地震前震源機(jī)制解一致性參數(shù)空間動(dòng)態(tài)特征分析

地震前震源機(jī)制解一致性參數(shù)空間動(dòng)態(tài)特征分析

0震區(qū)周邊地區(qū)地震波場(chǎng)變化結(jié)果表明，強(qiáng)震活動(dòng)受到結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)的限制，源機(jī)制通常與應(yīng)力場(chǎng)的方向一致（李欽祖等人，1982）。運(yùn)用大量中小地震震源機(jī)制解既可以描述震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài),也能夠探討大范圍構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用,從動(dòng)力成因和運(yùn)動(dòng)過(guò)程兩方面分析大震區(qū)數(shù)十年來(lái)應(yīng)力場(chǎng)演化、不同階段的特征。前蘇聯(lián)學(xué)者Sadovsky等(1972)報(bào)道過(guò)加爾姆地區(qū)中強(qiáng)地震前一年半到兩年時(shí)間內(nèi),小震P軸取向由紊亂趨于一致。陳颙(1980)根據(jù)海城前震序列的研究,提出用震源機(jī)制的一致性作為判別前震的新參數(shù);刁桂苓和于新昌(1980,1982)發(fā)現(xiàn)在唐山7.8級(jí)地震和北京延慶5.4級(jí)地震前,由震區(qū)附近小震P波初動(dòng)資料得到的綜合斷層面解矛盾符號(hào)占全部符號(hào)的比例降低的現(xiàn)象;刁桂苓等(1994)通過(guò)分析夏威夷Kaoiki地區(qū)的震源機(jī)制變化,提出考慮震源區(qū)應(yīng)力場(chǎng)的改變進(jìn)行地震預(yù)報(bào)的思路。刁桂苓等(2004)對(duì)大同地震序列,趙英萍等(2004)對(duì)張北地震序列震源機(jī)制一致性參數(shù)進(jìn)行時(shí)間掃描發(fā)現(xiàn),在強(qiáng)余震前一致性參數(shù)都出現(xiàn)低值異常。美國(guó)南加州地區(qū)兩個(gè)M>7.0大震(Landers和HectorMine地震)前,該區(qū)小震震源機(jī)制存在趨于主震震源機(jī)制的現(xiàn)象(萬(wàn)永革,2008)。張致偉等(2010)反演汶川地震序列829個(gè)震源機(jī)制,發(fā)現(xiàn)余震區(qū)南、北段的震源機(jī)制解一致性參數(shù)隨時(shí)間變化總體平穩(wěn)。2006年7月4日11時(shí)56分,在河北文安(38°53.85′N,116°16.88′E)發(fā)生5.1級(jí)地震,震源深度19.3km(刁桂苓等,2006)。文安地震發(fā)生在河北平原強(qiáng)震構(gòu)造帶上,從公元777年至1977年該構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)生6級(jí)以上強(qiáng)震19次(中國(guó)地震局震害防御司,1995,1999)。在強(qiáng)震構(gòu)造帶的河間至寧河之間,是6級(jí)以上地震缺失時(shí)間最長(zhǎng)的一段,能量釋放最不充分,文安位于缺震段的中南部。文安地震前,2001年10月～2006年6月形成ML≥1.5小震空區(qū),計(jì)算該空區(qū)邊緣區(qū)域ML≥2.0地震視應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)在2004年出現(xiàn)明顯的視應(yīng)力升高過(guò)程(陳學(xué)忠,李艷娥,2007);地震波速比在文安和唐山附近地區(qū)出現(xiàn)正?！档汀謴?fù)—發(fā)震的異常演變過(guò)程(王林瑛等,2008)。本文利用平面插值的方法對(duì)文安地震前后震源機(jī)制解一致性參數(shù)進(jìn)行平面插值掃描,討論地震前后一致性參數(shù)空間動(dòng)態(tài)的變化特征,提取有預(yù)測(cè)意義的信息。1震源機(jī)制解的穩(wěn)定性本研究利用河北省遙測(cè)臺(tái)網(wǎng)記錄的河北及鄰區(qū)ML≥2.0地震的數(shù)字化波形數(shù)據(jù),并補(bǔ)充周邊省份波形數(shù)據(jù),震源位置取自中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心匯編C01目錄,震源機(jī)制計(jì)算采用梁尚鴻等(1984)提出的利用區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)的垂直向PˉˉˉΡˉ、SˉSˉ最大振幅比資料測(cè)定小震震源參數(shù)的方法。胡新亮等(2004)利用首都圈記錄到的數(shù)字化波形反演震源機(jī)制,并與格點(diǎn)嘗試法得到的震源機(jī)制進(jìn)行比較,二者基本一致,證實(shí)了該方法的可靠性。付虹等(2009)通過(guò)對(duì)云南地區(qū)19個(gè)地震的實(shí)際對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)P波和S波最大振幅比值與地震的記錄形式無(wú)關(guān),與振幅的絕對(duì)大小無(wú)關(guān),與震級(jí)大小也基本無(wú)關(guān)。為了保證單個(gè)震源機(jī)制解的穩(wěn)定性,參與計(jì)算的臺(tái)站數(shù)目一般要求6個(gè)以上,而且在震中周圍均勻分布,震中距控制在150km之內(nèi),避免出現(xiàn)Pn和P11混淆的情況;記錄振幅要求大于0.5mm,而且不能限幅。從圖1中的臺(tái)網(wǎng)分布來(lái)看,上述條件是容易達(dá)到的。反演計(jì)算采用的速度結(jié)構(gòu)模型(表1)綜合了人工地震測(cè)深和天然地震層析成像的結(jié)果(孫若昧,劉福田,1995;張成科,張先康,1997;王椿鏞等,1993)。計(jì)算得到從2002年1月～2008年4月河北及鄰區(qū)的震源機(jī)制解共673個(gè),覆蓋了113.0°～119.0°E,36.0°～42.0°N的范圍(圖1)。一個(gè)區(qū)域的應(yīng)力場(chǎng)可分為區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和震源應(yīng)力場(chǎng)。區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主要反映整個(gè)區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài),對(duì)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主要研究是否存在一個(gè)較為穩(wěn)定的空間取向,認(rèn)為這個(gè)穩(wěn)定的空間取向?qū)χ袕?qiáng)地震的發(fā)生起控制作用;震源應(yīng)力場(chǎng)反映震源區(qū)附近短時(shí)間內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng)變化、擾動(dòng),通過(guò)研究地震震源應(yīng)力場(chǎng)取向的變化,就能發(fā)現(xiàn)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的情況及強(qiáng)震的前兆信息。如果背景構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的空間方向由3個(gè)相互正交的應(yīng)力主軸σ1,σ2,σ3表示,震源機(jī)制的取向由3個(gè)相互正交的應(yīng)力軸P、B、T表示(圖2),那么就可以定義震源機(jī)制和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的一致性參數(shù)(王俊國(guó),刁桂苓,2005):a=α+β+γ,其中:α=∠σ1P,β=∠σ2B,γ=∠σ3T。一致性參數(shù)的最大值為270°,最小值為0°,它反映了單個(gè)震源機(jī)制解的力軸與平均應(yīng)力張量的差異程度,強(qiáng)震前孕震區(qū)內(nèi)大量中小地震的震源機(jī)制一致性參數(shù)反映了孕震區(qū)內(nèi)地震震源應(yīng)力場(chǎng)與構(gòu)造區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)系。2震源機(jī)制的一致性參數(shù)對(duì)震源機(jī)制解的各個(gè)參數(shù),以10°間隔繪制歸一頻數(shù)分布(圖3,4)。由于地震較小,無(wú)法區(qū)分?jǐn)鄬用婧洼o助面,故將2個(gè)節(jié)面等同看待,合并計(jì)算。其中圖3a是節(jié)面走向,其大體呈各個(gè)方位均勻分布,在NNE—SSW和NWW—SEE方向,稍顯優(yōu)勢(shì),而這2個(gè)方向恰恰是華北強(qiáng)震的2個(gè)破裂方向。圖3b為節(jié)面滑動(dòng)角,它以走向滑動(dòng)為主,尤其右旋走滑最多;其次屬于斜向滑動(dòng);傾向滑動(dòng)最少,但是正斷層和逆斷層都獨(dú)立存在。圖3c是節(jié)面傾角,它接近直立的高傾角最多,傾斜其次,幾乎沒(méi)有近水平的節(jié)面。圖4a是P軸的方位,它在NEE—EW向存在顯著優(yōu)勢(shì)取向;圖4b是T軸方位,它在NNW—SN向存在顯著優(yōu)勢(shì)取向,和水平面的夾角(圖4d,e)則接近水平,呈稍稍翹起的形態(tài)。N軸和水平面的夾角(圖4f)呈傾斜向直立靠攏。即便是大量中小地震的震源機(jī)制解,應(yīng)力軸的優(yōu)勢(shì)取向和華北構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)完全吻合,反映它們同樣受到大區(qū)域動(dòng)力因素的制約。但是它們也具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和局部特征,如破裂方向近乎均勻地散布在各個(gè)方位。因此我們可以利用這種雙重性質(zhì),考察中小地震受控于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱。對(duì)于河北及鄰區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng),我們采用李欽祖等(1982)的研究結(jié)果,確定出應(yīng)力主軸σ1az=70°,σ1pl=0°;σ2az=160°,σ2pl=0°;σ3az=0°,σ3pl=90°。我們對(duì)673個(gè)震源機(jī)制解在三維空間進(jìn)行一致性參數(shù)計(jì)算,利用MapInfo軟件中的專題地圖(ThematicMap)功能,對(duì)震源機(jī)制一致性參數(shù)進(jìn)行平面插值作圖,插值采用不規(guī)則三角網(wǎng)插值TIN方法。TIN中的節(jié)點(diǎn)是測(cè)量點(diǎn)本身,它尊重實(shí)際測(cè)量值。由于震中位置是不規(guī)則的,在變化較大或者需要詳細(xì)信息的地區(qū),TIN可以使用更高的精度。柵格大小為5km,距離120km。作圖采用時(shí)間窗長(zhǎng)2年,步長(zhǎng)1年進(jìn)行滑動(dòng)。由于文安地震發(fā)生于2006年7月4日,計(jì)算震前震源機(jī)制解一致性參數(shù)的時(shí)間范圍從2004年7月至2006年6月,滑動(dòng)步長(zhǎng)2年,以保證足夠的樣本數(shù)。圖5中藍(lán)色區(qū)域表示震源機(jī)制解一致性參數(shù)較小,到2003年底(圖5a),在文安地震震中附近發(fā)生幾次小震,一致性參數(shù)顯示小范圍低值;到2004年底(圖5b),低值區(qū)范圍有所擴(kuò)大,并向SW方向發(fā)展;到2005年底(圖5c),低值區(qū)在原來(lái)范圍的基礎(chǔ)上向NE方向發(fā)展,異常區(qū)域面積持續(xù)增大;到文安地震前(圖5d),形成了一個(gè)4°×1°的不規(guī)則異常區(qū)域。異常梯度帶沿河北平原地震帶展布,而文安地震發(fā)生在異常區(qū)域的邊緣,這個(gè)現(xiàn)象可能包含一定的構(gòu)造意義,即該地震受到NNE向河北平原地震帶的控制。震后到2008年4月震源機(jī)制解一致性參數(shù)平面插值圖中沒(méi)有出現(xiàn)文安地震前的大范圍低值區(qū)(圖5e),而在文安地震后河北地區(qū)5級(jí)以上地震活動(dòng)持續(xù)平靜。4大震之前小震震源機(jī)制的解一致性我們求取小震震源機(jī)制的參數(shù)的目的往往不是為了單一地得到某個(gè)中小地震的震源機(jī)制參數(shù),而是在求取大量中小地震震源機(jī)制解的基礎(chǔ)上,用統(tǒng)計(jì)的方法提取具有平均意義的信息和統(tǒng)計(jì)特征的變化。通過(guò)計(jì)算文安地震前后震源機(jī)制解一致性參數(shù)并對(duì)其進(jìn)行平面插值,得到地震前在震源區(qū)附近出現(xiàn)了大范圍的一致性參數(shù)低值區(qū)域,并有隨時(shí)間增長(zhǎng)低值區(qū)域面積逐漸擴(kuò)大的現(xiàn)象。這可能是中強(qiáng)震前的一種前兆現(xiàn)象。大量中小地震的震源機(jī)制的一致性是判斷地震危險(xiǎn)性的一個(gè)有用的判據(jù)。任何一個(gè)地震序列都有發(fā)生、發(fā)展、衰退的過(guò)程,前震或在震群中最大地震發(fā)生之前,震源機(jī)制解一致性則表明孕震區(qū)域受到構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制,并且低值區(qū)逐步擴(kuò)大,表明構(gòu)造應(yīng)力存在持續(xù)增強(qiáng)的過(guò)程(陳颙,1980)。震后大范圍低值異常不復(fù)存在,表明區(qū)域進(jìn)入應(yīng)力松弛狀態(tài)。以往利用震源一致性對(duì)地震危險(xiǎn)性進(jìn)行判斷都只討論了時(shí)間進(jìn)程上的變化,本文利用平面插值的方法對(duì)震源機(jī)制解一致性參數(shù)進(jìn)行了空間動(dòng)態(tài)掃描,對(duì)未來(lái)中強(qiáng)地震的發(fā)震地點(diǎn)判定提供了一些參考依據(jù),然而