利用震源机制解走向判定地震影响场长轴方向

徐志双 任静 谭专条 高小跃 陈雅慧 杨志高 李志强

摘要：为了评估以震源机制解走向作为影响场长轴方向的适用性，以1970—2020年145个破坏性地震为研究对象，研究各地震的震源机制解走向和极震区长轴方向之间的偏差，发现两者平均差值为17.0°;走滑型、逆断型和正断型地震分别占研究地震总数的56.6%、19.3%和6.2%，其震源机制解走向与极震区长轴方向的平均差值分别为16.4°、16.2°和20.6°;有82.8%的地震的震源机制解走向与极震区长轴走向差值小于30°，说明该方法是可行的。通过统计研究2010—2020年等震线长轴方向明显的50个强震震中附近区域历史强震震源机制解走向与极震区长轴方向差值，结果表明：有13个地震震中30 km范围内有历史强震发生，最近历史强震震源机制解走向与极震区长轴方向差值小于30°的有8个（62%）。如果在距离地震震中30 km以内发生过历史强震，则可以综合考虑距震中最近的历史强震震源机制解走向和活动断裂走向来判定影响场长轴方向。

关键词：地震影响场;长轴方向;震源机制解;等震线图;极震区

中图分类号：P315.94 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2022）01-0088-12doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2022.0010

0 引言

震后的灾害快速评估工作主要是对地震影响范围内的人口、经济、建筑物等进行综合考量，因此绘制地震影响场是震害快速评估的第一步。地震发生后，地震灾害快速评估系统一般依据震中所在区域的烈度衰减关系（汪素云等，2000;张苏平等，2015）和活动断裂分布情况绘制地震影响场，以作为震害评估的基础和应急救援的依据（刘金龙，林均岐，2012）。基于地震烈度衰减关系生成的地震影响场一般为一系列同心椭圆，椭圆长轴方向取距震中最近的活动断裂的走向。因此，活动断裂的研究成果直接决定了地震影响场的准确性。然而，由于发震区域活动断裂的研究程度不同，有些区域很可能缺乏可靠的活动断层研究成果，使地震影响场绘制和极震区评估遇到困难。对于人口分布比较均匀的东部地区，地震影响场长轴方向的变化对评估结果影响不大，但对于人口分布非常不均匀的西部地区，地震影响场长轴方向的变化可能导致评估结果相去甚远。在实际的地震应急工作中，地震影响场长轴方向和极震区长轴方向相差小于30°一般视为可接受，但部分地震的地震影响场长轴方向与实际调查的烈度等震线长轴方向相差较大，如2014年鲁甸6.5级、2017年新疆精河6.6级等地震，导致极震区得不到快速有效的救援。因此，需采用多种手段对地震影响场进行修正，如利用余震、震源机制解走向、强震动记录等（白仙富等，2011;王伟锞等，2011;陈鲲等，2012，2015a，b;杨天青等，2015;郑韵等，2016;徐志双等，2020）。

在震后地震应急响应中，国家和省级地震应急指挥中心已将震源机制解走向作为判别影响场长轴方向的重要依据，陈鲲等（2015a，b）也以此手段绘制了2014年新疆于田7.3级、云南鲁甸6.5级地震震动图。前人研究成果和近年来应急经验表明，基于震源机制解走向判别地震影响场长轴方向在一些震例中是切实可行的，即修正后的地震影响场长轴方向与实际调查的极震区长轴方向相符性较好。然而，这一方法是否适用于所有震例，以及评估偏差是多少，目前尚未有系统性的研究成果。鉴于此，本文选取1970—2020年145个M≥5.0破坏性历史地震，研究其震源机制解走向和极震区长轴方向之间的偏差，考察以震源机制解走向作为判别地震影响场长轴方向是否满足震后快速評估的需求。地震发生后，由于震源机制解产出需要一定的等待时间（约震后30 min），是否可以借鉴活动断层数据库使用方法，在震前准备好历史地震震源机制解走向数据库，震时直接读取震中附近历史强震震源机制解走向作为地震影响场长轴方向？为了检验该方法的可行性，本文对2010—2020年等震线长轴方向明显的50个强震及距震中最近的历史强震震源机制解走向与极震区长轴方向差值进行了统计研究。

1 研究资料选取和震例分析

震源机制解一般包含走向（φS）、倾角（δ）和滑动角（λ） 3个参数，走向和倾角是断层的几何参数，描述发震断层的产状;滑动角是断层的运动参数，表示断层面上的滑动方向。根据滑动角的不同，可将断层分为走滑-近走滑型（λ接近0°或±180°）、正断-近正断型（λ接近-90°）、逆断-近逆断型（λ接近 90°）和其他类型（λ为其他值）。

本文以1970—2020年在中国大陆发生的破坏性地震为研究对象，整理了震源机制解和等震线资料齐全、等震线具有明显方向性的145个地震，历史地震空间分布如图1所示，除1980年2月14日新疆叶城5.8级地震震源深度达90 km外，其余地震均为浅源地震。震源机制解来源于已发表的研究成果、中国地震台网中心（CENC）和Global CMT目录（Dziewonski et al，1981，Ekstrm et al，2012），等震线图来源于灾评报告、中国地震局和各省地震局发布的烈度图（表1）。对于烈度等震线形状不规则、不易确定极震区长轴方向的地震暂不予考虑，如1975年2月4日辽宁海城7.3级、1976年8月16日四川松潘7.2级、1988年11月6日云南澜沧—耿马7.6级等地震。同一地震存在2个及以上极震区且长轴方向差异明显的地震也不予考虑，如1976年5月29日云南龙陵7.3级、1985年8月23日新疆乌恰7.4级等地震。双震或震群取第一个地震的震源参数，存在2个长轴方向相近的极震区时，以距主震较近的极震区为研究对象。极震区长轴方向的值由正北方向顺时针旋转至极震区所在方位的角度来表示。发震断层面的判定参照前人研究成果，对于部分无法确定主破裂面的地震，取走向与极震区长轴方向相接近的节面为发震断层面，后文提到的震源机制解走向即为该节面走向。地震的断层类型、震源机制解2个节面走向差值、震源机制解节面走向与极震区长轴方向的差值见表1。

从表1可看出，145次破坏性地震中，发震断层类型为走滑-近走滑型的有82个，占研究地震总数的56.6%，与谢富仁等（2003）得到的中国及邻区震源机制走滑型占比为50.3%相接近;逆断型和正断型各有28个和9个，占比分别为19.3%和6.2%;走滑断层兼具正/逆断分量、正/逆断层兼具走滑分量，以及无法判定发震断层类型的地震有26个，占比17.9%。华北地区的历史地震全部为走滑型，西北地区以逆断型和走滑型为主，西南地区以走滑型为主。本文研究地震分布最多的省份依次为新疆、云南、四川，分别有48、32、22个地震，均以走滑型占比最大。除了走滑型断层以外，新疆以逆断型居多;云南多为正断型，少见逆断型;四川以逆断兼走滑居多，与孙业君等（2017）结论相一致。

除极少部分地震使用单断层模型，或缺乏详尽资料，所研究地震的震源机制解大多给出2个节面，节面走向差值与断层类型有关。统计结果显示，走滑-近走滑型地震2个节面方向差值为71°～115°，平均差值为93.4°。逆断型和正断型为主地震的2个节面走向差值平均为152.3°和159.4°。

2 震源机制解节面走向与极震区长轴方向对比分析

145个地震的震源机制解走向与极震区长轴方向之间的平均差值为17.0°。其中，走滑型地震震源机制解走向和极震区长轴方向的平均差值为16.4°，逆断型和正断型地震的平均差值分别为16.2°和20.6°，兼具走滑和正/逆断分量或无法判别发震类型地震的平均差值为17.5°。快速评估工作中，一般认为地震影响场长轴方向与实际调查的烈度等震线长轴方向相差小于10°为评估结果好、10°～20°为较好、20°～30°为可接受、大于30°则不能满足评估工作需求。145个地震中，若采用震源机制解节面走向作为影响场长轴方向，与极震区长轴走向差值小于30°的有120个，占研究地震总数的82.8%;其中小于10°的有57个（占比39.3%）、10°～20°有41个（占比28.3%）、20°～30°有22个（占比15.2%）、不能满足评估需要的地震有25个（占比17.2%）。需要说明的是，差值大于45°的有6个，分布于新疆（4个）和西藏（2个），均为监测能力较薄弱的西北地区。

陈鲲等（2015a，b）在绘制地震震动图时将震源机制解走向作为判断震动图长轴方向的重要依据，本文的统计分析结果充分支持其结论，即对于大部分地震（占本文研究地震总数的83%），基于震源机制解走向修正影响场长轴方向是可行的。从震源机制类型来说，走滑-近走滑型地震2个节面方向平均差值接近90°，可以综合考虑震中地区地质构造背景、余震分布情况和历史地震震源机制解走向，来判定发震断层面，并以其走向修正影响场长轴方向。逆断型和正断型为主的地震2个节面走向平均差值接近180°，二者近乎呈一条直线时，可以选择其中一个节面走向修正影响场长轴方向。对于其他发震类型的地震，同样需借助于地质构造背景、余震分布和历史地震震源机制解走向来综合判定发震断层面，然后以较为接近的震源机制解走向修正影响场长轴方向。

3 以历史强震震源机制解走向判定地震影响场长轴方向

对于中强地震，其震源机制解携带了震源区断层及应力场的信息，并且在一定程度上反映了所在区域构造背景下的区域构造应力场和构造运动的特征（赵翠萍，2006）。由相同的构造运动引发的地震可能具有一定的规律性（朱琳等，2021），也就是说，同一个孕震构造块体内发生地震，在本次地震震源机制解产出之前，可考虑将震中周边历史强震震源机制解走向作为判定地震影响场长轴方向的约束条件，以提升地震影响场绘制的准确性和震害快速评估的时效性。

为了检验该方法的可行性，本文对2010—2020年等震线长轴方向明显的50个强震及距这些强震震中最近的历史强震参数进行了统计（表2）。表2显示，31个地震震中100 km范围内有历史强震，距震中最近历史强震震源机制解走向与极震区长轴方向差值小于30°的有18个，占研究地震总数的58%;其中13个地震震中30 km范围内有历史强震，差值小于30°的有8个（占比62%）。总体而言，该方法的相符性低于基于震源机制解走向修正影响场长轴方向的方法（83%），但部分结果优于基于震源机制解走向的修正结果。如2010年新疆乌恰5.1级、2016年青海门源6.4级、2016年云南云龙5.0级、2017年新疆精河6.6级、2019年四川珙县5.3级、2020年云南巧家5.0级等地震，采用距震中最近历史强震（选取距离震中范围分别为：新疆乌恰地震为47 km，云南云龙地震为28 km，其余地震不超过20 km）节面走向作为影响场长轴方向，与极震区的差值减小10°左右。一些地震极震区长轴方向与最近活动断裂走向不一致，如2018年西藏谢通门5.8级地震极震区长轴方向与距震中最近的嘉黎—然乌断裂走向相差70°，而与1998年西藏谢通门6.1级地震震源机制解走向相差仅23°;2020年云南巧家5.0级地震极震区方向与包谷垴—小河断裂走向相差34°，而与2014年鲁甸6.5级震源机制解走向相差4°;2014年云南景谷6.6级地震极震区方向与澜沧江断裂走向相差46°，而与1979年云南普洱6.8级地震震源機制解走向相差23°。针对这些地震，采用距震中最近历史强震震源机制解走向作为影响场长轴方向，更能满足评估需求。

由于本文研究的地震有限，在实际应用中，在地震震源机制解结果产出之前，仅仅依靠距震中最近历史强震震源机制解走向判定地震影响场长轴方向有一定的限制，但仍然可以以此作为约束条件之一。其基本思路为：以区域构造背景为基础，参考活动断裂分布情况，若在距离本次地震震中30 km范围（断裂带延伸较长或构造单一的区域可以适当扩大范围）内发生过历史强震，则可以综合考虑历史强震震源机制解走向和活动断裂走向来判定影响场长轴方向。需要指出的是，对于区域构造复杂、震中附近活动断裂丰富的地震，不宜直接采用震中附近区域历史强震结果，如2018年云南2次通海5.0级地震，距震中最近的历史强震为1970年通海7.8级地震，2次地震震中相距约3 km，然而二者发震断层分别为NE向的小江断裂带中南段西支（王光明等，2018）和NW向的曲江断裂（张之立，刘新美，1982），此时宜采用距震中最近活动断裂走向作为影响场长轴方向。

以2020年5月18日云南巧家5.0级地震为例，其震中距离2014年云南鲁甸6.5级地震震中约20 km。以距巧家地震震中最近的五莲峰断裂走向和包谷垴—小河断裂走向分别作为长轴方向得到的影响场如图2a、b所示。从图中可见，仅以距震中最近的活动断裂走向作为影响场方向时，判定结果的好坏强烈依赖于活动断裂的研究成果。以鲁甸地震震源机制解走向342°（赵旭等，2014）为长轴方向绘制的影响场如图2c所示，影响场与实际等震线（图2d云南防震减灾网.2020.云南巧家5.0级地震烈度分布图.http：//www.yndzj.gov.cn/yndzj/_300559/_300651/598 913/index.html.）长轴方向仅相差4°，效果很好，甚至优于以本次地震震源机制解走向修正的结果（差值15°）。因此，在震中附近发生过历史强震的情况下，绘制影响场时可以将历史强震震源机制解走向作为活动断裂法的补充条件，综合约束影响场长轴方向。

4 结论

本文对1970—2020年中国大陆145个破坏性地震的震源机制解走向与极震区长轴方向差值、2010—2020年等震线长轴方向明显的50个强震震中附近区域历史强震震源机制解走向与极震区长轴方向差值进行了统计研究，主要得出以下结论：

（1）走滑-近走滑型地震占研究地震总数的56.6%，逆断型和正断型地震分别占研究地震总数的19.3%和6.2%，其余为兼具走滑和正/逆断分量，或无法判别类型的地震。本文研究地震中地震分布最多的省份为新疆、云南、四川，除了走滑型断层之外，新疆以逆断型为主，云南多为正断型、少见逆断型，四川以逆断兼走滑居多。

（2）145个地震震源机制解走向和极震区长轴方向平均差值为17.0°，其中走滑型、逆断型、正断型和其余类型地震震源机制解走向和极震区长轴方向平均差值分别为16.4°、16.2°、20.6°和17.5°。在震后快速评估工作中，地震影响场和实际烈度图长轴方向差值小于30°视为可接受。所研究地震中，以震源机制解走向作为影响场长轴方向满足评估需求的占研究地震总数的82.8%。

（3）震源机制解2个节面走向差值与发震类型有关，走滑型地震震源机制解2个节面走向平均差值接近90°，逆断型和正断型地震2个节面走向平均差值接近180°。对于走滑型、兼具走滑和正/逆断型地震，结合构造背景、附近区域历史地震发震断层走向、余震分布等结果，判别2个节面中哪一个是发震断层面后，利用该节面走向可以修正地震影响场长轴方向。对于逆断型或正断型地震，由于2个节面近似在一条直线上，所以理论上可以任选其一修正影响场长轴方向。

（4）2010—2020年发生在中国大陆、等震线长轴方向明显的50个地震中，有31个地震震中100 km范围内有历史强震，距震中最近历史强震的震源机制解走向与极震区长轴方向差值小于30°的有18个，占比58%;其中13个地震震中30 km范围内有历史强震，差值小于30°的有8个，占比62%。总体而言，以距震中最近历史强震震源机制解走向判定影响场方向的相符性低于以本次地震震源机制解走向作为影响场长轴方向（83%）的方法，但有部分地震结果优于使用本次地震震源机制解作为影响场长轴方向的结果。

目前，对于MS≥4.5地震，中国地震台网中心在震后约30 min就可以产出震源机制解结果，为地震影响场的修正提供依据。在震后应急响应工作中，一般要求震后15 min内产出地震影响场。据此，本文提出一种在地震震源机制解产出之前，采用距震中最近的历史强震的震源机制解走向，并结合活动断裂分布情况综合判定影响场长轴方向的方法。因此，震后第一时段可采用以距震中最近历史地震震源机制解走向作为活动断裂法的补充条件，用来约束影响场长轴方向;第二时段可采用本次地震震源机制解走向来修正地震影响场长轴方向。未来，地震烈度速报将覆盖全国，仪器烈度分布图有可能替代传统烈度分布图，但在此之前，震后快速绘制地震影响场仍是地震应急的一项重要工作。烈度计提供的是分散的烈度分布点，依然需要借助其他研究成果（如震中附近活动断裂走向、本次地震和歷史强震震源机制解走向等）来确定极震区的长轴方向。

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Determination of the Long-axis Direction of the Seismic Influence Field Using the Strike of the Focal Mechanism Solution

XU Zhishuang，REN Jing，TAN Zhuantiao，GAO Xiaoyue，CHEN Yahui，YANG Zhigao，LI Zhiqiang

（China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China）

Abstract

In order to evaluate the practicability of using the strike of the focal mechanism solution as the long-axis direction of the seismic influence field，145 destructive earthquake cases from 1970 to 2020 were taken as the research samples.The deviation between the strikes of the focal mechanism solutions and the long-axis directions of the meizoseismal areas has been studied.It is found that the average difference between the strikes of the focal mechanism solutions and the long-axis directions of the meizoseismal areas is 17.0°.Of all the earthquake cases，the strike-slip/near strike-slip，reverse，and normal faults account for 56.6%，19.3% and 6.2%，respectively.And average differences between strikes of the focal mechanism solutions of these earthquakes and the long-axis directions of the meizoseismal areas are about 16.4°，16.2° and 20.6°.In general，the earthquake cases whose difference between the strikes of the focal mechanism solutions and the long-axis directions of the meizoseismal areas less than 30° takes a percentage of 82.8%，indicating that the method is feasible.And then，the differences between the strikes of the focal mechanism solutions of the historical strong earthquakes occurring near the epicenter of the earthquake samples and the long-axis directions of the meizoseismal areas of 50 strong earthquakes with obvious isoseismal long-axis direction from 2010 to 2020 were statistically studied.The results show that among the 50 earthquakes，there have been historical earthquakes within 30 km of the epicenters of 13 earthquakes and the difference between the strike of the focal mechanism solutions and the long-axis direction of the meizoseismal area of 8 cases（62%）is within 30°.Therefore，if a historical strong earthquake has ever occurred within 30 km from the epicenter of the current earthquake，the direction of the focal mechanism solution of the historical strong earthquake and the strike of the active fault nearby can be comprehensively considered to determine the direction of the long-axis direction of the seismic influence field.

Keywords：seismic influence field;long-axis direction;focal mechanism;isoseismal map;meizoseismal area