基于CAP方法的2019年湖北应城MS 4.9地震震源机制与发震构造研究

赵凌云，丁文秀，周 舟，周本伟 何 凯，申学林，魏贵春

（1.中国地震局地震研究所（地震大地测量重点实验室），湖北 武汉 430071；2.湖北省地震局，湖北 武汉 430071；3.三峡工程生态与环境监测系统地震监测重点站，湖北 武汉 430071）

2019年12月26日18时36分在湖北应城发生了MS4.9（ML5.3）地震。地震发生之后，震中附近地区余震相对较少，截止到2020年3月30日，共记录到11次ML＞0.0地震（图1），其中，ML1.0～1.9地震1次，ML2.0～2.9地震9次，ML3.0～3.9地震1次，最大余震为2020年1月8日1时23分应城ML3.3地震，此次余震位于主震MS4.9（ML5.3）的SE方向3.8 km处，另外9次ML≥2.0余震均发生在主震东南部。在此次地震震中30 km内曾经发生过1960年2月5日MS4.1（ML4.6）地震。震区及其周边区域地质构造复杂，震中附近最近断裂为皂市断裂，该断裂北起京山天王寨，以NNW 向南延，经汤池，在皂市东截接潜北断裂之后，继续以SSW 方向延伸，最后隐伏于白垩系-第四系之下（曹家敏等，1994）。该断裂北东段发育于古近系砖红、褐红色砂砾岩、粘土岩、砂岩和寒武系灰色厚层、巨厚层结晶灰岩、白云岩之间，断面走向NNW，倾向NEE，倾角60°，且上缓下陡，断裂带上的白垩系以粗碎裂岩为主；寒武系以巨大的断层角砾岩为特征，各处宽度不等。主断面上多处可见到厚度20～30 cm的片理化构造岩和厚度不一的断层泥（刘锁旺等，1994）。中生代中期随州—应城推覆体向南推挤，该断裂两盘产生左形走滑运动；晚白垩开始拉张，成为云梦—应城盆地的西界；第四纪以来断裂上盘具有走滑特点，富水左岸支流经过断裂时多数显示右行走滑特征；玉泉寨有低温泉水溢出；中段和潜北断裂交汇部位东侧于1630年夏发生过MS5.0地震和7～8次3＞M≥2.0微震（徐杰等，1991）。

图1 震中区附近的断裂与参与CAP计算的台站分布

“CAP”（Cut and Paste）方法是将宽频带地震记录分成波形Pnl波和面波两个部分进行反演，在适当的时间变化范围内搜索出理论地震波形和观测地震波形全局拟合误差最小的反演震源机制解的方法（Zhao et al，1994；Tan et al，2006；Zhu et al，1996，2006）。该方法的优势是反演结果对速度模型和地壳横向变化的依赖性相对较小，且对震源深度有较好的约束。因此本文拟采用CAP方法反演应城MS4.9地震的震源机制解，并结合区域地质背景和地震序列的分布等来判断此次地震的可能发震机理。

1 资料选取

1.1 观测台站

为了提高震源机制结果可靠性，综合考虑台站的震中距和方位角等因素，我们选取湖北台网8个观测质量较好、连续率较高的台站（图1）参与计算。

1.2 地壳速度模型

选取的研究区地壳模型见表1，从地表到40 km深度处共分为8层，建立初始模型计算理论格林函数。该区地壳的明显特征是在14～21 km处存在一低速层，这一结果在不同人工地震测深剖面或研究成果中均有体现（张爱民等，2006）。

表1 湖北应城地区地壳速度模型

2 震源机制结果与分析

2.1 CAP方法计算结果

在反演过程中，将理论波形和观测波形的Pnl部分（0.05～0.2 Hz）和Snl部分（0.02～0.05 Hz）进行拟合。在全空间中进行格点搜索震源参数，搜索得到不同深度上的震源机制和误差（黄建平等，2009）。调整计算参数，使得波形能够较好地吻合观测数据，得到最佳的震源机制解（吕坚等，2009），其最佳双力偶解：节面I走向49°，倾角78°，滑动角162°；节面Ⅱ走向143°，倾角72°，滑动角13°。

震源深度始终是一个较难确定的参数。地震目录中给定的深度可能与实际重新定位或震源机制反演的深度存在较大的差异。图2a是由表1中的速度模型得出来的震源机制解波形拟合结果，从图2a中得知超过四分之三的台站拟合相关系数高于80%，表明理论波形与实际波形具有较好的拟合关系，结果稳定、可靠。图2b是误差随着深度的分布，从图2b可以看出震源深度的变化对震源机制的影响不明显。根据误差最小判定原则，本次地震事件的最佳震源深度为8 km左右。

图2 0～20 km各深度处CAP方法计算的震源机制解及误差分布

2.2 与FOCMEC以及KIWI计算结果的对比

表2为不同方法计算出的2019年12月26日湖北应城MS4.9（ML5.3）地震的震源机制解，根据表2分析认为，此次地震由带有逆冲成分的走滑性质断层活动造成，主压应力P轴为近东西向，主张应力轴为近南北向（杨云存等，2021）。另外用104个台站初动符号及利用FOCMEC方法计算的震源机制结果见图3a。可见两种方法的结果很相近，进一步支持本文的CAP计算结果。其中节面II与皂市断裂走向接近，也符合皂市断裂逆冲推覆体系的构造作用，因此推断发震断层与北西向的皂市断裂活动有关。另外据吴海波等（2021）利用KIWI反演的此地震的震源机制解（图3b）可知两种方法反演结果较接近；破裂性质一致。三种反演方法得出的结果比较接近，从另一个角度也说明了CAP反演结果是可靠的。

表2 湖北应城MS4.9地震的震源机制解

图3 应城MS4.9地震震源机制解

3 发震构造分析

本文使用表1的地壳速度模型，选用最近的8个包围较好的台站，采用HYPO2000方法对地震序列进行重新定位，得到的结果如表3，其分布如图4所示。

图4 应城MS4.9地震重定位后余震分布

表3 湖北应城MS4.9地震的余震重定位结果

应城MS4.9（ML5.3）地震序列集中分布在皂市断裂南段，余震只有11个，位于主震东侧，重新定位后余震呈现NW 向分布，余震分布与皂市断裂走向比较接近。地震强震动数据计算结果（图5）显示，应城地震极震区仪器烈度为V度，绝大多数区域为IV度，仪器烈度等震线长轴呈北西走向分布，和计算的震源机制解长轴方位基本一致（李恒等，2020）。

图5 应城MS4.9地震仪器烈度分布

4 结论与讨论

本文利用CAP方法反演了应城MS4.9（ML5.3）地震的震源机制解，得出其最佳双力偶解：节面Ⅰ走向49°，倾角78°，滑动角162°；节面Ⅱ走向143°，倾角72°，滑动角13°，最佳震源深度在8.0 km附近。该结果与FOCMEC和KIWI方法计算的结果都比较接近。结果分析认为，此次地震为走滑性质断层带有逆冲成分造成，其主压应力近EW 向，主张应力轴近NS向。本文利用HOPO2000对余震进行了重新定位，定位后余震呈NW 分布，与皂市断裂走向接近，同时应城地震仪器烈度图显示的等震线长轴也呈NW 走向，和计算的震源机制解长轴方位基本一致。应城MS4.9（ML5.3）地震发生在皂市断裂东南端，节面II走向与皂市断裂相近，破裂方式为走滑带逆冲成分，综合分析认为NW 向的皂市断裂作为发震断裂的可能性较大。