四川長寧地區ML4.0以上地震震源機制解及震源深度反演

蔡一川 程靜馥

（中國成都 610041四川省地震局）

四川長寧地區ML4.0以上地震震源機制解及震源深度反演

蔡一川 程靜馥

（中國成都 610041四川省地震局）

2013年1月至11月四川長寧地區發生5次ML≥4.0地震，利用四川省數字地震臺網近震波形資料，采用CAP方法，對其震源機制進行反演。結果顯示：5次中強地震震源錯動類型均屬于逆斷層；主壓應力P軸傾角較小；地震震源深度較淺，最佳震源深度3—5km。

CAP方法；震源機制解；震源深度；數字地震臺網

0 引言

2013年1月至11月四川長寧地區共發生5次ML≥4.0地震，為1970年以來該地區4級以上地震頻發時段。這些頻繁發生的中等強度地震為研究該地區活動構造和構造應力場提供了重要信息。

震源機制解對于震源過程研究和地震預報研究具有重要意義，是研究現代構造應力場的基礎資料之一，通過震源機制研究，可以分析地震發生的力學過程，推斷地震的主要成因。在震源機制研究中，國內外學者積累了大量經驗，并取得諸多研究成果（趙凌云，2010；呂堅，2011；易桂喜，2012）。其中，采用Zhao和Helmberger等提出的CAP（Cut And Paste）方法獲取震源機制解（Zhao L S，1994；Zhu L P，1996），在國內外諸多研究成果中得到了充分證明；CAP方法由于采用分段波形擬合，其中Pnl波和面波包含有效確定震源深度的震相信息，因此可作為一種研究震源深度的方法（Zheng Y，2009；宋美琴，2012；謝祖軍，2013）。CAP方法的優點體現在，反演震源機制解時使用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。本文收集四川及云南地震臺網寬頻帶數字地震儀的近震波形數據，利用CAP方法，對2013年1月至11月長寧地區ML≥4.0地震震源機制和震源深度進行反演。

1 研究方法和地殼模型

1.1 CAP方法

CAP方法的主要思想是，將近震波形分為P波（Pnl）和面波（Snl），對其3分量共5部分（Pnl不存在切向分量）給定不同權重進行反演，分別計算實際地震記錄和理論地震圖的誤差函數；在反演過程中，將理論波形與旋轉后的觀測波形濾波，得到Pnl（0.05—0.2 Hz）和Snl（0.02—0.05 Hz）波，進行擬合，對震源參數，在全空間進行格點搜索，得到不同深度的震源機制和誤差，調整震源參數，使波形能夠較好地吻合觀測數據，得到相對誤差最小的震源機制解和震源深度值。

1.2 地殼模型

選取震中距小于250km的22個地震臺站（圖1）記錄數據，在0.05—20 Hz頻率范圍內，儀器幅頻特性曲線平直，記錄數據較好，從中篩選信噪比較高、P波初動明顯、臺站方位分布良好的臺站記錄參與反演。

利用CAP方法，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，擬合最佳震源機制解作為最終反演結果。利用F—K方法，在給定速度模型下計算各個臺站位置的格林函數（Zhu L P，1996），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 地震震中及臺站分布Fig.1 The seismic epicenter and seismic station distribution

圖2 研究地區地殼速度模型Fig.2 The crustal velocity model used in study region

長寧地區位于四川盆地南緣，是盆地內中等強度地震發生頻次相對較高區域。利用綜合Crust 2.0速度模型和川東盆地平均速度模型（趙珠等，1987） 適當調整獲得的速度模型（圖2）計算格林函數。由圖3、 圖4可以看出，理論波形和觀測數據擬合結果均較好，說明速度模型和矩張量結果比較可靠。

對所選5次ML≥4.0地震，采用hypo2000絕對定位方法和川東部盆地平均速度模型（趙珠等，1987）進行重新定位，結果顯示，震中水平位置與四川測震臺網編目結果接近，但震源深度有明顯改善，見表1。因表1中編號為3的ML4.3地震屬于疊加地震，僅對其他4次地震進行反演，且獲得較可靠的結果，增加了該區域中強地震震源機制解基礎資料。

表1 四川長寧ML≥4.0地震重定位結果Table 1 The relocation results of the Changning ML≥4.0 earthquakes in Sichuan Province

2 反演分析

2.1 震源機制解

長寧地區主要斷裂為不對稱的長寧復式大背斜，東西長100km，南北寬20km；主軸走向為：東段呈北西—南東向，西段為近東西向，北西翼陡，傾角40°—60°，南東翼緩，傾角17°—32°。另外，長寧地區有一成鹽時代最早的鈣芒硝—巖鹽礦床鹽，礦床位于震旦系燈影組中下部地層，含鹽系地層總厚475 m。

圖3 2013年2月19日15時55分四川長寧ML4.5地震波擬合Fig.3 The seismic wave ftting fgures for Changning ML4.5 earthquake at BJ time 15:55 on February 19，2013

圖4 2013年4月25日06時10分四川長寧ML5.1地震波擬合Fig.4 The seismic wave ftting fgures for Changning ML5.1 earthquake at BJ time 06:10 on April 25，2013

采用CAP方法反演獲得長寧地區4次ML≥4.0地震震源機制解，圖3—圖5給出兩次較大地震的波形擬合圖和反演結果，震源機制解參數見表2。從圖3和圖4可見，方位角不同臺站的理論波形均能與實際觀測波形較好匹配，且絕對振幅大小較一致，互相關系數大于60%的占95%，反演結果穩定。據地震斷層面及P軸、T軸和B軸傾角的斷層應力特征分類方法（Zoback ML，1992），由圖5、表2分析可知：事件1在震源深度2—10km范圍內震源機制解穩定，震源深度5km處獲得最小深度擬合誤差，表明該地震屬淺源地震，錯動類型為帶走滑分量的逆斷層；事件2 在震源深度2—7km范圍內反演結果穩定，震源深度在3km處獲得最小深度擬合誤差，表明該地震屬淺源地震，錯動類型為逆斷層；事件3 和事件5的錯動類型也為逆斷層。由表2可知，4個地震震源震源深度均在3—5km范圍內。初步推斷：4次中強地震的發震原因與長寧背斜關系不大，更多表現出礦井注水誘發地震活動的某些特征。

表2 四川長寧ML≥4.0地震反演結果Table 1 The inversion results of the Changning ML≥4.0 earthquakes in Sichuan Province

2.2 地震震源深度

準確的震源深度值是日常分析人員判斷地震類型的重要依據，特別是對核爆炸及其他非天然地震的鑒別，震源深度成為決定性判據之一。利用震相到時數據（包括pP - P和sP - P）測定的震源深度被認為是地震初始破裂點深度；矩張量反演深度體現的是震源的一種矩心，既非震源的幾何中心，也非簡單的震源體“質量”中心。不同意義下的震源深度不能彼此替代，可以相互比較。

圖5 地震震源機制隨不同震源深度變化（a） ML4.5地震；（b） ML5.1地震Fig.5 The variation of the focal mechanism solution with different depth

由表1可知，5次地震重定位震源深度范圍為5—10km，與采用深度震相sPn測定的震源深度值（魏婭玲等，2014）存在一定差異，最大差值7km，說明重定位使用的常用到時震相數據地震的震源深度約束不好，見圖1。采用CAP方法反演得到4次地震的震源深度均較淺，最佳震源深度范圍3—5km，在地震波擬合過程中，當反演深度增加或減小時，擬合誤差相應變大，最佳震源深度范圍與阮祥等（2008）對該地區地震震源深度研究結論比較吻合，與采用深度震相sPn測定的震源深度值（魏婭玲等，2014）也較接近。據此可以判定，本研究通過波形擬合得到的地震震源深度值比較可靠，該區域中強地震震源深度通常較淺。

3 結論

（1）采用CAP方法反演長寧地區ML≥4.0地震震源機制，其理論波形與實際觀測波形較匹配，且絕對振幅大小較一致，反演結果穩定、可靠。

（2）本研究反演得到的4次中強地震震源錯動類型均屬于逆斷層；主壓應力P軸傾角較小，在0.3°—17°之間；地震震源深度較淺，最佳震源深度范圍3—5km。

呂堅，鄭勇，馬玉虎，等.2010年4月14日青海玉樹MS4.7、MS7.1、MS6.3地震震源機制解發震構造研究［J］.地球物理學進展，2011，26（5）：1 600-1 606.

阮祥，程萬正，張永久等.四川長寧鹽礦井注水誘發地震研究［J］.中國地震，2008，24（3）：226-234.

宋美琴，李斌，呂芳，等.2010年1月24日山西河津—萬榮MS4.8地震特征［J］.地震地磁觀測與研究，2012，33（1）：18-22.

魏婭玲，蔡一川.采用sPn震相確定四川長寧地區M≥4.0地震震源深度［J］.四川地震，2014，3：438-442.

謝祖軍，金筆凱，鄭勇，等.近遠震波形反演2013年蘆山地震震源參數［J］.地球科學，2013，43（6）：1 010-1 019.

易桂喜，龍鋒，張致偉.汶川MS8.0地震余震震源機制時空分布特征［J］.地球物理學報，2012，55（4）：1 213-122.

趙珠. 張潤生.四川地區地殼上地幔速度結構的初步研究［J］.地震學報，1987，9（2）：154-166.

趙凌云，鄧津，陳俊華，等.基于CAP方法的震源機制研究［J］.長江科學院院報，2010，27（5）：81-84.

Zhao L S，Helmberger D V.Source estimation from broadband regional seismograms［J］.Bull Seis Soc Amer，1994，84：91-104.

Zheng Y，Ma H S，Lv J et al.Source Mechanism of Strong Aftershocks （MS≥5.6） of the 2008/05/12 Wenchuan Earthquake and the Implication for Seismotectonics［J］.Science in China：series D，2009，52（6）：739-753.

Zhu L P，Helmberger D V.Advancement in source estimation techniques using broadband regional seismograms［J］.Bull Seis Soc Amer，1996，86：1 634-1 64l.

Zoback ML.First and second-order patterns of stress in the lithosphere：The world stress map project ［J］ .J Geophys Res，1992，97（B8）：11 703-11 728.

Inversion of focal mechanism and focal depth of the earthquakes more than ML4.0 in Changning，Sichuan Province

Cai Yichuan and Cheng Jingfu
（Earthquake Administration of Sichuan Province，Chengdu 610041，China）

From January to November，2013，fve times ML≥ 4.0 earthquakes happened in Changning district，Sichuan Province.Using the near earthquake wave data of digital seismic network of Sichuan Province，and using CAP method，the focal mechanism of these earthquakes are inverted.The result showed that: The dislocation type of these seismogenic faults belongs to the reverse fault； the dip angle of Principal compressive stress P axis is smaller； the focal dept of these earthquakes depth are shallow； with best depth range of 3-5km.

CAP method，focal mechanism solution，focal depth，digital seismograph network

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.003

蔡一川（1979—），男，工程師，從事系統運維工作。E-mail：sctwsbs@163.com

中國地震局測震臺網青年骨干培養專項（專題編號：20140320）、2015年三結合課題“四川地區臺站記錄不同方位近震震相特征研究”

本文收到日期：2015-03-09