基于CAP方法的震源机制研究

赵凌云，邓 津，陈俊华，申学林，戴 苗，魏贵春

（1．湖北省地震局，武汉 430071；2．甘肃省地震局，兰州 730000）

基于CAP方法的震源机制研究

赵凌云1，邓 津2，陈俊华1，申学林1，戴 苗1，魏贵春1

（1．湖北省地震局，武汉 430071；2．甘肃省地震局，兰州 730000）

利用来源于湖北区域台网共6个台的宽频带数字地震记录，采用CAP法（Cut and Paste Method）反演了2008年11月22日湖北 秭归Ms4．1级地震和09月27日Ms3．2中小震的震源机制解。结果显示，2次地震的震源机制解有一些差别，但是均为逆冲兼走滑分量性质断层，主压应力P轴主要集中在NE向，与区域主压应力方向有一定一致性。分析认为秭归地震可能是仙女山断裂受库水渗透和载荷变化影响引发的水库构造地震。通过与P波初动地震震源机制结果对比发现，该地震的震源机制的反演结果有较好的一致性，结果较可信。

秭归地震；震源机制解；CAP法（Cut and Paste Method）

地震的震源机制从一定角度描述了震源的性质及其破裂过程，因此，及时确定地震震源机制，对于地震本身的研究、孕震机理的解释及震后应力的分布，具有十分重要的意义。对于震源机制理论和方法的研究，一直是地震学研究的热点，并取得了大量重要成果。1980年，Helmberger等利用地震P波（P＆Pn1）模拟［1］，通过理论和实际波形的对比，采用格点搜索的方法，得到了研究地震的震源机制。姚振兴（Yao and Harkrider，1983）等通过广义射线理论［2］，利用30°～90°范围内的长周期P波资料测定中强地震震源过程的地震矩张量反演方法。陈运泰、吴忠良等（Chen Y T，et al，1991；陈运泰等，1992；吴忠良等，1994）利用近震源宽频带记录资料进行了矩张量反演研究［3］。近年来，随着区域数字化地震计的改造，获取了大量高质量宽频地震数据，因此利用近震地震波形反演震源机制成为可能。本文拟采用Cut and Paste（CAP）［4－7］方法，探讨了该地区中小地震的发震特征及区域构造应力场特征。

1 方法原理部分

利用Zhao等［4－8］提出的CAP（Cut and Paste Method；Zhao and Helmberger，1994，1996）方法，通过分割波形记录为Pnl和Snl部分，分别赋予不同的权重，通过格点搜索的方法进行地震震源机制的反演。基本原理：设u（t）是台站记录到的去除仪器响应后的地震波形，s（t）是相应的理论波形。一个双力偶震源的理论合成位移s（t）可以表示为

式中，i＝1，2，3时分别对应垂直走向滑动断层、垂直倾向滑动断层和45°倾向滑动断层3种最基本的断层类型。M0为标量地震矩，Gi为格林函数，Ai为震源的辐射花样信息，θ为台站方位角，φ，δ，λ分别代表断层的走向、倾角、滑动角。

采用频率波数方法（F K）［7，8］，计算各震中距的格林函数，由格林函数得到合成地震图后，把合成与观测的地震数据做互相关。

由互相关函数确定时间偏移：

在反演过程中，以合成地震位移与观测地震位移一致作为判断标准：

通过计算合成地震图，对比P波、pP波和sP波的理论与观测数据的到时，准确定出震源深度；根据不同震相的幅度差异，调整震源参数，使得波形能够较好地吻合观测数据确定震源机制解。

由于要求的震源机制解的未知参数不多，且0°≤φi≤360°，0°≤δ≤90°，－180°≤λ≤180°，因此求解方程（2）可定义一个误差目标函数来衡量s和u的差异，直接采用网格搜索的方法得到最佳的震源机制解。本研究中，使用经震中距矫正后的绝对误差值作为误差目标函数［7］（Zhao and Helmberger，1996），定义为

式中：r为震中距；r0为选定的参考震中距；p为指数因子，一般而言，体波p＝1，面波p＝0．5。

2 观测资料和地壳模型选取

2．1 观测台站分布

选用湖北省地震台网的6个台站，在0．05～20 Hz的频率范围内，这6个台站仪器的幅频特性曲线都是平直的，较好地获得了台站信息资料（表1）。

表1 台站表Table 1 Coordinates of stations used in this study

图1 地震震中与台站分布图Fig．1 Seism ic epicenter and stations arrangement

2．2 地壳速度模型的选取

通过比较陈学波、廖武林、李强［9］等对三峡地区模型的研究成果，选取走时残差最小的地壳模型，经实际验证综合分析得到最接近于真实的速度模型，从地表到40 km深度处分为8层，建立初始模型计算理论格林函数，见表2。

3 计算结果与分析

在反演过程中，将理论波形与旋转后的观测波形，滤波后得到Pnl部分（0．05～0．2 Hz）和Snl部分（0．02～0．05 Hz）进行拟合［10－12］，全空间中进行格点搜索震源参数，搜索得到不同深度上的震源机制和误差，调整震源参数，使得波形能够较好的吻合观测数据，得到最佳的震源机制解。

本文利用CAP方法计算了湖北省秭归Ms4．1与Ms3．2级地震的震源机制，结果可靠，增加了该区中小地震震源机制解的基础资料。

表2 湖北秭归地区地壳速度模型Table 2 Crustal velocity m odel for Zigui area，Hubei Province

3．1 震源深度

震源深度始终是一个很难确定的一个参数，往往地震目录中给定的深度可能与实际深度存在较大的差异。通过F K方法，计算基于上述速度模型和不同震中距的格林函数时，震源深度对理论地震图的形态将产生直接影响，并在一定程度上影响震源机制的反演结果。为了减小震源深度误差对震源机制反演结果的影响，反演过程中采用格点法对震源深度进行了搜索，以波形拟合误差最小的震源深度和相应的震源机制解作为最佳拟合结果。图2是地震事件2008年11月22日的例子，图2（a）是震源深度在7 km附近时的位移谱拟合结果；图2（b）是误差随着深度的分布，可以看出震源深度的变化对拟合误差具有明显的影响，但在最佳深度附近的震源机制变化不大。根据误差最小判定，本次地震事件的最佳震源深度为7 km，波形拟合为最好，最符合实际震源机制结果。

比较地震观测报告中给出的震源深度（表3中H1）和震源机制反演过程中根据波形拟合得到的最佳震源深度（H2）的比较结果，发现两者定位深度比较接近，说明此2次地震集中在5～10 km范围内，而后者由于震级太小，误差随深度的变化结果并不是很好，地震深度的可信度可以为判断本次地震可能是仙女山断裂受库水渗透和载荷变化影响引发的水库构造地震提供依据。

3．2 结果分析

本文共计算了2次地震的震源参数与相应的震源机制解（如表3所示）。根据表中地震的2个断层面以及P轴、T轴和B轴方向，分析得到：这2次地震的震源机制以逆冲为主兼有走滑分量；主压应力P轴主要集中在NE向，这与该区主要的北东向地震构造基本一致，初步确定该震与北东向构造活动密切有关，需要指出的是，P波初动资料所得震源机制解中有2组节面，而极震区等震线长轴约为北西西走向，那么震中处应当同时存在北西西走向的断裂构造。分析认为本次地震可能是仙女山断裂受库水渗透和载荷变化影响引发的水库构造地震。

图2 CAP方法计算的地震事件2008112216震源机制解Fig．2 Focalmechanism solution results of the earthquakes on Nov．22 2008 w ith the CAPmethod

表3 湖北 秭归Ms4．1与Ms3．2地震的震源机制解Table 3 Focalmechanism solution results of the Ms 4．1 and Ms 3．2 earthquakes in Hubei Zigui

4 结论与讨论

4．1 结 论

（1）本文根据波形拟合得到的最佳震源深度（H2）的比较结果主要集中分布在10 km附近，与李强［9］等通过双差定位对三峡地区对深度的统计的结论一致（88．46%的地震深度分布在0～10 km范围内，其中42．55%的震源深度在6 km以内，平均深度为6．59 km），说明定位震源深度都比较好且本文选择的深度合理，对震源机制解结果没有起到影响作用。

（2）4．1级主震的最佳双力偶解为节面I走向213°，倾角81°，滑动角110°；节面Ⅱ走向326°，倾角22°，滑动角25°；3．2级地震的最佳双力偶解节面Ⅰ走向211°，倾角27°，滑动角109°；节面Ⅱ走向10°，倾角65°，滑动角81°。这2次地震的震源机制解有一些差别，但均为逆断兼有走滑性质，主压应力P轴主要集中在NE向，与区域主压应力方向有一定一致性，分析认为本次地震可能是仙女山断裂受库水渗透和载荷变化影响引发的水库构造地震。

（3）通过与P波初动地震震源机制结果（节面Ⅰ走向213°，倾角81°，滑动角110°）对比发现，该地震的震源机制的反演结果有较好的一致性，结果较可信。

（4）本文给出2008年09月27日秭归Ms3．2地震，2008年11月22日秭归Ms4．1的发震构造是北东向的逆断兼有走滑性质断层，这与该区主要的北东向地震构造基本一致，初步确定该地震与北东向构造活动密切有关，需要指出的是，P波初动资料所得震源机制解中有2组节面，而极震区等震线长轴约为北西西走向，那么震中处应当同时存在北西西走向的断裂构造［13］。

4．2 讨 论

本文是首次在三峡地区利用数字波形资料反演震源参数，尽管是初步分析，但也得到了比较有益的结果。随着数字化地震台网的改造，台网密度增大、信噪比提高，记录了越来越多的的中小地震，因此对中小地震震源机制的研究将会起到越来越重要的作用和良好的应用前景。湖北三峡地区应力状态可根据多个中小地震震源机制解详细确定应力场变化的细节特征，有待今后的进一步研究。

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（编辑：刘运飞）

Study on Source M echanism of M s 4．1 and M s 3．2 Earthquakes in Hubei Ziguiw ith CAP M ethod

ZHAO Ling yun1，DENG Jin2，CHEN Jun hua1，SHEN Xue lin1，DAIMiao1，WEIGui chun1
（1．Earthquake Administration of Hubei Province，Wuhan 430071，China；2．Earthquake Administration of Gansu Province，Lanzhou 730000，China）

On the basis of the records of6 stations in Hubei regional seismic network，we obtained the focalmecha nisms of the Ms 4．1 and Ms3．2 earthquakes in Ziguion Nov．22，2008 and Sep．27，2008，respectivelywith the Cut and Paste（CAP）method．The result shows that earthquakes have strike slip and strike slip faultmechanisms and the orientations ofmaximum compressional stresses aremainly in NE．It is certainly consistentwith the orientation of the regionalmaximum compressional stresses．We deduce the earthquake is the reservoir induced earthquake by water permeation and dynamic changes load．The comparison shows that the focusmechanism of two events presen ted in this paper is consistentwith that of small moderate earthquakes determined by P wave first motion．

Zigui earthquake；focusmechanism solution；CAPmethod

P315．6

A

1001－5485（2010）05－0081－04

2010 03 01

赵凌云（1981 ），女，硕士，山西五寨人，主要从事数字地震波理论及应用研究，（电话）027 87868209（电子信箱）zhaolingyun002＠126．com。