地球物理学进展  2016, Vol. 31 Issue (4): 1413-1418   PDF    
引用本文
陈浩, 陈晓非 . 2014年10月7日云南景谷MW 6.2地震震源机制解反演和重定位. 地球物理学进展, 2016, 31(4): 1413-1418, doi: 10.6038/pg20160401  
CHEN Hao, CHEN Xiao-fei . Focal mechanism inversion and relocation of the Yunnan Jinggu MW 6.2 earthquake on 7 October 2014. Progress in Geophysics, 2016, 31(4): 1413-1418, doi: 10.6038/pg20160401   
2014年10月7日云南景谷MW 6.2地震震源机制解反演和重定位
陈浩1, 陈晓非1,2,3     
1. 中国科学技术大学地球和空间科学学院, 合肥 230026
2. 中国科学技术大学地震学与地球内部物理实验室, 合肥 230026
3. 蒙城地球物理国家野外科学观测研究站, 合肥 230026
收稿日期: 2016-03-13; 修回日期: 2016-06-28.
基金项目: 国家自然科学基金（41274053）资助.
作者简介: 陈浩，男，中国科学技术大学地球物理学在读硕士，主要从事地震学反演方面研究.(E-mail:geochen@mail.ustc.edu.cn)
摘要: 2014年10月7日21时49分，云南省普洱市景谷傣族彝族自治县发生MW 6.2级地震.为了更好的认识本次地震的发震构造和震源运动学特征，我们利用IRIS上下载的远震P波数据和格点搜索的方法反演得到本次地震震源机制.为了对反演结果进行进一步验证，本文选用了当地台站提供的近震数据，利用双差定位的方法进行了重定位研究，地震重定位的结果和震源机制的反演结果有较好的一致性.反演结果得到节面1走向为240°，倾角87°，滑动角12°；节面2走向149°，倾角78°，滑动角177°.再结合双差定位后地震群的分布，最终确定节面2为本次地震的发震断层.对比之前云南地区断层分布推断本次地震的发震断层为新的隐伏断层.
关键词： 景谷地震     震源机制     格点搜索     波形拟合     双差定位    
Focal mechanism inversion and relocation of the Yunnan Jinggu MW 6.2 earthquake on 7 October 2014
CHEN Hao1 , CHEN Xiao-fei1,2,3     
1. School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2. Laboratory of Seismology and Physics of Earth Interior, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
3. Mengcheng National Geophysical Observatory, Hefei 230026, China
Abstract: An MW 6.2 earthquake occurred in Yunnan Pu'er Jinggu Dai and Yi Autonomous County at 21:49 on October 7, 2014. For a better understanding of the source mechanism and the character of the source kinematics, we used teleseismic P-wave data downloaded from IRIS and utilized the grid search method to invert the source mechanism. The near-field seismic data provided by local stations are employed to relocate the location of the event by the double-difference method, which compares well with the results of the focal mechanism inversion. The inversion result shows that the strike of one nodal plane is 240 °, the dip angle 87 °, and the rake 12 °, and that for another nodal plane the strike is 149 °, the dip 78 °, the rake 177 °. With the combination of the inversion result and the distribution of earthquake swarm determined by relocation , we ultimately concluded that the seismogenic fault plane is the second nodal plane. According to the fault distribution of the area , the seismogenic fault of this earthquake may suggest a new concealed fault.
Key words: Jinggu earthquake     focal mechanism     grid search     waveform fitting     double-difference relocation    
0 引 言

2014年10月7日21时49分，云南省普洱市景谷傣族彝族自治县发生MW 6.2级地震.截至2014年10月8日凌晨4时，地震造成1人死亡，323人受伤，部分房屋倒塌，经济损失严重；根据中国地震台网初步测定，本次地震矩震级约MW 6.2级，震源深度6 km，是一次走滑型为主的地震事件.(中国地震台网中心，2014)

为了更好的了解地震的发震机理和地震区的应力分布等特征，震源机制的确定有着十分重要的意义，国内外大量的研究者对震源机制解作了详细的研究(吕坚等，2005；胡幸平等，2008；赵博等，2013； 吕坚等，2013；曾宪伟等，2014；曲均浩等，2015；罗钧等，2015；郭祥云等，2015).目前对震源机制的反演，大多采用的是CAP(Cut-And-Paste)方法(Zhao，Helmberger，1994;Zhu，Helmberger，1996)，该方法选取观测波形和理论波形差的二范数作为误差测量函数(张广伟等，2014)，误差最小的震源机制即为最佳震源机制，CAP方法对波形振幅的依赖较大；而对于远震波形，由于几何拓展、能量透射、介质非弹性等因素，振幅衰减较大.本文选用的是Herrmann提出的CPS(Computer Programs in Seismology)程序方法(Herrmann，2013)，CPS程序选用互相关函数作为反演的目标函数，互相关函数主要依赖理论波形和实测波形的相位，拟合度最大即为最佳震源机制，这种方法可以避开振幅对震源机制反演的影响.

在反演得到最佳震源机制后，为了对反演结果进行验证，本文采用双差定位方法(Waldhauser and Ellsworth，2000，2002)进行重定位；双差定位方法已被国内外地震学家广泛应用于区域地震活动性特征、活动断层空间展布及其精细结构的研究中(陈晨等，2013；苏金蓉等，2013；王未来等，2014；吕苗苗等，2015；王清东，2015；房立华等，2015；王光明等，2015).该方法是不依赖主地震事件的相对定位方法，可以有效减小地壳速度结构的影响，是了解震区地震活动的时空分布规律及断层构造行之有效的方法.在本文中我们利用双差定位得到的精确余震分布确定断层的几何特征，从而可以对由波形拟合得到的震源机制进行独立验证.

1 震源机制反演 1.1 原理方法

双力偶点源激发的地震波场可表达为(Aki and Richards，2002)

(1)

其中Mij是地震矩张量，Gnj是格林函数，r和rs分别代表接收点和源点的空间坐标，t是时间，上标s表示偏导算子作用在空间坐标rs上.

本文选取AK135F介质模型计算格林函数，对震源机制的全空间按5°的步长进行格点划分，然后按照上面的方程计算得到理论波形，再对理论波形和实测波形进行完全相同的滤波；然后再对理论波形和实测波形进行互相关运算.Herrmann提出的CPS方法中互相关目标函数Fit为

(2)

其中Y(t)和G(t)分别表示理论波形位移时间函数和观测波形位移时间函数.

拟合度最大的震源机制附近选为进一步格点搜索的范围，然后再对震源机制的解空间进行1°的步长划分，再重复以上的步骤，最终得到最佳的震源机制解.

1.2 数 据

本文用于震源机制反演的远震数据从IRIS网站上下载，为了避免P波三重值现象和来自核幔边界(CMB)的绕射波及其前驱波的影响，本文选用震中距在30°到 90°之间的台站，台站分布如图 1所示，黑色五角星是震中，黑点是本文选取的台站，台站的方位角覆盖较好，为震源机制反演提供了充分的数据支持.

图 1 震源机制反演台站分布图 Figure 1 Distribution of seismic stations for focal mechanism inversion
1.3 反演结果

截取初动P波数据进行反演，反演时间窗为P波到前5 s至到后25 s；再三权衡测试，选择反演的带通滤波频率为0.02~0.06 Hz之间.反演最终结果为震源深度9.0 km，矩震级6.0级.节面1走向240°，倾角87°，滑动角12°；节面2走向149°，倾角78°，滑动角177°.反演结果拟合度为60.30%，波形拟合图如图 2所示，图中红色线波形为经过数据处理后的实测波形，蓝色波形为经过相同数据处理后的拟合波形；最下面的时间为P波到达时间，右侧时间为实测波形和拟合波形的时间平移参数.平移参数表示理论到时与实际到时之差，平移参数的出现可能是由实测发震位置的误差和实测发震时刻误差引起，也有可能由理论模型结构误差引起；从上图可以看出本次地震反演结果的平移参数相对较小，进而更加证明了反演结果的可靠性.

图 2 理论地震图与观测地震图波形拟合 Figure 2 Waveform fitting of theoretical waveforms(blue lines)with observational ones(black lines)

为了得到震源机制随深度的变化特征，笔者绘制了拟合度随深度的分布曲线，如图 3所示，图中曲线下面圆点表示对应深度的拟合度值，圆点上方震源球表示该深度最佳震源机制.从图中可以看出拟合度随深度的变化比较平缓，说明远震数据对深度的约束相对较差.但从震源机制球的分布可以看出，震源机制随深度的变化波动小，说明走向、倾角、滑动角的反演结果对震源深度依赖较小，从而侧面印证了反演结果的可靠性.

图 3 震源机制拟合度随震源深度分布 Figure 3 The fitting of focal mechanism solution as a function of focal depth

为了进一步对反演结果进行验证，本文选取了中国地震台网(CENC)，哈佛大学(GCMT)，和美国地质调查局(USGS)的结果进行了比较；结果对比图与图 4所示.

图 4 震源机制反演结果比较 Figure 4 Comparison of focal mechanism inversion results

可以看出本文的结果和其他三个机构的结果都比较接近，都是接近纯走滑型的地震.这更进一步验证了反演方法和反演结果的正确性.

2 双差定位检验 2.1 数 据

为了进一步验证震源机制反演的结果并确定地震的断层面，本文采用双差定位方法(Waldhauser and Ellsworth，2000)对景谷地震及其余震进行重定位研究.本文选用云南地震局提供的2014年10月7日到10月31日间共1668个MW ≥1.0的地震事件观测资料；其中P波震相对110018个，S波震相对93965个；重定位后剩余1592个地震.双差定位台站分布图如图 5所示：

图 5 双差定位地震台站分布 Figure 5 Distribution of seismic stations for double-difference relocation

从图中可以看到选用的39个台站围绕震中有较好的空间分布，数据结构很好，给双差定位提供了充分的数据支持.

2.2 双差定位结果

双差定位主震位置为100.48°E，23.40°N，震源深度15.67 km;发震时刻为2014年10月7日21时49分39.84秒.单独使用目录地震重定位后的结果如图 6所示：

图 6 景谷地震序列使用地震目录数据重定位后的结果 (a)震中分布图；(b)所有地震在AA*剖面上的投影；(c)所有地震在BB*剖面上的投影. Figure 6 Relocation result of Jinggu earthquake sequence based on catalog data (a)The epicentral distribution，where the profile AA* is perpendicular to the profile BB* ;(b)Projection of all the earthquakes along the profile AA*;(c)Projection of all the earthquakes along the profile BB*.

上图中，左图黑点表示余震分布，五角星表示主震震中，AA*表示震源机制反演的节面2走向方向(走向149°)，BB*表示参考面走向；右上图表示沿AA*方向的竖直剖面图；右下图表示BB*方向的竖直剖面图.

从上面结果左图中重定位后的余震分布很容易推断出本次地震的余震分布方向即断层面的走向和上文中震源机制反演的走向AA*方向吻合的非常好；并且从右下图BB* 方向的纵剖面图可以看出，本次地震的余震分布沿接近竖直方向，说明本次地震倾角接近90°，表明本次地震是一次接近纯走滑型的断层.双差定位进一步从地震分布的角度对前面有波形拟合得到的震源机制反演结果进行了强有力的验证.

3 结论和讨论

3.1 本文结合IRIS上的P波远震数据和CPS程序方法最终反演得到本次地震的节面1走向为240°，倾向为87°，滑动角为12°；节面2走向149°，倾角78°，滑动角177.震源机制的三个角度参数和中国地震台网，Havard GCMT，USGS的结果都比较一致；更加证明了结果的可靠性.并且在用双差定位方法对主震和余震序列进行了重定位，重定位的结果和震源机制的走向和倾角吻合的非常好，再一次证明了震源机制反演的正确性.由图 6的余震分布可知断层面的走向为AA*方向(149°)；因此上面的节面1为参考面，节面2为断层面.并且由参考面BB*方向的纵剖面图可以看出本次地震的倾角接近90°，是一次典型的走滑型地震.综合以上方面，本文中震源机制的反演结果是可靠的，本次地震是一次右旋走滑型地震.

3.2 本文反演得到的震源深度9 km和中国地震台网的结果6 km，Havard 12.1 km，USGS 的8.0 km震源深度都有一定的出入，原因可能在于本次地震利用的是远震P波数据进行反演，对深度的约束不够精确所致.

3.3 笔者对比云南地区的之前的活动断裂分布图(皇甫岗等，2012)，本次地震位于思茅(今普洱)—普洱(今宁洱)地震区；但没有发现对应命名的断裂；故此推断本次地震应为新的地震断裂；本文的成果可以给后来的地震研究提供借鉴.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！
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