利用不同速度模型反演越西MS5.2地震震源機制解及震源深度

魏婭玲 黃雪影（中國成都610041四川省地震局）

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利用不同速度模型反演越西MS5.2地震震源機制解及震源深度

魏婭玲 黃雪影
（中國成都610041四川省地震局）

摘要為了解不同速度模型對四川越西MS5.2地震震源機制解及震源深度結果的影響，我們使用四川和云南測震臺網寬頻帶數字地震波形，采用CAP方法和3種不同速度模型進行波形反演，結果顯示：①3種模型獲得的臺站波形擬合互相關系數均大于61%，且地震震源機制解參數基本一致，結果穩定、可靠；②反演得到越西地震的矩震級為MW5.03，震源深度為10 km，斷層節面Ⅰ走向355°、傾角81°、滑動角29°，節面Ⅱ走向260°、傾角61°、滑動角170°，P軸方位角124°、仰角14°，T軸方位角221°、仰角27°，該地震斷層屬于左旋走滑型；③推斷此次地震活動是大涼山斷裂左旋走滑錯動結果。

關鍵詞Crust 2.0速度模型；CAP方法；震源機制解；震源深度

0 引言

震源機制解直觀反映了地震破裂幾何特征和運動學特征，是研究區域構造應力的基礎，因此震源機制解和震源深度是地震工作者關心的重要參數（鄧起東等，2002）。區域性寬頻帶地震波形資料包含豐富的地震震源和區域地殼信息，利用區域寬頻帶波形資料研究地震震源機制解及震源深度，有助于了解震源區應力狀態和發震斷層構造特征，也是理解地震孕育過程的重要途徑。目前，已經發展多種波形反演方法研究震源機制解，包括：長周期面波（張國民等，2002）、體波（Lay et al，1982；Xu et al，2007）和近場記錄（Takeo，1987；Dreger et al，1993）等。波形反演方法或速度模型不同，反演結果往往存在差異。為此，本文選用3種速度模型，采用CAP（Zhao et al，1994；Zhu et al，1996）方法，反演越西MS5.2地震震源機制解，搜索最佳震源深度，對結果進行對比分析，以提高研究結果的科學性。

據中國地震臺網中心統一地震目錄測定，北京時間2014年10月1日09時23分，在四川省涼山州越西縣（28.38°N，102.74°E）發生MS5.2地震，震中位于大涼山斷裂帶，震源深度10 km，地震造成多間民房倒塌或開裂，對當地居民生活產生不小影響。大涼山斷裂帶是一條新生斷裂帶，在四川安寧河斷裂帶和則木河斷裂帶以東，北起石棉北的鮮水河斷裂帶南端，向南經越西、普雄、昭覺、布拖至云南巧家匯入小江斷裂帶，總體走向330°—360°，傾角較陡，全長約280 km（何宏林等，2008）。大涼山斷裂帶缺乏大破壞性地震記錄，且地處邊遠山區，易被忽視，對該次地震的震源機制解及震源深度進行研究，以此揭示地震發生機理。

1 數據模型

1.1 資料選取

四川越西MS5.2地震發生前，震中250 km范圍內正常運行的固定臺站有28個，均配備寬頻帶記錄儀，為研究此次地震震源性質提供了重要基礎資料。采用四川和云南測震臺網震中距較近臺站的寬頻帶地震記錄波形，采用CAP方法，對震源機制解和震源深度進行反演，經過臺站選擇，最終選用50 km≤Δ≤200 km、信噪比相對較高的15個臺站進行波形反演，臺站包圍震中的最大空隙角為72°。地震震中與所選臺站分布見圖1，從圖1可見，所選臺站對此次地震震中具有較強的控震能力。

圖1　震中與參與反演的臺站分布Fig.1 Distribution of epicenter of the stations used in inversion

1.2 速度模型

在震源機制解研究中，國際上一些地震學者（Zhao et al，1994；Zhu et al，1996；Tan et al，2006）建立和發展了一種用于反演地震矩張量解的CAP（Cut And Paste）方法，將寬頻帶數字地震記錄分解為體波部分(Pn1)和面波部分，分別計算其合成波形和真實記錄的誤差函數，搜索最佳震源深度和震源機制解，同時確定地震矩震級。其優點體現在，震源機制解反演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。目前，國內許多學者采用該方法作過不少研究（鄭勇等，2009；趙凌云，2010；呂堅，2011；易桂喜，2012；謝祖軍，2013；張玲等，2013），研究結果充分證明了CAP方法對地震震源機制解與震源深度研究的有效性與可靠性。

圖2　用于地震波反演3種速度模型Fig.2 Three velocity models used in the seismic inversion

為了提高研究結果的可靠性，綜合多年來四川西部地區地殼速度結構研究成果，選用3種速度模型用于越西MS5.2地震震源機制解波形反演。圖2是本研究中用于地震波反演的3種速度模型，其中模型A表示Crust 2.0模型，該模型在全球尺度上提供2°×2°分辨率的地殼速度模型，并提供地殼各層的密度分布，雖然空間分辨率不高，但結果較為可靠。模型B為林向東等（2013）給出的模型，該模型根據川西地區人工地震測深剖面和波形擬合結果，并做適當調整后建立，較模型A和模型C的速度分層更為精細。模型C為鄭勇等（2009）給出的模型，是結合人工地震測深和Crust 2.0模型而建立的速度模型。

2 反演結果

2.1 震源機制解

對選取的15個地震臺站波形數據，利用3種模型，采用CAP方法，對四川越西MS5.2地震進行波形反演，反演結果見圖3—圖5（圖中的黑線是觀測波形，紅線是理論波形）。由圖3—圖5可知：①由模型A反演得到各地震臺波形擬合互相關系數均大于65%，RMS值為4.37×10-2，矩震級MW= 4.99，比中國地震臺網中心統一地震目錄的面波震級小0.21；②由模型B反演得到各地震臺波形擬合互相關系數均大于66%，RMS值為3.769×10-2，比模型A和模型C的值小，矩震級MW=5.03，比中國地震臺網中心統一地震目錄的面波震級小0.17，MW比模型A大0.04；③由模型C反演得到各地震臺波形擬合互相關系數均大于61%，RMS值為4.548×10-2，較模型A的值偏大，矩震級MW= 5.1，比中國地震臺網中心統一地震目錄的面波震級小0.1，MW比模型A大0.11，比模型B大0.07。由3種模型反演得到的最大矩震級與最小矩震級之差僅0.11，充分證明了反演結果的可靠性（圖3—圖5）。

圖3　模型A波形擬合反演Fig.3 Inversion of waveform fi tting using model A

圖4　模型B波形擬合反演Fig.4 Inversion of waveform fi tting using model B

圖5　模型C波形擬合反演Fig.5 Inversion of waveform fi tting using model C

從上述統計分析可知，3種速度模型得到的理論波形均能較好地與實際記錄波形匹配，波形擬合效果比較理想。將3個波形反演結果進行對比分析，發現：分層較精細的模型B較模型A和模型C的波形擬合互相關系數大，RMS值相對較小，說明模型B更適合四川越西地區，故選用模型B的反演結果作為最合理的震源機制解，結果為：節面Ⅰ走向355°、傾角81°、滑動角29°，節面Ⅱ走向260°、傾角61°、滑動角170°，矩震級為MW= 5.03，最佳震源深度為10 km。

表1　不同模型反演越西MS5.2地震震源機制及震源深度結果Table 1 Focal mechanism and focal depth results of the Yuexi MS5.2 earthquake obtained with different velocity models

2.2 震源深度

利用3種速度模型，反演越西MS5.2地震震源深度（圖6），其中圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)分別是模型A、模型B和模型C反演得到的深度誤差擬合圖。從圖6可見，3種速度模型反演得到的震源機制解在各深度上較為一致，且在深度0—26 km范圍內比較穩定。結果顯示：越西MS5.2地震最佳震源深度范圍8—10 km；在最佳震源深度附近，擬合誤差最小，而當深度增加或者減小時，擬合誤差變大，且矩震級隨震源深度增加而增大。模型A反演的最佳震源深度為9 km，比中國地震臺網中心統一地震目錄給出的震源深度小1 km；模型B反演的最佳震源深度為10 km，與中國地震臺網中心統一地震目錄給出的震源深度相同；模型C反演的最佳震源深度為8 km，比中國地震臺網中心統一地震目錄給出的震源深度小2 km。由震源深度反演結果可知，模型B為擬合反演的最佳模型，則越西MS5.2地震的震源深度為 10 km，為淺源地震。

作者采用MSDP中的locsat絕對定位方法和川滇三維速度模型對本次地震進行重新定位，定位結果顯示，震中水平位置與中國地震臺網中心統一地震目錄給出的震中水平位置接近，重定位震源深度值約9 km，與二維模型B反演得出的震源深度值比較接近，說明三維速度模型重定位的震源深度應該比較可靠。

圖6　3種速度模型反演得到的震源深度誤差擬合Fig.6 The focal depth fi tting fi gure of the three kinds velocity model inversion

3 結論

大涼山斷裂帶總體走向330°— 360°，傾角較陡，全長約280 km（何宏林等，2008）。越西MS5.2地震震中位于大涼山斷裂，地震震源機制解的一個節面（走向355°、傾角81°、滑動角29°）與大涼山斷裂產狀較為一致，且主壓應力方向為N55°W，因此推測該斷裂為發震斷裂的可能性大。綜上所述，得出以下結論。

（1）3種速度模型反演得到的各臺站波形擬合互相關系數均大于61%，震源機制解較為一致，結果穩定、可靠。分層較為精細的模型B波形擬合互相關系數最大，更適合四川越西地區。

（2）CAP方法反演得到越西地震的矩震級為MW= 5.03；震源機制解參數為：節面Ⅰ走向355°、傾角81°、滑動角29°，節面Ⅱ走向260°、傾角61°、滑動角170°，P軸方位角124°，仰角14°；該地震斷層屬于左旋走滑型，略兼逆沖。

（3）越西MS5.2地震震源深度為 10 km，屬于淺源地震。

（4）震源機制解節面Ⅰ參數與震中附近大涼山斷裂產狀較為一致，主壓應力方向與區域應力方向也比較一致，說明此次地震活動是大涼山斷裂左旋走滑錯動的結果。

參考文獻

鄧起東，張培震，冉勇康，等. 中國活動構造基本特征[J]. 中國科學D輯（地球科學），2002，32（12）：1 020-1 030.

何宏林，池田安隆，何玉林，東鄉正美，陳杰，等.新生的大涼山斷裂帶——鮮水河—小江斷裂系中段的裁彎取直[J]. 中國科學D輯（地球科學），2008，5：564-574.

林向東，葛洪魁，徐平，Douglas Dreger，蘇金蓉，王寶善，武敏捷. 近場全波形反演：蘆山7.0級地震及余震矩張量解[J].地球物理學報，2013，56（12）：4 037-4 047.

呂堅，鄭勇，馬玉虎，等. 2010年4月14日青海玉樹M 4.7、M 7.1、M 6.3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.

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）：1 213-1 227.

張國民，汪素云，李麗，等. 中國大陸地震震源深度及其構造意義[J].科學通報，2002，47（9）：663-668.

鄭勇，馬宏生，呂堅，倪四道，李迎春，韋生吉. 汶川地震強余震（MS≥5.6）的震源機制解及其與發震構造的關系[J].中國科學D輯（地球科學），2009，39（4）：413-426.

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.

張玲，宋美琴，韓立波，范瑾，趙曉云.用CAP方法研究大同—陽高4.6級地震震源機制[J].地震地磁觀測與研究，2013，34（1/2）：36-40.

Dreger D S, Helmberger D V. Determination of source parameters at regional distances with three-component sparse network data[J].Geophys Res, 1993, 98: 8 107- 8 125.

Lay T,Giveva J W,Kanamori H.Long period mechanism of the 8 November 1980 Eureka,Cafforniaearthquake[J].Bull Seismol Soc Amer, 1982, 72: 439-456.

Takeo M. An inversion method to analyze the rupture processes of earthquakes using near- fi eld seismogram[J].Bull Seismol Soc Amer, 1987, 77: 490-513.

Xu L,Rondenay S, van der Hilst R D.Structure of the crust beneath the Southeastern Tibetan Plateau from teleseismic receiver functions[J].Phys Earth Planet Inter, 2007, doi:10.1016/j.pepi.2007.09.002.

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

Zhu L P, Helmberger D V. Advancement in source estimation techniques using broadband regional seismograms[J]. Bull Seis Soc Amer, 1996, 86: 1 634-1 641.

Tan Y, Zhu I P, Helmberger D V, et a1. Locating and modeling regional earthquakes with two stations [J]. JGeophysRes，2006, 111, 1301306, doi:1029/2005JB003775.

Inversing the focal mechanism and the focal depth of Yuexi MS5.2 earthquake using the different velocity model

Wei Yaling and Huang Xueying
(Earthquake Administration of Sichuan Province，Chengdu 610041，China)

Abstract

In order to understand the in fl uences of different velocity model in the inversion result of the Sichuan Yuexi MS5.2 earthquake focal mechanism and focal depth， we perform seismic waveform inversion with the Sichuan and Yunnan Provinces seismic network wideband digital seismic waveform and CAP method， adopting the three different velocity models， respectively. The result showed: ①Using three velocity model， the correlation coef fi cients of waveform fi tness for all stations are larger than 61%， and inversion results are consistent well， they are stable and reliable. The waveform fi tting relationship coef fi cient of the model B is the largest， the model should be more suitable for the west region in Sichuan Yuexi region.②The moment magnitude was MW5.03. The earthquake focal depth is 10 km. The strike angle， dip angle， and slip angle are 355°， 81°， and 29°， respectively， for the one nodal plane. The strike angle， dip angle and slip angle are 260°， 61° and 170°， respectively， for another nodal plane. The azimuth angle and elevation angle are 124° and 14°， respectively， for P axis. The azimuth angle and elevation angle are 221°， 27°， respectively， for T axis. The results indicate that the fault belongs to sinistral strikeslip type.③The one nodal plane parameters accord with big Liangshan fault attitude near the epicenter. Principal compressive stress direction and regional stress direction is consistent. So that，the result indicates that this earthquake activity is due to the sinistral strike-slip movement of big Liangshan fault.

Key words：Crust 2.0 velocity model， CAP method，focal mechanism solution， focal depth

doi:10. 3969/j. issn. 1003-3246. 2016. 01. 006

基金項目：中國地震局測震臺網青年骨干培養專項（專題編號：20140320）

作者簡介：魏婭玲（1979—），女，高級工程師，從事大震速報工作。E-mail：sctwsbs@163.com

本文收到日期：2015-08-04