珊溪水庫地震小震震源機制解特征研究①

張 帆，朱新運，鐘羽云

（浙江省地震局，浙江 杭州 310013）

0 引言

利用P波初動方向記錄反演震源機制解雖簡單易行，但也有缺陷，即要求的記錄臺站數(shù)量相對較多，臺站方位分布均勻，對大地震且臺站分布密度大的情況可行，而對大量中小地震無能為力。對于較大的遠震目前多利用在不同方位且具有不同震中距臺站上獲得的地震波形記錄來反演震源機制解。對地方性的中小地震，可以利用從直達P波（Pg）和S波（Sg）引起的地動位移振幅比求解震源機制的方法，也可以采用振幅比與初動相結合的辦法求解［1］。國內研究者［2－4］使用 P波、SV 波、SH 波的初動和 振幅比聯(lián)合計算地震震源機制方法，分別研究了山西太原ML5．0地震，1998年8月2日新疆伽師6．1級地震和2000年姚安6．5級地震序列震源機制解。也有人使用利用格林函數(shù)庫［5］，CAP方法反演［6－7］，求震源機制。張永久［8］利用數(shù)字地震記錄直達P、S波最大速度振幅比和仿真后的最大位移振幅比資料分別測定了小震震源機制參數(shù)，并對兩種結果進行了對比分析，認為直接利用區(qū)域臺網(wǎng)數(shù)字地震記錄直達P、S波最大速度振幅比代替最大位移振幅比測定小震震源機制解是可行的。本文利用P波初動和直達P、S波最大速度振幅比聯(lián)合求解小震震源機制的方法求出珊溪水庫ML2．0以上地震的震源機制，并分析珊溪水庫震源機制各參數(shù)隨時間、經(jīng)度、緯度、深度變化的特征。

1 直達P、S波的振幅比方法測定震源機制

梁尚鴻［9］等提出利用區(qū)域地震臺網(wǎng)直達P、S垂直分量振幅比資料測定小震震源機制。直達P波和S波的地表垂直分量最大值振幅比的對數(shù)可以表示為

其中

式中ih是離源角；θs、λ、δ分別為震源位錯面的方位角、傾角和滑動角；αs、βs分別為第S層介質中直達P、S波垂直波數(shù)；Cl為依賴于臺站位置的常數(shù)，與震源參量無關。

2 地震概況及資料選取

珊溪水庫地震是我省比較顯著的地震事件。珊溪水庫于2000年5月開始蓄水，2002年庫區(qū)發(fā)生了ML3．5地震，此后小震活動一直不斷。2006年庫區(qū)又發(fā)生了一組地震，從2月4日至10月31日之間共發(fā)生ML≥2．0地震269次。震區(qū)架設了新浦、聯(lián)云、包垟、云湖、泰順等臺站，并與珊溪和黃壇臺組成水庫地震臺網(wǎng)，加強了庫區(qū)的地震監(jiān)測能力，能監(jiān)測到ML≥1．0地震。本文收集了臺網(wǎng)記錄到的34個ML≥3．0地震，同時結合震源位置與速度結構聯(lián)合反演方法的定位結果［10］選出的81個ML2．0～2．9地震，共115個地震進行震源機制求解。震中分布如圖1所示。震源深度從2．1～8 km，震源深度分布規(guī)律為西北深，東南淺。

表1 ML≥4．0地震震源機制解Table 1 Focal mechanism solutions of ML≥4．0earthquake

圖1 所選地震的震中分布圖Fig．1 Distribution of earthquake epicenters for selected events

圖2 ML＜3．0地震震源機制解圖Fig．2 Focal mechanism solutions of earthquakes smaller than ML3．0

3 震源機制解結果

3．1 ML≥3．0地震

利用P波初動方法求出珊溪水庫的34個ML≥3．0地震的震源機制解，其中ML≥4．0以上地震10個震源機制解在表2中給出。它們的震源機制解一致性比較好，震源機制的一個節(jié)面走向集中在30°～60°之間，為NE向，33個傾角大于等于60°的占97%左右；另一個節(jié)面走向集中在120°～150°之間，為NW 向，30個傾角大于等于60°，占91%左右；主壓應力軸（P軸）的走向集中在180°左右，為近SN向；主張應力軸（T軸）的走向集中在90°左右，為近EW向。

3．2 ML＜3．0地震

利用水庫臺網(wǎng)數(shù)字地震記錄直達P、S波最大振幅比求得81個ML2．0～2．9地震的震源機制解見圖2。

為了更好分析震源機制的數(shù)據(jù)，按照每10度統(tǒng)計出震源機制的各個參數(shù)的分布，并以玫瑰圖的方式表示（圖3）。從圖3（a）和（b）看出，P軸方位小于30°和大于330°的共64個，占79%，T軸的方位在60°～90°和270°～300°之間共60個，占74%。從圖3（d）和（e）看出，P軸仰角有48個小于20°，占59%左右，T軸仰角有52個小于20°，占64%左右；P軸仰角有58個小于30°，占71%左右，T軸仰角有70個小于30°，占86%左右。

從圖3（c）看出，節(jié)面a走向小于30°和大于330°的有26個，占32%左右，在30°～60°和300°～330°之間的有37個，占46%左右，60°～90°和270°～300°之間的有18個，占22%左右；在30°～60°和300°～330°之間的所占比例最多，即節(jié)面走向多為NE向和NW向。從圖3（f）看出，節(jié)面a傾角大于70°的有43個，占53%左右，節(jié)面a傾角大于60°的有58個，占72%左右。

滑動角是表征斷層的兩個盤之間相對的運動方向的物理量，同時該參數(shù)也可以判斷斷層是走滑型，還是傾滑型。從圖3（g）中看出，節(jié)面a滑動角絕對值在0°～30°和150°～180°之間為55個，占68%左右，0°～20°和160°～180°之間占62%，0°～10°和170°～180°之間的占50%左右。大部分地震節(jié)面a滑動角都比較小，斷層以走滑斷層為主。

根據(jù)以上的統(tǒng)計數(shù)據(jù)并結合精定位的震中分布圖可以判斷出，該震群的主要發(fā)震斷層是NW走向，且傾角較大 ，接近于直立斷層。P軸方位主要為SN向，T軸方位主要為EW向；P、T軸的仰角較小，接近于水平方向。

圖3 震源機制參數(shù)玫瑰圖Fig．3 The rose diagram of focal mechanism solution parameters

4 震源機制特征

4．1 時間特征

通過震源機制隨時間變化的研究，可以看出震源機制在顯著地震前后的變化情況。由于地震是時間上隨機性發(fā)生的事件，如果按照時間的坐標來繪制P軸隨時間的變化，對數(shù)據(jù)的分析帶來不便，按照時間地震次序更便于分析。為了便于分析，將P軸走向歸算至90°以內，對節(jié)面a的走向、滑動角也采用同樣的歸算方法。P軸方位、經(jīng)度和緯度隨次序變化如圖4，圖中箭頭位置代表4級地震。

圖4 P軸方位、經(jīng)度和緯度隨次序變化圖Fig．4 The azimuths of P axis，longitude and latitude change with earthquake order

圖4中看出，地震發(fā)生初期一致性較好，雖然地震震中有所變化，但是除個別地震P軸方位較高外，其余都集中在30°以內。隨著地震次序的增加，P軸方位有從集中向紊亂發(fā)展的趨勢；從第55個地震（2006年2月27日）后，震中有所遷移，遷移范圍相比之前較大，尤其是向東西方向遷徙的范圍大，此時P軸方位波動也比較大，甚至出現(xiàn)60°以上的情況。在第十個4級以上地震（2006年8月1日ML4．6）前，P軸方位角從10°左右轉至60°左右，又慢慢轉至10°左右。

4．2 空間特征

4．2．1 P軸隨空間變化特征

從P軸方位角散點圖（圖5）可以看出，在北緯27．65°～27．69°之間，P軸方位角集中在30°以內，隨緯度的增高存在減小的趨勢。在大于北緯27．69度區(qū)域中，P軸方位角比較分散。在緯度小于北緯27．64°，經(jīng)度大于東經(jīng)120．03度的區(qū)域，P軸方位以小于30°的居多。震源深度大于6km地震的P軸方位角基本都小于30°。

4．2．2 節(jié)面參數(shù)的空間變化特征

這里我們僅討論節(jié)面a的參數(shù)。

（a）走向的空間變化特征

由圖6看出，北緯27．65°～27．69°之間，節(jié)面a走向為集中在30°～60°之間，且高緯度地震的走向比低緯度走向大。在緯度小于北緯27．64°，經(jīng)度大于東經(jīng)120．03°的區(qū)域，節(jié)面a走向以30°～60°之間的居多。節(jié)面a走向隨深度變化不明顯。

（b）傾角的空間變化特征

由圖7看出，在緯度小于北緯27．64°，經(jīng)度大于東經(jīng)120．03°的區(qū)域，節(jié)面a傾角基本大于60°。在緯度大于北緯27．69°，經(jīng)度小于東經(jīng)119．975°的區(qū)域，節(jié)面a傾角以大于60°的居多。在經(jīng)度大于東經(jīng)120°區(qū)域節(jié)面a傾角較分散，傾角小于60°的地震所占比例增多。震源深度在4km以下的地震節(jié)面a傾角以小于70°居多，大于70°的僅占13%；震源深度4～6km的地震以大于70°的居多，占71%，大于6km地震節(jié)面傾角則以大于70°占76%。

（c）滑動角的變化特征

由圖8看出，在北緯27．66°～27．68°之間，節(jié)面a的滑動角多集中在20°以下，在大于緯度27．68°這個區(qū)域地震的節(jié)面a的滑動角，30°以上和30°以下，各占約50%左右。在小于東經(jīng)120°區(qū)域內節(jié)面a滑動角比較離散，而大于東經(jīng)120°區(qū)域內的節(jié)面a滑動角比較集中，大部分集中在20°以內。在緯度小于北緯27．64°，經(jīng)度大于東經(jīng)120．03°的區(qū)域，節(jié)面a滑動角以小于30°居多?；瑒咏请S震源深度變化規(guī)律不明顯。

5 結論與討論

用P波初動方法計算珊溪水庫庫區(qū)34個ML≥3．0地震震源機制解，同時采用直達P波、S波振幅比計算81個ML＜3．0地震的震源機制解，經(jīng)分析得到如下結論：

圖5 P方位角散點圖Fig．5 Scatter diagram of the azimuths of P axis

圖6 節(jié)面a走向散點圖Fig．6 Scatter diagrams of the strikes of plane a

（1）珊溪水庫震源機制解的節(jié)面a走向位于30°～60°之間占56%，節(jié)面b走向位于120°～150°之間占59%；節(jié)面a傾角大于60°占79%，節(jié)面b傾角大于60°占85%，滑動角絕對值在位0°～30°和150°～180°的占75%。根據(jù)震中分布圖，判斷珊溪水庫地震的發(fā)震斷層為NW向，發(fā)震斷層的傾角較大，滑動角絕對值較小，多為直立走滑斷層。

（2）珊溪水庫震源機制解的P軸方位在150°～210°之間的占83%，T軸方位在60°～120°占80%；P軸仰角小于30°占77%，T軸仰角小于30°占80%。該區(qū)域所受到的主壓應力為SN向，主張應力為EW向；應力主要為水平應力。

（3）地震發(fā)生初期P軸方位一致性較好，隨著地震震中的遷移P軸方位變化幅度變大，有趨向于紊亂的趨勢。在第10個4級以上地震（2006年8月1日ML4．6）前，P軸的方位角有從低到高再從高到底的變化趨勢。P軸方位的這種規(guī)律可能是由于初期地震的發(fā)生主要受區(qū)域應力影響，而隨著時間推移，區(qū)域應力受到震群的影響發(fā)生微小改變，使后續(xù)地震的P軸方位趨于紊亂。

圖7 節(jié)面a傾角散點圖Fig．7 Scatter diagram of the dips of plane a

圖8 節(jié)面a滑動角散點圖Fig．8 Scatter diagram of the slips of plane a

（4）在北緯27．65°～27．69°之間，P軸方位角，節(jié)面a走向有隨緯度增高而減小的趨勢；在大于北緯27．69°區(qū)域中，P軸方位角比較分散。在緯度小于北緯27．64°，經(jīng)度大于東經(jīng)120．03°的東南區(qū)域，P軸方位以小于30°居多，節(jié)面a走向以30°～60°之間居多，節(jié)面傾角以大于60°居多，滑動角以小于30°居多。此外，地震條帶西北角的地震節(jié)面a傾角以大于60°的居多。

（5）震源參數(shù)隨震源深度的變化也有一定的規(guī)律，震源深度大于6km地震的P軸方位角基本都小于30°。隨震源深度增加節(jié)面a傾角增大，震源深度小于4km的地震，節(jié)面a傾角大于70°的僅占13%，而大于4km的地震，節(jié)面a傾角大于70°的則占70%以上。

（References）

［1］ Snoke J A，Munsey J W，Teague A G，et al．A Program for Focal Mechanism Determination by Combined Use of Polarity and SV－P Amplitude Ratio Data［J］．Earthquake Notes，1984，55（3）：15．

［2］ 劉杰，鄭斯華，康英，等．利用P波和S波的初動和振幅比計算中小地震的震源機制解［J］．地震，2004，24（1）：19－26．

LIU Jie，ZHENG Si－h(huán)ua，KANG Ying，et al．The Focal Mechanism Determinations of Moderate－small Earthquakes U－sing the First Motion and Amplitude Ratio of P and S Wave［J］．Earthquake，2004，24（1）：19－26．（in Chinese）

［3］ 屠泓為，王海濤，趙翠萍．用P波、S波初動和振幅比計算新疆伽師兩次強地震震源機制解［J］．內陸地震，2006，20（2）：131－138．

TU Hong－wei，WANG Hai－tao，ZHAO Cui－ping．Calculating Focal Mechanism Solutions of Two Jiashi Strong Earthquakes in Xinjiang with the First Motion and Amplitude Ratio of P and S Wave［J］．Inland Earthquake，2006，20（2）：131－138．（in Chinese）

［4］ 劉麗芳，毛慧玲，蘇有錦，等．利用P波、S波初動和振幅比計算2000年姚安MS6．5地震序列震源機制解［J］．地震研究，2009，32（1）：25－30．

LIU Li－fang，MAO Hui－ling，SU You－jin，et al．Determining Focal Mechanism Solution of the 2000Yao＇anMS6．5Earthquake Sequence Using the First Motion and Amplitude Ratio of P and S Wave［J］．Journal of Seismological Research，2009，32（1）：25－30．（in Chinese）

［5］ 張輝，王熠熙．2012年5月3日金塔－阿拉善盟5．4級地震震源機制解［J］．西北地震學報，2012，34（2）：205－206．

ZHANG Hui，WANG Yi－xi．Focal Mechanism of the Jintan－AlashanmengM5．4Earthquake on May 3，2012［J］．North－western Seismological Journal，2012，34（2）：205－206．（in Chinese）

［6］ 張輝，2012年5月11日甘肅肅南MS4．9地震震源機制解［J］．西北地震學報，2012，34（2）：207－208．

ZHANG Hui．Focal Mechanism of the SunanMS4．9Earthquake in Gansu Province on May 11，2012［J］．Northwestern Seismological Journal，2012，34（2）：207－208．（in Chinese）

［7］ 劉薇，張曉清，石玉成，等．利用格林函數(shù)庫計算2008年青海大柴旦6．4級地震的余震震源機制［J］．地震，2006，26（1）：26－34．

LIU Wei，ZHANG Xiao－qing ，SHI Yu－cheng，et al．Using Green Function Database and Quick Moment tensor Inversion Calculating the Focal Mechanism Solution of Aftershocks of DachaidanMS6．4Earthquake in 2008in Qinghai Province［J］．Earthquake，2006，26（1）：26－34．（in Chinese）

［8］ 張永久，程萬正．用P、S波速度振幅比求小震機制解的可行性研究［J］．中國地震，2007，23（4）：366－374．

Zhang Yong－jiu，Cheng Wan－zheng．Feasibility Study on Determining Focal Mechanism of Small Earthquakes Using Amplitude Ratio of P and S Waves［J］．Earthquake Research in China，2007，23（4）：366－374．（in Chinese）

［9］ 梁尚鴻，李幼銘，等．利用區(qū)域地震臺網(wǎng)P、S波振幅比資料測定小震震源參數(shù)［J］．地球物理學報，1984，27（3）：247－257．［M］．

LIANG Shang－h(huán)ong，LI You－ming，et al．On the Determining of Source Parameters of Small Earthquakes by Using Amplitude Ratios of P and S from Regional Network Observations［J］．Chinese Journal of Geophysics，1984，27（3）：247－257．（in Chinese）

［11］ 朱新運，張帆，于俊宜．浙江珊溪水庫地震精細定位及構造研究［J］．中國地震，2010，26（4）：380－390．

ZHU Xin－yun，ZHANG Fan，YU Jun－yi．Study on Precise Positioning and Structure of the Shanxi Reservoir Earthquake，Zhejiang Province［J］．Earthquake Research in China，2010，26（4）：380－390．（in Chinese）