倪紅玉 劉澤民 洪德全 汪小厲 趙 朋

1)安徽省地震局， 合肥 230031 2)蒙城地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站， 蒙城 233500

綜合研究2014年霍山MS4.3地震序列的震源機(jī)制變化過(guò)程

倪紅玉1，2)劉澤民1)*洪德全1，2)汪小厲1)趙 朋1)

1)安徽省地震局， 合肥 230031 2)蒙城地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站， 蒙城 233500

綜合利用震源一致性參數(shù)、 體波譜振幅相關(guān)系數(shù)、 單臺(tái)的P波初動(dòng)和振幅比方法研究2013年10月以來(lái)霍山MS4.3地震序列震源機(jī)制的變化過(guò)程， 進(jìn)而科學(xué)判定該序列的類型， 探索震后地震趨勢(shì)的判別方法。結(jié)果表明， 2014年4月20日霍山MS4.3地震前， 霍山地震序列的震源一致性參數(shù)低于多年均值， 體波譜振幅相關(guān)系數(shù)在0.9附近波動(dòng)、 持續(xù)處于高值狀態(tài)， 單臺(tái)的P波初動(dòng)總體優(yōu)勢(shì)分布明顯、 振幅比較為一致， 均顯示霍山MS4.3地震前序列的震源機(jī)制較為一致， 為前震序列； 霍山MS4.3地震后， 序列的體波譜振幅相關(guān)系數(shù)較低， 在0.6附近波動(dòng)， 單臺(tái)的P波初動(dòng)、 振幅比較為紊亂， 表明霍山MS4.3地震后序列的震源機(jī)制較為紊亂， 為余震序列， 后續(xù)發(fā)生更大地震的可能性不大。因此， 霍山MS4.3地震前后震源區(qū)的震源機(jī)制經(jīng)歷了散亂—一致—散亂的過(guò)程。

震源一致性參數(shù) 體波譜振幅相關(guān)系數(shù) 初動(dòng) 振幅比 霍山MS4.3地震

0 引言

霍山地區(qū)位于大別山北麓、 華北地震區(qū)與華南地震區(qū)的中強(qiáng)地震過(guò)渡區(qū)內(nèi)， 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。有史料記載以來(lái)該區(qū)破壞性地震活動(dòng)強(qiáng)烈， 曾經(jīng)發(fā)生過(guò)9次5級(jí)以上地震， 其中6級(jí)以上地震2次。1970年有微震記錄以來(lái)， 該區(qū)微震、 小震活動(dòng)頻繁， 且小震頻次(ML≥1.0地震3個(gè)月累積頻次≥40次)與周邊地區(qū)中強(qiáng)地震有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(鄭兆苾等， 1999)， 素有“霍山窗”之稱。2013年9月底以來(lái)霍山窗小震活動(dòng)顯著增強(qiáng)，ML≥1.0地震3月累積頻次快速攀升， 超過(guò)40次的開(kāi)窗閾值， 出現(xiàn)地震序列活動(dòng)， 并于2014年4月20日發(fā)生了霍山MS4.3地震。該地震是霍山地區(qū)1973年MS4.5地震后時(shí)隔41a的又1次MS4.0以上地震， 且震后序列活動(dòng)頻繁， 3個(gè)月累積頻次再次超過(guò)異常閾值。霍山MS4.3地震序列發(fā)生后， 準(zhǔn)確判斷其究竟是 “中強(qiáng)以上地震”的前震序列， 還是一般性的小震群活動(dòng)， 具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

小震群序列類型的判定是地震預(yù)報(bào)研究中的難題之一。常用的方法有參數(shù)h值(劉正榮等， 1986)、K值(朱傳鎮(zhèn)等， 1996)、 序列衰減大森公式P值和古登堡關(guān)系b值(傅征祥， 1982； 陸遠(yuǎn)忠等， 1985)等。這些指標(biāo)在實(shí)際地震預(yù)測(cè)應(yīng)用中都發(fā)揮了一定的效能， 但大多是統(tǒng)計(jì)性的， 所做的研判難免存在不同程度的不確定性(崔子健等， 2012； 譚毅培等，2014)。因此， 多途徑研究探索物理含義較為明確、 結(jié)果更為有效的指標(biāo)方法具有重要的意義。震源機(jī)制解是描述震源幾何特性的重要參數(shù)。對(duì)中強(qiáng)地震的前震與余震的波形進(jìn)行研究， 得到中強(qiáng)地震前后震源機(jī)制的變化過(guò)程， 是地震預(yù)報(bào)中歷來(lái)關(guān)注的問(wèn)題(國(guó)家地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司， 1997)。陳颙(1978)研究一些強(qiáng)震震例時(shí)發(fā)現(xiàn)強(qiáng)震前有震源機(jī)制解趨于一致的現(xiàn)象， 并提出用震源機(jī)制的一致性參數(shù)描述地震活動(dòng)性； 刁桂苓等(1994， 2004， 2014)根據(jù)國(guó)內(nèi)外多個(gè)震例的研究指出， 主震前中小地震震源機(jī)制解趨于一致。趙英萍等(2004)研究了1998年河北張北地震序列的一致性參數(shù)， 表明在1999年強(qiáng)余震前出現(xiàn)低值異常。王俊國(guó)等(2005)根據(jù)千島弧地區(qū)震源機(jī)制解一致性特征， 提出利用震源機(jī)制和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的一致性參數(shù)進(jìn)行地震預(yù)測(cè)的思路； 澤仁志瑪?shù)?2010)的研究表明， 2001年秘魯MW8.4地震和2006年千島群島MW8.3地震前， 孕震區(qū)一系列中小地震震源機(jī)制解一致性參數(shù)比較低； 馮梅等(2013)的研究表明， 2008年汶川地震前后震源區(qū)水平最大主應(yīng)力方向發(fā)生了明顯變化， 由震前的近EW向變?yōu)檎鸷蟮慕黃N向。在地震預(yù)報(bào)中主要關(guān)注中強(qiáng)地震序列震源機(jī)制的相對(duì)變化。如果能用一種參數(shù)來(lái)描述這一變化過(guò)程， 即使不能得到相應(yīng)地震的震源機(jī)制， 震源機(jī)制的相對(duì)變化對(duì)地震預(yù)測(cè)也具有重要意義。P波初動(dòng)、 振幅比和體波譜振幅相關(guān)系數(shù)就屬于這類研究。啜永清等(2000)開(kāi)展了用初動(dòng)符號(hào)的變化識(shí)別前震和震群的研究。付鳴放等(2009)對(duì)佛子嶺地震臺(tái)50km范圍內(nèi)1980—2008年13000余條弱震記錄進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析， 發(fā)現(xiàn)大部分3級(jí)以上的地震震前P波都有初動(dòng)符號(hào)優(yōu)勢(shì)分布的特點(diǎn)。振幅比反映地震波的一種簡(jiǎn)單的動(dòng)力學(xué)特性， 它既不依賴于地震波振幅的絕對(duì)值， 也基本上與震級(jí)無(wú)關(guān)。對(duì)于單臺(tái)記錄的震群序列或者地震集中區(qū)發(fā)生的地震， 當(dāng)?shù)卣鹬g的距離遠(yuǎn)小于臺(tái)站震中距時(shí)， 振幅比可以描述震源機(jī)制的大致變化過(guò)程(馮得益， 1974)。蔡靜觀等(1998)研究了孟連西7.3級(jí)等3次強(qiáng)震前振幅比的時(shí)空演化特征； 李芳等(2004)研究了岫巖5.4級(jí)地震前后振幅比的變化特征。朱航等(2005)研究了單臺(tái)P波初動(dòng)和振幅比方法在馬爾康4.7級(jí)地震序列判斷中的應(yīng)用， 結(jié)果表明序列前期事件的震源機(jī)制具有一致性， 序列后期機(jī)制出現(xiàn)紊亂。采用體波譜振幅相關(guān)系數(shù)計(jì)算地震序列震源機(jī)制的變化過(guò)程， 已廣泛應(yīng)用于多個(gè)地震序列(朱航等， 2006； 劉澤民等， 2010； 李霞等， 2010； 崔子健等， 2012； 黃浩等， 2014)。崔子健等(2012)計(jì)算了 5個(gè)發(fā)生在云南西北部的小震群序列， 認(rèn)為強(qiáng)震前小震群序列的震源譜振幅相關(guān)系數(shù)明顯較大， 接近于1.0， 震源機(jī)制相似性顯著； 而非前震序列震源機(jī)制相似程度較弱， 震源譜振幅相關(guān)系數(shù)明顯較低。黃浩等(2014)利用同樣的方法計(jì)算了滇西地區(qū) 2008—2011 年發(fā)生的 6個(gè)MS≥4.0 地震序列的震源譜振幅相關(guān)系數(shù)， 卻未能得到余震序列相關(guān)系數(shù)較低這一結(jié)論， 其結(jié)果還顯示， 震源振幅譜相關(guān)系數(shù)較高的地震序列也有可能是主-余型序列， 即震源譜振幅相關(guān)系數(shù)高的地震序列不一定都是前震系列。因此， 較低的震源譜振幅相關(guān)系數(shù)可以作為判別后續(xù)無(wú)更大地震的指標(biāo)， 但較高的相關(guān)系數(shù)可能僅僅反映了較高的應(yīng)力水平， 無(wú)法直接作為前震的判據(jù)。

本文一方面采用P波、 SV波、 SH波的初動(dòng)和振幅比聯(lián)合求解震源機(jī)制的方法(簡(jiǎn)稱Snoke方法)(Snokeetal.， 1984)反演2013年10月以來(lái)霍山MS4.3地震序列的震源機(jī)制解， 用每個(gè)震源機(jī)制解應(yīng)力軸與平均應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力軸的夾角作為震源一致性參數(shù)， 計(jì)算地震序列的震源一致性參數(shù)； 另一方面， 由于受到臺(tái)網(wǎng)布局及觀測(cè)點(diǎn)密度的限制， 小地震的震源機(jī)制解不易求得， 采用體波譜振幅相關(guān)系數(shù)(Lundetal.， 2002)、 單臺(tái)的P波初動(dòng)和振幅比方法研究霍山地震序列震源機(jī)制的變化過(guò)程(馮得益， 1974)。綜合利用震源一致性參數(shù)、 體波譜振幅相關(guān)系數(shù)、 單臺(tái)的P波初動(dòng)和振幅比方法， 可以較為全面地研究霍山MS4.3地震序列震源機(jī)制的變化過(guò)程， 從而為研判霍山地震序列的中強(qiáng)地震危險(xiǎn)性提供有效的依據(jù)。

1 地震序列基本情況和地震地質(zhì)背景

1.1 地震地質(zhì)背景

圖1 霍山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征與地震和臺(tái)站分布圖Fig. 1 The seismological and geological characteristics， earthquake and station location in Huoshan region.

霍山地區(qū)(圖1 中紅框所示)位于大別山隆起塊體與華北斷塊接觸帶附近的北大別山沉降帶南緣(陸鏡元等， 1992)。由于揚(yáng)子克拉通與華北克拉通的陸陸碰撞， 大別山地區(qū)尤其是霍山地區(qū)的地質(zhì)比較復(fù)雜(洪德全等， 2013)。圖1 展示了霍山地區(qū)的地形特征、 斷層構(gòu)造特征、 5級(jí)以上歷史地震、 霍山MS4.3地震序列分布和地震臺(tái)站分布等信息。為了監(jiān)視該區(qū)的震情， 安徽地震臺(tái)網(wǎng)在霍山窗內(nèi)共布設(shè)了6個(gè)臺(tái)站， 監(jiān)控能力最低可達(dá)ML0.5。第四紀(jì)以來(lái)該區(qū)域附近共展布了4組斷裂， 分別為走向NW的曉天-磨子潭斷裂(F1)、 走向NWW的梅山-龍河口斷裂(F2)、 走向NE向的落兒嶺-土地嶺斷裂(F3)和走向NWW的肥西-韓擺渡斷裂(圖1)。其中落兒嶺-土地嶺斷裂為晚更新世斷裂， 歷史地震的分布與該斷裂的走向較為一致， 曉天-磨子潭斷裂和梅山-龍河口斷裂為第四紀(jì)早期斷裂(姚大全等， 2003)?；羯組S4.3位于梅山-龍河口斷裂和落兒嶺-土地嶺斷裂的交會(huì)處， 距落兒嶺-土地嶺斷裂約8km， 距梅山-龍河口斷裂約2km。劉澤民等(2015)通過(guò)震源機(jī)制解、 余震精定位和地震的橢圓等烈度線等分析認(rèn)為， 霍山MS4.3地震是在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的作用下， 落兒嶺-土地嶺斷裂發(fā)生的1次右旋張性地震。

1.2 地震序列基本情況

據(jù)安徽地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定， 2014年4月20日安徽霍山發(fā)生MS4.3地震， 從震前2013年9月28日開(kāi)始震區(qū)小震活動(dòng)顯著增強(qiáng)， 出現(xiàn)地震序列活動(dòng)， 截至2014年9月30日， 共發(fā)生ML≥1.0地震151次， 其中ML≥2.0地震27次， 最大為2014年4月20日霍山MS4.3地震。本文將2013年9月28日至2014年9月30日的地震活動(dòng)作為1次MS4.3地震序列。從霍山窗2011年以來(lái)ML≥1.0地震的M-T圖可以看出(圖2a)， 序列開(kāi)始前震區(qū)小震較平靜， 2013年9月底至12月小震顯著增強(qiáng)， 2014年1月至4月20日MS4.3地震前較為平靜，MS4.3地震后再次活躍， 持續(xù)到2014年5月， 之后較為平靜。霍山窗ML≥1.0地震3個(gè)月累積頻次自2013年10月超過(guò)40次的閾值， 一直持續(xù)到2014年2月， 最高為73次。2014年4月20日霍山MS4.3地震后再次開(kāi)窗， 持續(xù)到2014年7月17日， 之后低于異常閾值(圖2b)。

采用Hypo2000方法(Klein， 2002)對(duì)該地震序列ML≥1.0地震進(jìn)行重定位， 得到了147個(gè)事件的震源位置(圖1 中的加號(hào)所示)。重定位的結(jié)果顯示序列整體呈NE向密集分布(圖1 中黑色橢圓所示)， 密集區(qū)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度約7km。該密集區(qū)內(nèi)共有135個(gè)ML≥1.0地震， 其中ML≥2.0地震26次，ML≥2.5地震10次。為避免地震事件由于位置分散影響計(jì)算結(jié)果， 分析地震序列震源機(jī)制的變化過(guò)程時(shí)只考慮密集區(qū)內(nèi)的地震事件。

2 研究方法

2.1 震源機(jī)制一致性參數(shù)

Snoke等(1984)發(fā)展了利用P波、 SV波和SH波的初動(dòng)和振幅比聯(lián)合求解震源機(jī)制的方法(簡(jiǎn)稱Snoke方法)， 該方法利用了P、 SV和SH波的初動(dòng)， 以及SV/P和SH/P振幅比5個(gè)約束信息， 與P波初動(dòng)法、 垂直向SV與P波的振幅比方法相比， 增加了約束量， 反演結(jié)果更加可靠。倪紅玉等(2011)研究表明， 地殼速度結(jié)構(gòu)模型對(duì)震源機(jī)制解的反演精度存在一定的影響。

表1 速度結(jié)構(gòu)模型

Table1 The velocity structure model

深度/km層厚/kmVP/km·s-1VS/km·s-10～224.982.942～535.223.015～1055.593.2310～1556.123.5315～2056.463.7320～2556.453.7225～3387.034.0633～4078.04.62

本文采用表1 的速度結(jié)構(gòu)模型， 其中表層波速采用的是金寨、 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。其他各層速度結(jié)構(gòu)采用黃耘等(2011)反演的郯廬斷裂帶下?lián)P子地塊的P波速度， S波速度為P波速度除以1.732的結(jié)果。具體計(jì)算過(guò)程見(jiàn)倪紅玉等(2011)。為了試驗(yàn)方法的有效性， 分別采用本方法和CAP方法計(jì)算了霍山MS4.3地震的震源機(jī)制解， 2種方法反演的結(jié)果差異較小(劉澤民等， 2015)， 同時(shí)采用本方法計(jì)算了安徽及大陸東部部分顯著地震的震源機(jī)制， 通過(guò)與其他研究機(jī)構(gòu)不同方法計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比， 表明所得震源機(jī)制解的可靠性較好(倪紅玉等， 2011)。

本文以平均應(yīng)力場(chǎng)的3個(gè)主應(yīng)力軸σ1、 σ2、σ3為基值， 計(jì)算單個(gè)震源機(jī)制解的P軸和σ1的夾角α、B軸和σ2的夾角β、T軸和σ3的夾角γ， 定義震源機(jī)制和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的一致性參數(shù)θ為3個(gè)夾角之和：

(1)

一致性參數(shù)θ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，θ越小表明與平均應(yīng)力場(chǎng)的重合性越好， 反之則遠(yuǎn)離平均應(yīng)力場(chǎng)。

2.2 體波譜振幅相關(guān)系數(shù)

對(duì)于同一震源區(qū)的2個(gè)地震(或者2個(gè)地震之間的距離遠(yuǎn)小于地震到臺(tái)站之間的距離)， Lund等(2002)提出可以由相同臺(tái)站的地震記錄反演2個(gè)地震直達(dá)P、 S波的零頻譜振幅值， 通過(guò)計(jì)算其相關(guān)系數(shù)rxy來(lái)描述震源機(jī)制是否相似， 若震源機(jī)制相似， 譜振幅相關(guān)系數(shù)rxy應(yīng)較大， 接近于1； 若震源機(jī)制不相似， 則相關(guān)系數(shù)較小。地震x、y的譜振幅相關(guān)系數(shù)rxy可表示為

(2)

具體計(jì)算步驟如下： 1)先對(duì)波形資料預(yù)處理， 首先根據(jù)臺(tái)站和震中位置， 采用表1 的地殼速度結(jié)構(gòu)模型， 計(jì)算臺(tái)站的方位角、 離源角和震中距等信息； 其次， 將三分向波形除以各分向的放大倍數(shù)， 在從地震震中到臺(tái)站的方向上， 將記錄波形在2個(gè)水平方向上旋轉(zhuǎn)， 得到徑向和切向分量。 2)取不同分量的直達(dá)P波和S波開(kāi)始后一段時(shí)間計(jì)算觀測(cè)波形的傅里葉譜， 并從速度譜轉(zhuǎn)為位移譜； 對(duì)不同震中距的記錄， 選取不同的時(shí)間窗長(zhǎng)， 以保證P波和S波的主要能量都集中在該窗長(zhǎng)內(nèi)。 3)分別計(jì)算相同臺(tái)站的5個(gè)零頻譜值： 垂向和徑向P波(PZ和PR)， 垂向、 徑向和切向S波(SZ、 SR和ST)， 計(jì)算體波零頻譜振幅相關(guān)系數(shù)。 4)最后采用窗長(zhǎng)為5， 步長(zhǎng)為1進(jìn)行滑動(dòng)計(jì)算譜振幅相關(guān)系數(shù)的時(shí)間曲線。5次事件具有10種不重復(fù)的兩兩組合， 分別求得譜振幅相關(guān)系數(shù)后取算術(shù)平均， 即為平均譜振幅相關(guān)系數(shù)。

3 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析

3.1 震源機(jī)制一致性參數(shù)

表2 Snoke方法計(jì)算的霍山地震序列中10次ML≥2.5地震的震源機(jī)制解

Table2 Focal mechanism solutions of 10 ML≥2.5 earthquakes in Huoshan earthquake sequence calculated by using Snoke method

發(fā)震時(shí)間(年-月-日)震級(jí)(ML)節(jié)面Ⅰ節(jié)面ⅡP軸T軸B軸走向/(°)傾角/(°)滑動(dòng)角/(°)走向/(°)傾角/(°)滑動(dòng)角/(°)方位/(°)傾角/(°)方位/(°)傾角/(°)方位/(°)傾角/(°)2013-09-282.61278483682174261135110164802013-10-092.613153163177142861634436196502013-10-152.51366626356615486035635176552013-11-153.012161-2822666-14785403523258502013-12-192.629660-193673-14926034164961552013-12-282.514372-923682-1621001987259702013-12-282.6142802518817097668222802014-02-112.61185532687145772233626202552014-04-204.713171-3023262-15889341836281552014-04-202.615379-3325057-167106312051431655

圖3 Snoke方法反演的霍山MS4.3地震序列的震源機(jī)制解和一致性參數(shù)θFig. 3 Focal mechanisms of the Huoshan MS4.3 earthquake sequence by Snoke method and the solutions consistency coefficient θ.

為了更好地描述震源機(jī)制的一致程度， 根據(jù)式(1)計(jì)算了霍山MS4.3地震序列震源機(jī)制解的一致性參數(shù)θ。其中平均應(yīng)力場(chǎng)為利用霍山地區(qū)中小地震的震源機(jī)制解反演結(jié)果：σ1方位角為92°， 傾角為9°；σ2方位角為270°， 傾角為81°；σ3方位角為2°， 傾角為0°(倪紅玉等， 2012； Nietal.， 2013)。為了比較霍山MS4.3地震序列開(kāi)始前后的變化， 將時(shí)間延長(zhǎng)至2011年， 圖3b為2011年以來(lái)霍山地區(qū)ML≥2.5地震震源機(jī)制解的一致性參數(shù)θ的10點(diǎn)滑動(dòng)平滑曲線， 水平直線表示自1980年以來(lái)的平均值118.1°。從中可以看出從2013年9月底霍山MS4.3地震序列開(kāi)始一致性參數(shù)θ的變化范圍為85°～118°， 持續(xù)低于均值， 由于霍山MS4.3地震后ML≥2.5地震較少， 僅能表明MS4.3地震前序列的震源機(jī)制一致性較好， 無(wú)法跟蹤后續(xù)情況。

3.2 體波譜振幅相關(guān)系數(shù)

采用上述方法計(jì)算霍山MS4.3地震序列的體波譜振幅相關(guān)系數(shù)， 為了避免部分地震因發(fā)震時(shí)刻較近波形存在相互干擾而影響計(jì)算結(jié)果， 計(jì)算過(guò)程中刪除了這些地震， 共得到131次ML≥1.0地震的體波譜振幅相關(guān)系數(shù)。計(jì)算時(shí)， 根據(jù)波形記錄的質(zhì)量及不同的震級(jí)及震中距分別使用 3— 6個(gè)臺(tái)的波形記錄(圖1)， 只有2次地震在同一臺(tái)站記錄波形具有共同的譜值分量時(shí)才加入計(jì)算。圖4 為霍山MS4.3地震序列中2次地震事件： 2013年10月15日ML2.5(事件1)和2013年10月19日ML2.2(事件2)在6個(gè)臺(tái)站的零頻體波譜振幅值和相關(guān)系數(shù)， 可以看出兩者的相關(guān)性是比較好的， 相關(guān)系數(shù)達(dá)0.97。

圖4 2個(gè)地震事件在每個(gè)臺(tái)站的零頻體波譜振幅值和相關(guān)系數(shù)Fig. 4 Body-wave spectral amplitudes and their correlation coefficient of two earthquakes at each station.a， b柱狀圖依次代表PZ、 PR、 SZ、 SR和ST分量

圖5 2011年以來(lái)霍山地區(qū)地震體波譜振幅相關(guān)系數(shù)時(shí)間曲線圖Fig. 5 Correlation coefficient of body-wave spectral amplitudes curve in Huoshan region since 2011.

霍山MS4.3地震序列發(fā)生在霍山窗內(nèi)， 該區(qū)現(xiàn)代微震、 小震活動(dòng)頻繁， 2011年1月至2013年9月霍山MS4.3地震震源區(qū)發(fā)生了大量的ML≥1.0地震， 最大為ML2.5， 這為比較霍山MS4.3地震序列前后譜振幅相關(guān)系數(shù)的變化提供了便利。為了增加研判的科學(xué)性， 計(jì)算了2011年1月至2014年9月， 與霍山MS4.3地震序列相近震源位置的共274次ML≥1.0地震的體波譜振幅相關(guān)系數(shù)， 圖5 為譜振幅相關(guān)系數(shù)滑動(dòng)平均時(shí)序曲線?？梢钥闯?， 2011年1月至2013年3月體波譜振幅相關(guān)系數(shù)rxy未出現(xiàn)明顯高值， 在此期間也沒(méi)有發(fā)生ML≥3.0地震， 2013年5月rxy開(kāi)始升高， 到2013年9月底霍山MS4.3地震序列開(kāi)始時(shí)達(dá)到0.9左右， 高值持續(xù)到2014年2月，rxy最高達(dá)0.95， 這種現(xiàn)象在ML≥1.5和ML≥2.0地震曲線上更為明顯。據(jù)此在安徽省2014年度地震趨勢(shì)研究報(bào)告和安徽省地震局2014年3月的月會(huì)商中明確提出霍山地區(qū)有發(fā)生4級(jí)左右地震的可能。2014年4月20日霍山MS4.3地震后rxy較低， 在0.6左右波動(dòng)。由于較低的震源振幅譜相關(guān)系數(shù)可以作為判別后續(xù)無(wú)更大地震的指標(biāo)， 因此分析認(rèn)為霍山MS4.3地震后發(fā)生更大地震的可能性不大。

圖6 SJH、 BZY、 LNA和FZL臺(tái)的初動(dòng)分布和SJH臺(tái)垂直向的振幅比Fig. 6 First motions of stations SJH， BZY， LNA and FZL， and the amplitude ratio of the vertical component of station SJH.

3.3 P波初動(dòng)、 振幅比

讀取了震區(qū)附近石家河臺(tái)(SJH)、 豹子崖臺(tái)(BZY)、 爛泥坳臺(tái)(LNA)和佛子嶺臺(tái)(FZL)4個(gè)地震臺(tái)站在SN、 EW、 UD三分向記錄的霍山MS4.3地震序列中ML≥1.0地震的初動(dòng)情況(圖6)， 其中紅色圓點(diǎn)表示優(yōu)勢(shì)初動(dòng)， 藍(lán)色圓點(diǎn)表示與之相反的初動(dòng)， 黑色三角形表示不清晰的初動(dòng)或其他初動(dòng)。從圖6a—d可以看出2013年9月底至2014年1月期間石家河臺(tái)、 豹子崖臺(tái)和爛泥坳臺(tái)初動(dòng)優(yōu)勢(shì)分布明顯， 其中石家河臺(tái)的優(yōu)勢(shì)比(優(yōu)勢(shì)初動(dòng)個(gè)數(shù)/相反初動(dòng)個(gè)數(shù))高達(dá)13.8， 豹子崖臺(tái)為3.8， 爛泥坳臺(tái)為3.6， 2014年2月開(kāi)始3個(gè)臺(tái)站與優(yōu)勢(shì)初動(dòng)相反的初動(dòng)增多， 優(yōu)勢(shì)比降低， 2014年4月20日發(fā)生霍山MS4.3地震， 之后初動(dòng)分布均比較紊亂。而佛子嶺臺(tái)在整個(gè)研究時(shí)段初動(dòng)分布均比較紊亂。

研究時(shí)間內(nèi)石家河臺(tái)記錄較少中斷， 且初動(dòng)分布優(yōu)勢(shì)最顯著。本文采用單臺(tái)求振幅比的方法， 量取ML≥1.0地震的垂直方向直達(dá) P波和S波最大振幅AP、AS， 計(jì)算振幅比值A(chǔ)S/AP， 研究石家河臺(tái)記錄的霍山MS4.3地震序列振幅比的動(dòng)態(tài)變化特征。圖6e中的藍(lán)色實(shí)線表示振幅比均值， 從中可以看出在2013年10月至2014年1月振幅比比較一致， 其他時(shí)段比較紊亂， 與初動(dòng)研究結(jié)果一致。初動(dòng)和振幅比的研究均表明霍山MS4.3地震前序列的震源機(jī)制一致性較好， 之后較為紊亂。

4 結(jié)論與討論

理論研究(Sobolev， 1984)和大量震例總結(jié)均表明， 在大震孕育過(guò)程中震源區(qū)介質(zhì)應(yīng)力水平增強(qiáng)， 地殼內(nèi)的裂隙逐漸呈現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)取向排列， 在此期間發(fā)生的小地震的節(jié)面將趨于一致。這表現(xiàn)為震源及其附近地區(qū)地殼介質(zhì)的各向異性增強(qiáng)， 中小地震的震源機(jī)制解將會(huì)顯示出較高的相似性。本文嘗試將中小地震震源機(jī)制的相似程度應(yīng)用于霍山MS4.3地震序列類型的判定研究。在霍山MS4.3地震序列中， 除了MS4.3地震外序列的震級(jí)較低， 最大為ML3.0， 能夠精確反演的震源機(jī)制較少。因此本文一方面采用Snoke方法充分利用P波、 SV波和SH波的初動(dòng)和振幅比聯(lián)合求解震源機(jī)制； 另一方面采用單臺(tái)的P波初動(dòng)、 振幅比和體波譜振幅相關(guān)系數(shù)方法比較震源機(jī)制的變化過(guò)程， 單臺(tái)的P波初動(dòng)和振幅比方法只要求有垂直向的地震記錄， 體波譜振幅相關(guān)系數(shù)方法要求三分向的數(shù)字化地震記錄， 但反映的信息更全面。這些方法都適用于較小地震， 雖不能得到相應(yīng)地震的震源機(jī)制， 但可得到震源機(jī)制的相對(duì)變化， 可以彌補(bǔ)直接求解震源機(jī)制的不足， 充分利用較小地震的波形資料， 得到整個(gè)序列較為精細(xì)的震源機(jī)制的變化過(guò)程。結(jié)果表明： 霍山MS4.3地震前序列的震源機(jī)制一致性參數(shù)較低， 由于霍山MS4.3地震后ML≥2.5余震較少， 無(wú)法跟蹤震后情況； 霍山MS4.3地震序列開(kāi)始前4個(gè)月體波譜振幅相關(guān)系數(shù)開(kāi)始上升， 序列活動(dòng)后在0.9附近波動(dòng)， 一直持續(xù)到霍山MS4.3地震前2個(gè)月， 霍山MS4.3地震后序列的體波譜振幅相關(guān)系數(shù)降低， 在0.6附近波動(dòng)； 初動(dòng)和振幅比的研究也表明霍山MS4.3地震前2個(gè)月序列的初動(dòng)優(yōu)勢(shì)分布明顯， 振幅比較為一致， 之后較為紊亂。綜上所述霍山MS4.3地震前序列的震源機(jī)制解的一致性參數(shù)較低， 體波譜振幅相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)高值異常， 初動(dòng)分布優(yōu)勢(shì)明顯， 振幅比較為一致； 震后體波譜振幅相關(guān)系數(shù)較低， 初動(dòng)和振幅比較紊亂； 因此綜合分析認(rèn)為霍山MS4.3地震前序列的震源機(jī)制相似程度較高， 為前震序列， 霍山MS4.3地震后震源機(jī)制較紊亂， 為余震序列，MS4.3地震后發(fā)生更大地震的可能性不大。截至2015年4月， 霍山地區(qū)未發(fā)生較大的地震。

對(duì)震群或地震集中區(qū)的不同地震在不同臺(tái)站得到的直達(dá)波零頻觀測(cè)譜值進(jìn)行比較， 可以得到地震序列震源機(jī)制的變化過(guò)程， 同時(shí)也是對(duì)震源區(qū)背景應(yīng)力隨時(shí)間變化的一種監(jiān)視手段。該方法只要求小震群或地震集中區(qū)周圍有若干數(shù)字地震臺(tái)站， 數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的日益完善使得開(kāi)展這方面的工作非常便利。譜振幅相關(guān)系數(shù)高反映的是2個(gè)地震到不同臺(tái)站的震源譜振幅比是一致的。如果臺(tái)站數(shù)量較多， 并在空間上沿地震周圍均勻分布， 則可以推測(cè)地震間的震源機(jī)制是一致的， 但是臺(tái)站分布往往是有局限的。因此譜振幅相關(guān)系數(shù)高不能明確表明震源機(jī)制的一致性， 僅僅表示在現(xiàn)有觀測(cè)條件下2個(gè)地震的震源機(jī)制可能是相似的； 反之， 如果譜振幅相關(guān)系數(shù)低， 可明確推測(cè)這2個(gè)地震的震源機(jī)制不同。在霍山MS4.3地震序列中， 采用的是震區(qū)附近57km以內(nèi)的3—6個(gè)臺(tái)的波形記錄， 部分臺(tái)站震中距在10km以內(nèi)， 并未嚴(yán)格滿足2個(gè)地震之間的距離遠(yuǎn)小于地震到臺(tái)站之間的距離， 可能對(duì)計(jì)算結(jié)果存在一定的影響。結(jié)果顯示， 霍山MS4.3地震后序列的體波譜振幅相關(guān)系數(shù)較低， 在0.6附近波動(dòng)， 則可以明確推測(cè)序列后期震源機(jī)制紊亂， 發(fā)生更大地震的可能性不大。序列前期的體波譜振幅相關(guān)系數(shù)較高， 在0.9附近波動(dòng)， 這種現(xiàn)象在2011年至2013年4月(霍山MS4.3地震序列開(kāi)始前5個(gè)月)并未出現(xiàn)(在此期間霍山未發(fā)生中等以上地震， 也未出現(xiàn)序列活動(dòng))， 同時(shí)序列中較大地震的震源機(jī)制一致性較高， 單臺(tái)的P波初動(dòng)和振幅比較為一致， 綜合分析認(rèn)為序列前期的震源機(jī)制一致性較高， 為前震序列。因此， 霍山MS4.3地震前后震源區(qū)的震源機(jī)制經(jīng)歷了由散亂到一致， 一致性持續(xù)4個(gè)月后出現(xiàn)序列活動(dòng)， 又由一致到散亂后2個(gè)月發(fā)生MS4.3地震， 之后一直處于散亂狀態(tài)的過(guò)程。這與中強(qiáng)地震孕育過(guò)程中震源區(qū)介質(zhì)應(yīng)力水平增強(qiáng)， 裂隙呈優(yōu)勢(shì)取向排列， 中小地震的震源機(jī)制解高度相似的認(rèn)識(shí)是一致的， 當(dāng)然本文僅提供了1個(gè)震例， 且震級(jí)相對(duì)較小， 該認(rèn)識(shí)是否正確有待于進(jìn)一步的驗(yàn)證。

中國(guó)較成功預(yù)測(cè)的強(qiáng)震中， 絕大部分有前震活動(dòng)， 對(duì)前震的判斷直接關(guān)系到預(yù)測(cè)的成功與否。有前震活動(dòng)的地震預(yù)測(cè)相對(duì)較為容易， 前震活動(dòng)的區(qū)域即是未來(lái)主震的震中位置， 預(yù)測(cè)的三要素降為震級(jí)和時(shí)間。因此在實(shí)際工作中， 當(dāng)某地出現(xiàn)小震群時(shí)， 判斷其是否屬于前震就成為問(wèn)題的關(guān)鍵。本研究的結(jié)論可為前震以及序列類型的判斷提供一定的依據(jù)。

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COMPREHENSIVE STUDY ON THE CHANGING PROCESS OF FOCAL MECHANISMS OF THE 2014 HUOSHANMS4.3 EARTHQUAKE SEQUENCE

NI Hong-yu1，2)LIU Ze-min1)HONG De-quan1，2)WANG Xiao-li1)ZHAO Peng1)

1)AnhuiEarthquakeAdministration，Hefei230031，China2)MengchengNationalGeophysicalObservatory，Mengcheng233500，China

In this paper， the focal mechanisms of HuoshanMS4.3 earthquake sequence since October 2013 are calculated with the method developed recently by Snoke， which combines the use of first motion of P， SV and SH waves and their amplitude ratios(referred to as Snoke method). We estimate the difference(also referred to consistency parameterθ)between the stress axis direction of focal mechanism solution and the mean stress tensor on one hand， and get the relative changes of focal mechanisms rather than the focal mechanisms themselves on the other hand， by using methods of correlation coefficient of body-wave spectral amplitudes， first motions and amplitude ratios of vertical P wave of single station， as limited by the network layout and density of observation points， focal mechanism solutions of small earthquakes are not easy to obtain. We studied the changing process of focal mechanisms of HuoshanMS4.3 earthquake sequence since October 2013 with many methods such as consistency parameter， correlation coefficient of body-wave spectral amplitudes， first motion and amplitude ratio of vertical P wave of single station， to determine the type of the sequence. The result shows that: before HuoshanMS4.3 earthquake of April 20， 2014， the consistency parameter of the earthquake sequence was lower than the mean for a long period， correlation coefficient of body-wave spectral amplitudes was always at high values(about 0.9)， odds ratio of first motions of vertical P wave of single station near the epicenter， defined as the ratio of predominant number to contrast number of first motions， was up to 13.8 at station SJH， 3.8 at BZY and 3.6 at LNA， respectively; first motions of vertical P wave of single station showed an obvious predominant distribution as a whole， and the amplitude ratios of vertical P were consistent， which suggests that before HuoshanMS4.3 earthquake， focal mechanisms were consistent， so the earthquake sequence before HuoshanMS4.3 earthquake is the foreshock sequence. After HuoshanMS4.3 earthquake， correlation coefficient of body-wave spectral amplitudes was lower(about 0.6)， first motions and amplitude ratios of vertical P wave of single station were in disorder， which suggest that the focal mechanisms are inconsistent after the HuoshanMS4.3 earthquake， so the earthquake sequence after HuoshanMS4.3 earthquake is the aftershock sequence， and subsequent larger earthquakes are not likely to occur. The focal mechanisms in Huoshan region during the period of HuoshanMS4.3 earthquake experienced a process from scattering to convergency and to scattering again.

consistency of focal mechanisms， parameter correlation coefficient of body-wave spectral amplitudes， initial motion， amplitude ratio， HuoshanMS4.3 earthquake

10.3969/j.issn.0253- 4967.2015.04.006

2015-07-27收稿， 2015-10-23改回。

中國(guó)地震局震情跟蹤定向工作任務(wù)(2014020113)和中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH14026)共同資助。 *通訊作者： 劉澤民， 男， 高級(jí)工程師， E-mail: liuzemin@163.com。

P315.3+3

A

0253-4967(2015)04-1004-16

倪紅玉， 女， 1982年生， 2008年于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲物理化學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位， 工程師， 主要從事震源機(jī)制和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)等數(shù)字地震學(xué)研究， 電話： 0551-62528690， E-mail: hyni@mail.ustc.edu.cn。