研究中強(qiáng)地震前中小地震震源機(jī)制變化的一種方法①

榮代潞

（中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000）

0 前言

強(qiáng)震的孕育和發(fā)生過程中震源區(qū)應(yīng)力場的大小和方向會有一變動過程，這種變化可以在大震前小震震源機(jī)制中得到反應(yīng)，根據(jù)這一期間發(fā)生的地震的震源機(jī)制解變化的時間進(jìn)程可以描述應(yīng)力場釋放調(diào)整的動態(tài)圖象。已經(jīng)有不少工作研究大震之前小震震源機(jī)制趨近主震震源機(jī)制的現(xiàn)象［1－5］。特別指出的是，萬永革［6］用 Hauksson［7］研究得到的美國南加州詳盡的小震震源機(jī)制資料，利用Kagan［8－9］的雙力偶源地震震源機(jī)制空間旋轉(zhuǎn)的方法研究了南加州地區(qū)兩個MW＞7.0的大震——Landers和Hector Mine地震的震前小震震源機(jī)制趨于主震機(jī)制的現(xiàn)象。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上定義了一種新的參數(shù)“P軸分布集中度”，用以研究主震前小震發(fā)震應(yīng)力場的動態(tài)變化，探索一種較為簡單直觀的分析震前小震震源機(jī)制變化的方法。

1 P軸分布集中度

選擇一次中強(qiáng)地震前震中附近一定范圍、一定時間段發(fā)生的地震構(gòu)成一個地震序列。此序列共有N個地震，第一個地震編號1，到主震共有n1個地震（n1＝N）；以此類推，第i個地震為ni。

在數(shù)學(xué)中一組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差能反映這個數(shù)據(jù)集的離散程度，借用這一概念我們定義一個地震序列的震源機(jī)制的一組P軸方位角數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為“P軸分布集中度”。

首先計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差

式中，（Pj表示第j個地震震源機(jī)制P 軸方位角；表示第j個地震序列所有地震震源機(jī)制P軸方位角的平均值；ni表示第i個地震到主震之間的地震個數(shù)。

從選定的地震序列開始，首先計(jì)算第一個地震到主震之間所有地震的序列的δ1值；然后以一個地震為步長向主震移動，由此得到一個δi值的時間序列；然后將δi序列對其最大值歸一化。定義“P軸分布集中度”

從ci的定義可以看出，ci值越小，表示P軸方位角越集中。計(jì)算示意如圖1。

圖1 計(jì)算P軸分布集中度 的示意圖Fig.1 Sketch for calculating concentration ratio of distribution of P axis

由于主震是所有地震序列的最后一個地震，如果c值時間序列的最后一些點(diǎn)的值分布在最小值附近，這就表明這一時段小震震源機(jī)制P軸集中到大致與主震的震源機(jī)制的P軸一致。

培養(yǎng)體育核心素養(yǎng)，可以使學(xué)生具備良好的心理健康調(diào)節(jié)能力，現(xiàn)代的社會，各方面的壓力很大，若不具備良好的自我調(diào)節(jié)能力，會產(chǎn)生各種心理疾病，這就要求每一個個體都要具備健康的心理調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)自身的社會適應(yīng)能力，才能更好地適應(yīng)社會。

上述定義中只考慮了P軸的方位角，沒有考慮P軸的仰角。另外，如果方位角大于180°，則換算成對應(yīng)象限的值（θ－180°）。

2 小地震資料和兩次震例

一次地震前小地震震源機(jī)制研究要求震前在這地震周圍有一定數(shù)量的地震分布，而且這些地震可以求得較為可靠的震源機(jī)制解。

2.1 監(jiān)測臺網(wǎng)簡介

在祁連山中東段地區(qū)，中國和法國開展地震科技合作，從1994年開始區(qū)布設(shè)數(shù)字地震監(jiān)測臺網(wǎng)，第一階段建立了6個數(shù)字地震記錄臺，第二階段調(diào)整為4個臺。這4個數(shù)字記錄臺迄今仍在正常運(yùn)行，獲得了大量的中小地震數(shù)字記錄資料。2005年5月甘肅省數(shù)字地震臺網(wǎng)建成并開始運(yùn)行。臺站位置和記錄的地震分布見圖2。

圖2 臺站位置和記錄的地震分布Fig.2 Location of stations and the distribution of earthquakes recorded

截止2012年10月記錄3級以上地震140多個，2級左右地震500多個，2級以下地震近300個，大部分分布在祁連山中東段地區(qū)。而且臺網(wǎng)記錄時間跨度長，記錄質(zhì)量優(yōu)良，是研究這一地區(qū)地震活動性、震源機(jī)制及區(qū)域應(yīng)力場時間和空間變化特征的不可多得的基礎(chǔ)資料。

2.2 震源機(jī)制反演

近年來發(fā)展了一種利用P波和S波的初動和振幅比計(jì)算中小地震的震源機(jī)制解的方法［10－11］，由于數(shù)字地震臺站的發(fā)展這種方法越來越得到廣泛的應(yīng)用。本文中使用Snoke在2002年10月更新的程序，程序輸出兩個截面的走向、傾角和滑動角，然后應(yīng)用萬永革等［12］的方法計(jì)算P、T和B軸的走向和仰角。

2.3 兩次中強(qiáng)地震前震源機(jī)制和發(fā)震應(yīng)力場的變化特征

考慮到臺網(wǎng)的記錄時間，我們選擇這一區(qū)域發(fā)生的兩次地震來研究震前地震震源機(jī)制的變化。

（1）2000年6月6日景泰5.9（MS）級地震

本次地震的震中位置為北緯37.02°，東經(jīng)103.91°，震源機(jī)制如圖3和表1所示。圖3（a）為甘肅省地震局應(yīng)用P波初動符號圖解斷層面法，收集本省及鄰近省份共25個臺站P波初動符號，采用斷層面解法作出的震源機(jī)制解；圖3（b）為哈佛大學(xué)公布的震源機(jī)制解。

圖3 2000年6月6日景泰5.9級地震震源機(jī)制解Fig.3 The focal mechanism of Jingtai MS5.9 earthquake on June 6，2000

可以看到，兩個解的結(jié)果大致相同，反映出地震破裂方式為走滑型，節(jié)面Ⅱ與老虎山斷裂的總體走向相一致，也與余震的空間分布和等震線長軸方向相符合。P軸方向?yàn)?5°仰角18°，這表明是NE～SW向的近水平擠壓應(yīng)力作用導(dǎo)致地震的發(fā)生。據(jù)此確定，老虎山斷裂是景泰5.9級地震的孕震和發(fā)震構(gòu)造，震源機(jī)制解的節(jié)面Ⅱ?yàn)榘l(fā)震斷層面 。震中附近（以震中為中心1°×1°范圍）地震分 布，見圖4。

圖4 景泰地震前（1997－01－01－2000－06－06）震中附近2級以上地震分布Fig.4 The earthquake distribution（M≥2.0）around the epicenter before the Jingtai earthquake（Jan.1，1997to Jun.6，2000）

表1 景泰5.9級地震的震源機(jī)制解Table 1 The focal mechanism of Jingtai MS5.9earthquake

用前述方法對這些地震進(jìn)行震源機(jī)制反演，得到1997年1月1日至景泰5.9級地震發(fā)生前震源附近地區(qū)2級地震震源機(jī)制解，其P軸分布和玫瑰圖如圖5。

圖5 P軸分布和玫瑰圖Fig.5 Distribution of P axis and the rose diagram

利用（1）式得到從1997年開始至主震（2000年6月6日）的P軸分布集中度c的變化如圖6。

可以看出，從1998年底開始，主震周圍一定范圍內(nèi)2級以上地震的震源機(jī)制P軸方位角有集中的表現(xiàn)，到1999年底，這種集中表現(xiàn)得更加明顯，大致與主震震源機(jī)制中的P軸一致。

圖6 景泰5.9級地震前P軸方位角集中度c的變化Fig.6 The variation of concentration ratio of distribution of P axis before Jingtai earthquake

（2）2008年3月30日肅南5.1級（MS）地震

本次地震發(fā)生在祁連山地震帶東段，1927年古浪8.0級地震的極震區(qū)（震中位置北緯37.88°，東經(jīng)101.90°）。震源機(jī)制（表2、圖7）顯示該地震為走滑型地震。序列為主震—余震型地震序列。震前曾有前震活動，但是發(fā)生在古浪地震窗口中而難以區(qū)分。宏觀震中位置位于甘肅省肅南縣皇城鎮(zhèn)一帶，極震區(qū)烈度為Ⅵ度，極震區(qū)為長軸東西向的橢圓形。地震震中位于歷史特大地震的極震區(qū)，造成本次地震的發(fā)震構(gòu)造不清晰［13］。

表2 2008年3月30日肅南MS5.1地震的震源機(jī)制Table 2 The focal mechanism of Sunan MS5.1earthquake on March 30，2008

圖7 肅南5.1級地震的震源機(jī)制Fig.7 The seismic source mechanisms of Sunan MS5.1earthquake

本次地震震中距離中法臺網(wǎng)較遠(yuǎn)，震前數(shù)年這一地區(qū)的地震活動中震級較大者被中法臺網(wǎng)中少數(shù)臺站記錄到。我們選取震級大于等于3的地震，利用中法臺網(wǎng)和附近的甘肅數(shù)字臺網(wǎng)的記錄來反演這些地震的震源機(jī)制。下面給出地震前（2003－01－01－2008－03－30）震中附近（以震中為中心1°×1°范圍）3級以上地震分布（圖8）和震源機(jī)制解中P軸分布（圖9），P軸方位角集中度 的變化（圖10）。

圖8 地震前（2003－01－01－2008－03－30）震中附近（以震中為中心1°×1°范圍）3級以上地震分布Fig.8 Earthquake distribution（M≥3.0）around the epicenter before Sunan earthquake（Jan.1，2003to March 6，2000）in 1°×1°centered the epicenter

從圖10可以看出，2006年中開始P軸開始有集中的表現(xiàn)，隨后有一定程度的發(fā)散，但是到2007年底P軸分布進(jìn)一步集中直到主震發(fā)生，與主震的震源機(jī)制大致一致。

3 結(jié)論和討論

圖9 P軸分布和玫瑰圖Fig.9 Distribution of P axis and the rose diagram

本文定義了“P軸分布集中度”研究中強(qiáng)地震前中小地震震源機(jī)制變化，這個參數(shù)較之P軸的玫瑰分布圖更能顯示P軸方向在地震孕育過程的動態(tài)變化。利用祁連山中東段地區(qū)布設(shè)的中法微震數(shù)字監(jiān)測臺網(wǎng)多年的監(jiān)測資料和甘肅數(shù)字監(jiān)測臺網(wǎng)的資料，使用初動和振幅比聯(lián)合反演方法研究了兩次中等地震前中小地震震源機(jī)制和發(fā)震應(yīng)力場的變化。結(jié)果表明，兩次中等地震前的中小地震震源機(jī)制解在震前1～2年中顯示P軸開始集中，在震前集中到大約與主震震源機(jī)制一致。

從兩次中等地震前震源機(jī)制研究的結(jié)果看，2000年6月6日景泰5.9級地震前P軸方位角的集中單調(diào)地變化；而2008年3月3日肅南5.1級地震前P軸方位角從2006年初開始表現(xiàn)集中，但是在2007年初集中度減小，到2007年底又開始更大程度的集中，直到主震發(fā)生。其原因可能是景泰5.9級地震的發(fā)震斷層構(gòu)造比較單一，而肅南5.1級地震震中區(qū)域斷層構(gòu)造復(fù)雜，因而在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力集中的過程中會發(fā)生局部的調(diào)整，然后區(qū)域應(yīng)力場進(jìn)一步增強(qiáng)，使中小地震的震源機(jī)制逐漸趨于一致。

圖10 肅南5.1級地震前P軸方位角集中度c的變化Fig.10 The variation of concentration ratio of distribution of P axis before Sunan earthquake

應(yīng)當(dāng)指出，本文定義的“P軸分布集中度”只考慮了P軸方位角，因此此方法主要針對發(fā)震應(yīng)力場P軸傾角較小的地震，即走滑型為主的地震。

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