小浪底水库区震源机制解特征

韩丽萍，张小涛

（河北省地震局邯郸中心台，河北 邯郸 056001）

0 引言

通过震源机制解可以确定发震构造的产状、空间位置、运动形式及力学性质；判定区域应力场方位及应力对断层的作用方式，进而判定未来地震危险区及预测地震趋势。目前，计算震源机制有多种不同的方法，1981年Kisslinger等［1］提出利用短周期P、S 波振幅比确定震源机制的方法，后来Snoke等［2－3］发展 了 利 用P 波、SV 波、SH 波 和 振 幅 比 联合求解震源机制的方法；刘杰等［4］运用Snoke的震源机制解求解方法，利用区域数字地震台网资料计算了中小地震的震源机制解；倪红玉等［5］以九江地震为例探讨了利用FOCMEC 方法计算震源机制解的影响因素；胡新亮等［6］通过对格点尝试法与垂直向P 波、S波最大振幅比法得到的震源机制进行比较，验证了振幅比方法的可靠性。单个地震的震源机制解反映局部构造应力场作用下地震断层活动的性质，多个地震的震源机制解可反映出较大区域内的平均构造应力状态。跟踪监测地震震源机制，分析其变化特征，可作为地震预测的分析依据。

黄河小浪底水利枢纽工程位于河南省洛阳市孟津县小浪底镇，在洛阳市以北黄河中游最后一段峡谷的出口处。小浪底水库数字地震台网于2009年1月完成了数字化改造，投入正式运行。测震台网主要监测以小浪底大坝为中心，半径150km 范围内（110.8°～113.8°E；33.5°～36.5°N）的地震、爆破等活动，并提供被监测区域附近4级以上有感地震信息，为小浪底枢纽的安全监测提供基础数据。2009年1月到2012年12月期间，台网记录到水库附近区域的微震和中小震500 多次。本文采用P波、S波初动及振幅比方法计算小浪底水库附近区域的中小地震的震源机制，并分析该区的应力场特征。

1 震源机制求解方法及原理

在震源球极坐标系中，双力偶震源辐射的远场地震波位移在观测点处的分量为：

式中，ρ是岩石密度，Vp和Vs分别是P波和S波传播速度，γ是表达位移的点至震源的距离；t是时间，t＝0是力矩开始作用的时间（即断层开始错动的时间）；M是双力偶中一个力偶强度随时间的微商。uγ是P波的表达式，uθ和uφ分别是SV和SH波的表达式。

对于P波、S波初动及振幅比方法原理，很多文献［1－3，6］都给出了具体介绍，本文不再详细叙述。

2 使用资料的选取

本文 研 究 的 区 域 范 围 为34.7°～35.3°N，111.7°～112.5°E，在小浪底水库大坝周围30km 以内，是小浪底数字地震台网监测能力最好的区域。收集区域内8个数字地震台站所记录的2009年1月—2012年12月间发生的400次地震事件。经过认真筛选后，去掉波形重叠、难以辨认的地震，同时满足最少有4个以上台站记录的地震事件，最后选取用于计算震源机制的45个地震（ML≥1.0），震源深度分布在2～24km 范围内，平均深度为8.0km，平均震中距6.8km。

图1 小浪底区域地震台网与地震震源机制分布图

图1给出了小浪底区域地震台站（空心三角形）和45次地震震源机制解的空间分布图，从图中看出，其中11个地震位于台网分布区域之外，其他34个地震事件都位于台网的包围之中，且地震发生在距离台站较近的位置，保证了震源机制解计算的可靠性。

3 震源机制解与构造应力场特征

震源机制解是研究构造应力场的基础资料，可以反映震源断层的力学性质和动力学特征，揭示地震破裂的力学机制，给出地震的等效释放应力场。而由多个地震的震源机制解可平均反映某区构造应力场的最大、中等和最小主压应力方向。由震源机制的P、T、B 3个应力轴的倾俯角的最大值可以判断震源机制破裂类型［7］。如Pplug最大，即P 轴直立或者接近直立，则认为属于正断层破裂类型；如Tplug最大，即T 轴直立或者接近直立，则认为属于逆断层破裂类型；如Bplug最大，则认为属于走滑断层破裂类型。按以上标准进行分类，结果显示正断层13次，逆断层15次，走滑断层17次。

图2 小浪底水库区域震源机制各个参数每10°间隔的归一频数分布

图2给出了小浪底水库区域45次震源机制各个参数每10°间隔的归一频数分布。Strike是节面的走向，以NNE 和NWW 相互共轭的2组优势分布；Dip是节面的倾角，其中以45°倾角居多，高倾角也占一定比例；Rake是节面滑动角，优势分布方向不明显；az是应力轴的方位，dip为应力轴与铅垂线的夹角。Paz是P 轴的方位，显示了主压应力轴的NEE方向优势分布明显，处于220°～230°较多；Pdip是P轴与铅垂线的夹角，以40°～60°为主；Taz是T 轴的方位，拉张应力方向以NWW 方向分布，其他方向也有一定比例；Tdip是T 轴与铅垂线的夹角，以40°～60°为主；Baz是B 轴与铅垂线的夹角，分布没有明显优势方向。这些小地震的主压应力轴方向优势分布与华北地区近水平构造应力场不完全一致［7－8］，显示了更加复杂的态势，表明它们受华北构造应力场控制较弱，受该区复杂地质构造环境和水库蓄水的影响明显。

小浪底库坝区和周边还展布着多条第四纪活动断裂，主要是老断层的新活动（复活），如塔底断层、石井河断层、城崖地断层等形成于燕山期及前燕山期，在近期仍有明显活动。城崖地断层主体走向NW315°左右，倾向北东，倾角65°～75°，全长100 km 以上，是本区的大断裂之一；塔底断层近东西走向，总延伸长约38km，断层性质为左旋扭动的正平移断层；石井河断层总体走向285°，总延伸长度40 km 以上。小浪底地区现代地应力场属走滑型，即主应力中σ1与σ3近于水平，而σ2近于铅直，最大主应力σ1的方向为NEE 向，在该区域应力场作用下，城崖地断裂、塔底断裂和石井河断裂均表现为以剪切滑移为主，这三条断裂的交汇处在库区中段，是应力最集中的部位。本文计算结果显示的复杂性说明，在该区应力构造背景和水库蓄水的共同作用下，使得库区的震源机制解表现复杂；正断层较多、逆断层较少，但差别不大，走滑型和倾滑型同时存在，两种类型基本相等，由于使用的资料较少，要对该区做进一步的应力场研究，需更多的资料积累。

4 结论与讨论

本文利用垂直向P 波、S波初动与振幅比方法计算得到2009年1月—2012年12 小浪底水库区45次小地震的震源机制，通过分析震源机制类型、主压应力轴的分布特征，得到如下结果：该区域45次震源机制结果显示，正断层13次，逆断层15次，走滑断层17次；主压应力轴（P 轴）总体为NEE 方向（220°～230°），与华北区域近水平构造应力场不完全一致，显示了小浪底水库区域受华北构造应力场的控制作用较弱，应该跟水库区域地下介质构造复杂和水库蓄水有关，也说明小地震具有随机性，受局部因素影响较大。

［1］ Kisslinger C，Bowman J R，Koch K.Procedures for computing focal mechanisms from local（SV／P）z data［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，1981，87（6）：1719－1730.

［2］ Snoke J A，Munsey J W，Teague A G，et al.A program for focal mechanism determination by combined use of polarity and SV－P amplitude ratio data［J］.Earthquake Notes，1984，55（3）：15－22.

［3］ Snoke J A.Earthquake mechanism［C］.James D E.Encyclopedia of Geophysics.New York：Van Nostrand Reinhold Company，1989：239－245.

［4］ 刘杰，郑斯华，康英，等.利用P波和S波的初动和振幅比计算中小地震的震源机制解［J］.地震.2004，24（1）：19－26.

［5］ 倪红玉，刘泽民，沈小七，等.利用FOCMEC方法计算震源机制解的影响因素分析—以九江－瑞昌MS5.7地震为例［J］.华北地震科学，2011，（3）：1－7.

［6］ 胡新亮，刁桂苓，马瑾，等.利用数字地震记录的P、S振幅比资料测定小震震源机制解的可靠性分析［J］.地震地质，2004，26（2）：347－354.

［7］ 刁桂苓，徐锡伟，陈于高，等.汶川MW7.9和集集MW7.6地震前应力场转换现象及其可能的前兆意义.地球物理学报，2011，54（1）：128－136.

［8］ 李饮祖，靳雅敏，于新昌.华北地区的震源机村与地壳应力场［J］.地震学报，1982，4（1）：55－61.