利用不同速度模型反演越西MS5.2地震震源机制解及震源深度

魏娅玲 黄雪影（中国成都610041四川省地震局）



利用不同速度模型反演越西MS5.2地震震源机制解及震源深度

魏娅玲 黄雪影
（中国成都610041四川省地震局）

摘要为了解不同速度模型对四川越西MS5.2地震震源机制解及震源深度结果的影响，我们使用四川和云南测震台网宽频带数字地震波形，采用CAP方法和3种不同速度模型进行波形反演，结果显示：①3种模型获得的台站波形拟合互相关系数均大于61%，且地震震源机制解参数基本一致，结果稳定、可靠；②反演得到越西地震的矩震级为MW5.03，震源深度为10 km，断层节面Ⅰ走向355°、倾角81°、滑动角29°，节面Ⅱ走向260°、倾角61°、滑动角170°，P轴方位角124°、仰角14°，T轴方位角221°、仰角27°，该地震断层属于左旋走滑型；③推断此次地震活动是大凉山断裂左旋走滑错动结果。

关键词Crust 2.0速度模型；CAP方法；震源机制解；震源深度

0 引言

震源机制解直观反映了地震破裂几何特征和运动学特征，是研究区域构造应力的基础，因此震源机制解和震源深度是地震工作者关心的重要参数（邓起东等，2002）。区域性宽频带地震波形资料包含丰富的地震震源和区域地壳信息，利用区域宽频带波形资料研究地震震源机制解及震源深度，有助于了解震源区应力状态和发震断层构造特征，也是理解地震孕育过程的重要途径。目前，已经发展多种波形反演方法研究震源机制解，包括：长周期面波（张国民等，2002）、体波（Lay et al，1982；Xu et al，2007）和近场记录（Takeo，1987；Dreger et al，1993）等。波形反演方法或速度模型不同，反演结果往往存在差异。为此，本文选用3种速度模型，采用CAP（Zhao et al，1994；Zhu et al，1996）方法，反演越西MS5.2地震震源机制解，搜索最佳震源深度，对结果进行对比分析，以提高研究结果的科学性。

据中国地震台网中心统一地震目录测定，北京时间2014年10月1日09时23分，在四川省凉山州越西县（28.38°N，102.74°E）发生MS5.2地震，震中位于大凉山断裂带，震源深度10 km，地震造成多间民房倒塌或开裂，对当地居民生活产生不小影响。大凉山断裂带是一条新生断裂带，在四川安宁河断裂带和则木河断裂带以东，北起石棉北的鲜水河断裂带南端，向南经越西、普雄、昭觉、布拖至云南巧家汇入小江断裂带，总体走向330°—360°，倾角较陡，全长约280 km（何宏林等，2008）。大凉山断裂带缺乏大破坏性地震记录，且地处边远山区，易被忽视，对该次地震的震源机制解及震源深度进行研究，以此揭示地震发生机理。

1 数据模型

1.1 资料选取

四川越西MS5.2地震发生前，震中250 km范围内正常运行的固定台站有28个，均配备宽频带记录仪，为研究此次地震震源性质提供了重要基础资料。采用四川和云南测震台网震中距较近台站的宽频带地震记录波形，采用CAP方法，对震源机制解和震源深度进行反演，经过台站选择，最终选用50 km≤Δ≤200 km、信噪比相对较高的15个台站进行波形反演，台站包围震中的最大空隙角为72°。地震震中与所选台站分布见图1，从图1可见，所选台站对此次地震震中具有较强的控震能力。

图1　震中与参与反演的台站分布Fig.1 Distribution of epicenter of the stations used in inversion

1.2 速度模型

在震源机制解研究中，国际上一些地震学者（Zhao et al，1994；Zhu et al，1996；Tan et al，2006）建立和发展了一种用于反演地震矩张量解的CAP（Cut And Paste）方法，将宽频带数字地震记录分解为体波部分(Pn1)和面波部分，分别计算其合成波形和真实记录的误差函数，搜索最佳震源深度和震源机制解，同时确定地震矩震级。其优点体现在，震源机制解反演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。目前，国内许多学者采用该方法作过不少研究（郑勇等，2009；赵凌云，2010；吕坚，2011；易桂喜，2012；谢祖军，2013；张玲等，2013），研究结果充分证明了CAP方法对地震震源机制解与震源深度研究的有效性与可靠性。

图2　用于地震波反演3种速度模型Fig.2 Three velocity models used in the seismic inversion

为了提高研究结果的可靠性，综合多年来四川西部地区地壳速度结构研究成果，选用3种速度模型用于越西MS5.2地震震源机制解波形反演。图2是本研究中用于地震波反演的3种速度模型，其中模型A表示Crust 2.0模型，该模型在全球尺度上提供2°×2°分辨率的地壳速度模型，并提供地壳各层的密度分布，虽然空间分辨率不高，但结果较为可靠。模型B为林向东等（2013）给出的模型，该模型根据川西地区人工地震测深剖面和波形拟合结果，并做适当调整后建立，较模型A和模型C的速度分层更为精细。模型C为郑勇等（2009）给出的模型，是结合人工地震测深和Crust 2.0模型而建立的速度模型。

2 反演结果

2.1 震源机制解

对选取的15个地震台站波形数据，利用3种模型，采用CAP方法，对四川越西MS5.2地震进行波形反演，反演结果见图3—图5（图中的黑线是观测波形，红线是理论波形）。由图3—图5可知：①由模型A反演得到各地震台波形拟合互相关系数均大于65%，RMS值为4.37×10-2，矩震级MW= 4.99，比中国地震台网中心统一地震目录的面波震级小0.21；②由模型B反演得到各地震台波形拟合互相关系数均大于66%，RMS值为3.769×10-2，比模型A和模型C的值小，矩震级MW=5.03，比中国地震台网中心统一地震目录的面波震级小0.17，MW比模型A大0.04；③由模型C反演得到各地震台波形拟合互相关系数均大于61%，RMS值为4.548×10-2，较模型A的值偏大，矩震级MW= 5.1，比中国地震台网中心统一地震目录的面波震级小0.1，MW比模型A大0.11，比模型B大0.07。由3种模型反演得到的最大矩震级与最小矩震级之差仅0.11，充分证明了反演结果的可靠性（图3—图5）。

图3　模型A波形拟合反演Fig.3 Inversion of waveform fi tting using model A

图4　模型B波形拟合反演Fig.4 Inversion of waveform fi tting using model B

图5　模型C波形拟合反演Fig.5 Inversion of waveform fi tting using model C

从上述统计分析可知，3种速度模型得到的理论波形均能较好地与实际记录波形匹配，波形拟合效果比较理想。将3个波形反演结果进行对比分析，发现：分层较精细的模型B较模型A和模型C的波形拟合互相关系数大，RMS值相对较小，说明模型B更适合四川越西地区，故选用模型B的反演结果作为最合理的震源机制解，结果为：节面Ⅰ走向355°、倾角81°、滑动角29°，节面Ⅱ走向260°、倾角61°、滑动角170°，矩震级为MW= 5.03，最佳震源深度为10 km。

表1　不同模型反演越西MS5.2地震震源机制及震源深度结果Table 1 Focal mechanism and focal depth results of the Yuexi MS5.2 earthquake obtained with different velocity models

2.2 震源深度

利用3种速度模型，反演越西MS5.2地震震源深度（图6），其中图6(a)、图6(b)和图6(c)分别是模型A、模型B和模型C反演得到的深度误差拟合图。从图6可见，3种速度模型反演得到的震源机制解在各深度上较为一致，且在深度0—26 km范围内比较稳定。结果显示：越西MS5.2地震最佳震源深度范围8—10 km；在最佳震源深度附近，拟合误差最小，而当深度增加或者减小时，拟合误差变大，且矩震级随震源深度增加而增大。模型A反演的最佳震源深度为9 km，比中国地震台网中心统一地震目录给出的震源深度小1 km；模型B反演的最佳震源深度为10 km，与中国地震台网中心统一地震目录给出的震源深度相同；模型C反演的最佳震源深度为8 km，比中国地震台网中心统一地震目录给出的震源深度小2 km。由震源深度反演结果可知，模型B为拟合反演的最佳模型，则越西MS5.2地震的震源深度为 10 km，为浅源地震。

作者采用MSDP中的locsat绝对定位方法和川滇三维速度模型对本次地震进行重新定位，定位结果显示，震中水平位置与中国地震台网中心统一地震目录给出的震中水平位置接近，重定位震源深度值约9 km，与二维模型B反演得出的震源深度值比较接近，说明三维速度模型重定位的震源深度应该比较可靠。

图6　3种速度模型反演得到的震源深度误差拟合Fig.6 The focal depth fi tting fi gure of the three kinds velocity model inversion

3 结论

大凉山断裂带总体走向330°— 360°，倾角较陡，全长约280 km（何宏林等，2008）。越西MS5.2地震震中位于大凉山断裂，地震震源机制解的一个节面（走向355°、倾角81°、滑动角29°）与大凉山断裂产状较为一致，且主压应力方向为N55°W，因此推测该断裂为发震断裂的可能性大。综上所述，得出以下结论。

（1）3种速度模型反演得到的各台站波形拟合互相关系数均大于61%，震源机制解较为一致，结果稳定、可靠。分层较为精细的模型B波形拟合互相关系数最大，更适合四川越西地区。

（2）CAP方法反演得到越西地震的矩震级为MW= 5.03；震源机制解参数为：节面Ⅰ走向355°、倾角81°、滑动角29°，节面Ⅱ走向260°、倾角61°、滑动角170°，P轴方位角124°，仰角14°；该地震断层属于左旋走滑型，略兼逆冲。

（3）越西MS5.2地震震源深度为 10 km，属于浅源地震。

（4）震源机制解节面Ⅰ参数与震中附近大凉山断裂产状较为一致，主压应力方向与区域应力方向也比较一致，说明此次地震活动是大凉山断裂左旋走滑错动的结果。

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Inversing the focal mechanism and the focal depth of Yuexi MS5.2 earthquake using the different velocity model

Wei Yaling and Huang Xueying
(Earthquake Administration of Sichuan Province，Chengdu 610041，China)

Abstract

In order to understand the in fl uences of different velocity model in the inversion result of the Sichuan Yuexi MS5.2 earthquake focal mechanism and focal depth， we perform seismic waveform inversion with the Sichuan and Yunnan Provinces seismic network wideband digital seismic waveform and CAP method， adopting the three different velocity models， respectively. The result showed: ①Using three velocity model， the correlation coef fi cients of waveform fi tness for all stations are larger than 61%， and inversion results are consistent well， they are stable and reliable. The waveform fi tting relationship coef fi cient of the model B is the largest， the model should be more suitable for the west region in Sichuan Yuexi region.②The moment magnitude was MW5.03. The earthquake focal depth is 10 km. The strike angle， dip angle， and slip angle are 355°， 81°， and 29°， respectively， for the one nodal plane. The strike angle， dip angle and slip angle are 260°， 61° and 170°， respectively， for another nodal plane. The azimuth angle and elevation angle are 124° and 14°， respectively， for P axis. The azimuth angle and elevation angle are 221°， 27°， respectively， for T axis. The results indicate that the fault belongs to sinistral strikeslip type.③The one nodal plane parameters accord with big Liangshan fault attitude near the epicenter. Principal compressive stress direction and regional stress direction is consistent. So that，the result indicates that this earthquake activity is due to the sinistral strike-slip movement of big Liangshan fault.

Key words：Crust 2.0 velocity model， CAP method，focal mechanism solution， focal depth

doi:10. 3969/j. issn. 1003-3246. 2016. 01. 006

基金项目：中国地震局测震台网青年骨干培养专项（专题编号：20140320）

作者简介：魏娅玲（1979—），女，高级工程师，从事大震速报工作。E-mail：sctwsbs@163.com

本文收到日期：2015-08-04