倪红玉 沈小七 洪德全 李军辉郑海刚 赵 朋

1) 中国合肥230031安徽省地震局 2) 中国安徽蒙城230026蒙城国家野外观测研究站 3) 中国天津300180中国地震局第一监测中心



2014年金寨ML3.9震群序列特征研究*

1) 中国合肥230031安徽省地震局 2) 中国安徽蒙城230026蒙城国家野外观测研究站 3) 中国天津300180中国地震局第一监测中心

本文首先采用双差定位方法对2014年金寨ML3.9震群序列进行了重新定位， 然后通过Snoke方法和CAP方法计算了该震群序列中较大地震的震源机制解， 分析了震源参数的时空变化特征． 结果表明： 金寨震群序列密集分布在2 km×2 km范围内， 无明显的展布方向； 其震源深度较浅， 大部分集中在3—7 km． 此外， 金寨震群序列中较大地震的震源机制解基本一致， 两组节面的走向分别为NW向和NNE向， 倾角均较高， 表明该震群序列为近E--W向的水平挤压和近N--S向的水平拉张应力场作用下的走滑型地震活动．

金寨震群 双差定位方法 震源机制解 CAP方法 Snoke方法

引言

地震序列相对于孤立地震事件包含更加丰富的震源体和构造信息． 根据其震源参数的时空变化特征， 结合地质资料研究地震的破裂过程和发震构造， 是地震研究历来关注的重点之一(吕坚等， 2008； 郑勇等， 2009； 孙长虹等， 2012； 赵小艳， 付虹， 2014)．

2014年8月22日以来安徽省金寨县地震活动明显增强， 出现震群活动， 10月22日后， 活动水平进一步增强， 发生了多次ML≥3.0地震， 最大为10月26日ML3.9地震， 截至2015年3月， 该震群仍在持续活动． 自有现代仪器记载以来， 金寨震区周边从未记录到像本次震群这样频度高、 持续时间长的地震序列活动， 震区原地也未记录到小震活动. 由于该震群震源深度浅， 有感程度强， 地声现象明显， 因此造成了较大的社会影响．

本文将采用双差定位方法对金寨震群进行重定位， 然后基于Snoke方法和CAP (cut and paste)方法计算震群中ML≥3.0地震的震源机制解， 以便深入分析金寨震群序列的特征， 进一步探查地震孕育过程及发震构造．

1 金寨震群概况和数据

2014年8月22日以来， 安徽金寨县关庙乡发生强有感震群． 据中国地震台网*http:∥10.5.202.22/bianmu/validate.jsp测定， 截至2015年3月31日， 共发生ML≥0.0地震604次， 其中ML≥1.0地震365次，ML≥2.0地震71次，ML≥3.0地震15次， 最大地震为10月26日1时25分发生的ML3.9地震. 图1给出了该震群的M-t图， 可以看出该震群的地震活动具有明显的阶段性， 可分为3个阶段： 第一阶段为8月22日—10月21日， 两个月内发生145次ML≥0.0地震， 其中ML≥1.0地震75次，ML≥2.0地震10次， 最大震级为ML2.6； 第二阶段为10月22日—12月31日，期间发生418次ML≥0.0地震， 其中ML≥1.0地震265次，ML≥2.0地震55次，ML≥3.0地震15次， 最大震级为ML3.9， 该阶段震群活动频度大， 强度突破前期最大震级水平， 显示该震群有加强趋势； 第三阶段为2015年1月1日—3月31日， 发生41次ML≥0.0地震， 其中ML≥1.0地震25次，ML≥2.0地震6次， 最大为ML2.7， 频度和强度均较低， 表明金寨震群逐渐衰减趋于平静．

图1 2014年金寨震群的M-t图

2014年金寨ML3.9震群发生在大别山北麓的安徽省六安市金寨县关庙乡， 该地区断裂构造复杂(姚大全等， 2006)． 如图2所示， 该震群震区附近分布着NW向的青山—晓天断裂、 WNW向的梅山—龙河口断裂、 NNE向的商城—麻城断裂和NE向的落儿岭—土地岭断裂， 其中青山—晓天断裂距离金寨震群最近， 仅约2 km， 该断裂在震区附近被NNE向的断裂F切割(邓起东等， 2003)， 但目前针对断裂F的研究较少．

图2 金寨震群位置及震区内断裂和台站的分布

序号深度/km层厚/kmvP/(km·s-1)10—224．9822—535．2235—1055．59410—1556．12515—2056．46620—2556．45725—3387．03833—4078．00

本文收集了2014年8月22日—2015年3月31日安徽、 河南和湖北等省份地震台网记录的金寨震群中15次ML≥3.0地震的波形数据和中国地震台网中心提供的604次ML≥0.0地震的震相观测报告． 采用HypoDD方法定位时， 选用震中附近200 km以内、 能够最大范围包围震中位置的19个台站， 如图2中黄色方块所示； 采用Snoke方法计算震源机制解时， 选取震中附近300 km以内25个信噪比较高的台站， 如图2中蓝色三角形所示； 采用CAP方法计算震源机制解时， 选用震中附近200 km以内9个信噪比较高的台站， 如图2中红色圆圈所示． 表1列出了本文重定位和震源机制解计算时所采用的速度结构模型， 其中表层波速是采用金寨、 六安和合肥地震台表层岩石的实验室测试结果的平均值(刘泽民等， 2015)， 其它各层速度结构采用黄耘等(2011)给出的郯庐断裂带下扬子地块的P波速度， S波速度则由vS=vP/1.732计算所得．

2 研究方法

2.1 地震重定位方法

HypoDD方法是近年来发展起来的一种相对定位方法(Waldhauser， Ellsworth， 2000)， 其原理是通过信号的走时差来反演震源位置， 能够有效地消除介质横向不均匀所造成的路径效应， 受地壳速度模型的影响较小， 定位精度在小区域内可达到百米量级， 目前在我国已得到广泛的应用(杨智娴等， 2004； 黄媛等， 2008； 房立华等， 2013， 2014； 王未来等， 2014； 赵小艳， 付虹， 2014)．

2.2 震源机制解反演方法

震源机制解的求解方法早期主要有P波初动方法， 目前常用的则有Snoke方法(Snokeetal， 1984； Snoke， 1989)、 CAP方法(Zhao， Helmberger， 1994； Zhu， Helmberger， 1996)和矩张量反演方法(许力生等, 2007)等． 本文采用Snoke和CAP方法计算金寨震群中较大地震的震源机制解．

Snoke方法采用直达P波、 SV波和SH波的初动和SV/P、 SH/P或SV/SH的振幅比资料联合求解震源机制解(Snokeetal， 1984； Snoke， 1989)， 与P波初动方法相比， 约束量由1个增至5个， 降低了对台站分布的要求， 反演结果更加可靠． 刘杰等(2004)将其从Unix系统移植到Windows系统， 并以两次中小地震为例， 通过与P波初动方法得到的结果进行对比， 表明该方法能够准确确定中小地震的震源机制解． CAP方法则将体波与面波分开拟合， 所需台站数量较少， 对速度结构和地壳横向变化的依赖性较小．

3 结果

3.1 金寨震群重定位结果

为了保证定位结果的可靠性， 本文仅对震相记录清晰且至少有4个台站记录的地震事件进行重定位． 重定位时使用了震中距在200 km以内的19个台站的初至震相数据， 其中震中距在140 km以内选用Pg和Sg震相， 140 km以上选用Pn和Sn震相． 在地震事件组对时， 设最小连接数为8， 最小观测数为8， 震源间距小于10 km， 事件对与台站的距离小于200 km． 经筛选最终得到符合条件的地震共470次， 初至震相数据共3万1467条， 其中P波震相1万8041条， S波震相1万3426条， 平均每次地震有10条震相数据． 令P波到时权重为1.0， S波到时权重为0.5， 地震定位初始值为台网定位目录的位置， 迭代计算时采用共轭梯度法求解方程．

图3a给出了中国地震台网观测报告的定位结果， 图3b给出了本文采用HypoDD方法得到的金寨震群470个地震事件的震源位置． 重定位后E--W向、 N--S向和垂直向的平均定位误差分别为0.44， 0.35和1.14 km． 图3a与图3b的对比显示， 重定位后走时差的残差大大降低， 平均定位残差由重定位前的0.12 s减小至重定位后的0.03 s． 重定位后的震群序列水平位置更加集中， 主要位于青山—晓天断裂的北侧、 断裂F的东侧， 无明显的优势分布， 主要集中在2 km×2 km范围内； 重定位后的震源深度为1—8 km， 主要集中在3—7 km， 相对于中国地震台网观测报告的定位结果， 震源深度更浅， 在6 km深度以下的地震所占比例大大增加， 表明该震群的主体破裂位置为上地壳浅表部位． 由图3还可以看出随着时间的推移， 该震群的位置并没有发生明显的迁移．

图3 金寨震群重定位前(a)、 后(b)震中、 震源深度及定位残差分布

3.2 金寨震群震源机制解

采用Snoke方法计算得到金寨震群中15次ML≥3.0地震的震源机制解， 具体计算过程详见倪红玉等(2011)和洪德全等(2013)文章． 以10月26日ML3.9地震(目前最大地震)为例， 选用震中附近300 km以内25个信噪比较高的台站， 获得28个P波初动(包括直达波和首波)、 2个SH波初动和28个振幅比数据． 设初动总矛盾数为0， 以0.50为振幅比对数(以10为底)的观测值与计算值之差的绝对值上限， 超过上限的振幅比为矛盾振幅比． 设振幅比的矛盾数为5， 得到9组解， 如图4a所示． 表2列出了所有震源机制解， 可以看出， 9组解中节面I的走向为125°—130°， 倾角为75°—88°， 滑动角为2°—20°， 参数差别较小， 表明震源机制解的约束较好． 选取振幅比矛盾数和总均方差均为最小的第3组解作为最佳解(图4b)， 即节面Ⅰ的走向为125°， 倾角为79°， 滑动角为17°； 节面Ⅱ的走向为32°， 倾角为74°， 滑动角为168°；P轴的方位角、 倾角分别为258°和3°；T轴的方位角、 倾角分别为349°和20°；N轴的方位角、 倾角分别为158°和70°． 以相同的方法得到金寨震群中其余14次ML≥3.0地震的震源机制解， 如图5所示， 表3列出了其具体参数． 在计算过程中， 对于一次地震， 初动数据至少20个， 振幅比数据至少20个， 初动矛盾比均小于1/20， 振幅比矛盾比均小于1/4， 几组震源机制解的离散程度较低， 表明所得的震源机制解较为可靠．

图4 用Snoke方法计算得到的2014年10月26日ML3.9地震的震源机制解 (a) 所有解； (b) 最佳解

序号震源机制解走向/°倾角/°滑动角/°矛盾个数P波初动振幅比振幅比均方差总均方差11258920050．280．3821258319050．270．3731257917040．290．3741308018040．270．4051288915050．270．4061278414040．280．3971267910040．300．388127753050．240．429129814050．250．43

本文同时采用CAP方法反演了其中7次ML≥3.5地震的震源机制解， 如表3所示， 具体计算过程详见洪德全等(2013)文章． 图6给出了2014年10月26日ML3.9地震(目前最大地震)的震源机制解拟合误差随不同震源深度的变化， 可以看出， 震源深度为3 km时震源机制解的拟合误差最小， 表明该地震的震源深度为3 km． 图7给出了3 km深度处理论合成波形与实测波形的拟合， 可以看出， 9个台站的波形拟合整体较好， 相关系数大于0.6的占84%， 反演方差为5.94×10-6， 表明反演结果较稳定． 反演结果为： 矩震级MW=3.6； 节面I的走向为130°， 倾角为74°， 滑动角为19°； 节面Ⅱ的走向为34°， 倾角为72°， 滑动角为163°；P轴的方位角、 倾角分别为262°， 1°；T轴的方位角、 倾角分别为353°， 25°；N轴的方位角、 倾角分别为169°， 65°． 该参数与Snoke方法所得参数非常接近， 其余6次ML≥3.5地震的震源机制解结果均与Snoke方法反演结果较为一致， 进一步表明所得结果的可靠性高． 另外在震源机制解反演的同时， 采用CAP方法所得到的这7次ML≥3.5地震的最佳震源深度为2—4 km， 与双差定位结果基本一致， 均表明本次金寨震群的震源非常浅．

表3 金寨震群中15次ML≥3.0地震的震源机制解

图5 用Snoke方法计算金寨震群中15次ML≥3.0地震的震源机制解， 图中地震序号与表3相对应

图6 CAP方法反演2014年10月26日ML3.9 地震震源机制解的误差随震源深度的变化

图7 2014年10月26日ML3.9地震的理论地震波形(红色)与观测地震波形(黑色)的对比

从表3和图5可以看出， 金寨震群15次ML≥3.0地震震源机制解的一致性较好， 这与黄显良等(2015)采用震源一致性参数、 体波谱振幅和台站极性的研究结果一致． 15次地震的震源机制解中： 节面I的走向约为133°(313°)， 呈NW向， 倾角约为78°， 滑动角约为22°， 节面Ⅱ的走向约为38°(218°)， 呈NNE向， 倾角约为68°， 滑动角约为167°;P轴方位角约为264°(85°)， 倾角约为6°，T轴方位角约为357°(177°)， 倾角约为24°． 这表明本次震群可能为近E--W向的水平挤压和近N--S向的水平拉张应力场作用下的走滑型地震活动， 与前人对该区域构造应力场的研究结果基本一致(刘泽民等， 2011； 倪红玉等， 2012)．

4 讨论与结论

本文采用双差定位方法对2014年金寨ML3.9震群序列重定位， 通过CAP方法和Snoke方法计算了该震群序列中较大地震的震源机制解， 得到的主要结论如下：

1) 基于金寨震区周边的地壳速度结构， 采用HypoDD方法对金寨震群进行重定位， 得到470个地震事件的基本参数． 结果表明, 金寨震群整体的空间分布无明显的展布方向， 地震密集分布在2 km×2 km的范围内， 震源深度较浅， 分布于1—8 km深度， 3—7 km区间相对集中， 表明该震群的主体破裂发生在上地壳浅表部位．

2) 计算震源机制解时， 本文采用了原理完全不同的两种方法----Snoke方法和CAP方法， 两者的计算结果较为一致， 保证了分析的可靠性． 结果表明15次ML≥3.0地震震源机制解的一致性较好， 节面位置基本一致， 两组节面的走向分别呈NW向和NNE向， 倾角均较高， 可能为近E--W向的水平挤压和近N--S向的水平拉张应力场作用下的走滑型地震活动， 与前人对该区域构造应力场研究的结果基本一致(刘泽民等， 2011； 倪红玉等， 2012)． 在震源机制解反演的同时， 利用CAP方法得到7次ML≥3.5地震的最佳震源深度， 为2—4 km， 与双差定位结果基本一致. 这些均表明本次金寨震群的震源深度非常浅， 也与地震造成的有感程度强、 地声现象明显等现象一致．

4) 本文研究表明金寨震群震源机制解的一致性程度较高， 与黄显良等(2015)采用震源一致性参数、 体波谱振幅和台站极性的研究结果一致． 国家地震局监测预防司(1997)的研究结果表明， 地震序列震源机制解的变化过程存在规律性， 具有重要的前兆意义． 前震时段小震震源机制解的相对一致性往往是地震活动增强的标志， 而震源机制解的相对紊乱往往伴随着余震或地震群活动的减弱(朱航， 龙锋， 2005)． 因此， 从震源机制解的一致或紊乱可以判断震群中最大地震是否已经过去(陈颙， 1978)． 金寨震群的地震活动自2015年1月后呈明显减弱的趋势， 截至2015年7月也未记录到ML≥3.0地震． 因此震群序列震源机制解的一致性程度高是否仅表明应力水平较高， 是否一定会发生更大地震， 均有待于进一步的震例积累．

5) 自有现代仪器记载以来， 金寨震区周边从未记录到像本次震群这样频度高、 持续时间长的地震序列活动， 震区原地也未记录到小震活动． CAP方法和双差定位方法的结果均表明本次金寨震群的震源深度非常浅， 且震区附近存在有4级梯级水库(总库容840万m3)， 该震群是否与水库有关， 有待进一步深入研究．

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Characteristics of theML3.9 Jinzhai， Anhui， earthquake swarm sequence in 2014

1)EarthquakeAdministrationofAnhuiProvince，Hefei230031，China2)NationalGeophysicalObservatoryatMengcheng，AnhuiMengcheng230026，China3)FirstCrustMonitoringandApplicationCenter，ChinaEarthquakeAdministration，Tianjin300180，China

This paper relocated theML3.9 Jinzhai， Anhui， earthquake sequence in 2014 with double-difference earthquake location algorithm firstly， and then calculated the focal mechanisms of stronger earthquakes of the swarm by using Snoke and CAP methods， respectively. Finally， the spatio-temporal evolutionary characteristics of source parameters were analyzed. The results show that the Jinzhai earthquake swarm sequence was distributed in the dense scope of 2 km×2 km without predominant direction. The focal depth is very shallow， being 3—7 km. In addition， the focal mechanisms of larger earthquakes are basically consistent with each other. The strikes of two nodal planes are separately along the direction of NW and NNE， and the dips of two nodal planes are very high， suggesting the Jinzhai earthquake swarm sequence was caused by strike-slip faulting under the action of horizontally compressed nearly in E-W direction and horizontally extended nearly in N-S direction.

Jinzhai earthquake swarm; double-difference earthquake location algorithm; focal mechanism solution; CAP method； Snoke method

10.11939/jass.2015.06.004.

中国地震科技星火计划攻关项目(XH14026)和中国地震局2015年度震情跟踪定向工作任务(2015010108)共同资助.

2015-04-23收到初稿， 2015-08-31决定采用修改稿.

e-mail: ahqxs@sina.com

10.11939/jass.2015.06.004

P315.3+3

A

倪红玉, 沈小七, 洪德全, 李军辉, 郑海刚, 赵朋. 2015. 2014年金寨ML3.9震群序列特征研究. 地震学报, 37(6): 925--936.

Ni H Y, Shen X Q, Hong D Q, Li J H, Zheng H G, Zhao P. 2015. Characteristics of theML3.9 Jinzhai， Anhui， earthquake swarm sequence in 2014.ActaSeismologicaSinica, 37(6): 925--936. doi:10.11939/jass.2015.06.004.