2009年青海大柴旦MS 6.4地震前中小地震震源機制前兆特征分析*

余 娜

(青海省地震局，青海西寧810001)

0 引言

地震是地殼構造活動的產物，是地下介質受到應力作用產生破裂的過程，分析大震前震源周圍中小震的震源參數對于了解震源區的應力狀態具有重要的意義。在日常震情跟蹤中，經常會遇到根據中等地震來判斷其是主震還是前震，其后還會不會有更大的地震發生，能夠快速、準確的判定和識別前震特征對短臨地震預報尤為關鍵。陳颙 (1978)對多個強震震例進行了研究，指出震源機制的一致性可以用來判定一個地震序列是前震序列還是震群序列。王俊國和刁桂苓(2005)、柯龍生等 (1977)、啜永清等 (2000)研究表明，在震群中最大地震發生之前，中小地震震源機制的相對一致性往往是地震活動性增強的標志，而相對紊亂往往伴隨著余震或者地震群活動的減弱，因而，從地震震源機制的一致性可以判斷最大地震是否已發生。

震源機制的確定與地震觀測臺網的空間分布密切相關。在震源機制研究中，有P波初動符號、P波和S波的振幅比等方法，但都有一定的局限性。首先，這些方法需要獲得震中周圍3個或3個以上的臺站記錄，臺站布局對其結果有影響;其次，對震級大小也有一定的要求，但小震的震源機制有其特殊的意義，震級減小能夠獲得記錄的臺站數也相應減少，有時只能獲得單臺記錄，所以不能用這些方法求取震源機制解 (榮代潞，2000)。由于青海省內數字化地震臺網分布比較稀疏，滿足條件的地震波形資料較少，因此，本文使用青海省區域地震臺網記錄到的初至波形資料，利用格林函數庫技術對中小震進行矩張量反演，克服了記錄臺站較少時無法準確得到小震震源機制解的缺陷。

1 方法和原理

當震源距和所涉及的波長遠大于震源的尺度時，可以把震源視為點源。在這種情形下，若設震源位于坐標原點，那么在場點r處的地震位移u(r，t)為

式中，“*”表示時域里褶積。由式 (1)可見，若知道觀測位移 ui(r，t)和格林函數Gij，k(r，t)，便可通過反演得到地震矩張量Mjk(t)。用矩張量表示地震震源的特性時，就能將震源效應和傳播路徑效應分開，而將記錄到的地面運動、震源和傳播路徑三者之間的關系歸結為一種線性關系。矩張量反演既可在時間域內進行，也可在頻率域內進行。在實際應用中，我們一般采用頻率域里的矩張量反演技術。對式 (1)進行傅里葉變換，得到地震位移譜

式中，ω為角頻率。地震位移譜等于格林函數的譜和矩張量的譜的乘積。將反演得到的矩張量的譜經逆傅里葉變換，就可得到作為時間函數的地震矩張量 (陳運泰等，2000;周云好，2002)。為了減少矩張量反演過程中的介質響應——格林函數計算時間，根據上述原理，利用計算格林函數庫技術計算出震源區周邊半徑300 km、采樣間隔0.02 s的格林函數庫，該方法可以在短時間內，快速確定中小地震震源機制解參數。

2 數據處理結果

2.1 資料選取

以2009年8月28日大柴旦6.4級地震為例，選取震前1個月內、距主震100 km范圍、與主震震級相差1級以上、發生在主震震源區附近的ML≥1.5的中小地震 (王林瑛等，2005)，初動波形較清晰、完整，定位精度為A類。隨著震級的減小數字地震波資料的信噪比會下降，對于信噪比較差的資料使用帶通濾波器 (0.05～15 Hz)進行濾波處理，選取了14個符合條件的中小地震。反演程序使用中國地震局地球物理所許力生等提供的矩張量反演程序包，運用格林函數庫確定的結果 (表1、圖1)與USGS給出的結果比較接近，表明本文的反演結果是比較可信的，且主震的理論地震波與實際觀測波形擬合的較好，擬合系數達到90%以上 (圖1c)。

表1 大柴旦6.4級地震及前震震源機制解結果Tab.1 Focal mechanism solutions of Dachaidan M S6.4 earthquake and its foreshock

圖1 大柴旦6.4級地震前中小地震的震源機制解Fig.1 Focal mechanism solutions of mid-small earthquakes before Dachaidan M S6.4 earthquake

2.2 震源機制一致性參數

由于分析處理誤差和數據資料有限等因素影響，一個地震序列中每個地震的震源機制解不可能完全一樣，只能存在相對一致的現象，因此，可以用標準誤差來表征它們分布的集中程度，用參數K值定量的描述震源機制的相對一致情況。

可以保證前震95%的概率落在一致性區間之內。若在N次地震中，震源機制一致的有n1，不一致的有n2個，定義該群地震的震源機制相對一致性參數K為 (陳顒，1978):

K值越接近1，表示震源機制解越一致;K值越接近于0，表示越不一致。對于大柴旦6.4級地震前地震斷層面走向的標準誤差:

其中:i=1，2，3…，N;N是參加統計的前震數目;α前i是第i個前震的斷層面走向;是N個前震斷層面走向的平均值:

大柴旦6.4級地震前地震斷層面傾角的標準誤差為

從計算結果可以看出，主震發生之前中小地震震源參數的一致性較好，斷層面走向、傾角的一致性達到86%，也就是說主震發生前的一系列中小地震的震源機制解趨于一致，可以利用大震前一群地震震源參數K值相對較高這一現象，對地震群的發展趨勢作出估計。

圖2 大柴旦6.4級地震前中小地震的震源機制參數統計圖Fig.2 Statistical chart of focal mechanism parameters for mid-small earthquakes before Dachaidan M S6.4 earthquake

3 分析與討論

通過強震前14個中小地震矩張量反演得到的震源機制解，節面Ⅰ優勢方向為東南和近東西方向，平均方位角為270°(圖2a);P軸優勢方向為北東和南西，平均方位角250°(圖2b)，平均傾角為25°;T軸優勢方向為西北，平均方位角為320°(圖2c)，平均傾角39°。大柴旦6.4級地震的發震主斷層為逆沖左旋走滑斷裂 (姜枚等，2006;孫長虹等，2012)，中小地震震源機制全部為左旋逆沖斷裂，平均傾角也較小，震源深度在5～11 km之間，表明該區域的地震活動受上地殼水平應力場控制，與宗務隆山斷裂運動有密切關系(圖3)。強震前中小地震斷層面走向、傾角的一致性達到86%，表明相對一致性可以作為前兆特征為中小地震活動較發育區域的震情跟蹤工作提供有益的借鑒。

大柴旦6.4級地震前的波形也十分相似，圖4是距2009年8月5日5時 (實線)和8時 (虛線)兩個地震190 km的格爾木臺3個分量P波前50個點的相關關系圖，東西向相關系數為0.91，南北向相關系數為0.69，垂直向相關系數為0.80，其余臺站相關系數介于0.7～0.9。因此，從波形意義上進一步說明主震前一系列中小地震震源機制的相似性，即其震源機制一致性程度較高，具有一定的前兆特征。

圖3 大柴旦6.4級地震及震前中小地震的震源機制解 (a)及構造空間分布 (b)Fig.3 The focal mechanism solutions of Dachaidan M S6.4 earthquake and the mid-small earthquakes before the earthquake(a)and space distribution of construction(b)

4 初步結論

(1)運用矩張量反演理論，通過格林函數庫技術，可以快速計算出中小地震的震源機制解，反演得到的6.4級地震的震源機制解結果與USGS給出結果接近，表明本文結果是可靠的。對強震前14個ML≥1.5級中小地震矩張量反演結果進行一致性分析，認為強震前中小地震的震源參數一致性較高，達86%，其初至P波波形相關系數也較高。初步研究認為大柴旦6.4級地震前的地震序列具有前兆指示意義，在實際的應用中，需注意與前兆資料結合給出震情的分析判定。

圖4 格爾木臺3個分量初至P波波形相關分析圖Fig.4 The correlation analysis chart of first arrival P wave of three component at Golmud Station

(2)根據反演出的矩張量解的分析，中小地震的地震破裂類型全部為左旋逆沖斷裂，平均傾角也較小，震源深度在5～11 km之間，表明該區域的地震活動受上地殼水平應力場控制，與宗務隆山斷裂運動有密切關系。

陳颙.1978.用震源機制一致性作為描述地震活動性的新參［J］.地球物理學報，21(2):142-159.

陳運泰，吳忠良，王培德，等.2000.數字地震學［M］.北京:地震出版社.

啜永清，啜永清，王趙麗，等.2000.用初動符號的變化識別前震和震群的研究［J］.中國地震，16(3):242-255.

姜枚，許志琴，錢榮毅，等.2006.從德令哈地震分析青藏高原北緣東段的深部構造活動［J］.中國地質，33(2):268-272.

柯龍生，李用普，章愛娣，等.1977.前震序列與一般小震群活動規律的探討［J］.地球物理學報，20(2):89-94.

榮代潞，李亞榮，金銘，等.2000.利用單臺數字地震記錄反演天祝—古浪5.4級地震矩張量［J］.高原地震，12(2):32-36.

孫長虹，許豐，楊玉波，等.2012.2003年青海省德令哈6.7級地震序列的震源機制解及其構造含義［J］.地球物理學報，55(10):3338-3346.

王俊國，刁桂苓.2005.千島島弧大震前哈佛大學矩心矩張量(CMT)解一致性的預測意義［J］.地震學報，27(2):178-183.

王林瑛，陳佩燕，吳忠良，等.2005.前震特征及其識別研究［J］.地震學報，27(2):171-177.

周云好.2000.用遠場體波反演震源破裂過程研究［D］.北京:中國地震局地震預測研究所，20-25.