蘭州3.6 級地震震源機制研究及周邊歷史地震目錄分析

王維歡，蒲 舉，王祖東，尹欣欣，陳曉龍

（甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000）

2021 年1 月14 日17 時21 分59 秒，甘肅省測震臺網監測記錄到了一次Ms 3.6 級地震，該地震位于蘭州市榆中縣，本次地震蘭州市區震感強烈。蘭州是甘肅省省會城市，據統計共有人口413.4 萬人，地震發生后，多數市區民眾都感覺到了本次地震，尤其是地震發生時處于高樓的市民，強烈震感給社會帶來一定影響。文章通過對該地震目錄的查詢，對歷史上蘭州地區的地震分布特征進行了闡述，并利用地震學領域廣泛使用的CAP 震源機制解方法研究計算了該次地震的震源機制解，并得到了精確的震源深度數據。

1 歷史地震數據

歷史記載中，蘭州在公元406 年發生過一次6級左右地震，之后一直很平靜，未發生過較大地震事件。地震局測震臺網數字化監測以后，可以隨時查詢到2008 年以后地震事件目錄信息，通過對地震數據庫查詢，統計得到2008 年1 月1 日-2021 年1 月20 日之間，蘭州地區共發生了306 次地震事件，如圖1 所示，其中最大地震事件為本次地震Ms3.6 級，3 級以上地震事件共有3 次，分別是2010年1 月5 日3.3 級地震，2016 年3 月24 日3.1 級地震以及本次地震，見表1。

表1 蘭州3 級以上地震參數（2008-2021 年）

圖1 蘭州歷史地震時間與空間分布2008-2021 年

2 震源機制解計算

從甘肅測震臺網地震波形事件庫中導出了本次地震的地震事件波形，為保證數據質量和計算結果準確性選取了600 km 震中距離內具有較高的信噪比（SNR）的地震臺站，因此本文使用了8 個寬帶臺站在此距離范圍內的本地波形數據。大多數寬帶站在東西、南北和垂直分量上每秒記錄100 個樣本。本文從連續地震波形中提取事件波形數據，對部分確定的定向錯誤的地震儀進行校正，并去除儀器響應。東西向分量和南北向分量旋轉為徑向分量和橫向分量。

波形數據經過預處理后，使用剪切粘貼（CAP）方法[1,2]從體波波形中反演雙力偶矩張量。CAP 方法將波形分成五部分：垂直分量和徑向分量上的P 體波，垂直分量、徑向分量和橫向分量上的S 體波。反演過程允許觀測波形段與相對應的預測波形具有不同的時間偏移，以獲得最佳波形。為了提高信噪比，對波形進行了濾波，并根據數據的特點和質量分別進行了調整。本文對P 段使用0.1～0.5 Hz 的頻帶，對S 段使用0.1～0.3Hz 的帶通濾波方式。本文根據地震臺到地震的最大震源距離來選擇地震段的最大時間窗長度，使用1D 速度模型計算理論合成波形，該模型修改自全球IASPEI91 模型[3,4]，地殼厚度設為50 km[5]。在不使用震源參數先驗知識的情況下，本文在整個走向、傾角和滑動角范圍內以及深度范圍內進行網格搜索，選取定位出來的經緯度結果（36.07°N，104.08°E）保持不變，由于大波形段的時間偏移，CAP 的震源機制結果對速度模型不敏感，并且對事件位置的不精確性具有耐受性[1]。然而，深度與矩震級和速度模型是耦合的，但它不像震源機制那樣受到很好的約束。

最終將觀測波形和合成波形之間的差異最小化的走向、傾角和滑動角確定為震源機制解。通過分析8 個高SNR 臺站的地震波形，本文利用CAP獲得了本次地震的震源機制解（如圖2 所示），從震源機制球上可以看出本次地震主成分為逆沖型，節面1 參數為走向：28°，傾角22°，滑動角161°。節面2參數為走向：135.7°，傾角83°，滑動角69.1°。另外，矩震級計算結果為Mw=3.9。

圖2 CAP 方法計算蘭州Ms3.6 級地震震源機制解結果（a:震源機制解；b:計算所用臺站分布）

對于地震震源深度的計算，采用不同的震源機制與深度相擬合的方法，最終在深度10 km 處擬合誤差最小，如圖3 所示。拋物線通過圍繞最小失配的11 個震源機制得到了10±3.89 km 的最佳震源機制深度。波形擬合結果如圖4 所示，參與計算的8個地震波形列是垂直（Pz）和徑向（Pr）分量上的體波，以及垂直（Sz）、徑向（Sr）和橫向（Sh）分量上的體波。黑色和紅色波形分別表示觀測到的和合成的位移波形。每個記錄道段下面的數字是以秒為單位的時間偏移和以百分比為單位的互相關系數，從互相關系數上可以看出，本文波形擬合計算結果大部分在90%以上，說明計算結果可靠[6]。

圖3 最佳擬合深度

圖4 臺站象限分布以及波形擬合結果

3 結論

本研究分析了甘肅蘭州地區歷史地震分布特征，從2008-2021 年蘭州有記錄到的地震事件共306 次，其中3 次超過3 級，屬于有感地震范疇。利用CAP 計算震源機制解方法計算了2021 年蘭州市榆中縣Ms3.6 級地震，選取了高SNR 且分布均勻，包圍較好的8 個地震臺站波形，最終得到該次地震屬于逆沖型地震，矩震級為Mw3.9 級，深度在10 km，較淺的震源深度和接近4 級的矩震級造成了蘭州市區大部分地區有感。