李國(guó)佑+姚家駿

摘要：利用2014年10月2日青海烏蘭51級(jí)地震震中周邊寬頻帶波形資料，采用CAP方法反演了該地震的震源機(jī)制解和震源深度，結(jié)果表明：烏蘭51級(jí)地震是一次逆沖型地震，最佳雙力偶解為節(jié)面I走向279°、傾角48°、滑動(dòng)角81°；節(jié)面Ⅱ走向112°、傾角43°、滑動(dòng)角100°，最佳矩心深度為15 km。采用波形互相關(guān)方法拾取Pn波，應(yīng)用滑動(dòng)時(shí)窗相關(guān)法識(shí)別sPn震相，通過(guò)sPn與Pn震相之間的走時(shí)差進(jìn)一步確定本次地震的震源深度。

關(guān)鍵詞：烏蘭51級(jí)地震；CAP方法；sPn震相

中圖分類(lèi)號(hào)：P3157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2017）01-0088-06

0引言

柴達(dá)木盆地的形成和演化過(guò)程與印度板塊和歐亞板塊的陸-陸碰撞有著密切關(guān)系（Tapponnier，Molnar，1976；Clark，Royden，2000；尹安，2001；宋春暉，2006），盆地周邊受到阿爾金斷裂、大柴旦—宗務(wù)隆山斷裂、鄂拉山斷裂、昆中斷裂等大型斷裂所圍限（張培震等，2003；呂寶鳳等，2011）。由于板塊運(yùn)動(dòng)的影響，盆地基底剛性程度不一，內(nèi)部及邊緣構(gòu)造眾多、應(yīng)力場(chǎng)多變（呂寶鳳等，2011），近期發(fā)生多次MS≥60強(qiáng)震，如1962年北霍布遜湖附近68級(jí)地震、1977年1月19日霍布遜湖63級(jí)地震、2003年德令哈66級(jí)地震、2008年大柴旦63級(jí)地震、2009年大柴旦64級(jí)地震等，顯示出盆地及周邊具有較強(qiáng)的地震活動(dòng)性。

2014年10月2日青海烏蘭（364°N，978°E）發(fā)生51級(jí)地震，該地震位于柴達(dá)木盆地東部，震中周?chē)?0 km內(nèi)歷史上無(wú)強(qiáng)震記錄。根據(jù)地震應(yīng)急人員的現(xiàn)場(chǎng)考察，該地震造成的地表破裂不明顯，無(wú)法從宏觀(guān)現(xiàn)象判斷地震的性質(zhì)。震源機(jī)制解、震源深度是地震的重要參數(shù)，對(duì)于研究發(fā)震構(gòu)造、震源破裂等有重要意義，本文利用近場(chǎng)寬頻帶波形資料，采用CAP方法反演本次地震的震源機(jī)制解，并采用滑動(dòng)時(shí)窗相關(guān)法識(shí)別sPn震相，進(jìn)一步確定了烏蘭地震的震源深度。

1研究方法及結(jié)果

11資料選取

本文所用資料來(lái)源于青?！笆濉睌?shù)字地震臺(tái)網(wǎng)（圖1），地震震中周邊的臺(tái)站比較稀疏，不過(guò)對(duì)震中形成了較好的包圍，適合利用CAP方法及sPn深度震相計(jì)算該地震震源機(jī)制解、震源深度等參數(shù)。

12震源機(jī)制解反演

目前反演震源機(jī)制的常用方法有P波初動(dòng)法和波形反演法，P波初動(dòng)法是震源機(jī)制解反演的傳統(tǒng)方法，該方法物理基礎(chǔ)清晰、結(jié)果可靠，不過(guò)需要用大量的P波初動(dòng)符號(hào)，而且要求臺(tái)站在震中周邊均勻分布，因此在地震監(jiān)測(cè)能力較弱的地區(qū)受到一定限制。隨著數(shù)字地震學(xué)的發(fā)展，地震學(xué)家發(fā)展了CAP方法來(lái)反演震源機(jī)制（Zhao，Helmberger，1994；Zhu，Helmberger，1996），利用寬頻帶近震記錄的體波和面波波形記錄聯(lián)合反演矩張量解，分別擬合體波和面波，具有所需臺(tái)站少、反演結(jié)果對(duì)速度模型和地殼結(jié)構(gòu)橫向變化的依賴(lài)性相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)，并且可給出震源機(jī)制反演過(guò)程中根據(jù)波形擬合得到的最佳震源深度

地震研究40卷第1期李國(guó)佑等：2014年10月2日青海烏蘭51級(jí)地震震源機(jī)制、震源深度的確定（鄭勇等，2009；黃建平等，2009）。該方法近年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用，曾反演了2008年汶川地震余震、2008年8月30日攀枝花—會(huì)理61級(jí)地震、2010年玉樹(shù)70地震、2010年河南太康46級(jí)地震、2013年中哈交界61級(jí)地震等中強(qiáng)震的震源機(jī)制解（龍鋒等，2010；呂堅(jiān)等，2011；韓立波等，2012；高朝軍等，2013），得到了廣泛的應(yīng)用?？紤]到該區(qū)地殼結(jié)構(gòu)研究尚不詳細(xì)，震源機(jī)制解反演過(guò)程中采用Crust 10模型，該模型在全球尺度上提供了1°×1°分辨率的地殼速度結(jié)構(gòu)，分辨精度與結(jié)果比較可靠。

操作過(guò)程中，去除觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)中的儀器響應(yīng)，旋轉(zhuǎn)得到徑向、切向和垂向的地動(dòng)位移。為了消除速度結(jié)構(gòu)橫向變化的影響，對(duì)Pnl波和面波波形分別通過(guò)005～02 Hz和005～01 Hz的4階Butterworth帶通濾波器壓制噪音。通過(guò)頻率-波數(shù)法（F-K）計(jì)算格林函數(shù)，進(jìn)而得到理論地震圖，對(duì)理論波形采用與觀(guān)測(cè)波形相同的分解、濾波規(guī)則。震源參數(shù)采用全空間中格點(diǎn)搜索，對(duì)不同的波段數(shù)據(jù)分別做互相關(guān)，得到不同深度上的震源機(jī)制和誤差，再根據(jù)誤差的大小確定震源深度，當(dāng)滿(mǎn)足具有最小誤差值時(shí)對(duì)應(yīng)的斷層面解即為最佳震源機(jī)制解。

利用上述方法，得到最佳震源機(jī)制解和震源深度，結(jié)果如圖2（采用下半球投影）所示。圖2a為烏蘭51級(jí)地震震源機(jī)制解及波形擬合圖，灰色虛線(xiàn)表示理論地震圖，黑線(xiàn)表示實(shí)際觀(guān)測(cè)地震，其下的數(shù)字分別表示理論地震圖相對(duì)觀(guān)測(cè)地震圖的相對(duì)移動(dòng)時(shí)間和二者的相關(guān)系數(shù)，波形左側(cè)的文字分別為震中距、臺(tái)站名、方位角（°）。由圖可見(jiàn)，波形擬合互相關(guān)系數(shù)多數(shù)在90%以上，這表明波形Pnl和Snl部分都有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖2b為反演誤差隨深度的變化以及不同震源深度下搜索的機(jī)制解所對(duì)應(yīng)的誤差，由圖可以看出當(dāng)深度為16 km時(shí)誤差最小，此深度以及對(duì)應(yīng)的震源機(jī)制解即為所求的解。其中，節(jié)面I走向279°、傾角48°、滑動(dòng)角81°；節(jié)面Ⅱ走向112°、傾角43°、滑動(dòng)角100°，矩震級(jí)MW505，最佳矩心深度15 km，表現(xiàn)為逆沖性質(zhì)。對(duì)比中國(guó)地震局地球物理研究所（CEA-IGP）給出的本次MS51主震震源機(jī)制解參數(shù)（表1），本文獲得結(jié)果與其比較接近，說(shuō)明本文反演結(jié)果是比較可靠的。

結(jié)果來(lái)源節(jié)面Ⅰ節(jié)面ⅡP軸T軸B軸走向滑動(dòng)傾角走向滑動(dòng)傾角方位傾角方位傾角方位傾角CEA-IGP287°80°47°121°101°44°24°2°126°83°294°7°本文279°81°48°112°100°43°15°3°127°83°285°7°

13采用sPn震相確定震源深度

震源深度是震源信息中最不易測(cè)準(zhǔn)的參數(shù)，地震臺(tái)站記錄越少，震源深度的誤差往往越大。研究表明，可以利用深度震相來(lái)提高震源深度的測(cè)定精度（Langston，1987，1994；Saikia，2000；韋生吉等，2009；崇加軍等，2010；羅艷等，2010；韓立波等，2012）。謝祖軍等（2012）利用近震波形資料，采用CAP方法反演了2011年1月19日安徽安慶ML48地震的震源機(jī)制解，然后結(jié)合P、sP、pP和sPmP等深度震相對(duì)震源深度進(jìn)行了精確確定。深度震相sPn是測(cè)定近距離（Δ<1 000 km）地震震源深度比較實(shí)用的震相之一，任克新等（2004）利用其確定了2003年內(nèi)蒙古60級(jí)地震的震源深度。張瑞青等（2008）首次嘗試用滑動(dòng)時(shí)窗相關(guān)法識(shí)別sPn震相，給出了2008年汶川地震后17個(gè)MS≥50余震的震源深度，進(jìn)一步討論了龍門(mén)山斷裂、平武—青川斷裂的特征。

由圖2b可知，震源機(jī)制解節(jié)面參數(shù)在深度范圍13～17 km之間偏差較小，為進(jìn)一步確認(rèn)震源深度結(jié)果的可靠性，利用深度震相sPn與參考震相Pn對(duì)深度進(jìn)行進(jìn)一步分析。深度震相sPn出現(xiàn)在Pn與Pg震相之間，主要出現(xiàn)在300～800 km震中距范圍內(nèi)，其形成的原因?yàn)闅?nèi)地震原生S波的SV成分在地表震中附近反射轉(zhuǎn)換為P波，轉(zhuǎn)換后的P波入射到莫霍面時(shí)，當(dāng)入射角為臨界角時(shí)，可形成sPn波，其振幅和周期均大于Pn波，若初動(dòng)清晰，sPn波與Pn波反向。sPn與Pn波到時(shí)差僅隨震源深度增加而增加，并不隨震中距變化，可根據(jù)這個(gè)特征測(cè)定震源深度。我們?cè)谡鹬芯酁?00～400 km的部分臺(tái)站觀(guān)察到了清晰的sPn波（圖3），部分臺(tái)站因?yàn)槠渌鹣嘌蜎](méi)或干擾等原因未能準(zhǔn)確識(shí)別。

為了提高sPn-Pn到時(shí)差測(cè)定的準(zhǔn)確性，本文利用滑動(dòng)時(shí)窗相關(guān)法提取sPn震相，挑選7個(gè)臺(tái)站初動(dòng)一致向上、清晰可辨的垂直向記錄，根據(jù)Pn/sPn的優(yōu)勢(shì)頻率，經(jīng)過(guò)低通濾波，然后以01 s為步長(zhǎng)，利用滑動(dòng)時(shí)窗相關(guān)法計(jì)算兩條波形文件的相關(guān)系數(shù)，對(duì)所有波形文件做兩兩相關(guān)，將相關(guān)系數(shù)相加，最后獲取兩個(gè)相關(guān)系數(shù)最高的點(diǎn)的時(shí)間差，即我們所需要的sPn和Pn震相到時(shí)差。根據(jù)sPn和Pn震相到時(shí)差，以及相應(yīng)的區(qū)域速度結(jié)構(gòu)，代入到震源深度計(jì)算公式中，測(cè)定出該事件的震源深度。

經(jīng)過(guò)上述處理，7個(gè)臺(tái)站Pn波初對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)為099（圖4）。在Pn初至后約53 s，可明顯追蹤到一周期較大、初至向下的震相，對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)為090根據(jù)sPn波特征及與Pn 震相之間相同的走時(shí)差，表明此震相即為sPn震相，與手動(dòng)標(biāo)注相近，但更為穩(wěn)定可靠。

對(duì)于一維多層地殼速度模型，sPn與Pn之間的走時(shí)差（洪星等，2006）可表示為

其中，h為震源深度，Hn為第n層地殼的厚度，VPM為莫霍界面的P波速度，震源位于第i層內(nèi)，VPn和VSn分別是第n層的P波和S波速度。

利用sPn與Pn走時(shí)差確定震源深度，其誤差主要源自sPn-Pn走時(shí)差的測(cè)定誤差和震源附近一維速度模型的誤差，本文的地殼模型主要源自Crust 10及王有學(xué)和錢(qián)輝（2000）研究成果。利用Crust 10模型下，計(jì)算的震源深度為1473 km；利用王有學(xué)和錢(qián)輝（2000）的研究成果，計(jì)算的震源深度為1483 km，兩者差別僅為01 km，且與CAP反演結(jié)果相一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了CAP方法在深度約束上的可靠性。

2結(jié)論

采用CAP方法反演得到了2014年10月2日烏蘭51級(jí)地震的震源機(jī)制解，節(jié)面I走向279°、傾角48°、滑動(dòng)角81°；節(jié)面Ⅱ走向112°、傾角43°、滑動(dòng)角100°，最佳矩心深度為15 km，為逆沖型地震。利用滑動(dòng)時(shí)窗相關(guān)法提取sPn深度震相，通過(guò)一維多層地殼速度模型計(jì)算了本次地震的震源深度，與CAP反演結(jié)果相差小于05 km。

本次地震發(fā)生在強(qiáng)震記錄較少的柴達(dá)木盆地東部地區(qū)，該區(qū)是東昆侖、祁連山與柴達(dá)木盆地基底、共和盆地基底共同作用的構(gòu)造體系復(fù)合部位，主要由南邊的柴達(dá)木南緣斷裂和北邊的柴達(dá)木北緣斷裂以及它們之間的一系列逆沖推覆構(gòu)造所組成。研究顯示烏蘭地震震源機(jī)制解兩個(gè)節(jié)面傾角參數(shù)均為45°左右的，是一個(gè)傾角較高的逆沖型地震，該地震余震不豐富，僅有10次左右ML1～2小震，是個(gè)典型的孤立型地震。目前缺乏對(duì)震中區(qū)附近活動(dòng)構(gòu)造的詳細(xì)研究，周邊較大的斷裂有柴達(dá)木盆地南緣斷裂，其東端距該地震震中約35 km，兩者的具體關(guān)系需要進(jìn)一步研究。

相關(guān)圖件用GMT繪制，審稿專(zhuān)家給予了不少指導(dǎo)，在此表示感謝。

參考文獻(xiàn)：

崇加軍，倪四道，曾祥方2010sPL，一個(gè)近距離確定震源深度的震相[J].地球物理學(xué)報(bào)，53（11）：2620-2630

鄧起東，張培震，冉勇康，等2002中國(guó)大陸活動(dòng)構(gòu)造基本特征[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，32（12）：1020-1030

高朝軍，夏愛(ài)國(guó)，張琳琳20132013年1月29日中哈交界MS61地震震源機(jī)制解與發(fā)震斷層研究[J].內(nèi)陸地震，27（4）：303-310

韓立波，蔣長(zhǎng)勝，包豐20122010年河南太康MS46地震序列震源參數(shù)的精確確定[J].地球物理學(xué)報(bào)，55（9）：2973-2981

洪星，葉雯燕，邵榮平，等2006臺(tái)灣海峽南部一次50級(jí)地震的sPn震相分析[J]地震地磁觀(guān)測(cè)與研究，27（3）：26-31

黃建平，倪四道，傅容珊，等2009綜合近震及遠(yuǎn)震波形反演2006文安地震（MW51）的震源機(jī)制解[J].地球物理學(xué)報(bào)，52（1）：120-130

龍鋒，張永久，聞學(xué)澤，等20102008年8月30日攀枝花-會(huì)理61級(jí)地震序列ML≥40事件的震源機(jī)制解[J].地球物理學(xué)報(bào)，53（12）：2852-2860

呂寶鳳，張?jiān)角?，楊?shū)逸2011柴達(dá)木盆地構(gòu)造體系特征及其成盆動(dòng)力學(xué)意義[J].地質(zhì)論評(píng)，57（2）：167-174

呂堅(jiān)，鄭勇，馬玉虎，等20112010年4月14日青海玉樹(shù)MS47、 MS71、MS63地震震源機(jī)制解與發(fā)震構(gòu)造研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，26（5）：1600-1606

羅艷，倪四道，曾祥方，等2010汶川地震余震區(qū)東北端一個(gè)余震序列的地震學(xué)研究[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，40（6）：677-687

任克新，鄒立曄，劉瑞豐，等2004用sPn 計(jì)算內(nèi)蒙地震的震源深度[J].地震地磁觀(guān)測(cè)與研究，25（3）：24-31

宋春暉2006青藏高原北緣新生代沉積演化與高原構(gòu)造隆升過(guò)程[D].蘭州：蘭州大學(xué)

王有學(xué)，錢(qián)輝2000青海東部地殼速度結(jié)構(gòu)特征研究[J].地學(xué)前緣，7（4）：568-579

韋生吉，倪四道，崇加軍，等20092003年8月16日赤峰地震：一個(gè)可能發(fā)生在下地殼的地震？[J].地球物理學(xué)報(bào)，52（1）：111-119

謝祖軍，鄭勇，倪四道，等20122011年1月19日安慶ML48地 震的震源機(jī)制解和深度研究[J].地球物理學(xué)報(bào)，55（5）：1624-1634

尹安2001喜馬拉雅-青藏高原造山帶地質(zhì)演化——顯生宙亞洲大陸生長(zhǎng)[J].地球?qū)W報(bào)，22（3）：193-255

張培震，鄧起東，張國(guó)民2003中國(guó)大陸的強(qiáng)震運(yùn)動(dòng)與活動(dòng)地塊[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，33（增刊1）：12-20

張瑞青，吳慶舉，李永華，等2008汶川中強(qiáng)余震震源深度的確定及其意義[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，38（10）：1234-1241

鄭勇，馬宏生，呂堅(jiān)，等2009汶川地震強(qiáng)余震（MS≥56）的震源機(jī)制解及其與發(fā)震構(gòu)造的關(guān)系[J].中國(guó)科學(xué)：地球科學(xué)，39（4）：413-426

CLARK M K，ROYDEN L H2000Topographic ooze：Building the eastern margin of Tibet bylower crustal flow[J].Geology，28（8）：703-706

LANGSTON C A1987Depth of faulting during the 1968 Meckering，Australia，earthquake sequence determined from waveform analysis of local seismograms[J].JGR，92（B11）：11511-11561

LANGSTON C A1994An integrated study of crustal structure and regionalwave propagation for southeastern Missouri[J].BSSA，84（1）：105-118

SAIKIA C K2000A method for path calibration using regional and teleseismic broadband seismograms：Application to the 21 May 1997 Jabalpur，India earthquake（MW58）[J].Current Science Bangalore，79（9）：1301-1315

TAPPONNIER P，MOLNAR P1976Slip-line field theory and large-scale continental tectonicsNature 264（5584）：319-324

ZHAO L S，HELMBERGER D V1994Source estimation from broadband regional seismograms[J].BSSA，84（1）：91-104

ZHU L P，HELMBERGER D V1996Advancement in source estimation techniques using broadband regional seismograms[J].BSSA，86（5）：1634-1641