定参数空间中误差函数达到最小的最佳解。本文计算时，体波Pnl与面波截取波形窗长分别设置为30 s与60 s，其带通滤波频带宽度分别为0.05～0.2 Hz、0.05～0.1 Hz。与其他求解震源机制解的方法相比，CAP方法弥补了利用P波初动求解震源机制解受台站数量限制的缺陷，其优点体现在反演震源机制解时使用的是近震宽频带波形资料，反演结果对地壳横向变化不敏感、对速度模型依赖性相对较小等，保证了反演结果的稳定性。本研究中，我们选用了林向东等的速度模型[15]进行地震波反演，这一模型是根据川西地区人工地震测深剖面和波形拟合结果，并做适当调整后建立的速度模型（见图2）。

图2 地震波反演的速度模型Fig.2 The velocity models inverted by seismic waveform

2 反演结果及分析

2.1 震源机制解

我们采用CAP方法和图2速度模型进行地震波反演计算，获得了研究区域内的10个ML≥4.0地震震源机制解和最佳震源深度。为了保证反演结果的稳定，我们尽量保证参加反演计算的台站四方位包围震中、且各台站的波形拟合互相关系数要大于60%。通过反演计算获得的地震波形拟合图和最佳深度误差拟合图得知，参加反演计算的10个ML≥4.0地震的波形拟合效果均比较理想，震源机制解结果是稳定、可靠的，表2列出了地震震源机制解详细参数和最佳震源深度值，地震序号与表1的相同。

图3（a）和图4分别是2008年5月16日理县MS5.9地震震源深度拟合误差和地震波形拟合图。从图3（a）可以看出，震源机制解反演结果在2～20 km震源深度范围内均稳定，震源深度在13 km处获得最小深度拟合误差；以13 km为最佳震源深度计算出的理论波形均能较好地与实际记录波形匹配（图中红线表示理论波形，黑线表示实际记录波形），10个台站的波形拟合互相关系数均大于62%，波形拟合效果理想，且结果稳定、可靠（见图4）。其中，节面I的解：走向为147°，倾角为81°，滑动角为-31°，节面Ⅱ的解：走向为242°，倾角为59°，滑动角为-170°，矩震级为MW=5.4。该地震震源机制解反演结果与郑勇等[5]的研究结果一致。

表2 四川理县-黑水ML≥4.0地震震源机制反演结果Table 2 The inversion results of the earthquakes with ML≥4.0 in Lixian-Heishui

图3 地震震源深度拟合误差Fig.3 The fitting error of earthquake focal depth

图4 理县MS5.9地震波形拟合图Fig.4 The fitting figure of seismic waveform of the MS5.9 earthquake in Lixian

图5黑水ML4.8地震波拟形合图Fig.5 The fitting figure of seismic waveform of the ML4.8 earthquake in Heishui

图3 （b）和图5分别是我们得到的2008年11月14日黑水ML4.8地震震源深度拟合误差和地震波形拟合图。从图3（b）可以看出，震源机制反演结果在4～20 km震源深度范围内均稳定，震源深度在11 km处获得最小深度拟合误差；以11 km为最佳震源深度计算出的理论波形均能较好地与实际记录波形匹配，8个台站的波形拟合互相关系数均大于60%，波形拟合效果理想，且结果稳定、可靠（见图5）。其中，节面I的解为：走向311°，倾角72°，滑动角7°，节面Ⅱ的解为：走向219°，倾角83°，滑动角162°，矩震级MW=4.6。

2.2 结果分析

在地震破裂面未达到地表的情况下，地震震中分布是判断断裂带分布的主要依据。上述国内众多学者研究结果推断，理县-黑水断裂断层面是沿北西向展布的；且从图1和图6也可以看出其断裂带的大致分布方向，图6显出的地震震源机制解节面分布主要集中在北西-南东和北东-南西两个优势分布方向。由此可知，表2中10个地震震源机制解的节面I应为发震断层面，其走向空间分布见图7（a），断层面走向的优势分布方向为南东，主要倾向南西；节面II应为辅助面,其走向空间分布见图7（b），辅助面走向的优势分布方向为南西西。根据Zoback等的断层分类原则[16]对表2中地震震源机制解结果进行分类，理县-黑水10个ML≥4.0地震的震源机制解类型均属于走滑断层。

图6 理县-黑水ML≥4.0地震震源机制解空间分布Fig.6 The spatial distribution of the focal mechanism solution of the earthquakes with ML≥4.0 in Lixian-Heishui

根据发震断层面机制解结果及其空间分布进行分析，总体上说，断层面分布范围沿北33°～58°西（平均约北47°西，近北西向）展布；倾角范围为61°～82°（平均约75°），属高倾角陡峭断裂，倾向南西，南西盘为上盘，北东盘为下盘；滑动角范围为-31°～10°（平均约-7°），呈现出一定的正倾滑分量，西南盘为下降盘；压应力（P轴）方位为80°～100°（平均约89°），呈现近东西水平挤压特征，与断层面斜交（见图8），其仰角范围为5°～28°（平均约为17°），水平滑动分量大于垂直滑动分量，以左旋走滑运动为主；张应力（T轴）方位平均约为北2°西，呈现近南北水平撕裂特征。因此说明理县-黑水断裂带发震断层面大致沿近北西方向展布，以高角度的左旋走滑运动为主，略具一定正倾滑分量作用的性质。

根据上述研究结果和地质调查[9-10]得知，理县-黑水断裂位于小鱼洞-理县-黑水北西向地震条带的北西段，小鱼洞断裂位于小鱼洞-理县-黑水北西向地震条带的东南段，且两者的断层面产状较为一致，可以推断出两者为同一断裂。另外，理县-黑水10个ML≥4.0地震震源主压应力呈近东西挤压的特征，与武艳强等[17]用GPS数据得到的近年来青藏地块东部地区主压应变率为近东西向的结论一致，从而说明小鱼洞-理县-黑水断裂主要是受区域应力场控制的一个区域性构造左旋走滑断裂。

3 结语

本文基于四川台网宽频带数字地震波形资料和CAP波形反演方法，求取了四川理县-黑水地区2008年1月至2014年12月10个ML≥4.0地震的震源机制解，分析了震源机制解空间分布特征，并对发震断层的几何产状及断裂与区域应力场的关系进行了初步探讨。综上所述，得出以下几点结论：

图7 理县-黑水ML≥4.0地震震源机制解节面及其P轴空间分布Fig.7 The nodal plane and P axis distribution of the focal mechanism solutions of the earthquakes with ML≥4.0 in Lixian-Heishui

图8 理县-黑水ML≥4.0地震震源机制解应力空间分布（左图P轴，右图T轴）Fig.8 The stress distribution of the focal mechanism solutions of the earthquakes with ML≥4.0 in Lixian-Heishui

（1）10个中等强度地震震源机制解节面分布主要集中在北西-南东和北东-南西两个优势分布方向。据众多学者研究结果推断，北西-南东向展布的节面为发震断层面。

（2）理县-黑水断裂大致沿北47°西（近北西向）展布，属高倾角陡峭断裂，主倾向南西。

（3）压应力（P轴）呈近东西水平挤压特征，与断层面斜交，以左旋走滑运动为主；张应力（T轴）呈近南北水平撕裂特征。

（4）中等强度地震的震源主压应力方向与青藏地块东部地区主压应变率方向比较一致，说明理县-黑水断裂主要是受区域应力场控制的一个区域性构造左旋走滑断裂。

致谢：四川省地震局魏娅玲高级工程师给予大力的帮助和指导。

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Tectonic Characteristics of Lixian-Heishui Fault Inferred by the Focal Mechanism Solution of the Earthquakes with ML≥4.0 in Sichuan

PENG Limei1，WEI Yaling2
（1.Earthquake Administration of Hainan Province，Haikou 572900，China；2.Earthquake Administration of Sichuan Province，Chengdu 610041，China）

Based on broadband digital seismic waveform recorded by Sichuan earthquake network and CAP waveform inversion method,the paper obtained the focal mechanism solutions of the ten moderately strong earthquakes with ML≥4.0 from January 2008 to December 2014 in region of sichuan Lixian-Heishui.The results show that:the nodal plane of the focal mechanism solutions of ten moderately strong earthquakes mainly concentrated in two dominance distribution directions（NW-SE and NE-SW），and according to many scholars'research results inference,NW-SE trending section is earthquake fault plane;Lixian-Heishui fault is mainly distributed along N47°W（near north west），which belongs to high dip angle steep fault with dipping to SW；compressive stress（P axis）presents nearly EW horizontal extrusion features,and inclines with fault plane with takeing the left lateral strike slip movement;tensile stress（T axis）presents nearly NS horizontal tearing features.The orientation of principal compressive stress of moderately strong earthquakes is consistent with the orientation of the principal compressive strain rate of eastern part of the Qinghai-Tibet block,which indicates that Lixian-Heishui fault is mainly controlled by regional stress field and is left lateral strike slip fault.

Seismogenic fault；Focal mechanism solution；CAP method；Waveform correlation coefficient to each otherl；Fault type

P315.33

A

1001-8662（2016）03-0009-08

10.13512/j.hndz.2016.03.002

2015-10-02

中国地震局测震台网青年骨干培养专项（20140320）

彭利媚(1978-)，女，工程师，从事地震监测及编目工作.

E-mail：623294290@qq.com

魏娅玲(1979-)，女，高级工程师，从事大震速报工作.

E-mail：sctwsbs@163.com

彭利媚，魏娅玲.由ML≥4.0地震震源机制解推断四川理县-黑水断裂构造特征[J].华南地震，2016，36（3）：9-16.[PENG Limei，WEI Yaling. Tectonic Characteristics of Lixian-Heishui Fault Inferred by the Focal Mechanism Solution of the Earthquakes with ML≥4.0 in Sichuan[J].South china journal of seismology，2016，36（3）：9-16.]