江穎，李輝，劉子維，申重陽，張曉彤

1 中國地震局地震研究所(中國地震局地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，武漢　430071　2　中國科學(xué)院測量與地球物理研究所大地測量與地球動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢　430077

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利用連續(xù)重力觀測約束2014智利Iquique地震的震源機(jī)制解

江穎1,2，李輝1，劉子維1，申重陽1，張曉彤1

1 中國地震局地震研究所(中國地震局地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)，武漢4300712中國科學(xué)院測量與地球物理研究所大地測量與地球動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430077

摘要2014年4月1日，智利北部Iquique地區(qū)近海發(fā)生MW8.1地震，地震發(fā)生之后，國際上一些著名的地震科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者采用不同的數(shù)據(jù)和方法計(jì)算得到此次地震的震源機(jī)制解，但這些結(jié)果存在較大差異.地球長周期自由振蕩的振幅主要依賴于地震矩的大小及地震斷層的破裂方式，可以很好地約束地震震源機(jī)制.因此，本文根據(jù)2014年Iquique地震現(xiàn)有的6個(gè)不同震源機(jī)制解模擬計(jì)算了該地震激發(fā)的自由振蕩信號(hào)，并與全國連續(xù)重力臺(tái)網(wǎng)中16個(gè)彈簧重力儀的觀測結(jié)果進(jìn)行比對，基于1.5～5.3 mHz的球型簡正模分析和約束了Iquique地震的震源機(jī)制解.研究發(fā)現(xiàn)，基于美國地質(zhì)調(diào)查局WPhase Moment Tensor Solution反演的震源機(jī)制解的自由振蕩模擬值與實(shí)際觀測符合最好，其相應(yīng)的震級(jí)能較好反映Iquique地震釋放的總能量，而利用海嘯數(shù)據(jù)反演的標(biāo)量地震矩偏小，聯(lián)合遠(yuǎn)場和近場長周期觀測數(shù)據(jù)反演可顯著改善震源機(jī)制解.另外，還基于格爾木重力臺(tái)站的模擬值與觀測值定量分析了不同震源機(jī)制解參數(shù)對自由振蕩振幅的影響.結(jié)果表明地震的標(biāo)量地震矩M0對自由振蕩振幅的影響最大，而斷層走向、傾角、滑動(dòng)方向角和震源深度對自由振蕩的振幅影響相對較小.

關(guān)鍵詞Iquique地震； 震源機(jī)制解； 地球自由振蕩； 重力觀測

1引言

智利西部沿海處于納斯卡板塊和南美板塊之間，由于納斯卡板塊以約8 cm·a-1的收斂速度向南美板塊俯沖(Angermann et al.,1999)，該地區(qū)大地震頻發(fā).2014年4月1日23∶46 (UTC)在智利西北部Iquique近海地區(qū)發(fā)生了震級(jí)為MW8.1的地震，震中位為19.642°S，70.817°W(圖1，紅色五角星位置)，震源深度25 km (USGS National Earthquake Information Center-NEIC: http:∥earthquake.usgs.gov/regional/neic/).地震發(fā)生后，Iquique地震的震源性質(zhì)和發(fā)震構(gòu)造吸引了許多學(xué)者的關(guān)注和研究(An et al.，2014；Lay et al.，2014；Ruiz et al.，2014；Schurr et al.，2014；Kato et al.，2014；Yagi et al.，2014；Bürgmann et al.，2014；Hayes et al.，2014；Liu et al.，2015).國際上一些著名的地震科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者采用不同的數(shù)據(jù)和方法計(jì)算得到Iquique地震的震源機(jī)制解，見表1.其中震源機(jī)制解1是GCMT(The Global Centroid-Moment-Tensor Project)通過計(jì)算單位矩張量元的格林函數(shù)，將格林函數(shù)與震源時(shí)間函數(shù)做卷積，運(yùn)用最小二乘求得最優(yōu)矩張量解.GCMT采用體波(截?cái)嘀芷跒?0 s)，長周期面波(截?cái)嘀芷跒?0 s)和地幔波(截?cái)嘀芷跒?00 s)計(jì)算了Iquique地震的震源機(jī)制解.震源機(jī)制解2、3是美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)的結(jié)果，USGSCMT(USGS Centroid Moment Tensor Solution)采用體波和長周期面波反演震源機(jī)制，USGSWPHASE(USGS WPhase Moment Tensor Solution)采用W-phase(100～1000 s)的波形資料反演震源機(jī)制.對于中級(jí)地震，USGSBODY(USGS Body-Wave Moment Tensor Solution)采用遠(yuǎn)場臺(tái)站記錄的體波數(shù)據(jù)反演震源機(jī)制，比如2013年的蘆山地震.單純用體波數(shù)據(jù)反演的標(biāo)量地震矩偏小(Jiang et al.,2014a).通常情況下USGSBODY不提供大地震的震源機(jī)制解結(jié)果，如2011年日本Tohoku MW9.1地震等，包括此次Iquique MW8.1地震.Yagi 等(2014)利用48個(gè)臺(tái)站的遠(yuǎn)震P波數(shù)據(jù)，考慮了格林函數(shù)的不確定性反演了Iquique地震的震源機(jī)制解.Lay等(2014)利用遠(yuǎn)程P波、SH波及海嘯數(shù)據(jù)進(jìn)行有限斷層反演，得到的標(biāo)量地震矩為1.7×1021N·m.An等(2014)利用3個(gè)深海評(píng)估和海嘯臺(tái)站的海嘯數(shù) 據(jù)，反演得到了Iquique地震的滑動(dòng)分布，并得到該地震的標(biāo)量地震矩為1.22×1021N·m.從上述研究結(jié)果來看，不同的研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者給出的Iquique地震的震源機(jī)制解相差較大，特別是標(biāo)量地震矩M0之間的差異顯著，最大值約為最小值的2倍，而這種差異不容忽視.

表1　智利Iquique地震震源機(jī)制解一覽表

注：文獻(xiàn)來源震源機(jī)制解1為Global-CMT Project的結(jié)果；震源機(jī)制解2和3分別為USGS提供2個(gè)不同的結(jié)果：USGSCMT、USGSWPHASE；4為Yagi et al.(2014)的結(jié)果；5為Lay et al.(2014)的結(jié)果；6為An et al.(2014)的結(jié)果.

地震在瞬時(shí)釋放巨大能量、產(chǎn)生大面積地表破裂的同時(shí)，激發(fā)大量的地震波，并且導(dǎo)致地球整體的震動(dòng).地球的自由振蕩一旦被激發(fā)，將以駐波形式穿過地球的內(nèi)部介質(zhì).由于自由振蕩能量的大小與震源的破裂方式和破裂程度密切相關(guān)(Geller and Stein，1979；Stein et al.，2005)，因此地震后的自由振蕩信號(hào)可用于約束地震震級(jí)和檢驗(yàn)地震的震源機(jī)制解，它也是目前可對震源機(jī)制解進(jìn)行總體檢驗(yàn)和約束的非常有效的方法.利用自由振蕩信號(hào)約束MW9.0級(jí)以上大地震的震源機(jī)制解已經(jīng)得到了不錯(cuò)的效果，比如2004-12-26蘇門答臘大地震后，利用應(yīng)變儀、長周期地震儀及超導(dǎo)重力儀記錄到的球型低頻模態(tài)0S0、0S2、0S3、0S4等，徑向模0S0、1S0等與理論模擬結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的標(biāo)量地震矩是GCMT結(jié)果的2.5～2.67倍，并且得出斷層的破裂長度、持續(xù)時(shí)間及破裂速度(Stein et al.，2005；Park et al.，2005；Lambotte et al.，2006).2011-03-11Tohoku大地震后，薛秀秀等(2012)利用0S0振型對Tohoku大地震的多個(gè)震源機(jī)制解進(jìn)行分析和約束.對于中級(jí)地震來講低頻態(tài)的信號(hào)不易提取，Jiang等(2014)根據(jù)2013-04-20蘆山地震的4種不同震源機(jī)制解計(jì)算了蘆山地震頻段為2.3～5 mHz的自由振蕩信號(hào)，發(fā)現(xiàn)利用遠(yuǎn)場體波反演的地震矩偏小.Hu等(2014)為了評(píng)估蘆山地震標(biāo)量地震矩的正確性，對比了17個(gè)臺(tái)站和5個(gè)矩張量解的觀測值與模擬值，也得到了同樣的結(jié)論.目前，利用自由振蕩信號(hào)約束震源機(jī)制解所用到的觀測數(shù)據(jù)均來自超導(dǎo)重力儀(SG)和寬頻帶地震儀，當(dāng)震級(jí)較大時(shí)，SG會(huì)發(fā)生限幅情況，因此在計(jì)算過程中必須去掉同震時(shí)的觀測段，對于MW8.1 Iquique地震來說，中國大陸的幾臺(tái)超導(dǎo)重力儀均出現(xiàn)了限幅情況，而寬頻帶地震儀主要用于記錄高頻信息.

通過數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)、中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、中國地震背景場等國家重大科學(xué)工程項(xiàng)目，在中國大陸建成了一個(gè)集數(shù)據(jù)的自動(dòng)匯集與數(shù)據(jù)庫式管理，儀器的遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)的圖形化分析處理為一體的連續(xù)重力觀測臺(tái)網(wǎng)，其平均空間分辨率約400 km.觀測儀器包括PET/gPhone、DZW、GS15、TRG-1和GWR超導(dǎo)等，除了SG以外，這些彈簧重力儀也可以觀測到微小的重力變化，分布廣泛且連續(xù)的彈簧重力儀觀測數(shù)據(jù)為檢測地球自由振蕩信號(hào)及利用自由振蕩信號(hào)約束震源機(jī)制解提供了很好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ).本文選取連續(xù)重力觀測臺(tái)網(wǎng)中分布廣泛的16個(gè)彈簧重力儀觀測數(shù)據(jù)(如圖1)，利用自由振蕩信號(hào)觀測約束Iquique地震的震源機(jī)制解，并有效的評(píng)估哪一個(gè)震源機(jī)制解最符合地震實(shí)際釋放的能量，基于符合較好的重力站觀測資料，定量研究和分析影響自由振蕩振幅的因素.

圖1　震中位置和16個(gè)連續(xù)重力觀測臺(tái)站的位置

2數(shù)據(jù)和方法

地球自由振蕩中的球型振蕩不僅有橫向分量，還有徑向分量，因此會(huì)引起地球的體積變化，從而導(dǎo)致重力發(fā)生變化.中國連續(xù)重力觀測臺(tái)網(wǎng)提供采樣率為1 Hz的重力觀測數(shù)據(jù)用于地球動(dòng)力學(xué)研究.Iquique地震發(fā)生后，連續(xù)重力觀測臺(tái)網(wǎng)的重力儀清晰的記錄了重力變化.提取自由振蕩信號(hào)之前，首先對各臺(tái)站的觀測資料進(jìn)行預(yù)處理，利用Tsoft(Vauterin，1998)重力潮汐數(shù)據(jù)預(yù)處理程序，去掉尖峰、突跳、間斷等.采用Eterna調(diào)和分析軟件，計(jì)算大氣導(dǎo)納因子，并在重力觀測中扣除大氣的影響(Wenzel，1996).

r0處的點(diǎn)源地震激發(fā)臺(tái)站的簡正模位移可以利用雙力偶地震矩心矩張量理論和各項(xiàng)同性的地球模型模擬計(jì)算.在r處的位移u(r,t)為(Gilbert，1973)：

×(M(r0):εn(r0)),

(1)

其中，Sn(r)為在某站點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化的n階模本征位移，ωn為本征頻率，Qn為質(zhì)量因子，εn(r0)為應(yīng)變張量，M(r0)為點(diǎn)源矩張量.二階6分量Mi(i=1，…，6)，均勻地震矩張量M和εni組成εn(r0).則公式(1)可轉(zhuǎn)化為

(2)

(3)

ai(r,t)為轉(zhuǎn)換函數(shù)，Mi由標(biāo)量地震矩M0、走向、傾角、滑動(dòng)角組成(Aidetal.，1980).

地球自由振蕩計(jì)算值的振幅主要取決于地震發(fā)生的位置和地震的震源機(jī)制解.模擬計(jì)算臺(tái)站自由振蕩需要的參數(shù)有：地震發(fā)生的時(shí)間、位置、走向、傾角、滑動(dòng)角、標(biāo)量地震矩、臺(tái)站的位置等.在參考的震源機(jī)制解中，地震的震源機(jī)制模型將震源等效為雙力偶點(diǎn)源，根據(jù)雙力偶地震矩心矩張量理論，由地球格林函數(shù)對矩張量加權(quán)求和，可計(jì)算矩張量源激發(fā)產(chǎn)生的地球自由振蕩位移(江穎等，2014b,2015).

3結(jié)果分析

3.1觀測值與模擬值比較

將地震激發(fā)的地球自由振蕩信號(hào)的模擬值與相應(yīng)的觀測值相比對，可評(píng)估震源機(jī)制解是否能正確反映地震的實(shí)際破裂情況.由于不同的地球模型對自由振蕩振幅的影響小于0.7%(薛秀秀等，2012)，幾乎可以忽略.基于PREM地球模型(Dziewonski et al.,1981)，結(jié)合震源機(jī)制解，將格林函數(shù)對矩張量加權(quán)求和，可以得到接收臺(tái)站的合成地震圖(Geller and Stein，1979).

本文選取分布廣泛的16個(gè)彈簧重力儀觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，臺(tái)站包括：北京(BJ)、福州(FZ)、高臺(tái)(GT)、格爾木(GEM)、海拉爾(HLE)、拉薩(LS)、蘭州(LZ)、牡丹江(MDJ)、憑祥(PX)、瓊中(QZ)、獅泉河(SQH)、炭山(TS)、烏加河(WJH)、烏什(WS)、西安(XA)、漳州(ZZ)，見圖1.為了避免環(huán)境噪聲在簡正模振幅上的影響，選取16個(gè)臺(tái)站采樣間隔為1 s，時(shí)間長度為16h的重力觀測數(shù)據(jù)，觀測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)在經(jīng)過漢寧窗處理后進(jìn)行離散傅里葉變換獲取線性振幅譜.連續(xù)觀測的彈簧重力儀會(huì)存在較大的零漂，選取的數(shù)據(jù)長度為16 h，零漂的影響較小，在數(shù)據(jù)處理過程中已經(jīng)將該影響去掉.圖2顯示了16個(gè)重力臺(tái)站重力儀的自由振蕩觀測值和基于6個(gè)震源機(jī)制解計(jì)算的模擬值在1.5～5.3 mHz頻段的結(jié)果.在選取的頻段內(nèi)，彈簧重力儀測得的自由振蕩信號(hào)有較高的信噪比.從圖2可以明顯看出基于震源機(jī)制解6的模擬值明顯偏小，而基于GCMT和USGS的震源機(jī)制解模擬計(jì)算的自由振蕩信號(hào)和觀測值符合的較好.

3.2震源機(jī)制解整體評(píng)估

為了更詳細(xì)的反映比較結(jié)果，基于16個(gè)重力儀臺(tái)站選用1.5～5.3 mHz頻段中所有的球型自由振蕩的模擬值和觀測值進(jìn)行比較，利用殘余方差F(不符合度)和比例因子S(符合度)作為判斷標(biāo)準(zhǔn)：

(4)

(5)

這里Oi和Si是觀測模的振幅和模擬值的振幅，n是所有振型的數(shù)量.當(dāng)比例因子接近1的時(shí)候，其 震源機(jī)制解對應(yīng)的M0是可靠的，可以描述震源的大小和強(qiáng)度.

圖2　在1.5～5.3 mHz頻段內(nèi)16個(gè)彈簧重力儀觀測數(shù)據(jù)與基于6個(gè)震源機(jī)制解算的模擬值

另外，計(jì)算了基于各震源機(jī)制解結(jié)果的F和S的平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差，如表2.由表2可知，基于震源機(jī)制解3的自由振蕩模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果最接近，其不符合度F的平均值為0.090，比例因子S為0.992，最接近1，F(xiàn)和S的標(biāo)準(zhǔn)偏差也最小，分別為0.055和0.065，最能反映地震釋放能量的大小.基于震源機(jī)制解1和2的模擬值與觀測值的殘余方差也較小，分別為0.098和0.091，顯示了較高的符合度.但是，基于震源機(jī)制解6的模擬值與觀測值相差較大，其不符合度F的平均值為0.214，比例因子S達(dá)到1.610.震源機(jī)制解中各個(gè)參數(shù)對地球自由振蕩信號(hào)振幅的影響需要進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算與分析.

表2　基于6個(gè)震源機(jī)制解的F與S的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差

3.3震源機(jī)制解影響定量分析

分別計(jì)算震源機(jī)制解(標(biāo)量地震矩、走向、傾角、滑動(dòng)角和深度)對自由振蕩振幅的影響.基于USGSWPHASE的震源機(jī)制解計(jì)算的模擬值與觀測值最符合，由圖3的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，16個(gè)臺(tái)站中格爾木臺(tái)站觀測到的自由振蕩信號(hào)較接近模擬值，其對應(yīng)的F為0.047，S為0.996.因此，基于格爾木臺(tái)站接收到的1.5～5.3 mHz頻段的自由振蕩信號(hào)平均振幅做定量分析.

基于USGSWPHASE的震源機(jī)制解結(jié)果，分別給定標(biāo)量地震矩、走向、傾角、滑動(dòng)角和深度一個(gè)變化范圍，計(jì)算不同的震源機(jī)制解因素對自由振蕩振幅的影響.根據(jù)表1，標(biāo)量地震矩的變化范圍為1.22×1021～2.35×1021N·m，保證走向、傾角、滑動(dòng)角和深度不變，分別計(jì)算不同的標(biāo)量地震矩對應(yīng)的自由振蕩信號(hào)平均振幅，結(jié)果如圖4a，隨著標(biāo)量地震矩的不斷增加，自由振蕩的平均振幅也在明顯增大，增量達(dá)到3.33×103nms-2/Hz；走向的變化范圍為240°～358°，保證M0、傾角、滑動(dòng)角和深度不變，分別計(jì)算不同的走向?qū)?yīng)的自由振蕩平均振幅，結(jié)果如圖4b，隨著走向增大，自由振蕩平均振幅也在慢慢增大，增加了2.25×103nms-2/Hz；傾角的變化范圍為12°～18°，保證M0、走向、滑動(dòng)角和深度不變，分別計(jì)算不同的傾角對應(yīng)的自由振蕩平均振幅，結(jié)果如圖4c，隨著傾角的不斷增加，振幅在慢慢減小，減小了3.08×103nms-2/Hz；滑動(dòng)角變化范圍為74°～109°，保證M0、走向、傾角和深度不變，分別計(jì)算不同的滑動(dòng)角對自由振蕩平均振幅的影響，結(jié)果如圖4d，隨著滑動(dòng)角的不斷增加，振幅也在慢慢增大，增量達(dá)到2.13×103nms-2/Hz；深度變化范圍為20～33 km，保證M0、走向、傾角和滑動(dòng)角不變，分別計(jì)算不同的深度對應(yīng)的內(nèi)核平動(dòng)振蕩振幅的最大值，結(jié)果如圖4e，在20～33 km的范圍內(nèi)，振幅有小范圍波動(dòng)，差異僅為0.51×103nms-2/Hz.通過以上數(shù)值實(shí)驗(yàn)說明M0對自由振蕩振幅的影響最大，而走向、傾角、滑動(dòng)角和深度對內(nèi)核平動(dòng)振蕩振幅也有一定影響，但是影響相對較小.因此，將6個(gè)震源機(jī)制解中的M0均設(shè)置為相同的數(shù)值2.35×1021N·m，模擬計(jì)算格爾木臺(tái)站接收到的自由振蕩 信號(hào)，結(jié)果如圖5，當(dāng)M0為2.35×1021N·m時(shí)，基于6個(gè)震源機(jī)制解得到的自由振蕩信號(hào)相差不大，且和觀測值均符合的較好.進(jìn)一步證明了，M0是影響自由振蕩振幅的最大因素.An 等(2014)僅利用海嘯數(shù)據(jù)反演得到的震源機(jī)制解中M0偏小是造成模擬值和觀測值偏差較大的主要原因.

圖4　震源機(jī)制解對自由振蕩振幅的影響

圖5　格爾木臺(tái)重力觀測數(shù)據(jù)與基于改進(jìn)的6個(gè)震源機(jī)制解解算的模擬值(其中，M0均為2.35×1021 N·m)

4結(jié)論與討論

通過比較分析Iquique地震激發(fā)的自由振蕩信號(hào)的實(shí)測值與模擬值，結(jié)果表明An 等(2014)等僅利用海嘯數(shù)據(jù)反演得到的震源機(jī)制解中M0偏小是造成模擬值和觀測值偏差較大的主要原因，說明對于本次的Iquique地震僅用海嘯數(shù)據(jù)做反演，有一定的局限性，這是由于海嘯數(shù)據(jù)對淺層地震的分辨率較高，而對于相對較深的逆沖型地震做數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，并不一定能得到最佳解.利用海嘯數(shù)據(jù)反演震源機(jī)制主要是快速的得到破裂面如何破裂，在哪個(gè)方向上會(huì)有更大的破壞，而對于標(biāo)量地震矩的估算會(huì)有一定偏差.另外，Lay 等(2014)從112個(gè)全球地震臺(tái)站選取200～1000 s的周期范圍的160個(gè)地面運(yùn)動(dòng)記錄的W-phase數(shù)據(jù)反演了Iquique地震，得到的標(biāo)量地震矩為1.99×1021N·m，而另外的一組結(jié)合海嘯數(shù)據(jù)得到的震源機(jī)制解M0的為1.7×1021N·m，海嘯數(shù)據(jù)的加入造成了反演的標(biāo)量地震矩結(jié)果偏小.Yagi等(2014)僅采用了遠(yuǎn)震P波數(shù)據(jù)，反演結(jié)果同樣偏小，可能是由于遠(yuǎn)場體波記錄不到一些緩慢破裂的過程，且遠(yuǎn)場體波容易受到其他震相的污染，特別是在主震后發(fā)生大量余震的情況下.對于大地震，USGS的地震檔案中一般不提供利用體波反演的震源機(jī)制解.USGSWPHASE選取長周期(周期為100～1000 s)方位角為5°～20°的近場數(shù)據(jù)和30°～90°的遠(yuǎn)場數(shù)據(jù)聯(lián)合反演得到的震源機(jī)制解最佳.因此，利用長周期面波信號(hào)可以較好的約束Iquique地震的標(biāo)量地震矩.

本文基于地球自由振蕩分析了Iquique地震的震源機(jī)制解.結(jié)果表明利用彈簧重力儀記錄的1.5～5.3 mHz球型簡正模觀測可以有效地對Iquique地震的震源機(jī)制解進(jìn)行總體評(píng)估.從研究結(jié)果來看，地震的斷層走向、傾角、滑動(dòng)方向角和震源深度對自由振蕩的振幅有一定影響，但是影響較小，M0對自由振蕩振幅的影響最大.另外，基于USGSWPHASE反演得到的震源機(jī)制解的自由振蕩模擬值與觀測值符合最好，其反演的標(biāo)量地震矩可以較好地反映Iquique地震釋放的能量，而僅利用海嘯數(shù)據(jù)反演的標(biāo)量地震矩偏小，聯(lián)合近遠(yuǎn)場觀測數(shù)據(jù)反演可顯著改善震源機(jī)制解.因此，利用自由振蕩的方法可以較好地判斷地震震源機(jī)制和有效約束地震的震級(jí).

另外，地球自由振蕩觀測只能對震源機(jī)制解進(jìn)行總體綜合評(píng)估，而不能單獨(dú)對各個(gè)參數(shù)的影響單獨(dú)評(píng)估.如果能利用其他大地測量手段，如近場GPS觀測約束震源傾角、滑動(dòng)方向角，結(jié)合地球自由振蕩的觀測和模擬可更細(xì)致地評(píng)估震源機(jī)制解.

致謝感謝國家重力臺(tái)網(wǎng)中心提供的全國廣泛分布的連續(xù)重力觀測數(shù)據(jù).

References

AidK,Richards P G.1980.Quantitative Seismology : Theory and Methods.San Francisco: University Books.

An C,Sepúlveda I,Liu P L F.2014.Tsunami source and its validation of the 2014 Iquique,Chile,earthquake.Geophysical Research Letters,41(11): 3988-3994.

Angermann D,Klotz J,Reigber C.1999.Space-geodetic estimation of the Nazca-South America Euler vector.Earth and Planetary Science Letters,171(3): 329-334.

Bürgmann R.2014.Earth science: Warning signs of the Iquique earthquake.Nature,512(7514): 258-259.

Dziewonski A M,Anderson D L.1981.Preliminary reference Earth model.Phys.Earth Planet.Inter.,25(4): 297-356.

Geller R J,Stein S.1979.Time-domain attenuation measurements for fundamental spheroidal modes (0S6to0S28) for the 1977 Indonesian earthquake.Bull.Seismol.Soc.Amer.,69(6):1671-1691.

Gilbert F.1973.Derivation of source parameters from low-frequency spectra.Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical,Physical and Engineering Sciences,274(1239): 369-371.

Hayes G P,Herman M W,Barnhart W D,et al.2014.Continuing megathrust earthquake potential in Chile after the 2014 Iquique earthquake.Nature,512(7514): 295-298.

Hu X G,Jiang Y.2013.Evaluation of the seismic moment of the April 20,2013 Lushan earthquake.Earthq.Sci.,26(3-4): 169-177.

Hu X G,Jiang Y,Sun H P.2014.Assessing the scalar moment of moderate earthquake and the effect of lateral heterogeneity on normal modes—An example from the 2013/04/20 Lushan earthquake,Sichuan,China.Physics of the Earth and Planetary Interiors,232: 61-71.

Jiang Y,Hu X G,Liu C L,et al.2014.Constraining the focal mechanism of the Lushan earthquake with observations of the Earth′s free oscillations.Science China Earth Sciences,57(9): 2064-2070.

Kato A,Nakagawa S.2014.Multiple slow-slip events during a foreshock sequence of the 2014 Iquique,Chile MW8.1 earthquake.Geophysical Research Letters,41(15): 5420-5427.

Lambotte S,Rivera L,Hinderer J.2006.Rupture length and duration of the 2004 Aceh-Sumatra earthquake from the phases of the Earth′s gravest free oscillations.Geophysical Research Letters,33(3): L03307.

Lay T,Yue H,Brodsky E E,et al.2014.The 1 April 2014 Iquique,Chile,MW8.1 earthquake rupture sequence.Geophysical Research Letters,41(11): 3818-3825.

Liu C L,Zheng Y,Wang R J,et al.2015.Kinematic rupture process of the 2014 Chile MW8.1 earthquake constrained by strong-motion,GPS static offsets and teleseismic data.Geophysical Journal International,2: 1137-1145.

Park J,Song T-R A,Tromp J,et al.2005.Earth′s free oscillations excited by the 26 December 2004 Sumatra-Andaman earthquake.Science,308(5725): 1139-1144.Ruiz S,Metois M,Fuenzalida A,et al.2014.Intense foreshocks and a slow slip event preceded the 2014 Iquique MW8.1 earthquake.Science,345(6201): 1165-1169.

Schurr B,Asch G,Hainzl S,et al.2014.Gradual unlocking of plate boundary controlled initiation of the 2014 Iquique earthquake.Nature,512(7514): 299-302.

Stein S,Okal E A.2005.Seismology: Speed and size of the Sumatra earthquake.Nature,308:1127-1139.

Vauterin P.1998.Tsoft: Graphical and interactive software for the analysis of Earth tide data.∥ Proc.13th Int.Sympos.on Earth Tides,Brussels,Observatoire Royal de Belgique,Série Géophysique.481-486.

Wenzel H G.1996.The nanogal software: Data processing package ETERNA 3.3.Bull.Inf.Marées Terrestres,124: 9425-9439.

Yagi Y,Okuwaki R,Enescu B,et al.2014.Rupture process of the 2014 Iquique Chile Earthquake in relation with the foreshock activity.Geophysical Research Letters,41(12): 4201-4206.

附中文參考文獻(xiàn)

江穎,胡小剛,劉成利等.2014a.利用地球自由振蕩觀測約束蘆山地震的震源機(jī)制解.中國科學(xué): 地球科學(xué),44(12): 2689-2696.

江穎,徐建橋,孫和平.2014b.深內(nèi)部地球結(jié)構(gòu)對內(nèi)核平動(dòng)振蕩本征周期的影響.地球物理學(xué)報(bào),57(4): 1041-1048,doi: 10.6038/cjg20140403.

江穎,徐建橋,孫和平.2015.地球內(nèi)核平動(dòng)振蕩的地震激發(fā).地球物理學(xué)報(bào),58(1): 92-102,doi: 10.6038/cjg20150108.

薛秀秀,胡小剛,郝曉光等.2012.利用重力觀測約束2011日本Tohoku大地震的震源機(jī)制.地球物理學(xué)報(bào),55(9): 3006-3015,doi: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.09.019.

(本文編輯汪海英)

基金項(xiàng)目科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(中國地震局地震研究所所長基金)(IS201526225)，大地測量與地球動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(SKLGED2015-1-2-EZ)，國家自然科學(xué)基金(41404064，41374088)資助.

作者簡介江穎，女，1986年生，現(xiàn)主要從事地球自由振蕩、重力數(shù)據(jù)分析及其應(yīng)用研究.E-mail：jiangyingchen@126.com

doi:10.6038/cjg20160316 中圖分類號(hào)P315

收稿日期2015-04-08，2016-01-11收修定稿

Constraining the focal mechanism of the Iquique earthquake with observations of the continuous gravity stations

JIANG Ying1，2,LI Hui1,LIU Zi-Wei1,SHEN Chong-Yang1,ZHANG Xiao-Tong1

1KeyLaboratoryofEarthquakeGeodesy,InstituteofSeismology,ChinaEarthquakeAdministration,Wuhan430071,China2StateKeyLaboratoryofGeodesyandEarth′sDynamics,InstituteofGeodesyandGeophysics,CAS,Wuhan430077,China

AbstractOn 1 April 2014,a magnitude MW8.1 interplate thrust earthquake ruptured a densely instrumented region of Iquique seismic gap in northern Chile.After Earthquake,the focal mechanism solutions of Iquique earthquake were provided by well-respected international earthquake research institutions and scholars based on different data and methods,which were quite different.The amplitudes of the Earth′s free oscillations have a close relationship to earthquake focal mechanisms.Focal mechanisms of large earthquakes can be well analyzed and constrained with observations of long period free oscillations.We compared free oscillations observed by 16 spring gravimeters of continuous gravity stations with synthetic normal modes corresponding to six different focal mechanisms for the Iquique earthquake,and the focal mechanisms solutions of Iquique earthquake were analyzed and constrained by spherical normal modes in a 1.5 to 5.3 mHz frequency band.It′s found that the synthetic modes corresponding to the focal mechanism determined by the United States Geological Survey WPhase Moment Tensor Solution show agreement to the observed modes,suggesting that earthquake magnitudes predicted in this way can reflect the total energy released by the earthquake.The scalar seismic moment obtained by tsunami data inversion is significantly underestimated.Focal mechanism solutions can be improved by joint inversion of far- and near-field data.In addition,based on the synthetic and observed normal modes at Golmud station,quantitative analysis was carried out to research the influences of free oscillation′s amplitudes caused by different focal mechanism parameters.The results show that scalar seismic moment M0 has a major influence on the amplitudes of free oscillations,and the strike,dip,rake and depth of the hypocenter have minor influences.

KeywordsIquique earthquake； Focal mechanism solutions； Earth′s free oscillations； Gravimeter observations

江穎，李輝，劉子維等.2016.利用連續(xù)重力觀測約束2014智利Iquique地震的震源機(jī)制解.地球物理學(xué)報(bào)，59(3):941-951,doi:10.6038/cjg20160316.

Jiang Y,Li H,Liu Z W,et al.2016.Constraining the focal mechanism of the Iquique earthquake with observations of the continuous gravity stations.Chinese J.Geophys.(in Chinese),59(3):941-951,doi:10.6038/cjg20160316.