用CAP方法反演2010年6月5日山西陽曲MS4．6地震震源機制解①

宋美琴，李華玥，韓立波，李 麗，王秀文，梁向軍

（1．山西省地震局，山西 太原 030021；2．石家莊經濟學院，河北 石家莊 050031；3．中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

0 引言

2010年6月5日距離太原市35km左右的陽曲地區發生4．6級地震，太原市區震感明顯，但現場野外地質考察未發現地表斷裂。這次地震是2008年汶川地震后山西地震帶發生的第四次4級以上有感地震，引起了廣泛的關注。宋美琴等通過對山西地震帶M≥3．5地震韻律特征分析，認為從2009年原平4．2級地震開始山西地震帶進入了第五活躍時段，未來幾年中等以上地震將持續活躍［1］。這一地震的發生進一步映證了這一觀點。這次地震發生在太原盆地東側控盆邊界斷裂——山根底斷裂附近，又位于根據歷史地震破裂區及活斷層破裂分段特征識別出的太原盆地地震破裂空段內［2］。距離震中60km范圍內最大地震為1102年太原6．5級地震，最近的一次地震是2002年太原4．7級地震。這次地震發生在具有強震潛在危險的破裂空段內，其發震構造是什么及對未來的可能影響值得深入探討。本文的目的是利用CAP方法研究陽曲4．6級地震的震源機制解，并結合山西中部地質構造特征、陽曲地震精確定位結果，分析本次地震是否與山根底斷裂活動有關。

在震源機制的研究中，國內外學者在這方面經過系統研究積累了大量寶貴的經驗，已經取得了大量重要成果。其中Zhao和 Helmberger等［3－4］等提出的CAP（Cut And Paste）方法獲取震源機制解，在國內外諸多研究成果中得到了充分證明；而且CAP方法由于采用分段的波形擬合，其中Pnl波和面波部分包含了有效確定震源深度的深度震相信息，因此可作為研究震源深度的一種方法［5－15］。CAP方法其優點體現在反演震源機制解時使用的是近震寬頻帶波形資料，彌補了利用P波初動求解震源機制解受臺站數量限制的缺陷。本文收集了山西省寬頻帶數字地震儀的近震波形數據，利用CAP方法對震源機制解和震源深度進行反演。

1 CAP方法原理和反演模型

1．1 方法原理簡述

CAP方法的主要思想是將近震整個波形分為P波部分（Pnl）和面波部分（Sur），對兩部分的3分量共5部分（Pnl不存在切向分量）給定不同的權重進行反演，分別計算實際地震記錄和理論地震圖的誤差函數，在給定參數空間范圍內采用格點搜索法進行網格搜索，得到相對誤差最小時的震源機制解和震源深度［3－4］。

1．2 數據基本情況

考慮陽曲地震震級較小，本研究首先選取震中距小于230km的臺站數據，共有20個臺；最終遴選出7個信噪比較高、P波初動明顯、臺站方位分布良好的臺站記錄參與反演計算（圖1）。

1．3 速度模型的選取

CAP方法反演震源機制解主要是通過計算給定震源機制解的理論波形與實際觀測波形進行對比，不斷改變震源參數，擬合最好的機制解為最終的反演結果。在計算理論波形時先用F－K［4］方法在給定速度模型下計算各個臺站位置的格林函數，然后由震源函數和格林函數合成理論波形。在反演過程中，越可靠的速度模型得到的反演結果越可靠。

圖1 震中位置和研究中用到的臺站分布情況Fig．1 The seismic epicenter and seismic stations used in study

表1 研究區地殼速度模型Table 1 The crustal velocity model used in study region

陽曲MS4．6地震發生在太原盆地北端，靠近東側控盆斷裂。許多學者在這一區域采用不同的方法獲得了該區的地殼和上地幔的精細結構［16－18］。考慮到CAP方法使用的是一維速度模型，本文綜合考慮了人工地震測深剖面、波形擬合和接收函數研究結果，建立速度模型（表1）。

2 反演結果與分析

2．1 震源機制解

基于前述7個臺的近震波形數據和表1中的速度模型，利用CAP方法，經過全局搜索，在震源深度20km附近的擬合誤差最小，如圖2所示。震級為MW4．5，對應的震源機制節面Ⅰ的參數為：走向角213°，傾角47°，滑動角－161°；節面II的參數為：走向109°，傾角76°，滑動角－44°。地震震源是傾滑型。從圖2可以看出在不同方位角臺站上計算得到的理論波形都能較好地與實際記錄到的波形匹配，且其絕對振幅大小也較為相似，互相關系數大于60%的占81%。選用的7個臺站在方位角上具有較好的分布。從以上統計分析可以看出擬合效果比較理想。反演結果與用振幅比方法得到的結果基本一致①山西省地震局．2011年度山西省地震趨勢研究報告．2011．。

2．2 震源深度

從圖3中可以看出，反演得到的震源機制解在各個深度較為一致，最佳震源深度出現在20km附近。而當深度增加或者減小時，擬合誤差會相應的變大，由此可以判定陽曲MS4．6地震震源深度為20 km左右。該結果與中國地震臺網中心給出的震源深度6km差別較大，但從本文的反演結果來看6 km的擬合誤差明顯大于20km，因此我們認為20 km是比較可靠的。另外，作者采用hypo2000絕對定位方法［19］對本次地震進行了重新定位，精定位結果顯示震中水平位置與中國地震臺網中心給出的水平位置一致，但震源深度有明顯差別。精定位震源深度為17km，深度誤差1．04km，精確定位深度與CAP擬合深度相差較小，說明陽曲4．6級地震震源應該處于地下17～20km范圍內。這一深度與宋美琴、鄭勇等山西精定位研究結果顯示太原盆地北端中小地震多發生在5～30km結論相吻合［12］。

圖2 陽曲4．6級地震理論圖與觀測圖（紅線波形是計算出的理論波形，黑線波形是實際觀測的波形，波形左側為臺站名、震中距（km）和方位角，波形下面的數字依次為反演誤差及互相關系數。濾波范圍：P波部分為0．05～0．2Hz，面波部分為0．03～0．1Hz）Fig．2 Comparison between the theoretical and the observed seismograms of Yangqu MS4．6earthquake and focal mechanism solution．（Red curves are theoretical seismograms，and black curves are observation seismograms．There are the station names，epicentral distances（unit：km）and azimuths at the left side of the waveform curves，the first line below the curves are the inversion error，and the second lines are their correlation coefficients（unit：%）．The filtering range：0．05 ～0．2Hz for the P wave，and 0．03～0．1Hz for the Surfaces wave）

3 發震斷裂探討

從地震所處的位置看，陽曲MS4．6地震位于太原盆地東側的山根底斷裂附近（圖1）。震中位置距離太原盆地東邊界山根底斷裂6km左右，距離控制忻定盆地西側邊界的系舟山西麓斷裂9．7km。距震中最近的山根底斷裂是否與陽曲MS4．6地震有關值得探討。山根底斷裂為交城斷裂NE向的延伸部分，全長22km，走向NE－NNE，傾向SE，傾角65°～70°，為全新世活動正斷層。據歷史地震記載在斷裂附近無5級以上地震發生。用CAP方法獲得的震源機制解中近EW 向（走向109°，傾角76°）的節面傾向SE，與山根底斷裂走向相差約30°，傾向一致。假定其為發震斷裂，根據震源深度與地震距斷裂的水平距離測算斷裂傾角為73°與Ⅱ節面傾角非常接近。因此從計算結果推測其為發震斷裂的可能性大。由于陽曲MS4．6地震位于山根底斷裂走向的延長線上，高精度地形圖上顯示本次地震位于與太原盆地東北端毗鄰的石嶺關隆起區，而山根底斷裂止于太原盆地與石嶺關橫向隆起的交界部位，且震源機制解結果顯示其為正斷活動為主，兼有一定的斜滑，理論上震源位置應該處于斷裂的上盤，即傾向太原盆地的一側，這與陽曲MS4．6地震處于太原盆地以北的石嶺關隆起區（斷裂的下盤）相矛盾。因此山根底斷裂應該不是陽曲地震的發震構造。

圖3 不同深度誤差和震源機制隨不同震源深度的變化圖Fig．3 Variation of focal mechanism solution and mismatchswith different focal depths

而距離陽曲4．6地震9．7km左右的系舟山西麓斷裂，全長30km，走向近SN，傾向 W，傾角70°，為一全新世右旋剪切的正傾滑斷裂，是控制忻定盆地與石嶺關隆起的邊界斷裂。據歷史地震記載在斷裂附近無5級以上地震發生。陽曲地震的震源機制解的一個節面的走向213°，傾向 W，傾角47°，這與系舟山西麓斷裂產狀接近。但目前尚未找到系舟山西麓斷裂延伸至石嶺關隆起區的相關證據。因此系舟山西麓斷裂也不是陽曲地震的發震構造。

本次地震現場野外考察并未發現地表破裂帶。在中國東部的一些中等和弱的地震活動區，地震時地表常無地震破裂帶發育，它們可能是地表尚未顯露斷層的隱伏斷層或深部斷層活動的結果［20］。陽曲4．6級地震位于橫向隆起區，震源機制解結果與震區附近斷裂存在一定的差異，而目前也未發現與機制解相符的斷裂。結合前人研究成果，認為陽曲地震不排除隱伏斷層活動的可能，對此認識仍需做進一步的探討與研究。

4 結論

（1）用CAP方法反演得到2010年6月5日陽曲MS4．6地震的MW為4．5。震源機制解節面Ⅰ走向角213°、傾角47°、滑動角－161°；節面Ⅱ走向109°，傾角76°，滑動角－44°，屬于傾滑型。

（2）確定位顯示震中處于石嶺關隆起區，CAP反演和精定位結果推斷本次地震的震源深度為17～20km。

（3）AP方法反演獲得的震源機制解節面參數與震中附近的山根底斷裂和系舟山西麓斷裂產狀存在一定的差異，因此認為兩條斷裂均不是陽曲地震的發震斷裂，認為有可能是隱伏斷層活動結果。

致謝：山西省監測信息中心提供了波形數據，中國科學院測量與地球物理研究所鄭勇研究員對本文給予了技術指導，山西省地震局預報中心王霞繪制了部分圖件，謹致謝意！

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