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豫北及邻区中小地震震源机制解及应力场反演

来源:用户上传      作者: 莘海亮 方盛明 樊计昌 李稳

  摘要:利用区域地震台网的数字地震波记录资料,由垂直向记录Pg和Sg振幅比值,结合部分清晰的P波初动记录资料,计算得到了1985~2008年在豫北及邻区发生的145个中小地震的震源机制解。通过统计方法、系统聚类分析方法及采用格点尝试法,分析了震源机制解参数并求取了区域平均应力场。结果表明:研究区震源机制解以走滑型为主,应力轴比较接近水平,区域构造应力场以水平挤压为主要特征;震源机制解除走滑型外,还有一定数量的正断型和逆断型。整体显示中小地震震源机制解种类较多,分布散乱,表明小地震发生具有随机性,华北构造应力场整体的控制作用较弱。
  关键词:中小地震;震源机制解;聚类分析;应力场;豫北及邻区
  中图分类号:P3157文献标识码:A文章编号:1000-0666(2012)02-0184-06
  0引言
  地震的震源机制解从一定角度描述了震源的性质及其破裂过程,因此,地震震源机制解的确定,对于地震的研究、孕震机理的解释及震后应力的分布,具有十分重要的意义。对于震源机制理论和方法的研究,一直是地震学研究的热点。由P波初动求取地震的震源机制解是地震学中一个常用的方法,但这种方法要求所计算的地震被很多台站记录到(付淑芳等,1980)。对于小震而言,能记录到小震的台站数量非常有限,不能精确求解震源机制。为了解决这个问题,梁尚鸿等(1984)提出利用区域地震台网P、S波垂直分量振幅比资料测定小震震源机制,该方法具有精度高、需用的记录资料量少等优点。林纪曾和李幼铭(1991)对该方法进行了人工数据检验,并且对台站偏于一侧时的资料处理能力及误差进行了估计。结果表明,该方法不仅在正常情况下能够得到很好的结果,而且在十分不利的资料条件下也可以得出令人满意的结果。胡新亮等(2004)、张永久和程万正(2007)进一步分析证实了利用数字地震记录的P、S振幅比资料测定小震震源机制解的可靠性。闫俊岗等(2008)、王曰风等(2008)、张致伟等(2010)分别使用该方法对多个地区的地震及余震序列进行震源机制解研究。
  本文在梁尚鸿等(1984)提出的利用P、S波最大振幅比数据反演中小地震震源机制的基础上,采用刁桂苓等(2004)提出的P波初动和P、S振幅比联合反演震源机制、系统聚类分析程序,依据豫北及邻区最新的速度结构和地震精定位结果(莘海亮等,2011),研究该区中小地震震源机制及其主要应力场特征。
  1研究区概况及资料选取
  豫北及邻区(张成科等,1994;杜广仁,1998)处于太行山与东部平原的分界区域,包括华北坳陷区南部、鲁西隆起西部及山西隆起区东南部(太行山隆起),该区既有广阔的平原,又有丘陵和山区;同时该区又处于太行山东麓的地壳陡变带、重力异常梯级带上,是断裂构造极其发育、地震频繁发生的地段。
  本文研究区所选范围为(3500°~3717°N,11312°~11583° E)。使用地震事件包括两部分:(1)闫俊岗等(2008)求出了1985~2000年晋冀鲁豫相邻地区102次地震的震源机制解,在本文研究区范围内有96次,利用闫俊岗等(2008)提供的初始振幅数据,笔者对这96次地震进行了重新计算。谢智等(2002)计算了1965~2000年河南及邻区共52次ML≥35地震的震源机制解,1985年以来位于研究区范围内的地震共有6个,这些地震均包含在前述我们重新计算的96次地震中;(2)对2001~2008年研究区范围内地震台网记录的地震事件,笔者选择至少4个以上的台站记录到且至少1个台的记录有清楚的Pg初动的地震记录,对地震波形数据进行挑选最后计算得到质量较好的49次地震的震源机制解。综上所述,研究区范围内笔者共得到145个地震的震源机制解,其中10≤ML<20的地震有13个,20≤ML<30的地震有93个,30≤ML<40的有39个(图1,采用下半球投影方式)。
  地震研究35卷第2期莘海亮等:豫北及邻区中小地震震源机制解及应力场反演2中小地震震源机制解
  对于大量震源机制解笔者采用统计分析,首先把145个地震震源机制解的各个参数进行划分,以每10°为单位对其进行归一频数计算(图2)。图1研究区活动断裂和145个震源机制解分布
  Fig1Active faults and distribution of the focal
  mechanism solutions of 145 earthquakes图2145个震源机制解节面参数和P、T、B力轴参数分析
  Fig2Nodal plane and P,T and B axis parameters analyze of the focal mechanism
  solutions of 145 earthquakes整体上讲,研究区震源断层面strike主要呈现NNE向与NWW向两组节面走向,其中NNE向节面呈现为N10°~40°E,其它各个方向也都有,次数较少;滑动角slip在0°和180°附近居多,表明震源机制解以走向滑动为主,同时倾斜以及倾向滑动的都存在,相比之下正断层(左)比逆冲断层(右)要多,说明研究区拉张作用比挤压作用强烈;断面倾角dip显示高倾角较多,接近水平的倾角几乎为零,表明断层面或直立或倾斜;主压应力P轴方位近NEE向,倾角10°~30°,接近水平;主张应力T轴的优势方向主要集中在NNW向和NEE向,倾角在0°~50°范围内较多;中等应力B轴方位可以勾画破裂方位,以NEE与NNW为多,倾角分布比较均匀,说明滑动方式比较离散,规律不明显。
  由于地震震级较小,随机发生的可能性较大,受局部影响程度高,而且数量多,无法一一比较,为了更清晰地分析这些震源机制解的异同,笔者采用模式识别中系统聚类的方法(刁桂苓等,1992,1995)进行深入的分析。
  21震源机制解系统聚类分析
  对于研究区范围内的145个震源机制解,采用最大距离法进行系统聚类划分后将其划分为6类(图3):前3类的平均解都是走向滑动,后3类的平均解为倾向滑动,其中第4,5类为正断解,第6类为逆断解。正断解总的数目是逆断解的近4倍,走向滑动地震数目约占总数的61%,倾向滑动地震数目约占总数的39%。第1类的P轴平均方位是EW,第2类的P轴平均方位是NE,这两类最大主压应力P轴方位与谢智等(2002)、闫俊岗等(2008)对晋冀鲁豫及邻区地震的震源机制解研究所得的结论一致,因此这两类可视为代表区域的主体,我们称之为主体类;第3类的P轴平均方位是NNW,在N向附近摆动。倾滑地震数目占总数的39%,表明除了主体走滑活动外,随机或者调整性的倾滑活动比重也较大。
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