四川长宁地区ML4.0以上地震震源机制解及震源深度反演

蔡一川 程静馥

（中国成都 610041四川省地震局）

四川长宁地区ML4.0以上地震震源机制解及震源深度反演

蔡一川 程静馥

（中国成都 610041四川省地震局）

2013年1月至11月四川长宁地区发生5次ML≥4.0地震，利用四川省数字地震台网近震波形资料，采用CAP方法，对其震源机制进行反演。结果显示：5次中强地震震源错动类型均属于逆断层；主压应力P轴倾角较小；地震震源深度较浅，最佳震源深度3—5km。

CAP方法；震源机制解；震源深度；数字地震台网

0 引言

2013年1月至11月四川长宁地区共发生5次ML≥4.0地震，为1970年以来该地区4级以上地震频发时段。这些频繁发生的中等强度地震为研究该地区活动构造和构造应力场提供了重要信息。

震源机制解对于震源过程研究和地震预报研究具有重要意义，是研究现代构造应力场的基础资料之一，通过震源机制研究，可以分析地震发生的力学过程，推断地震的主要成因。在震源机制研究中，国内外学者积累了大量经验，并取得诸多研究成果（赵凌云，2010；吕坚，2011；易桂喜，2012）。其中，采用Zhao和Helmberger等提出的CAP（Cut And Paste）方法获取震源机制解（Zhao L S，1994；Zhu L P，1996），在国内外诸多研究成果中得到了充分证明；CAP方法由于采用分段波形拟合，其中Pnl波和面波包含有效确定震源深度的震相信息，因此可作为一种研究震源深度的方法（Zheng Y，2009；宋美琴，2012；谢祖军，2013）。CAP方法的优点体现在，反演震源机制解时使用近震宽频带波形资料，弥补了利用P波初动求解震源机制解受台站数量限制的缺陷。本文收集四川及云南地震台网宽频带数字地震仪的近震波形数据，利用CAP方法，对2013年1月至11月长宁地区ML≥4.0地震震源机制和震源深度进行反演。

1 研究方法和地壳模型

1.1 CAP方法

CAP方法的主要思想是，将近震波形分为P波（Pnl）和面波（Snl），对其3分量共5部分（Pnl不存在切向分量）给定不同权重进行反演，分别计算实际地震记录和理论地震图的误差函数；在反演过程中，将理论波形与旋转后的观测波形滤波，得到Pnl（0.05—0.2 Hz）和Snl（0.02—0.05 Hz）波，进行拟合，对震源参数，在全空间进行格点搜索，得到不同深度的震源机制和误差，调整震源参数，使波形能够较好地吻合观测数据，得到相对误差最小的震源机制解和震源深度值。

1.2 地壳模型

选取震中距小于250km的22个地震台站（图1）记录数据，在0.05—20 Hz频率范围内，仪器幅频特性曲线平直，记录数据较好，从中筛选信噪比较高、P波初动明显、台站方位分布良好的台站记录参与反演。

利用CAP方法，通过计算给定震源机制解的理论波形，与实际观测波形进行对比，不断改变震源参数，拟合最佳震源机制解作为最终反演结果。利用F—K方法，在给定速度模型下计算各个台站位置的格林函数（Zhu L P，1996），由震源函数和格林函数合成理论波形。在反演过程中，越可靠的速度模型得到的反演结果越可靠。

图1 地震震中及台站分布Fig.1 The seismic epicenter and seismic station distribution

图2 研究地区地壳速度模型Fig.2 The crustal velocity model used in study region

长宁地区位于四川盆地南缘，是盆地内中等强度地震发生频次相对较高区域。利用综合Crust 2.0速度模型和川东盆地平均速度模型（赵珠等，1987） 适当调整获得的速度模型（图2）计算格林函数。由图3、 图4可以看出，理论波形和观测数据拟合结果均较好，说明速度模型和矩张量结果比较可靠。

对所选5次ML≥4.0地震，采用hypo2000绝对定位方法和川东部盆地平均速度模型（赵珠等，1987）进行重新定位，结果显示，震中水平位置与四川测震台网编目结果接近，但震源深度有明显改善，见表1。因表1中编号为3的ML4.3地震属于叠加地震，仅对其他4次地震进行反演，且获得较可靠的结果，增加了该区域中强地震震源机制解基础资料。

表1 四川长宁ML≥4.0地震重定位结果Table 1 The relocation results of the Changning ML≥4.0 earthquakes in Sichuan Province

2 反演分析

2.1 震源机制解

长宁地区主要断裂为不对称的长宁复式大背斜，东西长100km，南北宽20km；主轴走向为：东段呈北西—南东向，西段为近东西向，北西翼陡，倾角40°—60°，南东翼缓，倾角17°—32°。另外，长宁地区有一成盐时代最早的钙芒硝—岩盐矿床盐，矿床位于震旦系灯影组中下部地层，含盐系地层总厚475 m。

图3 2013年2月19日15时55分四川长宁ML4.5地震波拟合Fig.3 The seismic wave ftting fgures for Changning ML4.5 earthquake at BJ time 15:55 on February 19，2013

图4 2013年4月25日06时10分四川长宁ML5.1地震波拟合Fig.4 The seismic wave ftting fgures for Changning ML5.1 earthquake at BJ time 06:10 on April 25，2013

采用CAP方法反演获得长宁地区4次ML≥4.0地震震源机制解，图3—图5给出两次较大地震的波形拟合图和反演结果，震源机制解参数见表2。从图3和图4可见，方位角不同台站的理论波形均能与实际观测波形较好匹配，且绝对振幅大小较一致，互相关系数大于60%的占95%，反演结果稳定。据地震断层面及P轴、T轴和B轴倾角的断层应力特征分类方法（Zoback ML，1992），由图5、表2分析可知：事件1在震源深度2—10km范围内震源机制解稳定，震源深度5km处获得最小深度拟合误差，表明该地震属浅源地震，错动类型为带走滑分量的逆断层；事件2 在震源深度2—7km范围内反演结果稳定，震源深度在3km处获得最小深度拟合误差，表明该地震属浅源地震，错动类型为逆断层；事件3 和事件5的错动类型也为逆断层。由表2可知，4个地震震源震源深度均在3—5km范围内。初步推断：4次中强地震的发震原因与长宁背斜关系不大，更多表现出矿井注水诱发地震活动的某些特征。

表2 四川长宁ML≥4.0地震反演结果Table 1 The inversion results of the Changning ML≥4.0 earthquakes in Sichuan Province

2.2 地震震源深度

准确的震源深度值是日常分析人员判断地震类型的重要依据，特别是对核爆炸及其他非天然地震的鉴别，震源深度成为决定性判据之一。利用震相到时数据（包括pP - P和sP - P）测定的震源深度被认为是地震初始破裂点深度；矩张量反演深度体现的是震源的一种矩心，既非震源的几何中心，也非简单的震源体“质量”中心。不同意义下的震源深度不能彼此替代，可以相互比较。

图5 地震震源机制随不同震源深度变化（a） ML4.5地震；（b） ML5.1地震Fig.5 The variation of the focal mechanism solution with different depth

由表1可知，5次地震重定位震源深度范围为5—10km，与采用深度震相sPn测定的震源深度值（魏娅玲等，2014）存在一定差异，最大差值7km，说明重定位使用的常用到时震相数据地震的震源深度约束不好，见图1。采用CAP方法反演得到4次地震的震源深度均较浅，最佳震源深度范围3—5km，在地震波拟合过程中，当反演深度增加或减小时，拟合误差相应变大，最佳震源深度范围与阮祥等（2008）对该地区地震震源深度研究结论比较吻合，与采用深度震相sPn测定的震源深度值（魏娅玲等，2014）也较接近。据此可以判定，本研究通过波形拟合得到的地震震源深度值比较可靠，该区域中强地震震源深度通常较浅。

3 结论

（1）采用CAP方法反演长宁地区ML≥4.0地震震源机制，其理论波形与实际观测波形较匹配，且绝对振幅大小较一致，反演结果稳定、可靠。

（2）本研究反演得到的4次中强地震震源错动类型均属于逆断层；主压应力P轴倾角较小，在0.3°—17°之间；地震震源深度较浅，最佳震源深度范围3—5km。

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Inversion of focal mechanism and focal depth of the earthquakes more than ML4.0 in Changning，Sichuan Province

Cai Yichuan and Cheng Jingfu
（Earthquake Administration of Sichuan Province，Chengdu 610041，China）

From January to November，2013，fve times ML≥ 4.0 earthquakes happened in Changning district，Sichuan Province.Using the near earthquake wave data of digital seismic network of Sichuan Province，and using CAP method，the focal mechanism of these earthquakes are inverted.The result showed that: The dislocation type of these seismogenic faults belongs to the reverse fault； the dip angle of Principal compressive stress P axis is smaller； the focal dept of these earthquakes depth are shallow； with best depth range of 3-5km.

CAP method，focal mechanism solution，focal depth，digital seismograph network

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.003

蔡一川（1979—），男，工程师，从事系统运维工作。E-mail：sctwsbs@163.com

中国地震局测震台网青年骨干培养专项（专题编号：20140320）、2015年三结合课题“四川地区台站记录不同方位近震震相特征研究”

本文收到日期：2015-03-09