山西地区ML≥3.0地震震源机制解研究

吕 睿，董春丽，刘素珍，高伟亮，孟小琴，张 玲，张正霞

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

震源机制解可以形象地描述震源的性质和受力情况，对地震后续过程的判定具有一定的参考作用，所以，对震源机制的求解是一项比较有意义的研究。20世纪80年代以来，一些学者相继提出了利用区域台网记录地震的P、S波振幅比资料反演中、小地震震源机制解的方法，进一步发展了震源机制解的求解技术[1-8]。snoke在纪念ISPEI成立100周年时，提出的P波、SV波、SH波的初动和振幅比联合计算震源机制解的方法，不仅可以用P、S波的初动和振幅比进行计算，而且在只有P波初动的情况下，也可以进行计算，使用起来比较灵活、方便。

运用snoke方法，以山西省数字测震台网记录的数字地震资料为基础，计算出2007年至2010年ML≥3.0的49个地震的震源机制解，并将其与运用P波及振幅比得出的震源机制解进行对比，证明此方法的可行性。

1 计算原理

目前，学者们更侧重于对点源模型中的双力偶模型的研究，根据前人的研究成果，给出以下表达式，双力偶震源辐射远场的地震波位移，在γ-θ-φ坐标系中观测点p(γ，θ，φ)处的分量为：

根据P、S波辐射花样的固有特征，愈靠近节面，P波的振幅越接近零，初动方向愈难以辨认，断层面和辅助面45°夹角处最大；S波在节面附近能量最大，振幅最大，在断层面和辅助面45° 夹角处最小[9]。由此可看出，震源球面上分布的初动方向数据只能显示该点应处在P波的正象限或负象限，但不能获得节面与此观测点的角距离有多大的信息。由于震源球面上某点观测到的波的振幅大小含有节面离该点距离远近的信息，振幅数据比初动方向数据对两个节面的约束作用更显著。因此，如果在计算震源机制解时，同时加上SV、SH波的初动资料及振幅比资料，就更能精确地确定节面的空间位置。

Snoke方法利用双力偶点源模型，分别对P波、SV波和SH波的初动方向以及SV/P、SH/P、SV/SH振幅比的理论计算值与实际观测值设定一个矛盾数上限，采用网格尝试法，求取所有满足小于所设定的矛盾数上限的机制解。对求得的这些机制解，通过比较理论计算与实际观测得到的P波、SV波、SH波初动符号和振幅比，选择其中拥有矛盾符号数最少和振幅比残差最小的机制解，作为机制的最佳解。

2 资料收集及运算过程

选取山西省数字测震台网记录的2007年至2010年ML≥3.0数字地震资料，用snoke教授的程序，用P波、S波初动和振幅比相结合的方法，计算出2007年至2010年山西地区ML≥3.0共49次中小地震的震源机制解。图1为49次地震的震中分布图，图2为山西测震台网台站分布图。

计算步骤如下：

首先，打开ISDP软件，选取EVT格式的地震波形；

第二步，标注P波和S波初动。P波初动在BHZ分量标注，选择初动清晰。S波初动在BHE分量标注，注意S波初动选择震中距小于80 km之内进行标注；

第三步，点击波形处理中的波形旋转按钮，P波在BHZ分量上量取振幅，S波在BHE分量上量取振幅；

第四步，继续添加P波初动。注意只有P波初动在波形旋转后可以添加，添加一个台站进行一次地震定位，计算震源机制解，一直到计算出最佳一组解；

第五步，得到12个震源机制解参数，绘制该地震事件的震源机制解图。

图1 分析所选49个地震的震中分布图

3 计算实例

为论证该方法求解震源机制解的可靠性，选取2007年至2010年ML≥3.0的地震，着重研究该时段内山西发生的5次ML4.0以上的地震，将通过snoke方法得到的震源机制解与振幅比方法给出的结果进行对比分析。

图2 山西测震台网台站分布图

(1) 原平4.5级地震

原平4.5级地震发生在2009年3月28日19时11分，在系舟山西麓断裂向系舟山山前断裂转弯处。该次地震打破了鄂尔多斯北缘、东缘、南缘至河北平原带移动的大片区域长达3年6个月的4级平静，成为山西乃至小华北地区2009年度最显著的地震事件，备受行业内专家的关注，有针对性地做了一些研究工作。从第3页表1中可以看出，两种方法计算的震源机制解结果相差较大，分析其原因，是两者计算的要求不同。振幅比方法选择4个以上的台站四象限包围比较好就可以进行计算，而snoke方法是选取P波初动清晰可见的台站，符合条件的台站都参与计算，从第3页图3中也可以清楚地看出，振幅比方法参与计算的台站只有5个，而snoke方法参与计算的台站有17个。可见，snoke方法更加科学，结果更加可靠。

(2) 河津5.1级地震

河津5.1级地震发生在2010年1月24日10时36分，微观震中位于临汾盆地的侯马凹陷构造区。震源机制解结果表明，河津地震是走滑为主，兼有一定斜滑分量的正断活动。其应力场状态与临汾断陷盆地的状态较吻合，但主压应力轴取向，与临汾盆地平均应力场主张应力轴的取向(北西-北北西)相比较，仍存在一定差异，说明河津地震主要受局部区域应力场控制(见表2、图4)。

表1 不同方法计算的原平地震震源机制解

图3 不同方法得到的原平地震震源机制解

(3) 大同4.7级地震

大同4.7级地震发生在2010年4月4日21时46分，震中位于册田凹陷内大王断裂、团堡断裂两条共轭断裂的交汇处，为大王断裂、团堡断裂、六棱山北缘断裂3条断裂共同作用的结果。该次震中位置也是1989年6.1级及3次5级以上地震、1991年5.8级地震、1999年5.6级地震的震中(见表3、图5)。

表2 不同方法计算的河津地震震源机制解

图4 不同方法得到的河津地震震源机制解

图5 不同方法得到的大同地震震源机制解

表3 不同方法计算的大同地震震源机制解

(4) 洪洞4.1级地震

洪洞4.1级地震发生在2010年4月7日15时29分，震中位置在1303年洪洞8级地震老震区，也是现今该区中小地震活动的区域，其空间分布表现得极不均匀(见表4、图6)。

表4 不同方法计算的洪洞地震震源机制解

图6 不同方法得到的洪洞地震震源机制解

(5) 阳曲4.6级地震

阳曲4.6级地震发生在2010年6月5日20时58分，该地震发生在交城断裂的北端(见表5、图7)。

通过上述分析对比，证实了利用snoke方法求解的震源机制解可靠度较高，优势为在P波初动方向数据的基础上，加入SH波、SV波初动方向和SV/P、SH/P或SV/SH振幅比数据。因此，对震源机制解的约束更多，结果更加准确。实例中，除原平地震外，其他地震的snoke方法与P波初动及振幅比方法的计算，结果相近，这并不代表振幅比资料不好，是由于多种原因导致了结果的差异(如，两者的计算方法不同等)。

表5 不同方法计算的阳曲地震震源机制解

图7 不同方法得到的阳曲地震震源机制解

4 结论

用snoke方法计算出山西省2007年至2010年ML≥3.0的49个地震的震源机制解，并着重研究该时段内山西发生的5次ML4.0以上的地震，把用这种方法得到的震源机制与仅用振幅比得到的震源机制相比较，进一步论证这种方法的可靠性。得出以下结论：通过与仅用振幅比的震源机制资料进行类比，认为用snoke求解震源机制的方法是可行的，用这种方法不仅可以得到5级地震的震源机制，也可以对台网分布较好地区的3～4级地震进行震源机制的研究；山西地区以走滑型的正断层为主，伴有少量的斜滑、逆冲。

参考文献：

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[2] 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)：18-25.

[3] 梁尚鸿，李幼名，束沛镒，等.利用区域地震台网、振幅比资料测定小震震源参数[J].地球物理学报，1984，27(3)：245-254.

[4] 胡新亮，刁桂苓，马 瑾，等.利用数字资料记录的P、S波振幅比资料测定的震源机制解的可靠性分析[J].地震地质，2004，26(2)：345-350.

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[9] 屠泓为，王海涛，赵翠萍.用P波和S波初动和振幅比计算新疆伽师两次强地震震源机制解[J].内陆地震，2006,20(2)：131-138.