余 娜

(青海省地震局，青海西寧810001)

0 引言

地震是地殼構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物，是地下介質(zhì)受到應(yīng)力作用產(chǎn)生破裂的過程，分析大震前震源周圍中小震的震源參數(shù)對(duì)于了解震源區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)具有重要的意義。在日常震情跟蹤中，經(jīng)常會(huì)遇到根據(jù)中等地震來判斷其是主震還是前震，其后還會(huì)不會(huì)有更大的地震發(fā)生，能夠快速、準(zhǔn)確的判定和識(shí)別前震特征對(duì)短臨地震預(yù)報(bào)尤為關(guān)鍵。陳颙 (1978)對(duì)多個(gè)強(qiáng)震震例進(jìn)行了研究，指出震源機(jī)制的一致性可以用來判定一個(gè)地震序列是前震序列還是震群序列。王俊國(guó)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(fā)生之前，中小地震震源機(jī)制的相對(duì)一致性往往是地震活動(dòng)性增強(qiáng)的標(biāo)志，而相對(duì)紊亂往往伴隨著余震或者地震群活動(dòng)的減弱，因而，從地震震源機(jī)制的一致性可以判斷最大地震是否已發(fā)生。

震源機(jī)制的確定與地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的空間分布密切相關(guān)。在震源機(jī)制研究中，有P波初動(dòng)符號(hào)、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(gè)或3個(gè)以上的臺(tái)站記錄，臺(tái)站布局對(duì)其結(jié)果有影響;其次，對(duì)震級(jí)大小也有一定的要求，但小震的震源機(jī)制有其特殊的意義，震級(jí)減小能夠獲得記錄的臺(tái)站數(shù)也相應(yīng)減少，有時(shí)只能獲得單臺(tái)記錄，所以不能用這些方法求取震源機(jī)制解 (榮代潞，2000)。由于青海省內(nèi)數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)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(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)記錄到的初至波形資料，利用格林函數(shù)庫技術(shù)對(duì)中小震進(jìn)行矩張量反演，克服了記錄臺(tái)站較少時(shí)無法準(zhǔn)確得到小震震源機(jī)制解的缺陷。

1 方法和原理

當(dāng)震源距和所涉及的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于震源的尺度時(shí)，可以把震源視為點(diǎn)源。在這種情形下，若設(shè)震源位于坐標(biāo)原點(diǎn)，那么在場(chǎng)點(diǎn)r處的地震位移u(r，t)為

式中，“*”表示時(shí)域里褶積。由式 (1)可見，若知道觀測(cè)位移 ui(r，t)和格林函數(shù)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(shí)，就能將震源效應(yīng)和傳播路徑效應(yīng)分開，而將記錄到的地面運(yùn)動(dòng)、震源和傳播路徑三者之間的關(guān)系歸結(jié)為一種線性關(guān)系。矩張量反演既可在時(shí)間域內(nèi)進(jìn)行，也可在頻率域內(nèi)進(jìn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，我們一般采用頻率域里的矩張量反演技術(shù)。對(duì)式 (1)進(jìn)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(shù)的譜和矩張量的譜的乘積。將反演得到的矩張量的譜經(jīng)逆傅里葉變換，就可得到作為時(shí)間函數(shù)的地震矩張量 (陳運(yùn)泰等，2000;周云好，2002)。為了減少矩張量反演過程中的介質(zhì)響應(yīng)——格林函數(shù)計(jì)算時(shí)間，根據(jù)上述原理，利用計(jì)算格林函數(shù)庫技術(shù)計(jì)算出震源區(qū)周邊半徑300 km、采樣間隔0.02 s的格林函數(shù)庫，該方法可以在短時(shí)間內(nèi)，快速確定中小地震震源機(jī)制解參數(shù)。

2 數(shù)據(jù)處理結(jié)果

2.1 資料選取

以2009年8月28日大柴旦6.4級(jí)地震為例，選取震前1個(gè)月內(nèi)、距主震100 km范圍、與主震震級(jí)相差1級(jí)以上、發(fā)生在主震震源區(qū)附近的ML≥1.5的中小地震 (王林瑛等，2005)，初動(dòng)波形較清晰、完整，定位精度為A類。隨著震級(jí)的減小數(shù)字地震波資料的信噪比會(huì)下降，對(duì)于信噪比較差的資料使用帶通濾波器 (0.05～15 Hz)進(jìn)行濾波處理，選取了14個(gè)符合條件的中小地震。反演程序使用中國(guó)地震局地球物理所許力生等提供的矩張量反演程序包，運(yùn)用格林函數(shù)庫確定的結(jié)果 (表1、圖1)與USGS給出的結(jié)果比較接近，表明本文的反演結(jié)果是比較可信的，且主震的理論地震波與實(shí)際觀測(cè)波形擬合的較好，擬合系數(shù)達(dá)到90%以上 (圖1c)。

表1 大柴旦6.4級(jí)地震及前震震源機(jī)制解結(jié)果Tab.1 Focal mechanism solutions of Dachaidan M S6.4 earthquake and its foreshock

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

2.2 震源機(jī)制一致性參數(shù)

由于分析處理誤差和數(shù)據(jù)資料有限等因素影響，一個(gè)地震序列中每個(gè)地震的震源機(jī)制解不可能完全一樣，只能存在相對(duì)一致的現(xiàn)象，因此，可以用標(biāo)準(zhǔn)誤差來表征它們分布的集中程度，用參數(shù)K值定量的描述震源機(jī)制的相對(duì)一致情況。

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

K值越接近1，表示震源機(jī)制解越一致;K值越接近于0，表示越不一致。對(duì)于大柴旦6.4級(jí)地震前地震斷層面走向的標(biāo)準(zhǔn)誤差:

其中:i=1，2，3…，N;N是參加統(tǒng)計(jì)的前震數(shù)目;α前i是第i個(gè)前震的斷層面走向;是N個(gè)前震斷層面走向的平均值:

大柴旦6.4級(jí)地震前地震斷層面傾角的標(biāo)準(zhǔn)誤差為

從計(jì)算結(jié)果可以看出，主震發(fā)生之前中小地震震源參數(shù)的一致性較好，斷層面走向、傾角的一致性達(dá)到86%，也就是說主震發(fā)生前的一系列中小地震的震源機(jī)制解趨于一致，可以利用大震前一群地震震源參數(shù)K值相對(duì)較高這一現(xiàn)象，對(duì)地震群的發(fā)展趨勢(shì)作出估計(jì)。

圖2 大柴旦6.4級(jí)地震前中小地震的震源機(jī)制參數(shù)統(tǒng)計(jì)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(qiáng)震前14個(gè)中小地震矩張量反演得到的震源機(jī)制解，節(jié)面Ⅰ優(yōu)勢(shì)方向?yàn)闁|南和近東西方向，平均方位角為270°(圖2a);P軸優(yōu)勢(shì)方向?yàn)楸睎|和南西，平均方位角250°(圖2b)，平均傾角為25°;T軸優(yōu)勢(shì)方向?yàn)槲鞅保骄轿唤菫?20°(圖2c)，平均傾角39°。大柴旦6.4級(jí)地震的發(fā)震主斷層為逆沖左旋走滑斷裂 (姜枚等，2006;孫長(zhǎng)虹等，2012)，中小地震震源機(jī)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(qū)域的地震活動(dòng)受上地殼水平應(yīng)力場(chǎng)控制，與宗務(wù)隆山斷裂運(yùn)動(dòng)有密切關(guān)系(圖3)。強(qiáng)震前中小地震斷層面走向、傾角的一致性達(dá)到86%，表明相對(duì)一致性可以作為前兆特征為中小地震活動(dòng)較發(fā)育區(qū)域的震情跟蹤工作提供有益的借鑒。

大柴旦6.4級(jí)地震前的波形也十分相似，圖4是距2009年8月5日5時(shí) (實(shí)線)和8時(shí) (虛線)兩個(gè)地震190 km的格爾木臺(tái)3個(gè)分量P波前50個(gè)點(diǎn)的相關(guān)關(guān)系圖，東西向相關(guān)系數(shù)為0.91，南北向相關(guān)系數(shù)為0.69，垂直向相關(guān)系數(shù)為0.80，其余臺(tái)站相關(guān)系數(shù)介于0.7～0.9。因此，從波形意義上進(jìn)一步說明主震前一系列中小地震震源機(jī)制的相似性，即其震源機(jī)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(jí)地震及震前中小地震的震源機(jī)制解 (a)及構(gòu)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(jié)論

(1)運(yùn)用矩張量反演理論，通過格林函數(shù)庫技術(shù)，可以快速計(jì)算出中小地震的震源機(jī)制解，反演得到的6.4級(jí)地震的震源機(jī)制解結(jié)果與USGS給出結(jié)果接近，表明本文結(jié)果是可靠的。對(duì)強(qiáng)震前14個(gè)ML≥1.5級(jí)中小地震矩張量反演結(jié)果進(jìn)行一致性分析，認(rèn)為強(qiáng)震前中小地震的震源參數(shù)一致性較高，達(dá)86%，其初至P波波形相關(guān)系數(shù)也較高。初步研究認(rèn)為大柴旦6.4級(jí)地震前的地震序列具有前兆指示意義，在實(shí)際的應(yīng)用中，需注意與前兆資料結(jié)合給出震情的分析判定。

圖4 格爾木臺(tái)3個(gè)分量初至P波波形相關(guān)分析圖Fig.4 The correlation analysis chart of first arrival P wave of three component at Golmud Station

(2)根據(jù)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(qū)域的地震活動(dòng)受上地殼水平應(yīng)力場(chǎng)控制，與宗務(wù)隆山斷裂運(yùn)動(dòng)有密切關(guān)系。

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