黃顯良 劉澤民 郁建芳 倪紅玉 張 炳 王瑣琛

(中國合肥230031安徽省地震局)

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2014年安徽金寨ML3.9震群序列震源一致性研究*

(中國合肥230031安徽省地震局)

首先采用P波、 SV波和SH波的極性和振幅比聯(lián)合求解2014年安徽省金寨ML3.9震群序列的震源機制解， 并在此基礎上計算得到該震群序列的震源一致性參數(shù)和P軸方位角隨時間的變化； 然后基于震區(qū)附近3個臺站記錄到的該震群序列的地震波形， 計算其體波譜振幅相關系數(shù)， 同時讀取震區(qū)附近3個臺站記錄到的該震群序列中115次ML≥1.5地震的極性. 研究結(jié)果表明： 金寨ML3.9震群序列的地震震源機制解絕大多數(shù)為壓性走滑型，P軸方位角較為一致； 其震源一致性參數(shù)處于較低水平， 體波譜振幅相關系數(shù)較高； 臺站所記錄到的地震極性也較為一致. 該結(jié)果表明金寨ML3.9震群序列的震源一致性程度非常高.

金寨ML3.9震群序列 震源機制解 譜振幅相關系數(shù) 震源一致性參數(shù)

引言

地震是地下介質(zhì)受到應力作用產(chǎn)生破裂的自然現(xiàn)象， 研究中強地震震源區(qū)應力狀態(tài)的時空分布， 對于了解地震的孕育過程具有重要意義． 陳颙(1978)通過對一些強震震例的分析研究發(fā)現(xiàn)， 強震前震源機制趨于一致的現(xiàn)象時有發(fā)生， 提出可用前震震源機制的一致性來描述地震活動性， 同時給出了判定地震危險性的實例． 后續(xù)的相關研究也較多. 例如： 王俊國和刁桂苓(2005)的研究表明千島島弧MW≥7.5地震前曾出現(xiàn)震源機制解與構(gòu)造應力場的一致性參數(shù)降低的現(xiàn)象； 澤仁志瑪?shù)?2010)對2006年千島島弧MW8.3地震和2001年秘魯MW8.4地震的研究表明， 大震發(fā)生前孕震區(qū)震源一致性參數(shù)比較低， 震源機制解與構(gòu)造應力場的差異較小， 說明前震受到了震源區(qū)應力場的統(tǒng)一作用， 而主震發(fā)生后震源一致性參數(shù)比較高， 說明后續(xù)地震的震源機制散亂， 表明背景應力場的控制作用開始減弱．

2014年8月以來安徽省金寨縣關廟鄉(xiāng)發(fā)生ML3.9震群序列， 該震群序列持續(xù)時間長， 震區(qū)原地1970年以來未記錄到小震活動， 說明該震群活動的位置不是老震區(qū)．

本文將利用P波、 SV波和SH波的極性和振幅比聯(lián)合求解震源機制的方法(Snokeetal， 1984； Snoke， 1989)反演金寨ML3.9震群序列中較大地震的震源機制解， 并根據(jù)震源機制解的一致性參數(shù)(陳颙， 1978)及震源機制解P軸方位角的變化分析該震群序列的震源一致性， 同時利用震區(qū)附近3個地震臺站的極性一致性和體波譜振幅相關系數(shù)(Lund， Boovarsson， 2002)綜合考察該震群序列的震源一致性相似程度．

1 地震地質(zhì)背景及震群序列基本情況

1.1 地震地質(zhì)背景

2014年金寨ML3.9震群序列發(fā)生在安徽省六安市金寨縣關廟鄉(xiāng). 該地區(qū)位于大別山北麓， 斷裂構(gòu)造復雜(姚大全等， 2006)， 展布有WNW向的磨子潭—曉天斷裂、 梅山—龍河口斷裂和NE向的落兒嶺—土地嶺斷裂、 團風—溫泉斷裂(亦稱商城—麻城斷裂)． 金寨震群位于磨子潭—曉天斷裂南側(cè)， 距其約2 km, 震區(qū)附近固定地震臺站相對密集. 鑒于該震群序列地震頻發(fā)， 安徽省地震局先后在震區(qū)附近架設了3個流動地震臺， 分別距震中2， 5和13 km. 圖1給出了研究區(qū)內(nèi)斷裂和臺站的分布．

圖1 金寨ML3.9地震震中位置及震區(qū)斷裂和臺站分布 Fig.1 Epicentral location of Jinzhai ML3.9 earth-quake and distribution of faults and stations Solid triangles represent fixed seismic stations, and open triangles represent temporary ones

1.2 金寨震群序列基本情況

本文收集整理了2014年8月1日—11月30日安徽省地震臺網(wǎng)記錄到的金寨地震資料， 包括安徽省的固定臺站和所架設的3個流動臺站， 以及河南省、 湖北省緊鄰震中區(qū)臺站所記錄到的地震波形數(shù)據(jù)． 在此基礎上， 剔除震相不清晰的資料， 選取不少于3個臺站記錄到的ML≥1.5地震， 共計115次地震， 3046條震相數(shù)據(jù)．

在對所選的115次地震進行雙差重定位(Waldhauser， Ellsworth， 2000)的過程中， 選取震相觀測記錄數(shù)不少于6且震源間距小于10 km的地震事件進行組對， 利用共軛梯度法反復迭代后得到了113次地震的精確震源位置， 其余兩次地震由于重定位組對過程中某些地震不滿足條件而被剔除．

圖2 用雙差定位法得到的金寨震群地震精定位結(jié)果Fig.2 Relocation result of the Jinzhai earthquake swarm sequence by using double difference location algorithm

圖2給出了采用雙差定位法得到的金寨震群序列地震精定位結(jié)果． 雙差精定位結(jié)果顯示， 該序列地震的震源深度主要集中在5—6 km， 占所定位地震總數(shù)的88%， 表明該震群序列的震源深度較淺， 分布也相對集中． 從地震的空間分布也可以看出， 該序列的地震主要分布在5 km范圍內(nèi)， 震中位置非常集中. 由于該序列的地震在空間上未出現(xiàn)明顯的線性分布， 因此很難確定其與周邊斷裂的關系． 從時間上可以看出， 該震群序列分為兩個活躍時間段： 第一個活躍時間段為8月底到9月底， 序列地震活動強度相對較低； 第二個活躍時段為10月下旬到11月底， 序列地震活動強度和頻次均較高， 震群序列活動有增強的趨勢．

2 震源機制解反演及震源一致性參數(shù)

Snoke等提出了利用P波、 SV波和SH波的極性和振幅比聯(lián)合求解震源機制的方法， 簡稱為Snoke方法(Snokeetal， 1984; Snoke， 1989). 該方法利用P波、 SV波和SH波的極性， 以及SV/P和SH/P振幅比等5個約束信息進行震源機制反演. 與P波極性法和垂直向SV/P振幅比方法相比， 該方法約束量大為增加， 反演結(jié)果更為可靠． 故本文采用Snoke方法來反演金寨震群序列中地震的震源機制解．

倪紅玉等(2011)研究表明地殼速度結(jié)構(gòu)模型對震源機制解的反演精度存在一定影響.經(jīng)過對比， 本文反演采用了表1所示的速度結(jié)構(gòu)模型， 其中表層波速均為金寨、 六安和合肥地震臺表層巖石實驗室測試結(jié)果的平均值， 其它各層速度均引自黃耘等(2011)給出的郯廬斷裂帶下?lián)P子地塊的P波速度， S波速度由vS=vP/1.732計算得到．

表1 速度結(jié)構(gòu)模型

鑒于篇幅所限， 表2僅列出了金寨震群序列中12次ML≥3.0地震的震源機制解詳細結(jié)果． 可以看出， 除11月11日7時17分金寨ML3.1地震的震源機制解為張性走滑型外， 其余ML≥3.0地震均為壓性走滑型， 表明該震群序列的震源機制解具有較好的一致性． 從表2中還可以看到， 該震群序列的12次ML≥3.0地震的震源機制解P軸方位角集中在251°—278°， 其中有7次地震的P軸方位角集中在256°—260°， 這說明從P軸方位角也可以看出該震群序列的震源機制一致程度很好．

表2 金寨震群ML≥3.0地震的震源機制解

同理， 本文采用Snoke方法計算了金寨震群序列中26次ML≥2.3地震的震源機制解， 其中P軸方位角的時間變化進程如圖3所示． 可以看出， 該震群序列8月底的地震P軸方位角約為278°， 10月26日ML3.9地震前后P軸方位角約為258°， 11月以后的地震P軸方位角又轉(zhuǎn)至278°附近． 劉澤民等(2011)利用震源機制解資料反演了東大別地區(qū)的構(gòu)造應力場， 認為該地區(qū)的最大主壓應力軸方位角為267°， 整個震群序列的震源機制解P軸方位角變化幅度約為25°， 與震區(qū)構(gòu)造應力場最大主壓應力軸方位角的夾角最大約為10°． 本文結(jié)果與劉澤民等(2011)的結(jié)果吻合得很好． 故從P軸方位角的變化幅度及其與構(gòu)造應力場的夾角可以看出， 金寨序列地震震源機制解具有較好的一致性．

本文使用應力場的最大和最小主壓應力軸與震源機制解的P軸、T軸夾角之和的1/2作為震源一致性參數(shù)， 因此震源一致性參數(shù)最小值為0°， 最大值為90°． 劉澤民等(2011)基于東大別地區(qū)的現(xiàn)代地震震源機制解資料， 利用應力張量平均法計算得到了該地區(qū)的構(gòu)造應力場特征， 認為最大主壓應力軸方位角為267°， 傾角為5°， 最小主壓應力軸方位角為358°， 傾角為4°． 本文將劉澤民等(2011)的東大別地區(qū)的構(gòu)造應力場方向作為金寨震群附近的構(gòu)造應力場方向， 利用金寨震群序列26次ML≥2.3地震的震源機制解， 計算得到了該震群序列的震源一致性參數(shù)隨時間的變化曲線， 如圖4所示． 可以看出， 該震群序列的震源一致性參數(shù)介于7°—17°， 而震源一致性參數(shù)理論變化范圍為0°—90°， 該值越小說明震源一致性程度越高. 金寨震群序列的震源一致性參數(shù)一直處于較低值， 說明其震源一致性非常好．

圖3 金寨震群序列的M-t及震源機制解P軸方位角的時序分布

圖4 金寨震群序列震源一致性參數(shù)的時序分布Fig.4 Temporal distribution of the consistency parameters of focal mechanism for the Jinzhai earthquake swarm sequence

3 體波譜振幅相關系數(shù)

3.1 原理

對于同一震源區(qū)的兩次地震(或者兩次地震之間的距離遠小于地震與臺站之間的距離)， Lund和Boovarsson(2002)提出可以由同一臺站的地震記錄反演兩次地震直達P波、 S波的零頻譜振幅值， 通過計算其相關系數(shù)來描述其震源機制是否相似． 由于體波譜振幅相關系數(shù)給出了兩次震中位置相近的地震事件在不同方位的零頻譜值分量分布的相似性量度， 因此可以用其相關系數(shù)來描述兩次地震震源機制解的幾何特性相似程度． 若體波譜振幅相關系數(shù)接近1， 則各臺記錄的兩次地震的波形應相似， 震源機制解的幾何特性也應相近； 若相關系數(shù)比較低， 則兩次地震的震源機制解的幾何特性具有不同程度的差異． 因此， 體波譜振幅相關系數(shù)可認為是其震源機制異同的歸一化數(shù)值描述．

3.2 金寨震群序列譜振幅相關系數(shù)的時間變化

本文采用金寨震群震中附近波形記錄較好的商城臺(震中距31 km， 方位角344°)、 金寨臺(震中距40 km， 方位角61°)和麻城臺(震中距52 km， 方位角218°)的波形資料， 計算了該震群中8月1日—11月30日115次ML≥1.5地震的多臺譜振幅相關系數(shù)， 計算過程中刪除了由于發(fā)震時刻較近波形存在相互疊加的地震， 具體計算步驟與程序詳見劉澤民等(2010)文章． 圖5a給出了金寨震群中ML≥1.5地震譜振幅相關系數(shù)的滑動平均時序曲線， 其累積窗長為5次地震， 滑動步長為1次地震. 可以看出： 震群的第一組活躍時段為8月22日—9月28日， 最大地震為ML2.6， 其中8月22日—9月1日較為密集， 該階段譜振幅相關系數(shù)較高， 在0.91—0.97之間波動， 其平均值為0.95， 9月2日—9月28日頻度開始降低， 譜振幅相關系數(shù)也降低， 在0.71—0.92之間波動， 其平均值為0.81； 第二組活躍時段從10月20日開始， 最大地震為ML3.9， 震群活動水平明顯上升， 譜振幅相關系數(shù)在0.80—0.97之間波動， 其平均值為0.90， 整體較高. 圖5b給出了其中57次ML≥2.0地震的譜振幅相關系數(shù)的滑動平均時序曲線.可以看出， 譜振幅相關系數(shù)在0.86—0.97之間波動， 其平均值為0.93， 持續(xù)處于較高水平． 該震群序列中ML≥1.5和ML≥2.0地震的體波譜振幅相關系數(shù)的時序曲線， 隨著地震序列的譜相關系數(shù)呈起伏變化， 但其整體仍處于較高水平(≥0.9)， 由此可以推斷該震群的震源機制相似性較好．

圖5 金寨震群的M-t及體波譜振幅相關系數(shù)時序分布 (a) ML≥1.5； (b) ML≥2.0

4 臺站極性分布

震群序列臺站記錄到的(地震動)極性也能反映震源一致性的相似程度， 若多個臺站記錄到的地震極性一致， 則可認為該序列地震的震源機制一致， 否則較離散． 本文收集了商城、 金寨、 麻城臺記錄的金寨震群中的115次ML≥1.5地震的P波垂直向極性, 給出了上述3個臺站所記錄到的地震極性時間曲線， 如圖6所示. 可以看出: 商城臺記錄到的地震極性全部為正， 金寨臺除3次地震為正外， 其余均為負， 商城臺與金寨臺所記錄到的地震極性表現(xiàn)為高度一致； 而麻城臺所記錄的極性則較為混亂． 麻城臺的方位角為218°， 由表2所列的金寨序列較大地震的震源機制解詳細結(jié)果可以看出， 震源機制有一個節(jié)面的方位角集中分布在30°—50°， 而麻城臺正好位于該節(jié)面附近， 因此導致了麻城臺所記錄到的地震極性較為混亂． 根據(jù)商城臺與金寨臺極性高度一致的現(xiàn)象， 本文認為金寨震群整體極性分布優(yōu)勢明顯， 從時間上看， 截至11月底， 極性分布仍沒有出現(xiàn)紊亂． 由于極性的一致性可以間接地反映震源機制的一致性， 故本文認為該震群序列的震源一致性較好．

圖6 商城、 金寨和麻城臺所記錄到的金寨震群地震極性時間變化圖+1表示Pg波垂直向極性為正， 0表示極性不清， -1表示Pg波垂直向極性為負

5 討論與結(jié)論

2014年安徽省金寨縣關廟鄉(xiāng)發(fā)生顯著震群序列， 該震群自8月開始活動， 截止到11月底， 共記錄到地震502次， 其中ML≥3.6地震6次， 最大為ML3.9． 雙差定位研究顯示， 該震群序列的震源深度較淺， 88%的序列地震的震源深度集中在5—6 km. 從空間分布看， 該震群序列位于磨子潭—曉天斷裂南側(cè)2 km附近， 序列地震集中在約5 km的范圍內(nèi)， 空間分布方向特征不明顯. 倪紅玉等(2015)通過地震精定位也認為, 金寨震群的空間分布無明顯的展布方向， 地震密集分布在2 km×2 km范圍內(nèi)， 震源深度較淺， 在3—7 km深度區(qū)間相對集中． 從時間上看， 該震群序列主要劃分為兩個活躍時間段： 第一個活躍時間段為8月底至9月底， 序列地震活動強度相對較低； 第二個活躍時段為10月下旬至11月底， 序列地震活動強度、 頻次均較高． 鑒于該震群序列震級有走強的趨勢， 本文采用多種方法綜合研判了該震群序列的震源一致性．

金寨序列地震的震源機制解精確反演顯示， 絕大多數(shù)地震統(tǒng)一表現(xiàn)為壓性走滑型，P軸方位角為251°—278°， 波動幅度較小，P軸方位角與震區(qū)構(gòu)造應力場最大主壓應力軸方位角的最大夾角約為10°， 這說明該序列地震震源機制解的一致性非常好． 本文定量計算了該序列地震的震源一致性參數(shù)， 結(jié)果顯示其變化范圍為7°—17°， 而理論變化范圍為0°—90°， 從震源一致性參數(shù)可以定量說明該震群序列的震源一致性非常好.倪紅玉等(2015)采用Snoke方法和CAP (cut and paste)方法計算了金寨震群較大地震的震源機制解， 結(jié)果表明ML≥3.0地震震源機制解的一致性較好， 節(jié)面位置基本一致， 兩組節(jié)面的走向分別呈NW向和NNE向， 高傾角. 本文結(jié)果與倪紅玉等(2015)的研究結(jié)果非常吻合．

金寨序列地震的體波譜振幅相關系數(shù)計算結(jié)果表明， 雖然隨著該震群序列的發(fā)展， 譜振幅相關系數(shù)呈起伏波動， 但整體仍處于較高水平(≥0.9)， 同時震區(qū)附近臺站記錄到的地震極性的優(yōu)勢分布明顯． 由此可推斷該震群的震源一致性程度非常高．

金寨震區(qū)附近的東大別地區(qū)有4座大型水庫， 分別為梅山水庫、 響洪甸水庫、 佛子嶺水庫和磨子潭水庫， 均始建于20世紀五六十年代， 其蓄水時間與本次震群活動時間相差甚遠， 加上4座水庫與本次震群在空間上也存在一定距離， 且震群活動前后4座水庫的水位變化幅度與往年基本相同， 因此本文認為本次震群活動與上述4座大型水庫的蓄水無關．

此外， 金寨震群附近3 km內(nèi)還有兩座小型電站， 分別為2007年建成的黃谷灘電站(庫容約100萬m3)和2012年建成的關廟電站(庫容約400萬m3)， 兩座小型電站主要用于民用發(fā)電， 無水位觀測. 據(jù)震區(qū)政府介紹， 金寨震群活動前后兩電站處于正常發(fā)電水平， 水位變化幅度相對較小． 雖然這兩座小型電站庫容非常小， 蓄水時間也早于震群活動時間， 但由于其距震群位置非常近， 因此震群活動是否受該電站蓄水影響尚不確定．

崔子健等(2012)通過計算5個云南西北部發(fā)生的小震群序列， 認為強震前小震群序列的譜振幅相關系數(shù)明顯增大， 接近于1.0， 震源機制相似性顯著； 而非前震序列譜振幅相關系數(shù)則明顯較低， 震源機制相似程度較弱． 黃浩和付虹(2014)使用相同的方法計算了滇西地區(qū) 2008—2011年的6個MS≥6.0地震序列的譜振幅相關系數(shù)， 認為振幅譜相關系數(shù)較高的地震序列也有可能是主余型序列， 即譜振幅相關系數(shù)高的地震序列不一定都是前震系列． 因此， 較低的譜振幅相關系數(shù)可以作為判別后續(xù)無更大地震的指標， 但較高的相關系數(shù)可能僅僅反映了較高的應力水平， 無法作為直接前震的判據(jù)． 因此， 雖然金寨震群序列的體波譜振幅相關系數(shù)較高， 但也只能說明其震源一致性相似， 僅反映震區(qū)應力水平較高， 而不能作為直接前震的判據(jù)． 同時本文認為金寨震群的震源一致性較好， 也可能只反映震源區(qū)處于較高的應力狀態(tài)， 而在較高的應力水平下， 是以發(fā)生中強地震還是以發(fā)生多次中等地震的方式釋放其應變能， 尚需進一步深入研究．

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Consistency parameters of focal mechanism for theML3.9 Jinzhai, Anhui, earthquake swarm sequence in 2014

(EarthquakeAdministrationofAnhuiProvince,Hefei230031,China)

The JinzhaiML3.9 earthquake swarm sequence occurred in Guanmiao town, Jinzhai county, Anhui Province in 2014, which continued in high activity frequency for a long duration. The focal depths of earthquakes in Jinzhai swarm were all shallow and the region was about 5 kilometers. Firstly, the consistency parameters of focal mechanism and the change inP-axis azimuth with time for the Jinzhai sequence have been obtained from the focal mechanism data which were solved by combining the polarity of P, SV and SH waves with their amplitude ratios. Then the correlation coefficients of spectral amplitude of the Jinzhai sequence were calculated based on the seismic waveforms recorded by three stations near the epicenter of JinzhaiML3.9. And the polarity of first motions of 115 earthquakes withML≥1.5 recorded by three stations close to the earthquake region had been read at the same time. The results show that the main type of focal mechanism of Jinzhai earthquake swarm sequence is transpressional strike-slipping， and theP-axis azimuth is more consistent for the earthquakes. The consistency parameters of focal mechanism are at a low level, while the correlation coefficient of spectral amplitude are relatively high, and the polarities of first motion recorded by stations are also consistent. All mentioned above suggests that the consistency parameters of focal mechanism of Jinzhai earthquake sequence are in a very high degree.

Jinzhai earthquake swarm sequence; focal mechanism solution; correlation coefficient of spectral amplitudes; consistency parameter

10.11939/jass.2015.06.003.

中國地震局地震科技星火計劃重點項目(XH15021)和青年項目(XH13008Y)共同資助.

2015-01-05收到初稿， 2015-08-29決定采用修改稿.

e-mail: liuzemin@163.com

10.11939/jass.2015.06.003

P315.3+1

A

黃顯良, 劉澤民, 郁建芳, 倪紅玉, 張炳, 王瑣琛. 2015. 2014年安徽金寨ML3.9震群序列震源一致性研究. 地震學報, 37(6): 916--924.

Huang X L, Liu Z M, Yu J F, Ni H Y, Zhang B, Wang S C. 2015. Consistency parameters of focal mechanism for theML3.9 Jinzhai, Anhui, earthquake swarm sequence in 2014.ActaSeismologicaSinica, 37(6): 916--924. doi:10.11939/jass.2015.06.003.