高朝軍, 張志鵬, 夏愛國

(1.新疆地震局巴里坤地震臺，新疆 哈密 839000； 2.新疆地震局預(yù)報中心，新疆 烏魯木齊 830011)

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2012年新疆新源、和靜交界MS6.6地震前后震源機制解一致性參數(shù)變化特征①

高朝軍1, 張志鵬1, 夏愛國2

(1.新疆地震局巴里坤地震臺，新疆 哈密 839000； 2.新疆地震局預(yù)報中心，新疆 烏魯木齊 830011)

摘要：基于新疆地震臺網(wǎng)中心自2009年1月—2013年5月的波形數(shù)據(jù)，利用CAP方法和P波初動方法計算2012年6月30日新疆新源、和靜交界MS6.6地震周圍(81°~89° E，42°~45° N)共418次中小地震震源機制解，反演其一致性參數(shù)Var的空間分布特征。結(jié)果表明：震中附近一致性參數(shù)Var在震前呈低值，震后恢復(fù)正常；震前最大主應(yīng)力P軸方位角與主震基本一致，震后恢復(fù)到歷史平均水平。

關(guān)鍵詞：新源、和靜交界MS6.6； 震源機制解； 一致性參數(shù)Var； P軸方位角。

0引言

據(jù)中國地震局地震臺網(wǎng)測定，2012年6月30日新疆維吾爾自治區(qū)新源、和靜交界(43.42° N, 84.75° E)發(fā)生MS6.6地震。該地震位于中天山地區(qū)，是自2011年6月以來新疆地區(qū)時間上連續(xù)、空間上多帶分布的又一次5.0級以上強震。本文將通過其周圍大量震源機制解反演的一致性參數(shù)，嘗試對此次地震前后的變化特征做進一步的跟蹤分析與研究。

運用大量中小地震震源機制解既可以描述震源區(qū)應(yīng)力場狀態(tài)，又能探討大范圍構(gòu)造應(yīng)力場的作用，從動力成因和運動學(xué)角度分析大震區(qū)數(shù)年來應(yīng)力場演化特征。前蘇聯(lián)學(xué)者Sadovsky等[1]認(rèn)為加而姆地區(qū)中強地震前一年半至兩年內(nèi)，小震P軸取向由紊亂趨于一致；陳颙[2]根據(jù)海城前震序列提出用震源機制的一致性作為判別前震的新參數(shù)，Gephart[3]隨后對震源機制解一致性參數(shù)θ進行討論并給出了詳細定義；刁桂苓等[4]通過分析夏威夷Kaoiki地區(qū)的震源機制變化，提出利用震源區(qū)應(yīng)力場的改變來進行地震預(yù)報；趙英萍等[5]對張北地震序列震源一致性參數(shù)θ進行時間掃描，發(fā)現(xiàn)在強余震前一致性參數(shù)θ都出現(xiàn)低值異常；付虹等[6]認(rèn)為滇中地區(qū)強震發(fā)生在中小地震震源機制一致性參數(shù)θ低值分布區(qū)內(nèi)或其邊緣附近；Michael等[7-9]認(rèn)為一致性參數(shù)Var也可以用來描述應(yīng)力張量的時空變化，并認(rèn)為一致性參數(shù)Var與前面所述的一致性參數(shù)θ是等價的且為線性關(guān)系；Stefan Wiemer等[10]通過對南加州應(yīng)力張量的空間分布圖形分析認(rèn)為，應(yīng)力張量在1999年Hector Mine 的MW7.1地震前處于低值狀態(tài)；另外，王熠熙等[11]、榮代潞等[12]對大震前后主壓應(yīng)力P軸方位角的變化也進行了分析討論。

本文對新源、和靜交界MS6.6地震前后中小地震震源機制解進行計算，利用一致性參數(shù)Var的空間分布和區(qū)域平均最大主壓應(yīng)力P軸方位角，得出地震前后的變化過程及主要特征。

1資料數(shù)據(jù)

1.1數(shù)據(jù)來源

利用2009年1月—2013年5月間新疆地震臺網(wǎng)中心記錄的81°~89° E，42°~45° N范圍內(nèi)MS≥2.3(即ML≥3.0)地震目錄，挑選出震相相對清晰、記錄臺站相對較多的地震事件共418個,其中對于MS≤3.9地震采用P波初動方法計算其震源機制解，共計算了395次地震事件；針對MS≥4.0，采用CAP方法計算其震源機制解，共計算了23次地震事件。

1.2P波初動方向計算原理

在求解震源機制解的方法中，最初常采用P波初動[13]，該方法操作簡單。以2009年2月23日新疆和靜縣(42.61° N,85.91° E)MS2.9地震為例，挑選出臺站記錄清晰、P波初動方向清楚共45個，按照相對方位角畫出其空間分布[圖1(a)]，然后通過控制矛盾比搜索出一對最佳節(jié)面解[圖1(b)]。但該方法在求解震源機制解時對資料要求苛刻，要求記錄足夠多，并且在震源球面上的分布范圍足夠廣，數(shù)據(jù)覆蓋較好，對于臺站記錄較少、分布不均勻的震級較大地震，計算出的震源機制解誤差較大。

1.3CAP方法計算原理

Cut and Paste (簡稱CAP)方法可以克服由于調(diào)整記錄少等缺點[14-16]，在震源機制解和震源深度計算方面被大量應(yīng)用[17-20]。結(jié)果顯示，利用該方法得到的震源深度比較準(zhǔn)確，其對應(yīng)的震源機制解較為合理，這為更進一步研究深部構(gòu)造斷裂提供了重要依據(jù)。

該方法利用近震體波和面波信息，將寬頻帶數(shù)字地震波形記錄分解為體波Pnl和面波兩部分[21]，在雙力偶震源假設(shè)下，利用反演結(jié)果對地殼速度結(jié)構(gòu)模型及橫向變化的依賴性相對較小等特點，以合成波形和真實記錄的誤差函數(shù)極小為目標(biāo)，搜索出最佳深度和對應(yīng)的震源機制解。

計算理論格林函數(shù)時，使用國際上通用的分層結(jié)構(gòu)模型。趙俊猛等[22]利用人工爆破獲得了天山中段速度模型，作為該次地震的地下結(jié)構(gòu)速度模型，經(jīng)過前期對多次中強地震的分析計算，認(rèn)為此模型是合理可信的。本文采用上述的研究成果——平行分層地殼模型，具體分層速度分布見表1。

以2012年6月30日新源(43.38° N，84.58° E)MS4.5地震為例，采用上述地殼速度結(jié)構(gòu)模型，利用CAP方法計算擬合誤差隨震源深度的變化以及最小擬合誤差下的震源機制解(圖2)。

圖1　利用P波初動方向計算震源機制解 Fig.1　The focal mechanism solution using P-wave first motion method

層序(自上而下)厚度/kmS波速度/(km·s-1)P波速度/(km·s-1)密度/(103kg·m-3)133.25.71.022143.35.92.13113.46.12.4493.56.32.755113.86.42.8693.957.03.1

圖2(a)為該次地震事件的擬合誤差隨震源深度的分布，可以看出震源深度的變化對擬合誤差有明顯影響，根據(jù)誤差最小判定原則，本次地震事件的最小擬合誤差對應(yīng)的最佳震源深度約為21km;其對應(yīng)的震源機制解中一節(jié)面走向191°、傾角79°、滑動角-28°，經(jīng)過進一步計算得到另一個節(jié)面解走向287°、傾角62°、滑動角-167°，這與哈佛大學(xué)關(guān)于該地震的震源機制解基本一致。

圖2　新源、和靜交界MS4.5地震震源機制解反演結(jié)果Fig.2　Inverse result of the focal mechanism of the Xinyuan-Hejing MS4.5 earthquake

1.4震源區(qū)周圍大量中小震源機制解空間分布

通過1.2和1.3中所述兩種方法，計算出81°~89° E，42°~45° N范圍內(nèi)2009年1月—2013年5月間418個MS≥2.3(即ML≥3.0)地震的震源機制解。它們主要分布在大型斷裂帶及其附近和山前盆地交界處(圖3)。

圖3　2009年1月—2013年5月ML≥3.0地震震源機制解空間分布 (中間部分的藍色五角星　　　為新源、和靜交界MS6.6地震震中位置)Fig.3　The spatial distribution of focal mechanisms of earthquake with ML≥3.0 from January 2009 to　　　 May 2013 (Blue pentagram represents epicentral location of Xinyuan-Hejing MS6.6 earthquake)

2一致性參數(shù)Var

應(yīng)力場反演可以反映較大范圍應(yīng)力場主壓應(yīng)力P軸、T軸和B軸的分布，應(yīng)力大小和均勻性。一致性參數(shù)variance(下文簡稱Var)用來描述節(jié)點處應(yīng)力張量與區(qū)域應(yīng)力場之間的方差，表示已知的震源機制解與理論上的應(yīng)力張量間的離散程度。很多算法[3，7-9]可被用來計算一致性參數(shù)，本文采用快速算法。

通常情況下，Var數(shù)值較小(小于0.1)，說明該節(jié)點處震源機制解反演的應(yīng)力張量與區(qū)域應(yīng)力張量之間偏離較小，即應(yīng)力場的一致性較好；Var數(shù)值較高(大于0.2)，說明該節(jié)點處震源機制解反演的應(yīng)力張量與實際的震源機制解應(yīng)力張量之間偏離較大，即應(yīng)力場的一致性較差[23-24]。

3結(jié)果分析

3.1一致性參數(shù)空間變化

對81°~89° E，42°~45° N范圍內(nèi)2009年1月—2013年5月間418個MS≥2.3(即ML≥3.0)地震的震源機制解，利用ZMAP軟件進行一致性參數(shù)計算。采用0.2°×0.2°來劃分空間網(wǎng)格，取最少地震個數(shù)為30來計算一致性參數(shù)Var(采用不同的網(wǎng)格劃分和最低采樣個數(shù)，結(jié)果表明這些方式對計算結(jié)果無實質(zhì)性影響)，得到2012年6月30日新源、和靜MS6.6地震前后Var的空間分布圖像(圖4)。由圖4(a)可知，地震前震中周圍的Var處于低值狀態(tài)(0.15左右)；由圖4(b)可知，震后其周圍的Var值有所恢復(fù)(大于0.2)。

圖4　不同時間段內(nèi)ML≥3.0地震震源機制解一致　　　性參數(shù)Var的空間分布Fig.4　Spatial distribution of the consistency parameter Var　　　 of focal mechanisms of ML≥3.0 earthquakes in　　　 different periodes

究其原因，在本次主震前，震源區(qū)震源機制解受應(yīng)力場的統(tǒng)一運作，應(yīng)力場的一致性較好，因而一致性參數(shù)處于低值狀態(tài)；而在主震發(fā)生之后，震源區(qū)應(yīng)力得到釋放，構(gòu)造應(yīng)力場控制作用增強，地震以離散發(fā)生的中小地震為主。

3.2最大主壓應(yīng)力P軸方位

通過CAP方法計算2012年6月30日新源、和靜交界MS6.6地震震源機制解[25]，結(jié)果顯示其節(jié)面1走向39°、傾角46°、滑動角12°；節(jié)面2走向301°、傾角81°、滑動角135°，進一步計算可知其最大主壓應(yīng)力P軸方位角為357°。

仿照3.1中所述，同樣利用ZMAP軟件得到2012年6月30日新源、和靜MS6.6地震前后最大主壓應(yīng)力P軸方位角空間分布圖像(圖5)。震前震源區(qū)最大主應(yīng)力P軸方位角近NS向[圖5(a)]，非常接近主震主壓應(yīng)力P軸方位角357°；而震后震中附近最大主應(yīng)力P軸方位角為NNW方向[圖5(b)]，與主震主壓應(yīng)力P軸方位角357°有一定夾角(接近30°)，與北天山西段應(yīng)力場反演結(jié)果NWW向[26]基本一致，在一定程度上表明地震發(fā)生后其周圍應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，與歷史平均水平一致。

究其原因，在本次主震前，震源區(qū)附近應(yīng)力集中，其平均最大主壓應(yīng)力P軸方位角與主震基本一致；地震發(fā)生后，震源區(qū)應(yīng)力得到釋放，恢復(fù)到與區(qū)域應(yīng)力場一致的狀態(tài)，導(dǎo)致平均最大主壓應(yīng)力P軸方位角與主震有一定夾角。

4結(jié)論與討論

大量中小地震震源機制的一致性是判斷地震危險性的一個有用判據(jù)。任何一個地震序列都有發(fā)生、發(fā)展、衰退的過程， 前震或在震群中最大地震發(fā)生之前，震源區(qū)震源機制解趨于一致則表明孕震區(qū)域受到構(gòu)造應(yīng)力場控制，處于持續(xù)增強的過程；震后大范圍低值異常不復(fù)存在，表明區(qū)域處于應(yīng)力松弛狀態(tài)?？梢岳谜鹪礄C制一致性參數(shù)研究大地震發(fā)生之前一系列前震,得到震源機制解變化情況，探索孕震區(qū)背景構(gòu)造應(yīng)力場的動力過程，進而確定該區(qū)域未來地震的危險性。

基于大量中小地震震源機制解得到一致性參數(shù)和主壓應(yīng)力P軸方位角的變化，其主要特點如下：

(1) 主震發(fā)生前，孕震區(qū)一系列中小地震震源機制解一致性參數(shù)Var比較低，說明這些地震受到了震源區(qū)應(yīng)力場的統(tǒng)一作用；而主震發(fā)生后震源機制解的一致性參數(shù)Var比較高，說明背景應(yīng)力場的控制作用開始增強，導(dǎo)致后續(xù)地震的震源機制散亂。因而震前一致性參數(shù)處于低值狀態(tài)，可能是中強地震前的一種前兆現(xiàn)象。

(2) 震前震源區(qū)附近應(yīng)力集中，其平均最大主壓應(yīng)力P軸方位角與主震基本一致；震后其平均最大主壓應(yīng)力P軸方位角與主震有一定夾角，并恢復(fù)到與區(qū)域應(yīng)力場一致的狀態(tài)。

(3) 強震發(fā)生前一致性參數(shù)處于低值狀態(tài)，同時最大主壓應(yīng)力P軸方位角與歷史平均水平不太一致，這可能為未來中強地震的發(fā)震地點判定提供了一些參考依據(jù)，但目前積累的震例不多，還需進一步積累和深入研究。

致謝：文中使用了鄭勇提供的CAP的計算程序，并得到了新疆地震局李志海、羅炬等人的大力幫助，計算結(jié)果與青海地震局姚家駿進行了深入探討，文中部分圖件使用GMT繪制，審稿專家提出了寶貴的意見和建議，在此一并表示感謝！

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Variation Characteristics of Consistency Parameter of Focal Mechanisms before and after the 2012 Xinyuan-HejingMS6.6 Earthquake

GAO Chao-jun1, ZHANG Zhi-peng1, XIA Ai-guo2

(1.BalikunSeismicStation,EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion,Hami839000,Xinjiang，China;2.ForecastingCenter,EarthquakeAdministrationofXinjiangUygurAutonomousRegion,Urumqi830011,Xinjiang，China)

Abstract：On June 30, 2012, an MS6.6 earthquake occurred at the border of Xinyuan and Hejing in Xinjiang. This study inversed the spatial distribution of the consistency parameter Var (variance) and the azimuth of the mean maximum principal compressive stress P axis and found some changes in these parameters. First, on the basis of the waveform data of January 2009-May 2013 recorded by the Xinjiang Seismic Network Center, we used the cut-and-paste and P-wave first motion methods to inverse the focal mechanism solutions of 418 small-to-moderate earthquakes around the main shock area of the above mentioned MS6.6 earthquake. Then, we inversed the consistency parameter and azimuth variation of the mean principal compressive stress P axis. From the study results, we derive three conclusions. First, prior to the main shock, around the seismogenic zone, the Var value was relatively low, which means that the earthquake action was affected by the stress field of the seismogenic zone. After the main shock, the Var value significantly increased, which means that the control of the background stress field began to strengthen. Second, prior to the main shock, the stress near the epicenter area began to concentrate, and the azimuth of the mean maximum principal compressive stress P axis was consistent with the main shock. However, after the main shock, this azimuth exhibited a certain angle from the main shock and was consistent with the azimuth of the regional stress field. Third, prior to the main shock, the Var value was relatively low, and the azimuth of the maximum principal compressive stress P axis was not consistent with the historical average value.

Key words：Xinyuan-Hejing MS6.6 earthquake; focal mechanism solution; consistency parameter Var; azimuth of P axis

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2016.01.0019

中圖分類號:P315.3

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號:1000-0844(2016)01-0019-07

作者簡介：高朝軍，男，工程師，主要從事數(shù)字地震和地震預(yù)測預(yù)報工作。E-mail：xjgaochaojun@163.com。

基金項目：中國地震局“三結(jié)合”課題(163103)；新疆地震科學(xué)基金(201301)

收稿日期：①2014-11-21