倪紅玉 沈小七 洪德全 李軍輝鄭海剛 趙 朋

1) 中國(guó)合肥230031安徽省地震局 2) 中國(guó)安徽蒙城230026蒙城國(guó)家野外觀測(cè)研究站 3) 中國(guó)天津300180中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心

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2014年金寨ML3.9震群序列特征研究*

1) 中國(guó)合肥230031安徽省地震局 2) 中國(guó)安徽蒙城230026蒙城國(guó)家野外觀測(cè)研究站 3) 中國(guó)天津300180中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心

本文首先采用雙差定位方法對(duì)2014年金寨ML3.9震群序列進(jìn)行了重新定位， 然后通過(guò)Snoke方法和CAP方法計(jì)算了該震群序列中較大地震的震源機(jī)制解， 分析了震源參數(shù)的時(shí)空變化特征． 結(jié)果表明： 金寨震群序列密集分布在2 km×2 km范圍內(nèi)， 無(wú)明顯的展布方向； 其震源深度較淺， 大部分集中在3—7 km． 此外， 金寨震群序列中較大地震的震源機(jī)制解基本一致， 兩組節(jié)面的走向分別為NW向和NNE向， 傾角均較高， 表明該震群序列為近E--W向的水平擠壓和近N--S向的水平拉張應(yīng)力場(chǎng)作用下的走滑型地震活動(dòng)．

金寨震群 雙差定位方法 震源機(jī)制解 CAP方法 Snoke方法

引言

地震序列相對(duì)于孤立地震事件包含更加豐富的震源體和構(gòu)造信息． 根據(jù)其震源參數(shù)的時(shí)空變化特征， 結(jié)合地質(zhì)資料研究地震的破裂過(guò)程和發(fā)震構(gòu)造， 是地震研究歷來(lái)關(guān)注的重點(diǎn)之一(呂堅(jiān)等， 2008； 鄭勇等， 2009； 孫長(zhǎng)虹等， 2012； 趙小艷， 付虹， 2014)．

2014年8月22日以來(lái)安徽省金寨縣地震活動(dòng)明顯增強(qiáng)， 出現(xiàn)震群活動(dòng)， 10月22日后， 活動(dòng)水平進(jìn)一步增強(qiáng)， 發(fā)生了多次ML≥3.0地震， 最大為10月26日ML3.9地震， 截至2015年3月， 該震群仍在持續(xù)活動(dòng)． 自有現(xiàn)代儀器記載以來(lái)， 金寨震區(qū)周邊從未記錄到像本次震群這樣頻度高、 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的地震序列活動(dòng)， 震區(qū)原地也未記錄到小震活動(dòng). 由于該震群震源深度淺， 有感程度強(qiáng)， 地聲現(xiàn)象明顯， 因此造成了較大的社會(huì)影響．

本文將采用雙差定位方法對(duì)金寨震群進(jìn)行重定位， 然后基于Snoke方法和CAP (cut and paste)方法計(jì)算震群中ML≥3.0地震的震源機(jī)制解， 以便深入分析金寨震群序列的特征， 進(jìn)一步探查地震孕育過(guò)程及發(fā)震構(gòu)造．

1 金寨震群概況和數(shù)據(jù)

2014年8月22日以來(lái)， 安徽金寨縣關(guān)廟鄉(xiāng)發(fā)生強(qiáng)有感震群． 據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)*http:∥10.5.202.22/bianmu/validate.jsp測(cè)定， 截至2015年3月31日， 共發(fā)生ML≥0.0地震604次， 其中ML≥1.0地震365次，ML≥2.0地震71次，ML≥3.0地震15次， 最大地震為10月26日1時(shí)25分發(fā)生的ML3.9地震. 圖1給出了該震群的M-t圖， 可以看出該震群的地震活動(dòng)具有明顯的階段性， 可分為3個(gè)階段： 第一階段為8月22日—10月21日， 兩個(gè)月內(nèi)發(fā)生145次ML≥0.0地震， 其中ML≥1.0地震75次，ML≥2.0地震10次， 最大震級(jí)為ML2.6； 第二階段為10月22日—12月31日，期間發(fā)生418次ML≥0.0地震， 其中ML≥1.0地震265次，ML≥2.0地震55次，ML≥3.0地震15次， 最大震級(jí)為ML3.9， 該階段震群活動(dòng)頻度大， 強(qiáng)度突破前期最大震級(jí)水平， 顯示該震群有加強(qiáng)趨勢(shì)； 第三階段為2015年1月1日—3月31日， 發(fā)生41次ML≥0.0地震， 其中ML≥1.0地震25次，ML≥2.0地震6次， 最大為ML2.7， 頻度和強(qiáng)度均較低， 表明金寨震群逐漸衰減趨于平靜．

圖1 2014年金寨震群的M-t圖

2014年金寨ML3.9震群發(fā)生在大別山北麓的安徽省六安市金寨縣關(guān)廟鄉(xiāng)， 該地區(qū)斷裂構(gòu)造復(fù)雜(姚大全等， 2006)． 如圖2所示， 該震群震區(qū)附近分布著NW向的青山—曉天斷裂、 WNW向的梅山—龍河口斷裂、 NNE向的商城—麻城斷裂和NE向的落兒嶺—土地嶺斷裂， 其中青山—曉天斷裂距離金寨震群最近， 僅約2 km， 該斷裂在震區(qū)附近被NNE向的斷裂F切割(鄧起東等， 2003)， 但目前針對(duì)斷裂F的研究較少．

圖2 金寨震群位置及震區(qū)內(nèi)斷裂和臺(tái)站的分布

序號(hào)深度/km層厚/kmvP/(km·s-1)10—224．9822—535．2235—1055．59410—1556．12515—2056．46620—2556．45725—3387．03833—4078．00

本文收集了2014年8月22日—2015年3月31日安徽、 河南和湖北等省份地震臺(tái)網(wǎng)記錄的金寨震群中15次ML≥3.0地震的波形數(shù)據(jù)和中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心提供的604次ML≥0.0地震的震相觀測(cè)報(bào)告． 采用HypoDD方法定位時(shí)， 選用震中附近200 km以內(nèi)、 能夠最大范圍包圍震中位置的19個(gè)臺(tái)站， 如圖2中黃色方塊所示； 采用Snoke方法計(jì)算震源機(jī)制解時(shí)， 選取震中附近300 km以內(nèi)25個(gè)信噪比較高的臺(tái)站， 如圖2中藍(lán)色三角形所示； 采用CAP方法計(jì)算震源機(jī)制解時(shí)， 選用震中附近200 km以內(nèi)9個(gè)信噪比較高的臺(tái)站， 如圖2中紅色圓圈所示． 表1列出了本文重定位和震源機(jī)制解計(jì)算時(shí)所采用的速度結(jié)構(gòu)模型， 其中表層波速是采用金寨、 六安和合肥地震臺(tái)表層巖石的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果的平均值(劉澤民等， 2015)， 其它各層速度結(jié)構(gòu)采用黃耘等(2011)給出的郯廬斷裂帶下?lián)P子地塊的P波速度， S波速度則由vS=vP/1.732計(jì)算所得．

2 研究方法

2.1 地震重定位方法

HypoDD方法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種相對(duì)定位方法(Waldhauser， Ellsworth， 2000)， 其原理是通過(guò)信號(hào)的走時(shí)差來(lái)反演震源位置， 能夠有效地消除介質(zhì)橫向不均勻所造成的路徑效應(yīng)， 受地殼速度模型的影響較小， 定位精度在小區(qū)域內(nèi)可達(dá)到百米量級(jí)， 目前在我國(guó)已得到廣泛的應(yīng)用(楊智嫻等， 2004； 黃媛等， 2008； 房立華等， 2013， 2014； 王未來(lái)等， 2014； 趙小艷， 付虹， 2014)．

2.2 震源機(jī)制解反演方法

震源機(jī)制解的求解方法早期主要有P波初動(dòng)方法， 目前常用的則有Snoke方法(Snokeetal， 1984； Snoke， 1989)、 CAP方法(Zhao， Helmberger， 1994； Zhu， Helmberger， 1996)和矩張量反演方法(許力生等, 2007)等． 本文采用Snoke和CAP方法計(jì)算金寨震群中較大地震的震源機(jī)制解．

Snoke方法采用直達(dá)P波、 SV波和SH波的初動(dòng)和SV/P、 SH/P或SV/SH的振幅比資料聯(lián)合求解震源機(jī)制解(Snokeetal， 1984； Snoke， 1989)， 與P波初動(dòng)方法相比， 約束量由1個(gè)增至5個(gè)， 降低了對(duì)臺(tái)站分布的要求， 反演結(jié)果更加可靠． 劉杰等(2004)將其從Unix系統(tǒng)移植到Windows系統(tǒng)， 并以兩次中小地震為例， 通過(guò)與P波初動(dòng)方法得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比， 表明該方法能夠準(zhǔn)確確定中小地震的震源機(jī)制解． CAP方法則將體波與面波分開(kāi)擬合， 所需臺(tái)站數(shù)量較少， 對(duì)速度結(jié)構(gòu)和地殼橫向變化的依賴性較?。?/p>

3 結(jié)果

3.1 金寨震群重定位結(jié)果

為了保證定位結(jié)果的可靠性， 本文僅對(duì)震相記錄清晰且至少有4個(gè)臺(tái)站記錄的地震事件進(jìn)行重定位． 重定位時(shí)使用了震中距在200 km以內(nèi)的19個(gè)臺(tái)站的初至震相數(shù)據(jù)， 其中震中距在140 km以內(nèi)選用Pg和Sg震相， 140 km以上選用Pn和Sn震相． 在地震事件組對(duì)時(shí)， 設(shè)最小連接數(shù)為8， 最小觀測(cè)數(shù)為8， 震源間距小于10 km， 事件對(duì)與臺(tái)站的距離小于200 km． 經(jīng)篩選最終得到符合條件的地震共470次， 初至震相數(shù)據(jù)共3萬(wàn)1467條， 其中P波震相1萬(wàn)8041條， S波震相1萬(wàn)3426條， 平均每次地震有10條震相數(shù)據(jù)． 令P波到時(shí)權(quán)重為1.0， S波到時(shí)權(quán)重為0.5， 地震定位初始值為臺(tái)網(wǎng)定位目錄的位置， 迭代計(jì)算時(shí)采用共軛梯度法求解方程．

圖3a給出了中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)報(bào)告的定位結(jié)果， 圖3b給出了本文采用HypoDD方法得到的金寨震群470個(gè)地震事件的震源位置． 重定位后E--W向、 N--S向和垂直向的平均定位誤差分別為0.44， 0.35和1.14 km． 圖3a與圖3b的對(duì)比顯示， 重定位后走時(shí)差的殘差大大降低， 平均定位殘差由重定位前的0.12 s減小至重定位后的0.03 s． 重定位后的震群序列水平位置更加集中， 主要位于青山—曉天斷裂的北側(cè)、 斷裂F的東側(cè)， 無(wú)明顯的優(yōu)勢(shì)分布， 主要集中在2 km×2 km范圍內(nèi)； 重定位后的震源深度為1—8 km， 主要集中在3—7 km， 相對(duì)于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)報(bào)告的定位結(jié)果， 震源深度更淺， 在6 km深度以下的地震所占比例大大增加， 表明該震群的主體破裂位置為上地殼淺表部位． 由圖3還可以看出隨著時(shí)間的推移， 該震群的位置并沒(méi)有發(fā)生明顯的遷移．

圖3 金寨震群重定位前(a)、 后(b)震中、 震源深度及定位殘差分布

3.2 金寨震群震源機(jī)制解

采用Snoke方法計(jì)算得到金寨震群中15次ML≥3.0地震的震源機(jī)制解， 具體計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)倪紅玉等(2011)和洪德全等(2013)文章． 以10月26日ML3.9地震(目前最大地震)為例， 選用震中附近300 km以內(nèi)25個(gè)信噪比較高的臺(tái)站， 獲得28個(gè)P波初動(dòng)(包括直達(dá)波和首波)、 2個(gè)SH波初動(dòng)和28個(gè)振幅比數(shù)據(jù)． 設(shè)初動(dòng)總矛盾數(shù)為0， 以0.50為振幅比對(duì)數(shù)(以10為底)的觀測(cè)值與計(jì)算值之差的絕對(duì)值上限， 超過(guò)上限的振幅比為矛盾振幅比． 設(shè)振幅比的矛盾數(shù)為5， 得到9組解， 如圖4a所示． 表2列出了所有震源機(jī)制解， 可以看出， 9組解中節(jié)面I的走向?yàn)?25°—130°， 傾角為75°—88°， 滑動(dòng)角為2°—20°， 參數(shù)差別較小， 表明震源機(jī)制解的約束較好． 選取振幅比矛盾數(shù)和總均方差均為最小的第3組解作為最佳解(圖4b)， 即節(jié)面Ⅰ的走向?yàn)?25°， 傾角為79°， 滑動(dòng)角為17°； 節(jié)面Ⅱ的走向?yàn)?2°， 傾角為74°， 滑動(dòng)角為168°；P軸的方位角、 傾角分別為258°和3°；T軸的方位角、 傾角分別為349°和20°；N軸的方位角、 傾角分別為158°和70°． 以相同的方法得到金寨震群中其余14次ML≥3.0地震的震源機(jī)制解， 如圖5所示， 表3列出了其具體參數(shù)． 在計(jì)算過(guò)程中， 對(duì)于一次地震， 初動(dòng)數(shù)據(jù)至少20個(gè)， 振幅比數(shù)據(jù)至少20個(gè)， 初動(dòng)矛盾比均小于1/20， 振幅比矛盾比均小于1/4， 幾組震源機(jī)制解的離散程度較低， 表明所得的震源機(jī)制解較為可靠．

圖4 用Snoke方法計(jì)算得到的2014年10月26日ML3.9地震的震源機(jī)制解 (a) 所有解； (b) 最佳解

序號(hào)震源機(jī)制解走向/°傾角/°滑動(dòng)角/°矛盾個(gè)數(shù)P波初動(dòng)振幅比振幅比均方差總均方差11258920050．280．3821258319050．270．3731257917040．290．3741308018040．270．4051288915050．270．4061278414040．280．3971267910040．300．388127753050．240．429129814050．250．43

本文同時(shí)采用CAP方法反演了其中7次ML≥3.5地震的震源機(jī)制解， 如表3所示， 具體計(jì)算過(guò)程詳見(jiàn)洪德全等(2013)文章． 圖6給出了2014年10月26日ML3.9地震(目前最大地震)的震源機(jī)制解擬合誤差隨不同震源深度的變化， 可以看出， 震源深度為3 km時(shí)震源機(jī)制解的擬合誤差最小， 表明該地震的震源深度為3 km． 圖7給出了3 km深度處理論合成波形與實(shí)測(cè)波形的擬合， 可以看出， 9個(gè)臺(tái)站的波形擬合整體較好， 相關(guān)系數(shù)大于0.6的占84%， 反演方差為5.94×10-6， 表明反演結(jié)果較穩(wěn)定． 反演結(jié)果為： 矩震級(jí)MW=3.6； 節(jié)面I的走向?yàn)?30°， 傾角為74°， 滑動(dòng)角為19°； 節(jié)面Ⅱ的走向?yàn)?4°， 傾角為72°， 滑動(dòng)角為163°；P軸的方位角、 傾角分別為262°， 1°；T軸的方位角、 傾角分別為353°， 25°；N軸的方位角、 傾角分別為169°， 65°． 該參數(shù)與Snoke方法所得參數(shù)非常接近， 其余6次ML≥3.5地震的震源機(jī)制解結(jié)果均與Snoke方法反演結(jié)果較為一致， 進(jìn)一步表明所得結(jié)果的可靠性高． 另外在震源機(jī)制解反演的同時(shí)， 采用CAP方法所得到的這7次ML≥3.5地震的最佳震源深度為2—4 km， 與雙差定位結(jié)果基本一致， 均表明本次金寨震群的震源非常淺．

表3 金寨震群中15次ML≥3.0地震的震源機(jī)制解

圖5 用Snoke方法計(jì)算金寨震群中15次ML≥3.0地震的震源機(jī)制解， 圖中地震序號(hào)與表3相對(duì)應(yīng)

圖6 CAP方法反演2014年10月26日ML3.9 地震震源機(jī)制解的誤差隨震源深度的變化

圖7 2014年10月26日ML3.9地震的理論地震波形(紅色)與觀測(cè)地震波形(黑色)的對(duì)比

從表3和圖5可以看出， 金寨震群15次ML≥3.0地震震源機(jī)制解的一致性較好， 這與黃顯良等(2015)采用震源一致性參數(shù)、 體波譜振幅和臺(tái)站極性的研究結(jié)果一致． 15次地震的震源機(jī)制解中： 節(jié)面I的走向約為133°(313°)， 呈NW向， 傾角約為78°， 滑動(dòng)角約為22°， 節(jié)面Ⅱ的走向約為38°(218°)， 呈NNE向， 傾角約為68°， 滑動(dòng)角約為167°;P軸方位角約為264°(85°)， 傾角約為6°，T軸方位角約為357°(177°)， 傾角約為24°． 這表明本次震群可能為近E--W向的水平擠壓和近N--S向的水平拉張應(yīng)力場(chǎng)作用下的走滑型地震活動(dòng)， 與前人對(duì)該區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的研究結(jié)果基本一致(劉澤民等， 2011； 倪紅玉等， 2012)．

4 討論與結(jié)論

本文采用雙差定位方法對(duì)2014年金寨ML3.9震群序列重定位， 通過(guò)CAP方法和Snoke方法計(jì)算了該震群序列中較大地震的震源機(jī)制解， 得到的主要結(jié)論如下：

1) 基于金寨震區(qū)周邊的地殼速度結(jié)構(gòu)， 采用HypoDD方法對(duì)金寨震群進(jìn)行重定位， 得到470個(gè)地震事件的基本參數(shù)． 結(jié)果表明, 金寨震群整體的空間分布無(wú)明顯的展布方向， 地震密集分布在2 km×2 km的范圍內(nèi)， 震源深度較淺， 分布于1—8 km深度， 3—7 km區(qū)間相對(duì)集中， 表明該震群的主體破裂發(fā)生在上地殼淺表部位．

2) 計(jì)算震源機(jī)制解時(shí)， 本文采用了原理完全不同的兩種方法----Snoke方法和CAP方法， 兩者的計(jì)算結(jié)果較為一致， 保證了分析的可靠性． 結(jié)果表明15次ML≥3.0地震震源機(jī)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， 傾角均較高， 可能為近E--W向的水平擠壓和近N--S向的水平拉張應(yīng)力場(chǎng)作用下的走滑型地震活動(dòng)， 與前人對(duì)該區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究的結(jié)果基本一致(劉澤民等， 2011； 倪紅玉等， 2012)． 在震源機(jī)制解反演的同時(shí)， 利用CAP方法得到7次ML≥3.5地震的最佳震源深度， 為2—4 km， 與雙差定位結(jié)果基本一致. 這些均表明本次金寨震群的震源深度非常淺， 也與地震造成的有感程度強(qiáng)、 地聲現(xiàn)象明顯等現(xiàn)象一致．

4) 本文研究表明金寨震群震源機(jī)制解的一致性程度較高， 與黃顯良等(2015)采用震源一致性參數(shù)、 體波譜振幅和臺(tái)站極性的研究結(jié)果一致． 國(guó)家地震局監(jiān)測(cè)預(yù)防司(1997)的研究結(jié)果表明， 地震序列震源機(jī)制解的變化過(guò)程存在規(guī)律性， 具有重要的前兆意義． 前震時(shí)段小震震源機(jī)制解的相對(duì)一致性往往是地震活動(dòng)增強(qiáng)的標(biāo)志， 而震源機(jī)制解的相對(duì)紊亂往往伴隨著余震或地震群活動(dòng)的減弱(朱航， 龍鋒， 2005)． 因此， 從震源機(jī)制解的一致或紊亂可以判斷震群中最大地震是否已經(jīng)過(guò)去(陳颙， 1978)． 金寨震群的地震活動(dòng)自2015年1月后呈明顯減弱的趨勢(shì)， 截至2015年7月也未記錄到ML≥3.0地震． 因此震群序列震源機(jī)制解的一致性程度高是否僅表明應(yīng)力水平較高， 是否一定會(huì)發(fā)生更大地震， 均有待于進(jìn)一步的震例積累．

5) 自有現(xiàn)代儀器記載以來(lái)， 金寨震區(qū)周邊從未記錄到像本次震群這樣頻度高、 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的地震序列活動(dòng)， 震區(qū)原地也未記錄到小震活動(dòng)． CAP方法和雙差定位方法的結(jié)果均表明本次金寨震群的震源深度非常淺， 且震區(qū)附近存在有4級(jí)梯級(jí)水庫(kù)(總庫(kù)容840萬(wàn)m3)， 該震群是否與水庫(kù)有關(guān)， 有待進(jìn)一步深入研究．

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Characteristics of theML3.9 Jinzhai， Anhui， earthquake swarm sequence in 2014

1)EarthquakeAdministrationofAnhuiProvince，Hefei230031，China2)NationalGeophysicalObservatoryatMengcheng，AnhuiMengcheng230026，China3)FirstCrustMonitoringandApplicationCenter，ChinaEarthquakeAdministration，Tianjin300180，China

This paper relocated theML3.9 Jinzhai， Anhui， earthquake sequence in 2014 with double-difference earthquake location algorithm firstly， and then calculated the focal mechanisms of stronger earthquakes of the swarm by using Snoke and CAP methods， respectively. Finally， the spatio-temporal evolutionary characteristics of source parameters were analyzed. The results show that the Jinzhai earthquake swarm sequence was distributed in the dense scope of 2 km×2 km without predominant direction. The focal depth is very shallow， being 3—7 km. In addition， the focal mechanisms of larger earthquakes are basically consistent with each other. The strikes of two nodal planes are separately along the direction of NW and NNE， and the dips of two nodal planes are very high， suggesting the Jinzhai earthquake swarm sequence was caused by strike-slip faulting under the action of horizontally compressed nearly in E-W direction and horizontally extended nearly in N-S direction.

Jinzhai earthquake swarm; double-difference earthquake location algorithm; focal mechanism solution; CAP method； Snoke method

10.11939/jass.2015.06.004.

中國(guó)地震科技星火計(jì)劃攻關(guān)項(xiàng)目(XH14026)和中國(guó)地震局2015年度震情跟蹤定向工作任務(wù)(2015010108)共同資助.

2015-04-23收到初稿， 2015-08-31決定采用修改稿.

e-mail: ahqxs@sina.com

10.11939/jass.2015.06.004

P315.3+3

A

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