高彬，賈科，周仕勇

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，理論與應(yīng)用地球物理研究所，北京 100871

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華北地區(qū)1900—1970年5級(jí)以上地震發(fā)震位置與震源機(jī)制研究

高彬，賈科，周仕勇*

北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，理論與應(yīng)用地球物理研究所，北京 100871

本文通過(guò)整理世界地震臺(tái)網(wǎng)1900—1970年世界臺(tái)站震相報(bào)告，對(duì)該時(shí)期發(fā)生在我國(guó)華北地區(qū)震級(jí)5級(jí)以上強(qiáng)震的震源位置及震源機(jī)制(斷層面解)進(jìn)行了測(cè)量.具體開(kāi)展了以下三點(diǎn)工作：(1)使用1900—1970年之間Shide Circulars(BAASSC,1900—1912),《國(guó)際地震資料匯編》(ISS)和EHB Bulletin的震相到時(shí)，對(duì)該時(shí)間范圍內(nèi)的22個(gè)地震事件重新定位，得到了21個(gè)地震事件的可靠結(jié)果；(2)使用1933年至1970年之間ISS的P波初動(dòng)，對(duì)該時(shí)間范圍內(nèi)的15個(gè)地震事件求解震源機(jī)制解，得到了其中12個(gè)地震事件的震源機(jī)制解的可靠結(jié)果，從而豐富了華北地區(qū)基于全球地震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)的1900—1970年歷史強(qiáng)震目錄震源機(jī)制資料；(3)基于華北地區(qū)地震地質(zhì)及區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究結(jié)果，推斷了華北地區(qū)M≥5.0的部分缺乏地震資料觀測(cè)的歷史地震斷層面參數(shù)，并對(duì)這種方法推斷的斷層面參數(shù)的可靠性進(jìn)行了討論.

華北地區(qū)；歷史地震；地震定位；震源機(jī)制解

1 引言

歷史地震的研究離不開(kāi)詳細(xì)而準(zhǔn)確的歷史地震目錄.前人經(jīng)過(guò)大量的搜集、考證、整理工作，先后整理匯編了《中國(guó)地震年表》，《中國(guó)地震目錄》，《中國(guó)地震歷史資料匯編》，《中國(guó)地震目錄》(第三版)，《中國(guó)歷史強(qiáng)震目錄》(國(guó)家地震局震害防御司，1995)，《中國(guó)近代地震目錄》(中國(guó)地震局震害防御司，1999)等歷史地震資料，極大地提高了我國(guó)歷史地震目錄的準(zhǔn)確性和完備性.由于歷史資料缺乏準(zhǔn)確性和完備性，歷史地震目錄存在震中位置不準(zhǔn)確，以及缺少震源機(jī)制信息的問(wèn)題(國(guó)家地震局，1989).賈科和周仕勇(2012)基于國(guó)際地震中心的地震記錄開(kāi)展的中國(guó)西南地區(qū)1900—1970年6級(jí)以上地震定位結(jié)果與《中國(guó)歷史強(qiáng)震目錄》的結(jié)果對(duì)比表明，部分地震的發(fā)震位置相差近100 km，完全不在一個(gè)發(fā)震構(gòu)造上.因此充分挖掘世界地震臺(tái)網(wǎng)1900—1970年的地震記錄，對(duì)相關(guān)歷史強(qiáng)震的發(fā)震位置與震源機(jī)制作進(jìn)一步測(cè)量或修訂是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)性工作.

依靠現(xiàn)代儀器記錄建立的現(xiàn)代地震目錄包含較為準(zhǔn)確的震中位置和震源機(jī)制信息.中國(guó)地震局基于現(xiàn)代地震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)出版的全國(guó)性地震目錄始于1970年，與國(guó)際上其他國(guó)家的現(xiàn)代地震目錄形成的時(shí)間(約在1965—1970年代間)基本相當(dāng).而實(shí)際上1900年以來(lái)世界各地已逐步開(kāi)始了地震臺(tái)的建設(shè)與記錄工作.因此，進(jìn)一步挖掘1900—1970年現(xiàn)代地震儀記錄的地震資料，對(duì)此時(shí)間段內(nèi)發(fā)生在我國(guó)的強(qiáng)震的震源位置進(jìn)行重新定位，可以大大提高這段時(shí)間內(nèi)歷史地震目錄中震源參數(shù)的準(zhǔn)確性，對(duì)我國(guó)基于現(xiàn)代地震目錄開(kāi)展的工程地震學(xué)、地震地質(zhì)學(xué)中的相關(guān)研究具有重要意義.一些國(guó)外地震工作者通過(guò)收集20世紀(jì)開(kāi)始的世界各地地震臺(tái)的記錄資料，已經(jīng)開(kāi)展了類似的工作并取得了具有重要意義的成果(Engdahl et al.,1998;Engdahl and Villasenor,2002;Villaseor and Engdahl,2005).

另一方面，震源機(jī)制解是地震的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)外的另一組描述震源的重要基本參數(shù)，近年來(lái)愈來(lái)愈受到固體地球科學(xué)家的重視.如哈佛大學(xué)、美國(guó)聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局利用全球數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄，能在震后幾小時(shí)內(nèi)反演出全球5.5級(jí)以上地震的震源機(jī)制解并在網(wǎng)上發(fā)布*http:∥www.globalcmt.org/CMTfiles.html*http:∥earthquake.usgs.gov/earthquake/eqarchives/fm/.中國(guó)地震局地球物理研究所陳運(yùn)泰和許力生領(lǐng)導(dǎo)的研究組從20世紀(jì)90年代起也在做同樣的工作(許力生和陳運(yùn)泰，1997)，他們利用全球數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄和中國(guó)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄，在震后數(shù)小時(shí)網(wǎng)上發(fā)布國(guó)外6級(jí)以上和國(guó)內(nèi)5級(jí)以上強(qiáng)震的震源機(jī)制解.歷史地震震源機(jī)制研究不僅為豐富震源機(jī)制資料提供了新的途徑，在開(kāi)展現(xiàn)今強(qiáng)震活動(dòng)缺乏區(qū)的發(fā)震構(gòu)造及地震危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)研究顯得尤為重要和必要.本文基于現(xiàn)代儀器記錄的ISS資料的 P波初動(dòng)數(shù)據(jù)，使用俞春泉等(2009)改進(jìn)的格點(diǎn)嘗試法對(duì)1900年至1970年之間華北地區(qū)的12個(gè)強(qiáng)震求解震源機(jī)制解，并對(duì)震源機(jī)制解進(jìn)行質(zhì)量分類，對(duì)許忠淮等(1994)和張誠(chéng)(1990)所發(fā)表的華北地區(qū)歷史地震的震源機(jī)制解作了進(jìn)一步補(bǔ)充和修訂.

利用現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)的研究結(jié)果，并結(jié)合地震地質(zhì)資料，推斷地震的震源機(jī)制解，是獲取缺乏儀器觀測(cè)的歷史強(qiáng)震震源機(jī)制解的一種可能途徑(沈正康等，2004).李鐵明等(2007)根據(jù)華北地區(qū)的現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果和地震地質(zhì)資料，用間接的方法，建立了華北地區(qū)含有震源機(jī)制解的強(qiáng)震歷史地震目錄，本研究中對(duì)歷史地震滑動(dòng)角的估計(jì)方法參照了他們的工作.Jiang等(2011)也曾使用這種方法估計(jì)了華北地區(qū)歷史地震的滑動(dòng)角.

綜上所述，本文的研究目標(biāo)主要包括三個(gè)方面：

(1) 使用地震儀記錄的Shide Circulars,ISS和EHB Bulletin震相到時(shí)資料，對(duì)華北地區(qū)1900年至1970年之間的強(qiáng)震，用更加精確的地球速度模型進(jìn)行重新定位，并對(duì)定位結(jié)果的可靠性進(jìn)行分析；

(2) 基于地震儀記錄的ISS資料中的P波初動(dòng)數(shù)據(jù)，使用改進(jìn)的格點(diǎn)嘗試法對(duì)華北地區(qū)1900年至1970年的強(qiáng)震求解震源機(jī)制解，并對(duì)震源機(jī)制解進(jìn)行質(zhì)量分類；

(3)綜合地震地質(zhì)資料對(duì)缺乏儀器記錄的強(qiáng)震震源機(jī)制解進(jìn)行推斷，并對(duì)解的可靠性進(jìn)行分析討論.

2 華北地區(qū)構(gòu)造背景與研究范圍

華北地區(qū)，位于我國(guó)北部，陰山、燕山以南，秦嶺、大別山以北，鄂爾多斯高原以東延伸至沿海一帶的廣袤區(qū)域，新生代以來(lái)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，為我國(guó)大陸強(qiáng)地震頻發(fā)區(qū)域之一(劉峽，2007).不僅其邊緣為斷裂所圍限，而且內(nèi)部也被不同深度的斷裂所切割，存在著巖石圈、地殼、基底和蓋層四種斷裂，其走向主要有北北東、北東、北西和近東西向四組，是我國(guó)大陸東部地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜和地震活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)(李鐵明等，2007).然而對(duì)于該地區(qū)的地震研究，僅依靠近四十多年的現(xiàn)代儀器記錄是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.因此，基于1900年至1970年現(xiàn)代儀器測(cè)量的地震資料，開(kāi)展華北地區(qū)歷史地震發(fā)震位置和震源機(jī)制的研究，對(duì)于認(rèn)識(shí)歷史地震發(fā)震構(gòu)造、地震危險(xiǎn)性分析都具有十分重要的意義.

考慮華北地區(qū)歷史地震目錄的完整性和準(zhǔn)確性，界定需要重構(gòu)的歷史地震目錄的時(shí)間-空間-震級(jí)界限：

(1) 經(jīng)度范圍：110°E—123°E，緯度范圍：33°N—41°N；

(2) 時(shí)間范圍：1900年1月1日—1969年12月31日；

(3) 震級(jí)范圍：M≥5.0.

所構(gòu)建的含有震源機(jī)制解的地震目錄包括地震發(fā)生的時(shí)間，經(jīng)度，緯度，震級(jí)，震源深度，發(fā)震斷層的走向、傾角和滑動(dòng)角.

3 建立歷史地震目錄的基本原理

3.1 歷史地震資料

自1882年Milne，Ewing和Gray研制的擺式地震儀在東京成功記錄到一個(gè)地方震的地震圖后，20世紀(jì)始，現(xiàn)代地震儀在世界各地陸續(xù)安裝并投入觀測(cè)，全球范圍內(nèi)的地震儀器記錄也越來(lái)越多地被收集發(fā)布.1897年，Milne開(kāi)始收集世界各地的60多個(gè)地震臺(tái)站記錄，并發(fā)布Shide Circulars(BAASSC,1900—1912).1913年Milne逝世后，牛津大學(xué)Turner教授負(fù)責(zé)繼續(xù)進(jìn)行全球地震臺(tái)站記錄的收集和發(fā)布工作(BAASSC,1913—1917).從1918年開(kāi)始，這份全球地震報(bào)告開(kāi)始更名為《國(guó)際地震資料匯編》*ISS:storing.ingv.it/ISS(International Seismological Summery,1918—1963).

EHB Bulletin*EHB:www.isc.ac.uk/ehbbulletin包含1960年至2008年的地震資料，是ISC Bulletin的精簡(jiǎn)版.該目錄使用Engdahl等(1998)算法，顯著改善了之前ISS等地震目錄的震中定位精度.EHB Bulletin目錄一直持續(xù)更新到2008年，直到新的ISC(International Seismological Centre)定位算法(Bondár and Storchak，2011)在2009年被使用.

3.2 研究方法

對(duì)歷史地震的臺(tái)站記錄使用更加精確的地球速度模型(IASP91,AK135等)和精度更高的反演方法能夠有效提高歷史地震的定位精度(Schweitzer，2006).我們使用1900年至1970年之間Shide Circulars，ISS和EHB報(bào)告上列出的全球地震臺(tái)記錄的P波，S波及其他震相到時(shí)，對(duì)此時(shí)間范圍內(nèi)的23個(gè)地震事件使用Schweitzer的HYPOSAT程序重新定位.使用1900年至1970年之間ISS的P波初動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)該時(shí)間內(nèi)的15個(gè)地震事件使用俞春泉等(2009)改進(jìn)的格點(diǎn)嘗試法求解其震源機(jī)制解.對(duì)于臺(tái)站記錄較少或震源機(jī)制解結(jié)果可靠性較差的11個(gè)歷史地震，擬采用如下的間接方法(李鐵明等，2007)推斷震源機(jī)制解.

根據(jù)震中位置(中國(guó)地震局震害防御司，1999)，結(jié)合華北地區(qū)活動(dòng)斷裂帶的資料(國(guó)家地震局，1989)并參照等震線圖像，推斷出可能的發(fā)震斷層，并取該斷層的走向和傾角數(shù)據(jù)為震源破裂面的走向和傾角.對(duì)于震中位置沒(méi)有已知斷層的情況，取距離震中位置最近的已知斷層及等震線為參照，設(shè)置震源破裂面的走向和傾角.

歷史地震的滑動(dòng)角由華北地區(qū)的平均構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方向與推斷出的發(fā)震斷層走向和傾角共同決定.基于以下兩種假設(shè)：研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向在研究時(shí)間段內(nèi)保持不變；歷史地震斷層的滑動(dòng)方向和該斷層面上剪切應(yīng)力方向一致，可以推導(dǎo)出歷史地震的滑動(dòng)角公式(李鐵明等，2007).

設(shè)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)P軸方位φP，俯角δP，T軸方位φT，俯角δT，則在北東地理坐標(biāo)系中方向矢量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

(1)

(2)

中間軸(B軸)的方向矢量表示為

(3)

設(shè)研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最大、中間和最小主應(yīng)力分別為σ1,σ2,σ3，只考慮偏應(yīng)力張量，從而有：

(4)

只考慮構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的相對(duì)大小和(4)式，設(shè)σ3=-1并且引入表示主應(yīng)力相對(duì)大小的量R：

(5)

可以得到：

(6)

用R表示σ1和σ2，得到：

(7)

(8)

從而在主軸坐標(biāo)系中，應(yīng)力可表示為

(9)

設(shè)地震斷層面的走向和傾角分別為φ和δ，在北東下地理坐標(biāo)系中表示該斷層：

l=(cosφ,sinφ,0),

(10)

m=(-sinφcosδ,cosφcosδ,sinδ),

(11)

n=(sinφsinδ,-cosφsinδ,cosδ),

(12)

其中l(wèi)，m，n分別為斷層面的走向，沿?cái)鄬用嫦蛳碌姆较蚝蛿鄬用娴姆ㄏ?

將主軸坐標(biāo)系中的應(yīng)力張量((9)式)在斷層坐標(biāo)系l，m，n中表示，可以得到沿?cái)鄬用孀呦虻膽?yīng)力T1和沿?cái)鄬用鎯A向的應(yīng)力T2：

T1=cos(T,n)cos(T,l)σ1+cos(B,n)cos(B,l)σ2

+cos(P,n)cos(P,l)σ3,

(13)

T2=cos(T,n)cos(T,m)σ1+cos(B,n)cos(B,m)σ2+cos(P,n)cos(P,m)σ3，

(14)

從而滑動(dòng)角可以表示為：

(15)

這樣就從現(xiàn)代平均構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方向和相對(duì)大小(楊國(guó)華等，2003；Wan，2010；Jiang et al.，2011)，和每一個(gè)歷史地震發(fā)震斷層的走向和傾角估計(jì)得到歷史地震的滑動(dòng)角.

4 結(jié)果和討論

4.1 定位結(jié)果

作者使用Shide Circulars,ISS和EHB的震相到時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)1900年至1970年之間的22個(gè)地震事件進(jìn)行定位，得到21個(gè)可靠性好，精度高的定位結(jié)果(表1).需要指出的是，由于ISS對(duì)1922年9月29日發(fā)生在渤海的6.5級(jí)地震記錄到的震相到時(shí)數(shù)據(jù)太少，因此對(duì)這個(gè)地震沒(méi)有進(jìn)行重新定位.

從定位結(jié)果中，我們可以發(fā)現(xiàn)發(fā)震時(shí)刻和震中與臺(tái)站記錄有關(guān).對(duì)于較多臺(tái)站記錄的地震事件(震級(jí)大或發(fā)震年份晚)，誤差較小，在0.1°之內(nèi).對(duì)于較少臺(tái)站記錄的地震事件(震級(jí)小或發(fā)震年份早)，誤差較大，在1°之內(nèi)(圖1a).我們將本文的震中(表1)與ISS以及《中國(guó)近代地震目錄》的震中作比較(表2，圖1b，1c，1d)，發(fā)現(xiàn)有2個(gè)地震與另外兩個(gè)目錄都有1°以上的差異.其中，1929年1月13日的6.0級(jí)地震本文的定位誤差較小，可信度高，建議以本文定位結(jié)果為準(zhǔn)；1948年5月23日的6.0級(jí)地震，本文的定位震中經(jīng)度誤差0.7°，緯度誤差0.5°，誤差較大，可信度較低，該地震的位置應(yīng)結(jié)合震中破壞相關(guān)文獻(xiàn)記錄及地震地質(zhì)的方法作進(jìn)一步厘定.

需要注意的是本文定位的1939年1月7日發(fā)生在山東乳山的地震.本文得到的定位結(jié)果及發(fā)震時(shí)間與ISS給出的結(jié)果差異很小，但與《中國(guó)近代地震目錄》(1999)以及與遲鎮(zhèn)樂(lè)等(1992)給出的震中位置和發(fā)震時(shí)間相差甚遠(yuǎn)：經(jīng)度相差約4°，發(fā)震時(shí)間提前了約13 h.歷史地震定位結(jié)果雖然存在誤差，但是這個(gè)差異顯然超過(guò)了誤差范圍.而本文所給出的定位結(jié)果誤差很小，并且記錄來(lái)自于世界上多個(gè)臺(tái)站記錄，故可信度很高.然而，翻閱《中國(guó)近代地震目錄》(1999)中關(guān)于此次乳山地震的烈度圖，高烈度區(qū)的確在《目錄》定位震中附近，并且此次地震也被世界臺(tái)網(wǎng)的多個(gè)臺(tái)站記錄到，只是沒(méi)有到時(shí)數(shù)據(jù).因此作者分析，這兩個(gè)地震在歷史上都曾發(fā)生過(guò).而本文根據(jù)世界地震臺(tái)網(wǎng)記錄反演得到的地震發(fā)震時(shí)間及定位結(jié)果來(lái)自另外一次地震，發(fā)生在山東羊流店地區(qū)，震級(jí)不詳.因此本文的定位結(jié)果是對(duì)《中國(guó)近代地震目錄》(1999)的一個(gè)很好的補(bǔ)充.讀者在使用這兩個(gè)歷史地震開(kāi)展相關(guān)研究時(shí)，需特別注意.至于兩個(gè)地震間是否有觸發(fā)關(guān)系，則需要進(jìn)一步的分析論證.

對(duì)于地震震源深度的測(cè)定，由于震源深度的反演結(jié)果本身存在較大誤差，且在歷史地震的震相到時(shí)數(shù)據(jù)中鮮有pP或其他對(duì)震源深度敏感的震相，所以歷史地震震源深度的測(cè)定會(huì)更加困難.作者在定位中，將地震的初始震源深度設(shè)為0，得到的結(jié)果中僅有極少的地震得到了非0且結(jié)果穩(wěn)定的震源深度解(表1).

4.2 基于P波初動(dòng)的震源機(jī)制解

利用1900年至1970年之間ISS的P波初動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)該時(shí)間段內(nèi)的15個(gè)地震事件使用俞春泉等(2009)改進(jìn)的格點(diǎn)嘗試法求其震源機(jī)制解，得到了12個(gè)地震事件的震源機(jī)制解，其中A類解3個(gè)，B類解1個(gè)，C類解8個(gè)(圖2).A 類解為準(zhǔn)確可靠的震源機(jī)制解，P波初動(dòng)在震源球投影圖上分布比較均勻，對(duì)得到的2個(gè)節(jié)面限制較好；B類解為較為準(zhǔn)確可靠的震源機(jī)制解，可靠性較A 類解略差，P波初動(dòng)在震源球投影圖上分布比較合理，基本能夠約束住2個(gè)節(jié)面；C類解可靠性相對(duì)較差，P波初動(dòng)在震源球投影圖上分布不均勻，不能很好地約束2個(gè)節(jié)面，但基本能夠判斷出震源機(jī)制解的性質(zhì).

表2 定位結(jié)果比較及所用到的震相資料數(shù)目統(tǒng)計(jì)

日期本文定位震中ISS震中《目錄》震中經(jīng)度/(°)緯度/(°)經(jīng)度/(°)緯度/(°)經(jīng)度/(°)緯度/(°)記錄的臺(tái)站數(shù)P波震相個(gè)數(shù)S波震相個(gè)數(shù)其他震相個(gè)數(shù)1929-01-13111.31640.657110.340.8111.340.7109401937-07-31115.13935.352115.335.2115.135.4107896201937-08-01115.05435.337115.335.2115.235.375595231939-01-07117.62036.045117.736121.637.165411945-09-23118.64439.589118.840.111939.524221011948-05-23122.08937.97112237121.837.22018901952-10-08112.91638.509112.739112.7392217541965-01-10111.52035.005111.635.1111.53534260101965-01-15111.32434.906111.635.1111.635.12724041966-03-07114.90837.38411537.3114.9237.3523321362641966-03-22a114.93937.54511537.6115.0837.519817729371966-03-22b115.16137.606115.237.7115.137.521219753681966-03-22c114.67237.463115.237.3115.0337.524842091966-03-23114.87837.55111537.4--6054371966-03-26a115.10337.776115.137.7115.2737.6815615152241966-03-26b115.01537.734115.137.8115.2737.55888410101966-03-29114.91937.48211537.4115.0337.3511810822121967-03-27116.59238.516116.6138.56116.538.521819434791967-07-28115.62540.554115.640.7115.5540.553938021967-12-02115.09537.714115.1637.71115.2237.721201068231968-01-15115.34537.676115.4937.85115.2237.778379281969-07-18119.43138.460119.4738.43119.438.231127468105

注：《目錄》指《中國(guó)近代地震目錄》(1999).

對(duì)于C類解，其矛盾比(俞春泉等，2009)相對(duì)較高，并且存在多組可能的斷層面解.作者根據(jù)4.1節(jié)定位結(jié)果，推斷所有8個(gè)C類解可能的發(fā)震斷層，根據(jù)地質(zhì)資料確定該發(fā)震斷層的走向和傾角，并在格點(diǎn)嘗試法程序自動(dòng)給出的所有斷層面解中，選取與實(shí)際發(fā)震斷層走向傾角最為接近的一組作為最終的斷層面解.同時(shí)兼顧解的矛盾比，即在斷層面參數(shù)接近的情況下，以矛盾比更低作為確定最終解的原則.8個(gè)C類解在圖2中展示，相應(yīng)的震源參數(shù)信息見(jiàn)表1.

本文給出的基于P波初動(dòng)的12個(gè)震源機(jī)制解中，5個(gè)曾被許忠淮等人(1994)重新測(cè)定過(guò)，8個(gè)在張誠(chéng)(1990)的書中給出過(guò).作者發(fā)現(xiàn)，三者給出的震源機(jī)制解中，有些結(jié)果十分接近，有些結(jié)果存在一定差異(表3和圖3).本文所給出的12個(gè)基于P波初動(dòng)的震源機(jī)制解中，有4個(gè)是A、B類解，并且與另外兩個(gè)研究組的結(jié)果接近，因此它們的可靠性很高.另外8個(gè)C類解，因?yàn)橄抻赑波初動(dòng)在震源球上的分布，并沒(méi)有得到唯一且矛盾比低的一組解.這8個(gè)C類解當(dāng)中，有6個(gè)解可與許忠淮或張誠(chéng)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其中3個(gè)地震的結(jié)果接近，分別是發(fā)生在1966年3月7日、1966年3月22日的a和b的3個(gè)地震(圖3).而對(duì)于另外5個(gè)C類解，讀者使用時(shí)需謹(jǐn)慎.

4.3 間接方法推斷震源機(jī)制解

對(duì)于缺乏足夠臺(tái)站記錄的11個(gè)地震，作者使用李鐵明等(2007)的間接方法推斷震源機(jī)制解(表1).本文結(jié)合現(xiàn)有的地質(zhì)資料以及前人對(duì)于各歷史地震的研究(參考文獻(xiàn)見(jiàn)表1)，推斷出發(fā)震斷層的走向和傾角.然后，參考前人依據(jù)大量震源資料得到的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向(楊國(guó)華等，2003；Wan，2010；Jiang et al.，2011)，使用3.2節(jié)的間接方法推斷出1900年至1970年華北地區(qū)11個(gè)地震的滑動(dòng)角，得出的滑動(dòng)角結(jié)果多數(shù)反映了震源是走滑機(jī)制的，這與華北地區(qū)的發(fā)震特征是吻合的，并且多數(shù)地震的滑動(dòng)角符合斷層的活動(dòng)性質(zhì).

圖1 震中位置比較圖及定位誤差圖(a) 本文定位結(jié)果的誤差圖，十字的交點(diǎn)為震中位置，橫向和豎向的線段分別代表經(jīng)度和緯度的定位誤差；(b) 本文定位結(jié)果對(duì)ISS震中位置的修正，箭頭的起點(diǎn)為ISS的震中，箭頭的終點(diǎn)為本文的震中；(c) 本定位結(jié)果對(duì)《中國(guó)近代地震目錄》(中國(guó)地震局震害防御司，1999)震中位置的修正，箭頭的起點(diǎn)為《中國(guó)近代地震目錄》的震中，箭頭的終點(diǎn)為本文的震中；(d)為(b)(c)圖中黑色方框的放大圖(紅色箭頭的起點(diǎn)為ISS 的震中，藍(lán)色箭頭的起點(diǎn)為《中國(guó)近代地震目錄》的震中，箭頭的終點(diǎn)為本文的震中).Fig.1 Comparison of earthquake epicenters from different sources and error bars of location (a) Error bars of location,the centers of error bars present epicenters of this study,and the lengths of error bars present errors of location;(b) Modification of ISS epicenters,starts of arrows present epicenters in ISS,ends of arrows present epicenters inverted in this study;(c) Modification of epicenters from “China Earthquake Catalog”,starts of arrows present epicenters in the catalog,ends of arrows present epicenters inverted in this study;(d) The enlarged view of black box in picture (b) and (c) (starts of red arrows are ISS epicenters,starts of blue arrows are catalog epicenters,ends of all the arrows are epicenters of this study).

日期本文結(jié)果張誠(chéng)結(jié)果許忠淮結(jié)果走向/(°)傾角/(°)滑動(dòng)角/(°)走向/(°)傾角/(°)滑動(dòng)角/(°)走向/(°)傾角/(°)滑動(dòng)角/(°)1966-03-0719676-15927801191981-1771966-03-22a21574-160247411926675121966-03-22b18586-177257911918683-1781966-03-22c8681121966-03-232397116316772801966-03-26a22671-2426742901966-03-26b308518013822821966-03-2921589-16540781441967-03-2723964-15624950-951967-12-02164791361968-01-1520185-1661969-07-18358917024851152087173

圖2 基于P波初動(dòng)的震源機(jī)制解藍(lán)色圓點(diǎn)表示P波初動(dòng)向上，綠色圓點(diǎn)表示P波初動(dòng)向下.大號(hào)圓點(diǎn)對(duì)應(yīng)ISS中標(biāo)i的清晰記錄，小號(hào)圓點(diǎn)對(duì)應(yīng)ISS中標(biāo)e的模糊記錄.紅線為可能的震源機(jī)制解的兩個(gè)截面，黑線為本文綜合地震地質(zhì)資料選定的震源機(jī)制解的截面.“Pw”代表矛盾比.Fig.2 Focal mechanism solutions based on P-wave first motion Blue circles indicate P-wave breaking up,and green circles indicate P-wave breaking down.Big circles represent clear records in ISS noted with ‘i’,while small circles represent unclear records in ISS noted with ‘e’.Red lines are possible focal mechanism solutions,and among them black lines show the chosen solution considering earthquakes and geological data.‘Pw’ represents the contradiction rate.

圖3 震源機(jī)制解比較圖灰色填充的震源機(jī)制解是張誠(chéng)等(1990)的結(jié)果，黑色填充的震源機(jī)制解是許忠淮等(1994)的結(jié)果，藍(lán)色填充的震源機(jī)制解是本文的結(jié)果.Fig.3 Comparison of different focal mechanism solutionsGrey focal mechanism solutions are from Zhang et al.(1990).Black ones are from Xu et al.(1994).Blue ones are results of this paper.

圖4 華北地區(qū)歷史地震震源機(jī)制及空間分布圖(1900年1月至1969年12月)圖中黑線為華北地區(qū)主要斷裂，藍(lán)色填充的震源球表示基于ISS記錄的P波初動(dòng)的震源機(jī)制解，黑色填充的震源球表示缺乏P波初動(dòng)資料運(yùn)用間接方法推斷的震源機(jī)制解，震源詳細(xì)參數(shù)參見(jiàn)表1.Fig.4 Focal mechanism solutions and their spatial distribution of historical earthquakes of North China (Jan.1900 to Dec.1969)Black lines are major active faults in North China.Blue focal mechanisms denote solutions calculated by P-wave first motions.Black focal mechanisms denote solutions of inferred results by indirect method.Source parameters of all events are listed in Table 1.

然而需要指出的是，歷史地震的發(fā)震斷層走向和傾角的準(zhǔn)確性十分依賴于地質(zhì)資料的完備程度.由于地震的發(fā)震斷層是根據(jù)定位結(jié)果，主觀判斷并選取的，而且許多地震的發(fā)震斷層可能是隱伏斷層，這就會(huì)造成在推斷震源機(jī)制解時(shí)歷史地震的走向和傾角存在偏差，從而影響用前文所述方法推斷的滑動(dòng)角的大小.此外，前人所給出的研究區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)多為平均結(jié)果，局部地區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)差異就不可避免的會(huì)造成運(yùn)用間接方法推斷滑動(dòng)角時(shí)存在偏差.

5 結(jié)論

本研究在前人工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)查找地質(zhì)資料、國(guó)內(nèi)外地震臺(tái)記錄和歷史地震目錄，使用震相到時(shí)定位、P波初動(dòng)求解震源機(jī)制解及間接推斷地震滑動(dòng)角的方法，計(jì)算并整理得到華北地區(qū)1900—1970年間震級(jí)大于5.0的包含23個(gè)地震事件震源機(jī)制解的歷史地震目錄(圖4，表1).通過(guò)使用更加精確的地球模型IASP91和精確度更高的程序，得到了包含震源機(jī)制解的歷史地震目錄，對(duì)華北地區(qū)的歷史地震資料進(jìn)行了較好的補(bǔ)充和完善.

對(duì)于定位結(jié)果，由于震相到時(shí)存在誤差，定位結(jié)果顯示出某些歷史地震的發(fā)震位置及震源深度誤差較大.尤其是發(fā)震時(shí)間早或者震級(jí)小的地震，發(fā)震位置及震源深度存在更大的不確定性.此外，對(duì)于基于P波初動(dòng)求解的斷層面解，如果記錄到 P波初動(dòng)的臺(tái)站數(shù)據(jù)不夠多，數(shù)據(jù)點(diǎn)在震源球上的投影的覆蓋范圍將不會(huì)足夠大，這就導(dǎo)致即使使用更精確的反演方法也難以將斷層面解約束住.最后，對(duì)于地震目錄中根據(jù)李鐵明等人的間接方法得到的滑動(dòng)角，由于華北地區(qū)斷裂帶復(fù)雜并且地震地質(zhì)資料還十分缺乏，使用由地質(zhì)資料估計(jì)得到的走向和傾角數(shù)據(jù)來(lái)估算滑動(dòng)角存在比較大的誤差，由于缺乏很好的地震數(shù)據(jù)記錄，目前消除這部分的誤差存在著較大的困難.

需要注意的是，歷史地震目錄的信息可能含有較大的不準(zhǔn)確性和不確定性，對(duì)歷史地震目錄比較敏感的相關(guān)研究在使用本文結(jié)果時(shí)需謹(jǐn)慎.

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(本文編輯 何燕)

Research of locations and source parameters of historical earthquakes equal and greater than M5.0 from 1900 to 1970 in North China

GAO Bin,JIA Ke,ZHOU Shi-Yong*

Institute of Theoretical and Applied Geophysics,School of Earth and Space Sciences,Peking University,Beijing 100871,China

Sorting the global seismic phase report of the seismic network stations during 1900 to 1970,this article calculates the hypocenter locations and the focal mechanisms (fault plane solutions) of the earthquakes in North China with magnitude equal and greater than M5.0.This article focuses on three aspects.(1) We relocate 22 events by using the Shide Circulars,International Seismological Summary (ISS) and EHB Bulletin instrumental records within the time span and obtain 21 reliable results.(2) We calculate the focal mechanisms of 15 events by first motion records of P waveforms from ISS and obtain 12 reliable results,so that we enrich the focal mechanism solutions of historical earthquakes from 1900 to 1970 in North China based on the observations of global seismic networks.(3) Based on geological data and the tectonic stress field,we infer focal mechanisms of historical earthquakes (M≥5.0) from 1900 to 1970 in North China,which lack enough observations from global seismic network,and analyze the uncertainties of the results.

North China;Historical earthquake;Earthquake location;Focal mechanism

高彬，賈科，周仕勇.2016.華北地區(qū)1900—1970年5級(jí)以上地震發(fā)震位置與震源機(jī)制研究.地球物理學(xué)報(bào)，59(11):4089-4099,

10.6038/cjg20161113.

Gao B,Jia K,Zhou S Y.2016.Research of locations and source parameters of historical earthquakes equal and greater than M5.0 from 1900 to 1970 in North China.Chinese J.Geophys.(in Chinese),59(11):4089-4099,doi:10.6038/cjg20161113.

中國(guó)地震研究專項(xiàng)(201508009)和國(guó)家自然科學(xué)基金(41474033)聯(lián)合資助.

高彬，男，碩士研究生，主要從事地震構(gòu)造學(xué)研究.E-mail：gb310@126.com

*通訊作者 周仕勇，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事地震破裂過(guò)程、地震定位及地震活動(dòng)性研究.E-mail:zsy@pku.edu.cn

10.6038/cjg20161113

P315

2016-01-29，2016-03-06收修定稿