2009年青海大柴旦MS 6.4地震前中小地震震源机制前兆特征分析*

余 娜

(青海省地震局，青海西宁810001)

0 引言

地震是地壳构造活动的产物，是地下介质受到应力作用产生破裂的过程，分析大震前震源周围中小震的震源参数对于了解震源区的应力状态具有重要的意义。在日常震情跟踪中，经常会遇到根据中等地震来判断其是主震还是前震，其后还会不会有更大的地震发生，能够快速、准确的判定和识别前震特征对短临地震预报尤为关键。陈颙 (1978)对多个强震震例进行了研究，指出震源机制的一致性可以用来判定一个地震序列是前震序列还是震群序列。王俊国和刁桂苓(2005)、柯龙生等 (1977)、啜永清等 (2000)研究表明，在震群中最大地震发生之前，中小地震震源机制的相对一致性往往是地震活动性增强的标志，而相对紊乱往往伴随着余震或者地震群活动的减弱，因而，从地震震源机制的一致性可以判断最大地震是否已发生。

震源机制的确定与地震观测台网的空间分布密切相关。在震源机制研究中，有P波初动符号、P波和S波的振幅比等方法，但都有一定的局限性。首先，这些方法需要获得震中周围3个或3个以上的台站记录，台站布局对其结果有影响;其次，对震级大小也有一定的要求，但小震的震源机制有其特殊的意义，震级减小能够获得记录的台站数也相应减少，有时只能获得单台记录，所以不能用这些方法求取震源机制解 (荣代潞，2000)。由于青海省内数字化地震台网分布比较稀疏，满足条件的地震波形资料较少，因此，本文使用青海省区域地震台网记录到的初至波形资料，利用格林函数库技术对中小震进行矩张量反演，克服了记录台站较少时无法准确得到小震震源机制解的缺陷。

1 方法和原理

当震源距和所涉及的波长远大于震源的尺度时，可以把震源视为点源。在这种情形下，若设震源位于坐标原点，那么在场点r处的地震位移u(r，t)为

式中，“*”表示时域里褶积。由式 (1)可见，若知道观测位移 ui(r，t)和格林函数Gij，k(r，t)，便可通过反演得到地震矩张量Mjk(t)。用矩张量表示地震震源的特性时，就能将震源效应和传播路径效应分开，而将记录到的地面运动、震源和传播路径三者之间的关系归结为一种线性关系。矩张量反演既可在时间域内进行，也可在频率域内进行。在实际应用中，我们一般采用频率域里的矩张量反演技术。对式 (1)进行傅里叶变换，得到地震位移谱

式中，ω为角频率。地震位移谱等于格林函数的谱和矩张量的谱的乘积。将反演得到的矩张量的谱经逆傅里叶变换，就可得到作为时间函数的地震矩张量 (陈运泰等，2000;周云好，2002)。为了减少矩张量反演过程中的介质响应——格林函数计算时间，根据上述原理，利用计算格林函数库技术计算出震源区周边半径300 km、采样间隔0.02 s的格林函数库，该方法可以在短时间内，快速确定中小地震震源机制解参数。

2 数据处理结果

2.1 资料选取

以2009年8月28日大柴旦6.4级地震为例，选取震前1个月内、距主震100 km范围、与主震震级相差1级以上、发生在主震震源区附近的ML≥1.5的中小地震 (王林瑛等，2005)，初动波形较清晰、完整，定位精度为A类。随着震级的减小数字地震波资料的信噪比会下降，对于信噪比较差的资料使用带通滤波器 (0.05～15 Hz)进行滤波处理，选取了14个符合条件的中小地震。反演程序使用中国地震局地球物理所许力生等提供的矩张量反演程序包，运用格林函数库确定的结果 (表1、图1)与USGS给出的结果比较接近，表明本文的反演结果是比较可信的，且主震的理论地震波与实际观测波形拟合的较好，拟合系数达到90%以上 (图1c)。

表1 大柴旦6.4级地震及前震震源机制解结果Tab.1 Focal mechanism solutions of Dachaidan M S6.4 earthquake and its foreshock

图1 大柴旦6.4级地震前中小地震的震源机制解Fig.1 Focal mechanism solutions of mid-small earthquakes before Dachaidan M S6.4 earthquake

2.2 震源机制一致性参数

由于分析处理误差和数据资料有限等因素影响，一个地震序列中每个地震的震源机制解不可能完全一样，只能存在相对一致的现象，因此，可以用标准误差来表征它们分布的集中程度，用参数K值定量的描述震源机制的相对一致情况。

可以保证前震95%的概率落在一致性区间之内。若在N次地震中，震源机制一致的有n1，不一致的有n2个，定义该群地震的震源机制相对一致性参数K为 (陈顒，1978):

K值越接近1，表示震源机制解越一致;K值越接近于0，表示越不一致。对于大柴旦6.4级地震前地震断层面走向的标准误差:

其中:i=1，2，3…，N;N是参加统计的前震数目;α前i是第i个前震的断层面走向;是N个前震断层面走向的平均值:

大柴旦6.4级地震前地震断层面倾角的标准误差为

从计算结果可以看出，主震发生之前中小地震震源参数的一致性较好，断层面走向、倾角的一致性达到86%，也就是说主震发生前的一系列中小地震的震源机制解趋于一致，可以利用大震前一群地震震源参数K值相对较高这一现象，对地震群的发展趋势作出估计。

图2 大柴旦6.4级地震前中小地震的震源机制参数统计图Fig.2 Statistical chart of focal mechanism parameters for mid-small earthquakes before Dachaidan M S6.4 earthquake

3 分析与讨论

通过强震前14个中小地震矩张量反演得到的震源机制解，节面Ⅰ优势方向为东南和近东西方向，平均方位角为270°(图2a);P轴优势方向为北东和南西，平均方位角250°(图2b)，平均倾角为25°;T轴优势方向为西北，平均方位角为320°(图2c)，平均倾角39°。大柴旦6.4级地震的发震主断层为逆冲左旋走滑断裂 (姜枚等，2006;孙长虹等，2012)，中小地震震源机制全部为左旋逆冲断裂，平均倾角也较小，震源深度在5～11 km之间，表明该区域的地震活动受上地壳水平应力场控制，与宗务隆山断裂运动有密切关系(图3)。强震前中小地震断层面走向、倾角的一致性达到86%，表明相对一致性可以作为前兆特征为中小地震活动较发育区域的震情跟踪工作提供有益的借鉴。

大柴旦6.4级地震前的波形也十分相似，图4是距2009年8月5日5时 (实线)和8时 (虚线)两个地震190 km的格尔木台3个分量P波前50个点的相关关系图，东西向相关系数为0.91，南北向相关系数为0.69，垂直向相关系数为0.80，其余台站相关系数介于0.7～0.9。因此，从波形意义上进一步说明主震前一系列中小地震震源机制的相似性，即其震源机制一致性程度较高，具有一定的前兆特征。

图3 大柴旦6.4级地震及震前中小地震的震源机制解 (a)及构造空间分布 (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 初步结论

(1)运用矩张量反演理论，通过格林函数库技术，可以快速计算出中小地震的震源机制解，反演得到的6.4级地震的震源机制解结果与USGS给出结果接近，表明本文结果是可靠的。对强震前14个ML≥1.5级中小地震矩张量反演结果进行一致性分析，认为强震前中小地震的震源参数一致性较高，达86%，其初至P波波形相关系数也较高。初步研究认为大柴旦6.4级地震前的地震序列具有前兆指示意义，在实际的应用中，需注意与前兆资料结合给出震情的分析判定。

图4 格尔木台3个分量初至P波波形相关分析图Fig.4 The correlation analysis chart of first arrival P wave of three component at Golmud Station

(2)根据反演出的矩张量解的分析，中小地震的地震破裂类型全部为左旋逆冲断裂，平均倾角也较小，震源深度在5～11 km之间，表明该区域的地震活动受上地壳水平应力场控制，与宗务隆山断裂运动有密切关系。

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