2017, Vol. 38
CAP(Cut and Paste，简称CAP)方法将近震地震波分成P波Pnl和面波Sur部分，在双力偶源假设下，对2种波形5分量(Pnl不存在切向分量)给定不同权重进行反演，并允许相对浮动，对截取震相采用相关性方法进行拟合，对理论地震图和实际波形记录进行比较，在给定设置参数范围内，采用格点搜索法得到相对误差最小的震源机制解和震源深度(Zhao L S et al，1994；Zhu L P et al，1996)。CAP方法对地震台站数量和方位角分布的要求不高，能够减小地壳速度模型不准确引起的误差，降低反演对模型的依赖性(马淑田等，1998；许力生等，2004)。中国学者运用CAP方法反演震源机制解(Zhao L S et al，1994；Zhu L P et al，1996)已取得诸多研究成果(吕坚等, 2008, 2011；龙峰等，2010；陈伟文等，2012；谢祖军等，2012)。
对于海域地震，因海底地震记录仪缺乏，往往满足不了使用传统P波初动法求解震源机制的台站四象限分布要求，而利用CAP方法反演震源机制解则可以克服P波初动法的缺陷。本文基于海南地震台网数据，尝试运用CAP方法反演2016年7月31日广西苍梧MS 5.4地震震源机制解，以期对未来发生在海南岛附近海域的地震求解震源机制提供参考。
1 地震数据根据中国地震台网测定，北京时间2016年7月31日17时18分，广西省梧州市苍梧县发生MS 5.4地震(111.56°E，24.08°N)，震源深度10 km，震中距海口市460 km，距南宁市350 km，距广州市200 km，梧州市苍梧县、贺州市八步区和平桂管理区8个乡镇107 005人受灾。此次地震是1970年广西地震台网中心建立以来监测到的当地最大1次陆地地震，打破了粤桂琼地区5级以上地震长达近20年的平静。震区烈度最高达Ⅶ度，在该烈度区范围内的村庄，大部分房屋抹灰层面出现裂缝，少数房屋承重墙壁出现剪切裂缝，个别土木房屋出现墙壁贯穿裂缝成为危房。
1.1 地震台数据选取海南省地震台网可以接收22个海南岛内地震台、8个广东地震台网子台及6个广西地震台网子台总计36个数字地震台站记录。对于2016年7月31日广西苍梧MS 5.4地震，选取数据记录清晰、信噪比较高、仪器幅频特性曲线平直、P波初动明显的8个地震台站波形记录进行CAP反演，选用的台站为WET台、DXS台、LNS台、ZHJ台、SHD台、DNB台、YGJ台、YGD台(图 1)。
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图 1 地震震中及台站分布 Fig.1 The distribution of the epicenter and seismic stations |
张路等(2008)根据近20年来福建地区多学科地球物理探测资料提出福建东南沿海地壳结构模型，在此基础上，结合华南地壳速度模型(范玉兰，1990)做适当调整，给出本研究适用的地壳速度结构模型，见图 2。
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图 2 研究区地壳速度模型 Fig.2 The crustal velocity model in study region |
采用CAP方法，反演2016年7月31日广西苍梧MS 5.4地震震源机制解，具体数值见表 1，拟合波形见图 3(原图为彩图)，图中红色曲线为理论地震波形，黑色曲线为观测地震波形，波形左侧为震中距(单位km)及相应地震台理论与观测P波初至时刻差值，波形下方数字依次为理论地震波形相对观测地震波形的移动时间(单位s)及二者的拟合相关系数(单位%)。采用格点搜索法得到相对误差最小的震源机制解，由F—K方法计算台站观测地震图和理论地震图相关系数，见图 3中波形下方数值，可知此次MS 5.4地震获取的16个震相P波和24个面波震相，相关系数均大于60，平均相关系数为91，可见实际地震记录波形和理论波形绝对振幅大小较为一致，互相关系数均较高，属于强相关，表明速度模型和矩张量计算结果比较可靠。
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表 1 苍梧MS 5.4地震震源机制解对比结果 Tab.1 The comparison of focal mechanism solution results of Cangwu MS 5.4 earthquake |
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图 3 CAP方法反演地震波形拟合结果 Fig.3 The seismic waveform fitting result by CAP method |
反演得到拟合误差(RMS)为1.055×10-3；节面Ⅰ参数为：走向340°，倾角37°，滑动角-18°；节面Ⅱ参数为：走向85°，倾角79°，滑动角-125°。T轴：方位角93°，倾角34°；P轴：方位角202°，倾角25°；N轴：方位角320°，倾角45°。矩震级为MW5.0，地震矩M0 = 3.087×1016。
对于此次MS 5.4地震，GCMT和USGS未给出震源机制解，在此将本研究得到的震源机制解与中国地震台网中心结果(表 1)进行对比，见图 4，图中黑色区域代表压缩象限，白色区域代表拉张象限。由表 1、图 4可见，2种反演结果基本一致，可见本文采用CAP方法计算的结果合理可靠。
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图 4 地震震源机制解对比 (a)本文结果；(b)台网中心结果 Fig.4 The comparison graph of the focal mechanism solutions |
利用CAP方法求解震源机制解，受震源深度影响较大。为分析不同震源深度对震源机制解的影响，设置步长1 km，搜索不同震源深度对应的震源机制解，拟合误差越小震源深度越佳，见图 5，图中震源球上方数字为通过相应震源深度计算得到的矩震级。由图 5可见，拟合曲线中斜率最大点处深度5.1 km即为此次广西苍梧MS 5.4地震最佳震源深度，深度误差为0.2 km。
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图 5 随震源深度变化的震源机制解拟合误差 Fig.5 The fit-error changes with focal-depth |
采用CAP方法反演2016年7月31日广西苍梧MS 5.4地震震源机制解，发现理论地震图与观测地震图的波形较为匹配，且绝对振幅大小较为一致，相关系数平均值为91，反演拟合误差(RMS)为1.055×10-3，反演结果稳定、可靠。
苍梧MS 5.4地震是广西内陆有仪器记录以来发生的最大地震，打破了粤桂琼地区5级以上地震长达近20年的平静，此次地震发生在江南造山带向华夏地块过渡区域，震中位于北北东向贺街—夏郢断裂带附近，对东南沿海地震带乃至大陆东部地区未来6级地震活动具有指示意义。
海南岛目前尚未架设海底地震记录仪，地震台站均布设在陆地上。利用传统的P波初动法求解震源机制，需满足地震监测台站四象限均匀分布于地震周围的要求，难以实现海南岛周围海域地震的震源机制求解，而CAP方法则不受此限制。本研究采用CAP方法反演广西苍梧MS 5.4地震震源机制解，与中国地震台网中心给出的震源机制解结果基本一致，所得结果稳定、可靠，可为海南岛附近海域发生地震时求解震源机制提供参考。
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