2013年洱源MS5.5地震序列ML≥3.4地震的震源機制解研究*

楊　軍，蘇有錦，李孝賓，葉　泵，陳　佳

(1.中國地震局滇西地震預報實驗場辦公室，云南 大理 671000；2.云南省地震局，云南 昆明 650224)

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2013年洱源MS5.5地震序列ML≥3.4地震的震源機制解研究*

楊軍1，蘇有錦2，李孝賓1，葉泵1，陳佳1

(1.中國地震局滇西地震預報實驗場辦公室，云南 大理 671000；2.云南省地震局，云南 昆明 650224)

摘要：利用云南省地震臺網的寬頻帶數據，采用CAP方法計算了2013年3月3日洱源MS5.5地震前后共10次ML≥3.4地震的震源機制解，分析了洱源MS5.5地震前后震源機制解的一致性變化特征，結合精定位結果、震后現場災害評估報告及震區地質構造情況，判定維西—巍山斷裂以西的蒼山西麓煉鐵盆地東緣主邊界斷裂帶為洱源MS5.5地震的發震構造，震源機制解節面Ⅱ(走向160°、傾角48°、滑動解-99°)為其發震斷層面。

關鍵詞：CAP方法；震源機制解；洱源地震序列；發震構造

0引言

據中國地震臺網測定，北京時間2013年3月3日13時41分，云南省大理白族自治州洱源縣(25.9°N，99.7°E)發生MS5.5地震，地震災區主要涉及洱源縣、漾濞縣、云龍縣12個鄉鎮，61個行政村(居委會)，受災人口達39 311戶、141 588人，造成較大的經濟損失，據現場調查房屋破壞程度確定此次地震的極震區為Ⅶ度，等震線形狀呈橢圓形，長軸走向為北西向，4月17日該區域再次發生MS5.0地震，給災區造成較大的經濟損失。

洱源MS5.5地震發生于滇西北裂陷帶南段，位于印支板塊和川滇菱形塊體的交匯區域，該區域地質構造復雜，活動斷裂較多，主要分布有NW向紅河斷裂、NE向程海斷裂、北北西的維西—巍山斷裂及走向基本與其一致的其它次級斷裂。

可靠的震源機制解結果可反映震源區的受力狀態，發震斷層及其運行方式，進而可分析地震的成因，對于了解地震的孕育、發生機理及區域構造動力學環境等具有十分重要的意義(鄭勇等，2009；龍鋒等，2010；呂堅等，2013)，單個地震的震源機制解可反映出在構造應力場作用下地震斷層活動的性質，多個地震的震源機制解可反映出較大區域內的平均構造應力狀況(龍海英等，2007；張建國等，2009；曹穎等，2013；虎雄林等，2013)。本文采用CAP方法，利用云南數字臺網寬頻帶波形資料，反演計算了洱源MS5.5地震序列的主震及其發生前后ML≥3.4地震的震源機制解，并對比了研究區域歷史中強地震震源機制解結果，同時結合主震的余震分布情況及區域地質構造，探討了該地震序列的發震斷層面。

1地震概況

2013年3月3日發生的洱源MS5.5地震，震源深度9 km，4月17日該區域再次發生MS5.0地震，目前關于這兩次5級以上地震之間的關系公開發表的研究成果相對較少，依據云南省速報臺網編目資料，在2013年3月3日至6月31日期間，該地震序列共記錄886次地震(圖1)，其中0.0～0.9級498次、1.0～1.9級308次、2.0～2.9級62次、3.0～3.9級15次、4.0～4.9級地震1次、5.0～5.9級2次。吳開統等(1990)將地震序列劃分為主—余型(包括前—主—余型)，震群型和孤立型，判別主—余型地震時最大余震與主震的震級差要大于0.6，此次地震序列中兩次強震的震級差為0.5，與0.6的震級差較為接近，且這兩次地震發生的位置十分相近，更多的地震專家還是傾向于將MS5.0地震判定為3月3日MS5.5地震的強余震。從圖1可看出，在最大強余震發生前后地震活動性差異明顯，4月17日MS5.0地震后，余震衰減迅速，地震活動性也趨于平靜。根據洱源地震序列的特點，本文將此次地震序列判定為主—余型地震。

2CAP計算方法及資料計算

2.1CAP方法基本原理

近年來，CAP方法在求解震源機制解的方法中應用較多，CAP方法(Cut and Paste)相比以往的P波初動、體波反演或是面波反演，算得上是一種全波形反演方法，它將寬頻帶地震記錄分成Pnl和面波兩個部分進行反演并允許他們相對浮動，在適當的時間變化范圍內，搜索出合成地震圖和觀測地震圖全局差異最小的震源機制解。CAP方法具有對參與反演的臺站數要求不多、方位角分布不需太均勻、反演結果對速度模型和地殼結構橫向不均勻性依賴較小的特點，目前國內的一些研究結果充分證明了CAP方法在震源機制解與地震矩心深度研究方面的有效性與可靠性(Zhao，Helmgerger，1994；Zhu，Helmgerger，1996；龍鋒等，2010；呂堅等，2013)。CAP方法的主要原理為：任意一個雙力偶震源的理論合成位移s(t)可表示為

(1)

式中，i=1，2，3時分別對應垂直走滑、垂直傾滑和45°傾滑3種最基本的斷層類型；Gi為格林函數，Ai為射線系數，θ為臺站方位角，M0為標量地震矩，φs，δ，λ依次為所求震源機制解的走向、傾角和滑動角參數。

反演過程中，以合成地震位移s(t)與觀測地震位移u(t)一致作為判斷標準：

u(t)=s(t).

(2)

可定義一個如下的誤差目標函數來衡量s與u的差異：

(3)

式中，r為震中距，r0為選定的參考震中距，p則是考慮到幾何擴散因子對地震波形的影響而采用的指數因子，它使得地震的矩震級大小較為可靠，筆者參考呂堅等(2008)和鄭勇等(2009)研究的經驗，選取在一般情況下對于體波可給定p=1.0、面波p=0.5。

2.2資料與反演計算

本文選取了震中距在250 km以內的20個云南數字化臺網寬頻帶波形記錄數據，采用CAP方法反演了2013年3月3日至2013年4月18日期間10個ML≥3.4地震的震源機制解結果，這10次地震事件的參數列于表1。

反演過程中，我們移除了觀測數據的儀器響通過觀測數據我們能夠得到Pnl波垂向和徑向以及面波的垂向、徑向和切向5個部分，進行理論地震圖與觀測地震圖的對比過程中允許兩者進行相對的移動，以達到較好的一致性，當滿足具有最小誤差值時的斷層面解即為最佳震源機制解(趙小艷等，2009；龍峰等，2010)。

表1　2013年3月3日洱源MS5.5主震及其發生前后9次ML≥3.4地震事件震源機解結果

應，再將觀測數據旋轉至徑向、切向和垂向，采用F-K方法計算格林函數。本文采用的速度模型參考了云南地區人工測深的研究結果(胡鴻翔等，1986；王椿鏞等，2002；胡家富等，2003；張中杰等，2005；林中洋等，2008)，其模型見表2。實際計算過程中筆者將波形記錄數據分為Pnl波及面波兩部分進行反演，來降低速度結構橫向不均勻造成的影響，并將觀測數據分別進行0.05～0.2 Hz、0.05～0.1 Hz的4階Butterworth帶通濾波器來壓制噪聲，理論地震圖采用與觀測地震圖相同的分解及濾波原則。

表2　采用的速度模型

3反演結果及分析

圖2和圖3是筆者得到的洱源MS5.5地震的震源機制解波形反演結果及深度擬合誤差分布圖，從圖3可以看出，以8 km為震源深度計算出的主震震源機制解波形擬合較好，參與計算的20個地震觀測臺站觀測地震圖與理論地震圖的平均相關系數為84.8%；圖2展示了部分臺站的相關系數，紅線是理論地震圖，黑線是觀測地震圖，波形下面第一行數字為理論地震圖相對觀測地震圖的移動時間(s)，第二行數字為二者的相關系數(%)，說明計算結果是可靠的，其斷層面解節面Ⅰ：走向353°、傾角43°、滑動角-80°；節面Ⅱ：走向160°、傾角48°、滑動角-99°。本文結果與中國地震局地球物理研究所、USGS、Harvard等研究機構的結果進行對比，從表3中可看出本文計算的洱源MS5.5主震震源機制解結果與上述研究機構的結果較為相近，此次地震主要表現為正斷層。

圖3顯示，震源深度為8 km時具有最小的反演誤差，這與臺網中心給出的震源深度結果相近，矩心深度在5～13 km范圍內震源機制解結果隨深度的變化一致性較好，在此范圍內震源機制解對深度的依賴不大。

圖4給出了表1中10個地震事件的震源機制解結果及其震中位置，從圖中可看出，在這10次地震事件中正斷層地震事件為6個(1、2、3、5、6、7號地震事件)，占60%，走滑型地震為4個(4、8、9、10號地震事件)，占40%。在時間上，洱源MS5.5地震發生前，在主震東北方向發生了2個ML≥3.4的地震，均為正斷層，在空間上，1、2、6號地震離主震稍遠，最遠距離約為31.5 km，其余地震事件相對集中。圖5給出了該序列震源機

制解滑動角隨時間變化的情況，在1～7號地震事件之間，正斷層的地震類型占到6例(4號地震除外)，比例高達86%，震源機制解滑動角集中在-7°～-140°之間(4號地震除外)，正斷層特征明顯，而MS5.0地震后，地震類型迅速轉變為走滑型，滑動角迅速改變至-6°～11°之間，共3例，比例為100%。震源機制的一致性程度方面，在3月3日MS5.5地震和4月17日MS5.0強余震期間，余震的震源機制解多表現為正斷層，一致性較好，而4月17日MS5.0地震后，其余震的地震類型迅速發生改變(圖4)，這可能與該區域的應力釋放程度有關，即MS5.5強震后該區域積累的應力并未釋放完全，應力場的一致性優勢并沒有被破壞，從而發生4月17日MS5.0強余震，而MS5.0強余震發生后，應力釋放較為充分，應力場趨于復雜，故后續余震震源機制解類型發生轉變，出現走滑型，與MS5.0強余震發生前表現出較大的差異性。

楊國華等(2003)利用GPS觀測資料對云南地區地殼水平運動與形變進行了研究，他依據紅河斷裂、小江斷裂和滇中中部北西走向線段為界，將云南地區劃分為不同的活動塊體，本文研究的洱源地震序列處于其劃分的滇西地區、滇中西南單元和滇中東北單元交匯區域，在(25.5°～27.3°N，99.5°～100.8°N)范圍內，歷史上曾出現過多次強震，依據1982年以來Harvard提供的8次5級以上地震震源機制解資料，該區域的歷史強震基本為正斷層(圖6)，歷史地震主要沿麗江—木里斷裂分布，研究區域內1996年2月3日曾經發生過7級地震。在云南地區各板塊以水平運行為主的背景下(胡家富等，2003年)，洱源地震序列出現多次以正斷層為主的震例(包括兩次5級以上地震)，這可能與川滇菱形塊體向南滑移過程中南部邊界與印支板塊交匯區域的相互運動，造成較復雜的局部應力場有關。根據楊國華等(2003)利用GPS觀測資料對云南地區地殼水平運動與形變的研究成果，滇中西南單元的運動以北東東—南西西的拉張性變形為主，本文研究的洱源地震序列位于楊國華等(2003)所劃分的滇中西南單元和滇西地區交匯地帶(以紅河斷裂劃分)，而紅河斷裂兩側板塊的差異運動并不明顯，反而是連續形變的活動模式稍突出些，1996年的麗江地震震源機制解顯示P軸近于直立、T軸近于水平的東西拉張，這是否表明洱源地震序列可能延續了該區域作用力的特點，而致使地震序列中的地震多表現為正斷層。

據地質力學研究所(2013)在洱源MS5.5地震后的現場科學考察結果，主震周圍主要分布有北西的維西—巍山斷裂及走向基本與其一致的其它次級斷裂，洱源MS5.5地震與東邊的維西—巍山斷裂最近距離約10 km，位于維西—巍山斷裂以西的蒼山西麓煉鐵盆地東緣主邊界斷裂帶，該斷裂帶為一條第四紀期間活動明顯，呈北北西走向，整體傾向南西西方向，且地表由多條平行分布的次級正斷層所構成的張性活動斷裂帶，洱源MS5.5震源機制解節面Ⅱ走向160°，表現為北北西方向。房立華等利用中國科學臺陣數據計算了洱源MS5.5地震后19小時內的余震分布情況(圖7)(中國地震局地球物理研究所，“中國地震科學臺陣探測項目—南北地震帶南段”項目組，2013)，根據其計算結果，余震在剖面AA′和BB′上均有分布，但主要集中在以北北西為主的AA′剖面上，震后現場調查的烈度結果為極震區烈度為Ⅶ度，等震線形狀呈橢圓形，長軸走向為北西向。結合上述結果判定維西—巍山斷裂以西的蒼山西麓煉鐵盆地東緣主邊界斷裂帶為此次地震的發震構造，震源機制解節面Ⅱ：走向160°、傾角48°、滑動解-99°，為其發震斷層面。

4結論與討論

通過計算2013年3月3日洱源MS5.5地震前后ML≥3.4地震事件的震源機制解，結果顯示：洱源MS5.5地震震源機制解節面Ⅰ：走向353°、傾角43°、滑動角-80°；節面Ⅱ：走向160°、傾角48°、滑動角-99°，矩心深度8 km、矩震級5.25，P軸方位角8°、仰角83°，T軸方位角256°、仰角3°，地震類型表現為正斷層，判定維西—巍山斷裂以西的蒼山西麓煉鐵盆地東緣主邊界斷裂帶為此次地震的發震構造，震源機制解節面Ⅱ：走向160°、傾角48°、滑動解-99°為其發震斷層面。4月17日MS5.0地震發生之前，正斷層的地震類型一致性較好，比例高達86%，這可能是該區域中強震發生前的一個特征。洱源地震序列位處滇中西南單元和滇西地區的交匯區域，是否受滇中西南單元北東東—南西西的拉張性變形影響，而在云南地區多以走滑型地震居多的背景下，在該區域多次發生正斷層地震的原因，還需進一步的研究佐證。

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Using the broadband data recorded by Yunnan Seismic Network，we calculated the focal mechanism solutions of 10ML≥3.4 earthquakes before and after EryuanMS5.5 earthquake on Mar.3，2013 by CAP(cut and paste)algorithm，and analyzed the consistency viaration characteristics of the focal mechanism solutions of the study earthquakes. Combined with the precision positioning results，the site disaster assessment report after the earthquake and the geological structure in seismic area，we concluded that the seismogenic structure of EryuanMS5.5 earthquake was the main boundary fault zone of the east boundary of the Liantie basin in the west of Cangshan to the west of the Weixi-Weishan Fault. The focal mechanism solution of the nodal surface Ⅱ,whose strike is 160°，the dip is 48° and the slip is -99° is the seismogenic fault plane.

Key words：the CAP(cut and paste)algorithm；focal mechanism solutions；EryuanMS5.5 earthquake；seismogenic structure.

*收稿日期：2014-07-24. 基金項目：中國地震局觀測與地球物理成像重點實驗室開放基金(SOGI20BFVDA02)和云南省地震局“傳幫帶”項目共同資助.

中圖分類號：P315.7

文獻標識碼：A

文章編號：1000-0666(2015)02-0196-07

Research on Focal Mechanism Solutions ofML≥3.4 Earthquakes of EryuanMS5.5 Earthquake Sequence in 2013

YANG Jun1，SU You-jin2，LI Xiao-bin1，YE Beng1，CHEN Jia1

(1. Earthquake Administration of Yunnan Province，Dali 671000，Yunnan，China) (2. Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，Yunnan，China)

Abstract