2011年5月中國東北Mw5.7深震的非同尋常震源機(jī)制：區(qū)域波形反演與成因探討

李圣強(qiáng)，陳棋福，趙 里，朱露培，高金哲，李閩峰，劉桂平，王 斌

1 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，合肥 230026

2 中國地震局地震預(yù)測研究所（地震預(yù)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），北京 100036

3 中國科學(xué)院地球深部研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

4 中研院地球科學(xué)研究所，臺(tái)北 115

5 Department of Earth ＆ Atmospheric Sciences，Saint Louis University，St.Louis，MO 63108

6 吉林省地震局，長春 130022

1 引 言

太平洋板塊向歐亞板塊俯沖（常稱為日本俯沖帶）經(jīng)日本海溝插入中國東北大陸下約600km深處［1］，到達(dá)吉林琿春一帶，造成東北地區(qū)頻繁發(fā)生深震活動(dòng)［2］.不少研究［3－4］認(rèn)為，太平洋板塊俯沖是中國東北及鄰區(qū)巖石圈減薄和伸展作用的重要?jiǎng)恿碓矗^缺乏直接相關(guān)的觀測依據(jù).2011年3月11日在太平洋板塊俯沖帶的上部日本東北近海（38.1°N，142.6°E）發(fā)生的Mw9.0巨大地震及其造成的大范圍南東東向同震位移［5－7］（圖1）和震后持續(xù)的滑移［5，7－8］，為太平洋板塊俯沖動(dòng)力作用提供了前所未有的觀測機(jī)遇.而Mw9.0地震后2個(gè)月的2011年5月10日，在俯沖帶深部發(fā)生的Mw5.7深震與俯沖板塊上端發(fā)生的Mw9.0地震是否相關(guān)，對深入探討俯沖板塊動(dòng)力作用是一難得的觀測研究資料.

中國地震臺(tái)網(wǎng)（http：∥www.csndmc.ac.cn［2013－01－10］）測定的該深震震源深度為560km，震中位于中國東北中俄邊界處（43.3°N、131.2°E），但中國地震臺(tái)網(wǎng)未給出其震源機(jī)制解，而全球矩張量解gCMT網(wǎng)站（http：∥www.globalcmt.org［2013－01－10］）給出的該深震震源機(jī)制解的最佳雙力偶解二個(gè)節(jié)面 （走向／傾角／滑動(dòng)角）分別為 31°／53°／－175°和298°／86°／－37°，Mw＝5.7，震源深度為564.5km.但gCMT給出的矩心矩張量解，較以往該區(qū)域發(fā)生的深震震源機(jī)制有著明顯的差異（參見圖2），其補(bǔ)償線性矢量偶極（CLVD）的相對強(qiáng)度（200×｜ε｜%）［9］幾乎達(dá)到90%.這里的ε≈－0.45以－λ2／max（｜λ1｜，｜λ3｜）計(jì)算［9－10］，其中λ1≥λ2≥λ3為震源機(jī)制矩張量解的3個(gè)特征向量值，ε＝±0.5為純CLVD機(jī)制，ε＝0為純雙力偶機(jī)制.CLVD的正（負(fù)）ε值表明最大絕對特征向量值為張（壓）應(yīng)力主軸，即以張裂（擠壓）變形為主［11］.對gCMT這一非同尋常的矩張量結(jié)果，在用以探討其與日本俯沖帶下插板片上邊界發(fā)生的Mw9.0逆沖地震相關(guān)性之前，考慮到gCMT常規(guī)的矩張量反演將其各向同性源（ISO）變化約束為0［9，12］，而將震源區(qū)介質(zhì)破壞可能致使的ISO變化轉(zhuǎn)化到CLVD部分［13］，以及gCMT多利用遠(yuǎn)震波形記錄（幾乎沒能利用中國區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)的近場資料）來進(jìn)行震源參數(shù)的反演［11］，有可能給出非真實(shí)的全矩張量結(jié)果，故本文應(yīng)用全矩張量波形擬合gCAP（generalized Cut and Paste）方法［14］，以區(qū)域臺(tái)網(wǎng)記錄的近震波形數(shù)據(jù)對該深震進(jìn)行震源反演，并結(jié)合該區(qū)域以往的深震震源機(jī)制數(shù)據(jù)反演確定俯沖帶深處的區(qū)域應(yīng)力場方向，對該深震的成因進(jìn)行探討.

2 用于深震反演的gCAP方法

gCAP全矩張量反演方法［14］是在CAP波形反演最佳雙力偶（DC）震源機(jī)制解［15］基礎(chǔ)上，將震源機(jī)制在主軸坐標(biāo)系中分解為各向同性源（ISO）、DC和CLVD的組合［14］，通過對Pnl（P波及其后續(xù)震相）和S波（或面波）波形部分分別賦予不同權(quán)重，進(jìn)行理論和觀測波形的擬合來反演確定地震的全矩張量.CAP方法已經(jīng)成功地應(yīng)用區(qū)域波形資料反演得到了淺源［16－19］和中源深度［20］的最佳雙力偶震源機(jī)制解.對新改進(jìn)的gCAP反演方法［14］，本研究首先對研究區(qū)內(nèi)2010年2月18日發(fā)生的中俄交界Mw6.9深震（中國地震臺(tái)網(wǎng)測定的震中為：42.6°N、130.8°E，震源深度540km），利用圖2和表1所示的10個(gè)中國區(qū)域臺(tái)站的近震波形數(shù)據(jù)，進(jìn)行全矩張量的反演，以驗(yàn)證gCAP對于深震震源反演的適用性.

圖1 GPS觀測的日本東北近海Mw9.0地震同震位移和震后滑移［6－7］圖中紅色、黑色、灰色帶箭頭線為日本東北近海Mw9.0地震產(chǎn)生的GPS同震位移，其中紅色和黑色線為文獻(xiàn)［6］給出結(jié)果，灰色和綠色線為文獻(xiàn)［7］給出結(jié)果，綠色線為GPS日變水平分量在9.0級地震后120天的滑移.圖中有紅色填充的圓分別為2011年3月11日Mw9.0地震和5月10日Mw5.7深震的gCMT矩張量解；穿過2矩張量解的黑線為圖5和圖7剖面的位置；紅點(diǎn)線表示Gudmundsson等［1］給出的俯沖深度，相應(yīng)深度標(biāo)在線上.Fig.1 GPS-observed coseismic and postseismic displacements associated with the Tohoku-oki Mw9.0earthquake［6－7］Black，red and gray lines with arrows are coseismic displacements［6－7］， while green lines are 120-day postseismic horizontal displacements［7］.Beach balls with red fillings are gCMT mechanisms of the Tohoku-oki Mw9.0earthquake and the Mw5.7deep earthquake on May 10，2011.The black line linking the two earthquakes indicates the location of the profile shown in Figs.5and 7.The red dashed lines are equi-depth contours of the subducting slab given by Gudmundsson and Sambridge［1］.

對表1所列10個(gè)臺(tái)站的原始速度記錄去除儀器響應(yīng)并旋轉(zhuǎn)到徑向、切向和垂向，且將波形分解為Pnl和S波（或面波）二部分，然后分別進(jìn)行0.05～0.2Hz和0.03～0.1Hz的4階帶通濾波來壓制噪音的處理.gCAP反演中的理論地震圖采用廣泛使用的 頻 率－波 數(shù) 法［21］（F－K 方 法），基 于iasp91 模型［22］進(jìn)行計(jì)算.對計(jì)算得到的理論地震圖與觀測波形進(jìn)行同樣的濾波處理，得到每個(gè)臺(tái)站Pnl波的垂向和徑向分量及S波（或面波）的垂向、徑向和切向5個(gè)部分.通過波形互相關(guān)計(jì)算理論地震圖和觀測波形各部分的波形擬合殘差時(shí)，對Pnl和S波（或面波）部分賦予不同權(quán)重，且對二部分采用不同的時(shí)移約束來消除未考慮的速度模型缺陷及地震定位誤差等效應(yīng).

表1 用于反演的區(qū)域地震臺(tái)站參數(shù)Table 1 Relevant information of the regional stations used in this study

圖2 區(qū)域臺(tái)站和深源地震震源機(jī)制分布圖圖中紅色三角表示臺(tái)站；綠色充填為1977—2008年的深震gCMT震源機(jī)制，其發(fā)震時(shí)間以“年／月／日”標(biāo)注；2011年5月10日事件震源機(jī)制解的gCMT和本研究結(jié)果分別用綠色和紅色表示；2010年2月18日事件的gCMT和本研究結(jié)果也分別用綠色和紅色表示，2010年2月18日深震的USGS不同結(jié)果以蘭色表示，但用不同測定方式的首個(gè)字母（見表2）來標(biāo)注.黑線為圖5剖面的位置；紅色和白色標(biāo)注的俯沖深度點(diǎn)線同圖1.Fig.2 Distributions of regional stations and focal mechanisms of deep earthquakesRed triangles denote stations used in this study.Beach balls with green fillings and labeled Year／Month／Day are mechanisms retrieved from gCMT catalog.The red beach balls are our gCAP results for the deep events on February 18，2010and May 10，2011.The blue beach balls labeled CMT，BWMT，and WPMT are various USGS results for the deep events on February 18，2010.The black line indicates the location of the profile shown in Fig.5.The dashed lines are the equi-depth contours of the subducting slab as in Fig.1.

對該深震先采用大參數(shù)間隔搜索，即在可能深度范圍（500～650km）內(nèi)以10km深度為間隔、震源機(jī)制解的走向／傾角／滑動(dòng)角間隔為10°，通過格點(diǎn)搜索法進(jìn)行波形擬合反演，可確定震源深度在560～600km之間存在誤差極小值.進(jìn)而在550～610km深度范圍以5km間隔、走向／傾角／滑動(dòng)角間隔5°進(jìn)行細(xì)搜索.震源深度搜索的擬合表現(xiàn)出明顯的深“V”特征（圖3b），較好地收斂在585km左右，且觀測波形與理論波形擬合得甚好（圖3a）.由圖3a可以看出，在10個(gè)臺(tái)站共計(jì)50個(gè)波段中，若從相關(guān)系數(shù)大小判斷，擬合較好（70%以上）的波段達(dá)38段，其中相關(guān)系數(shù)大于90%以上的波段達(dá)30個(gè)，僅DNI臺(tái)和CBT臺(tái)有3個(gè)或4個(gè)波段擬合不大好.反演得到的矩震級（Mw）為6.84，地震矩（M0）為2.32×1019Nm，矩張量解（Mrr／Mtt／Mpp／Mrt／Mrp／Mtp）為0.219／－0.112／－0.101／0.102／－0.977／0.028；其最佳雙力偶解的節(jié)面1（走向／傾角／滑動(dòng)角）為334°／5°／71°，節(jié)面2為174°／85°／92°.

圖3 2010年2月18日深震震源參數(shù)反演的波形擬合結(jié)果和反演誤差隨深度變化圖（a）為各臺(tái)站理論地震圖與實(shí)際觀測地震圖擬合波形，紅線表示理論地震圖，黑線表示實(shí)際觀測地震，擬合較差的觀測波形用綠色表示；其下的數(shù)字分別表示理論地震圖相對觀測地震圖的相對移動(dòng)時(shí)間和二者的相關(guān)系數(shù)（用百分比表示）.左側(cè)大寫字母縮寫為臺(tái)站名，臺(tái)站名下的數(shù)字為震中距（km）和相對偏移時(shí)間（s）；（b）不同震源深度下搜索的最佳震源機(jī)制解所對應(yīng)的誤差，深度反演搜索的最優(yōu)結(jié)果為587.8±1.8km.Fig.3 gCAP inversion showing waveform fits（a）and focal depth search（b）for the 18February 2010deep earthquakeIn（a），the stations with their epicentral distances in kilometers are given on the left.Fits of Pnl and S waves are shown with observations in black（or green for bad fits）solid lines and synthetics in red lines.The numbers below each trace are relative time shift and crosscorrelation coefficient.In（b），fitting error is plotted as a function of source depth with the best focal mechanism.The error reaches global minimum at a depth of 587.8km.

表2 2010年2月18日深震幾種最佳雙力偶震源機(jī)制反演結(jié)果的對比Table 2 Comparison of source parameters of the best double－couple solutions for the 18February 2010deep earthquake

表2是本研究反演的最佳雙力偶結(jié)果與gCMT和美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）分別用不同方法或波形資料反演給出的最佳雙力偶結(jié)果（中國地震部門未公布此地震的震源機(jī)制結(jié)果），由表2和圖2可見，所得到的反演結(jié)果與gCMT和 USGS（http：∥earthquake.usgs.gov／earthquakes／eqinthenews／2010／us2010swaf／［2013－01－10］）給出的結(jié)果基本一致，僅震源深度略深些.gCAP反演結(jié)果中少許的CLVD成分，與研究區(qū)以往深震（見圖2）和中國臺(tái)灣以東地區(qū)［23］及首都圈地區(qū)［24］淺源地震中存在的少許CLVD成分相差不大，從對比結(jié)果以及gCAP的波形擬合效果（圖3a）看，利用區(qū)域臺(tái)記錄的寬頻波形數(shù)據(jù)基于gCAP方法來反演研究區(qū)的深震震源矩張量是可行的.

3 2011年5月10日深震震源機(jī)制反演

對2011年5月10日深震，同樣以如圖2和表1所示的區(qū)域地震臺(tái)站記錄資料，采用與2010年2月18日深震震源機(jī)制同樣的數(shù)據(jù)處理方式和gCAP方法來進(jìn)行反演.所使用臺(tái)站與該深震震中的水平距離為50～340km，臺(tái)站覆蓋的方位角約為180°.

經(jīng)搜索迭代獲得觀測波形與理論波形擬合最優(yōu)矩張量（圖4和表3）的震源深度為564.4±1.4km，矩震級Mw5.41，最佳雙力偶解的二個(gè)節(jié)面（走向／傾角／滑動(dòng)角）為45°／21°／152°、161°／80°／71°，主應(yīng)力軸（方位／傾角）P 軸為267°／33°、T 軸為50°／51°.約束該解的Pnl波垂向分量Pz（圖4a的黑線）的擬合相關(guān)系數(shù)大都在94%以上，僅幾乎位于震源正上方東寧臺(tái)（DNI）的Pnl波相對不太發(fā)育而稍?。?8%）.Pnl波徑向分量Pr整體較垂向分量弱，擬合相關(guān)系數(shù)較低，而敦化臺(tái)（DHT）Pnl波徑向分量的大波動(dòng)，是否與特殊的臺(tái)站方位或區(qū)域結(jié)構(gòu)有關(guān)，有待研究.距該地震最近的東寧臺(tái)（DNI）、琿春臺(tái)（HCT）、延邊臺(tái)（YNB）和牡丹江臺(tái)（MDJ）等4個(gè)臺(tái)的S波記錄較為發(fā)育，與理論波形擬合的相關(guān)系數(shù)大都在90%以上，盡管牡丹江臺(tái)（MDJ）的振幅擬合不太理想.其余臺(tái)因距離及方位的原因，致使S波（或面波）輻射振幅較弱而對矩張量解的約束能力較弱.

本研究基于區(qū)域?qū)掝l帶波形記錄反演得到的震源深度（564.8km）與gCMT的結(jié)果相當(dāng)一致，矩震級（5.4）雖比gCMT的小一些（參見表3），然而本研究和gCMT的矩張量反演結(jié)果都一致顯示出：2011年5月10日在中國東北中俄邊界附近發(fā)生的深震震級雖不大，但得到的震源機(jī)制與研究區(qū)以往發(fā)生的深震震源機(jī)制有著較明顯的差異（參見圖2和圖5），即除具有雙力偶的剪切位錯(cuò)部分外，還具有相對較強(qiáng)的CLVD部分.對本研究給出的震源機(jī)制計(jì)算常用以度量CLVD成分［9－10］得到的絕對ε值（－0.324）較gCMT結(jié)果的（ε≈－0.450）小，以Zhu和Ben－Zion［14］新改進(jìn)gCAP時(shí)提出的＝計(jì)算，本反演結(jié)果的絕對值（0.32）也較gCMT 結(jié)果的（≈0.45）小.gCAP反演得到的CLVD絕對量值較gCMT結(jié)果少，即CLVD部分所占比例小的原因，較可能是gCAP反演中將ISO部分的變化計(jì)入考慮的結(jié)果，反演得到的ISO部分量值為0.13，相較ISO的變化范圍（－1～1）而言量值并不算大.

圖5是以日本東北近海9.0級地震在研究區(qū)產(chǎn)生的GPS同震位移滑移方向（南東東向，見圖1）剖面投影的gCMT震源機(jī)制解在地幔轉(zhuǎn)換帶（410～660km）附近的分布圖像，可見在地幔轉(zhuǎn)換帶深處1977—2010年間23個(gè)深震震源機(jī)制的大部分（20／23≈87%）十分相似，僅1977年9月9日Mw5.2、2008年5月19日Mw5.6和2009年3月13日Mw5.2深震（圖5中藍(lán)色標(biāo)注發(fā)震時(shí)間的3個(gè)地震）存在較明顯的非雙力偶成分.這3個(gè)深震的CLVD部 分 量 值ε值 分 別 為 －0.264、－0.395和0.217，雖較gCMT及本研究反演給出的2011年5月10日深震的CLVD量值相比并非十分顯著，但與以往研究發(fā)現(xiàn)［11，25－27］相對高比例的深震比淺源地震含有較顯著的CLVD成分甚為相符.而2011年5月10日深震中含有如此顯著CLVD成分的原因，需結(jié)合研究區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場進(jìn)行分析探討.

表3 2011年5月10日深震震源參數(shù)對比Table 3 Comparison of source parameters of the deep earthquake on May 10，2011

圖4 2011年5月10日深震反演的波形擬合結(jié)果（a）和反演誤差隨深度變化圖（b）（圖例同圖3）Fig.4 gCAP inversion showing waveform fits（a）and focal depth search（b）for the 2011deep earthquake with the same legends as in Fig.3

圖5 深源地震震源機(jī)制沿日本Mw9.0地震的GPS同震位移滑移方向的深度剖面分布剖面位置參見圖1和圖2；震源機(jī)制球均已做了旋轉(zhuǎn)以便視線為西南—東北向并垂直于該剖面.圖中為清晰顯示2011年深震的gCMT和gCAP震源機(jī)制，對其震源深度分別上下偏移10km；圖中黑x和白圓點(diǎn)分別表示P軸和T軸，其他圖例同圖2.Fig.5 Focal mechanisms of deep earthquakes projected to the profile shown in Fig.2 The beach balls have been rotated so that the line-of-sight is from southwest to northeast and perpendicular to the profile.The gCMT and gCAP beach balls for the 2011deep earthquake are shifted±10km in depth to avoid overlap.The black crosses and white dots indicate P-and T-axes，respectively.

4 研究區(qū)深部地幔轉(zhuǎn)換帶的背景應(yīng)力狀態(tài)

研究區(qū)的深震活動(dòng)與板塊俯沖帶的應(yīng)力狀態(tài)及其變形密切相關(guān)［2，28－29］，俯沖帶內(nèi)的地震震源機(jī)制解提供了俯沖板片應(yīng)力狀態(tài)的重要信息［30－31］.趙大鵬等［32］對日本俯沖帶震源深度200～600km的gCMT震源機(jī)制解分析，表明幾乎所有地震的主壓應(yīng)力軸均平行于板片的下插方向，200～600km深處的日本俯沖帶處于壓應(yīng)力狀態(tài)［32］.

圖6 由gCMT 1977—2010年23個(gè)事件LSIB反演的應(yīng)力場方向（置信度為95%）σ1為最大主壓應(yīng)力，σ2為中間應(yīng)力，σ3為最小主壓應(yīng)力，比例因子R＝（σ2－σ3）／（σ1－σ3）.紅色點(diǎn)表示σ1，空心小方塊為平均σ1值；藍(lán)色點(diǎn)為σ3，空心小圓為平均σ3值；綠色點(diǎn)為σ2，空心小三角形為平均σ2值.Fig.6 LSIB stress field inversion result from gCMT solutions of 23deep events during 1977—2010with 95%confidence level using 2000bootstrap resamplingR＝（σ2－σ3）／（σ1－σ3），whereσ1，σ2andσ3are the maximum，intermediate and minimum compressional stresses，respectively.Red dots stand forσ1with the square showing the mean value of σ1；blue dots stand forσ3with the circle showing the mean value ofσ3；solid dots stand forσ2with the triangle showing the mean value ofσ2.

為了確切地獲得研究區(qū)地幔轉(zhuǎn)換帶處的應(yīng)力場方向，本研究采用 Michael［33－34］的自助線性應(yīng)力反演（LSIB）方法，對從gCMT檢索出的1977—2010年的23個(gè)震源機(jī)制解（圖2和圖5）反演確定最佳應(yīng)力張量，并采用LSIB的自助（bootstrap）方法，通過重復(fù)采樣模擬原始數(shù)據(jù)來估計(jì)最佳應(yīng)力張量解的置信度［34］.如本研究的95%置信度為在重復(fù)取樣2000次的情況下，其中1900次取樣得到的結(jié)果都接近最佳解的樣本所組成的范圍，即為95%的置信度范圍.應(yīng)用LSIB方法反演得到如圖6的結(jié)果，在高置信度下得到的三個(gè)應(yīng)力軸均較集中，說明研究區(qū)地幔轉(zhuǎn)換帶處的背景構(gòu)造應(yīng)力場較為穩(wěn)定.

反演得到的最大主壓應(yīng)力呈近東西向（274.6°），軸向近水平（26.2°）；最小主壓應(yīng)力呈南東東向，軸傾角為62.4°；主應(yīng)力相對大小比例因子R＝（σ2－σ3）／（σ1－σ3）值為0.791，說明中間應(yīng)力較接近主壓應(yīng)力，表明所研究的地幔轉(zhuǎn)換帶處于近東西向近水平壓應(yīng)力和南東東向傾角62.4°張應(yīng)力為主的構(gòu)造應(yīng)力作用中，這一應(yīng)力場反演結(jié)果與趙大鵬等［32］的地震層析成像得到的太平洋板塊俯沖圖像較為一致，與研究區(qū)的地幔轉(zhuǎn)換帶處于上覆地殼和上地幔的擠壓及俯沖板片拖曳共同作用的構(gòu)造環(huán)境甚為相符.由圖5可見，gCMT和本研究得到的2011年深震P軸和T軸方向與LSIB反演得到的背景應(yīng)力場方向也較為相符，表明2011年深震發(fā)生時(shí)的背景構(gòu)造應(yīng)力場方向并無明顯改變.

5 分析討論

有研究［11，25］將CLVD震源解釋為2個(gè)斷層面的雙力偶震源破裂的疊加效應(yīng)，這是否可以解釋2011年5月10日深震出現(xiàn)非同尋常的CLVD部分，需從發(fā)生該深震的日本俯沖帶的動(dòng)力作用過程來進(jìn)行分析探討.

將國 際地震中 心 （http：∥www.isc.ac.uk［2013－01－25］）給出的圖1所示范圍內(nèi)1964年1月至2012年10月M≥4.5地震，沿9.0級地震的同震位移滑移方向投影展示的日本俯沖帶大體輪廓如圖7所示.圖7同時(shí)標(biāo)出了2011年3月日本Mw9.0地震和5月中國東北深震的震源位置（圖中星號所示）和相應(yīng)旋轉(zhuǎn)的震源機(jī)制解.由圖7可見，2011年5月深震發(fā)生在日本俯沖帶上，位于太平洋板塊俯沖至歐亞板塊深處的俯沖板片作用面上.

根據(jù)日本Mw9.0地震震源附近地區(qū)觀測到的南東東近東西向的同震［5］和震后水平滑移（http：∥www.gsi.go.jp／cais／topic110315.2－index－e.html［2013－01－25］），對比在研究區(qū) GPS觀測到的高達(dá)35mm同震位移［6］和震后120天（2011年7月上旬）仍觀測到不少于13mm的同方向持續(xù)水平滑移［7］（圖1），結(jié)合應(yīng)力場反演得到的研究區(qū)地幔轉(zhuǎn)換帶的應(yīng)力方向，可以認(rèn)為研究區(qū)由地表至地幔轉(zhuǎn)換帶深部皆受控于太平洋板塊的俯沖構(gòu)造作用.而俯沖板片下插處突然發(fā)生的Mw9.0地震，巨大的逆沖運(yùn)動(dòng)顯現(xiàn)為俯沖板片克服了太平洋板塊一側(cè)的擠壓力，從而導(dǎo)致震后持續(xù)的南東東向構(gòu)造運(yùn)動(dòng).從日本巨震導(dǎo)致的研究區(qū)地表同震和震后持續(xù)的滑移方向，推測地幔轉(zhuǎn)換帶處在日本Mw9.0地震后，其南東東向的拉張應(yīng)力可能有所增強(qiáng).由于區(qū)域構(gòu)造環(huán)境的突然變化，可能如圖7右下插圖所示［11］幾乎同時(shí)發(fā)生純雙力偶的2個(gè)地震，從而導(dǎo)致gCMT和本研究給出的2011年深震震源機(jī)制解較研究區(qū)以往的震源機(jī)制出現(xiàn)非同尋常的顯著CLVD成分.

圖7 ISC給出的1964—2012年M≥4.5地震沿圖1剖面投影及2011年深震發(fā)生的可能機(jī)制Fig.7 Distribution of earthquakes with M≥4.5during 1964—2012from the International Seismological Centre along the profile shown in Fig.1.The inset figure is a schematic explanation of the 2011deep earthquake

人們試圖從相變致裂、脫水致脆、熱剪切失穩(wěn)和預(yù)存斷層活化等方面來解釋深震的成因（見文獻(xiàn)［27］及其參考文獻(xiàn)），但提出的各種成因解釋與所觀測到的深震活動(dòng)現(xiàn)象仍有著或多或少的出入，深震發(fā)生的物理過程至今仍是個(gè)有待深入研究的問題［27］.在特殊構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生的2011年5月10日深震及其所具有的非同尋常CLVD成分，為深入探討深震的物理成因提供了難得的觀測資料.本研究用于反演2011年5月10日東北深震的區(qū)域觀測波形雖然有限，但反演得到與gCMT甚為接近的非同尋常的震源機(jī)制結(jié)果，與該深震發(fā)生時(shí)特殊的構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境是相符的，而矩張量反演中出現(xiàn)的ISO部分變化，是否與相變致裂和脫水致脆成因提出的斷層形成和破裂［35］相關(guān)，則需收集更多的區(qū)域觀測波形并分析更多的深震震源機(jī)制反演結(jié)果.

6 結(jié) 論

本研究利用中國東北區(qū)域?qū)掝l地震臺(tái)站波形數(shù)據(jù)，采用gCAP方法反演得到的2010年2月18日和2011年5月10日深震矩張量解結(jié)果與全球地震矩張量測定機(jī)構(gòu)的結(jié)果比較一致，表明基于區(qū)域波形資料的gCAP反演可獲得較可靠的中國東北附近地區(qū)的深震震源機(jī)制結(jié)果.

基于我國東北深震區(qū)1977—2010年的gCMT深震震源機(jī)制結(jié)果，應(yīng)用自助線性應(yīng)力反演方法得到了我國東北太平洋俯沖前緣地幔轉(zhuǎn)換帶的構(gòu)造應(yīng)力場，即最大主壓應(yīng)力方向?yàn)榻鼥|西向（274.6°），最大主壓應(yīng)力軸向近水平（26.2°），中間應(yīng)力方向近南北向（8.6°），而最小主壓應(yīng)力傾角稍大（62.4°）.正是在這一構(gòu)造應(yīng)力場作用下，日本東北近海Mw9.0地震在我國東北附近地區(qū)造成了大范圍同震水平位移和震后滑移，展現(xiàn)出明顯受控于太平洋板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的特征.

2011年3月11日日本東北近海Mw9.0地震發(fā)生之后，2個(gè)月內(nèi)（5月10日）在中國東北中俄邊界發(fā)生的深震活動(dòng)，應(yīng)用gCAP方法以中國區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)波形記錄反演的全矩張量結(jié)果證實(shí)了gCMT給出的具有顯著CLVD成分的震源機(jī)制結(jié)果.2011年5月深震的非同尋常震源機(jī)制，可能是屬于日本俯沖帶動(dòng)力作用過程中的響應(yīng)活動(dòng)，即在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力方向沒有明顯改變的情況下，由于日本東北近海Mw9.0地震造成南東東向拉張應(yīng)力的變化，可能致使有著不同DC破裂機(jī)制的2個(gè)地震幾乎同時(shí)發(fā)生，從而展現(xiàn)出具有顯著CLVD成分的震源機(jī)制結(jié)果.

由于觀測、實(shí)驗(yàn)和模擬等所限，人們對俯沖板塊深處發(fā)生的深震活動(dòng)及其成因的研究仍有待加強(qiáng)，2011年3月11日日本東北近海的Mw9.0及其后發(fā)生的深震活動(dòng)，為進(jìn)一步研究深震成因和俯沖板塊動(dòng)力作用提供了難得的觀測資料，更多的中小地震震源參數(shù)的觀測和研究結(jié)果可為2011年5月10日深震的震源機(jī)制結(jié)果提供佐證或約束.

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