仙游地震序列中小地震震源机制解特征

袁丽文，李 强，陈彩虹

（福建省地震局，福建 福州 350003）

仙游地震序列中小地震震源机制解特征

袁丽文，李 强，陈彩虹

（福建省地震局，福建 福州 350003）

利用福建地震台网记录的数字地震波形，采用基于P波初动和S/P振幅比（HASH）方法，反演了2010年8月至2014年12月间发生在福建仙游地区ML2.0级以上地震的震源机制解。结果表明，仙游地震序列中小地震震源机制解一致性较好，其节面走向、倾角及滑动角以及P、T轴优势分布十分明显。节面走向优势方向为北西向，与该区域沙县—南日岛断裂走向一致，震源破裂类型为近直立右旋走滑型。序列的发生主要受控于近南北向主压应力，与福建地区背景应力场方向存在一定差异。分析认为，仙游地震序列的发生主要受控于仙游地区小尺度区域的构造应力场，金钟水库水位变化与序列显著地震活动存在一定相关性，但对仙游地区构造应力场影响不明显。

震源机制解；HASH方法；仙游地震序列

0 引言

地震的发生是在区域应力场作用下，地壳岩层应变能积累到一定程度后发生的破裂和错动。地震震源机制解能刻画出发震断层性质和区域地壳应力方向。中小地震发震频率较高，对某一区域大量中小地震震源机制的求解，为研究区域的活动构造和构造应力场提供了重要信息。对于显著地震的震源机制解，一般采用波形反演法，如利用Pnl波长周期记录反演地震矩张量［1］，以及目前广泛被应用的结合体波与面波的CAP方法［2］［3］等，这些方法对于显著地震通常都能得到较好的震源机制解，而小地震由于能量较小以及观测条件和噪声等问题，利用波形反演存在一定的现实难度。通常采用P波初动法［4-5］或联合振幅比法［6-8］，而如何评价小震震源机制解的可靠性也是一个重要问题。

Hardebeck和Shearer［9-10］将Reasenberg［5］开发的FPFIT程序改进，提出基于初动（可联合振幅比）求解震源机制解的方法，即HASH方法，该方法同时考虑了震源位置误差、速度模型可能的误差以及极性的观测误差的影响，结果评价按信度等级分成多档，更具客观性。Kilb等［11］使用HASH和FPFIT方法对比测试了速度模型变化时震源机制解的稳定性，显示HASH方法有一定优势。Yang等［12］利用HASH方法计算了南加利福尼亚地区近18万个小震震源机制解，凸显出了该方法的实用性。

2013年9月4日福建仙游地区发生MS4.8（ML5.0）级地震，地震造成4200余人受灾，多处房屋倒塌，引起了较大的社会影响。仙游地区地震序列活动始于2010年8月，截止2015年10月序列共记录到近3000次地震活动。仙游地区属于少震弱震区，震区周边50km范围内历史上仅记录到1次5级地震（1544年德化5.2级），1971年福建台网有地震记录以来未发生ML4.0级以上地震。对近年来仙游地区频繁发生的中小地震震源机制解特征的研究，便于深入了解地震发生的构造背景和区域构造应力场状态。

1 求解方法

本文采用基于P波初动极性和S/P振幅比的HASH方法计算震源机制解，求解基本步骤如下：1）根据给定P波极性（可同时联合振幅比）计算可能的断层面，若符合矛盾符合比等条件，即可确认结果；2）若不满足条件，设定可能的速度模型和震源深度，计算离源角和射线方位等，进一步求得可能的一组断层面解；3）选出满足矛盾符合比等条件的结果；4）重复多次，得到一组可能的断层面结果；5）剃除多种结果中明显不成丛的，将剩余的多数接近的结果在平均法线到节面的坐标系中取平均；6）得到最佳解和结果评价。详细原理可参照Hardebeck（2002；2003）［9-10］。

2 资料选取与处理

数据资料选取福建数字地震台网记录的2008年10月至2014年12月福建仙游地区ML2.0级以上地震事件波形，由于福建地区数字地震台网密度较高，对部分信噪比相对较高ML1.8与ML1.9的地震也一并选用，台站选择震中附近120km内的台站（图1），带通滤波1至10Hz。Yang等（2012）采用信号窗方法量取振幅，其结果较为稳定，且易于批处理。本文参照该方法，噪声窗取P波到时前2.5s至0.5s，P波窗和S波窗分别取到时前0.5s至P波到时后1.5s，P波与S波到时差小于2s的数据不予使用，各波窗内取最大值和最小值之差，然后对三分量进行矢量求和作为该波段振幅。参数设置：最小观测数为8，网格搜索步长为2o，振幅比噪声对数取0.3。速度模型参考张璐［13］（表1）给出的结果。Yang等（2012）将台站方位角间隔度与平均断层节面不确定度作为描述结果好坏的两个极其重要参数。本文参照该方法，评价等级分级如下：节面不确定度≤25o且方位角间隔度≤90o为A级；节面不确定度≤35o且方位角间隔度≤90o为B级；节面不确定度≤45o且方位角间隔度≤90o为C级；节面不确定度≤55o且方位角间隔度≤170o为D级；节面不确定度大于55o或方位角间隔度＞170o为F级。其中A和B级为高精度结果；D级为了能够包括多结果，给予相对宽松限制；F级结果不确定度过大，为不可用结果。

图1 仙游震群与地震台站分布Fig.1 Distribution of Xianyou earthquake swarm and stations

表1 福建地区地壳速度模型

3 结果与分析

经求解得到153个小震震源机制解结果（A类：33个，B类：61个，C类：6个，D类：50个，F类：3个）。震源机制结果见图2，部分ML2.5级以上地震震源机制解结果列于表2。

表2 小震震源机制解结果（ML≥2.5）

图2 小震震源机制解空间分布Fig.2 Distribution of focal mechanisms

震源机制解结果一致性好，节面走向、倾角、滑动角以及P、T轴优势分布十分明显（图3）。节面走向优势方向为NW向，与该区域沙县—南日岛断裂带展布方向一致；节面倾角较陡，大部分在80o以上；滑动角优势为大于160o或小于-160o。主压应力P轴优势分布近SN向，略偏NE；主张应力T轴近EW向；P、T仰角优势分布均小于30o。利用波形互相关计算发现，其中确实存在相关度较高的“相似地震”事件（图4），侧面验证了所求的震源机制结果的可靠性。

图3 震源机制参数解玫瑰图Fig.3 The focal mechanism solutions of rose diagramswarm and stations

表3 仙游序列ML≥4.0级地震震源机制解

图4 PTLC台观测到的部分相似波形Fig.4 Similar waveforms observed by PTLC station

邱毅等［14］利用矩张量反演求解了仙游序列4次ML4.0级以上地震的震源机制解，李强等［15］利用CAP波形拟合法求得了仙游序列5次ML4.0级以上地震震源机制解（表3）。与本文研究结果类似，震源机制解为高倾角走滑型，北西向节面解与断裂走向、序列震中分布一致，主压应力场方向为近SN向。

仙游序列活动区域分布有金钟水库，该水库位于福建省仙游县北部石苍乡境内粗溪中游，库容1.06亿立方米，坝高96.5米，属国家大Ⅱ型水库，水库自2010年5月开始蓄水，同年8月仙游地区开始地震序列活动。从地震活动与水位变化相关性分析，序列ML3.0级以上多发生在水位趋势下降后的转折过程中。

力轴随水位变化关系显示（图5），T轴方位角随水位变化关系总体并不显著，2012年方位角有略微的偏转趋势，2013至2014年较为稳定，在270o左右变化，呈近EW向，进入2014年后弥散程度有所增加（P轴与T轴方位角正交，不再进行分析）。P、T轴力轴仰角与水位变化关系亦不显著，总体弥散分布在0～30o之间，2013年8月前力轴仰角多在15o以下变化，之后力轴仰角弥散程度有所增大，且力轴仰角有增大趋势。总体而言，仙游序列地震力轴在金钟水库水位加卸载过程中，没有明显的响应变化，反映了水位对应力场方向影响有限，实际上，水位加卸载过程可能以两种方式影响区域应力场：一是重力载荷，载荷作用主要影响垂直向应力，对于水平向影响不大，仙游序列震源机制解多数为纯走滑型，力轴仰角较低，小于30o，且绝大多数小于15o，主压和主张力轴接近水平，因此，载荷作用对应力场方向影响较小；二是孔隙压扩散作用，当孔隙压增加时，能降低断层破裂所需的有效剪切力，但这对力轴方位角及仰角的影响可能并不显著。

图5 力轴随水位变化Fig.5 Shaft change with the water level

4 结论与讨论

（1）通过HASH方法得到仙游地震序列中小地震震源机制解结果一致性好，均为近直立右旋走滑性质，地震主要受控于近南北向的水平主压应力场。丁学仁等［16］对1986-1997年福建及邻区11次中强地震震源机制解分析显示，主压应力轴方向为NWW方向；林松建［17］等对1996-2005年52次中小地震震源机制和6组综合震源机制解分析认为，福建地区主压应力轴方向为NW方向，但存在一定的区域差异，其中福建北部主要方向为NNW方向，南部为NWW至近EW方向；周硕愚［18］等利用GPS数据研究福建及近海地区地壳水平运动显示区域应变率场主要应变方位为NW（NWW）方向；许忠淮［19］研究显示华南块体平均主压应力方向为NW方向。以上研究结果显示，福建地区的区域应力场方向为NW（NWW）方向，与本文研究所得仙游地区近NS向的主压应力场存在较大差异，但与林松建研究所得福建北部地区NNW方向的主压应力场方向差别相对较小，显示出仙游序列地震活动主要受控于小尺度区域的先存构造应力场，与福建地区背景应力场存在一定差异。

（2）金钟水库蓄水3个月后仙游地区出现序列增强活动，且序列ML3.0级以上地震多发生在水位趋势下降后的转折过程中，显示出仙游序列地震活动受到水库蓄水影响，但从水位变化与力轴方位角、仰角的相关性分析显示，水库蓄水产生的附加应力场对仙游地区构造应力场影响不明显。

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FOCAL MECHANISM SOLUTION CHARACTERISTICS OF MODERATE AND SMALL EARTHQUAKES IN XIANYOU AREA

YUAN Li-wen，LI Qiang，CHEN Cai-hong
（Earthquake Administration of Fujian Province，Fujian Fuzhou 350003，China）

Based on waveforms from Fujian seismic network，using the P wave first motion polarity and S/ P amplitude ratio （HASH）method，calculated the focal mechanisms of ML≥2.0 earthquakes occurred from 2010 August to 2014 December in Xianyou Area. The results show that the focal mechanisms o ML≥2.0 events are similar，its strike、dip、rake and P， T axis predominant distribution is obvious The NW direction plane of mechanisms solutions consistent with the direction of Shaxian-Nanridao fault system. The type of focal rupture is nearly vertical right-lateral strike-slip. The occurrence of the sequence is mainly controlled by the NS direction principal compressive stress， which is different to the direction of the stress field in Fujian area. The analysis shows that the occurrence of the Xianyou earthquake sequence is mainly controlled by the tectonic stress field in the small scale of Xianyou area and have a certain correlation with the changes of Jinzhong reservoir's water level，but the relationship between water level and tectonic stress field is not obvious.

focal mechanism solution； HASH method； Xianyou earthquake sequence

P315.3

A DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.03.019

1674-8565（2016）03-0099-06

中国地震局震情跟踪课题资助（201501011）

2016-06-29

2016-07-26

袁丽文（1982-），女，湖北省宜昌市人，工程师，现主要从事测震学和数字地震学分析研究工作。E-mail：lwysz@126.com