0 引言

2018年1月11日和15日在佳木斯汤原县相继发生M_L 3.7和M_L 4.4有感地震，5天之内连续发生2次有感地震，引起佳木斯社会各界及省地震局相关部门关注。佳木斯汤原地区属传统意义的少震、弱震区，据闵伟等(2011)的研究，邻近地区依舒断裂带通河段距今1 730年左右曾发生一次7级以上地震，因此，此次M_L 4.4地震的发震机制及震后是否还有更大地震的发生值得研究。

震源机制是研究地震构造机理的理想方法。震源机制解测定方法较多，采用矩张量反演中小地震、大地震的震源机制是一个重要课题，相关震例较多，特别针对中小地震，如：郑建常等(2012)对濮阳4.2级地震的震源机制进行反演；邱毅等(2014)对福建仙游M_L 4.1地震震源机制解及震源深度进行反演；张丽芬等(2013)、孙杰等(2014)的研究结果均显示，利用矩张量方法对中小地震进行反演，所得震源机制解比较可靠。

本文采用ISOLA矩张量方法反演2018年汤原M_L 4.4地震震源机制解，并结合地质构造分析发震机制，对佳木斯汤原区域地震形势给出合理判断。

1 地震背景

佳木斯汤原地区位于完达山隆起带和小兴安岭隆起带中间的三江平原沉降带西缘，郯庐断裂北段依舒断裂东缘。此次汤原M_L 4.4地震宏观震中香兰农场位于依舒断裂带上，该断裂带南起辽宁省开原，进入黑龙江后由延寿经萝北延至俄罗斯境内，是黑龙江东部地区地震活动的控制构造。受该地质构造控制，依舒断裂带北段地震活动性比较活跃，但中强地震较少。

此次汤原M_L 4.4地震震中周边100 km范围内同一构造部位上一次M_L 4.7地震发生在1990年[图 1(a)]，距今已28年。将研究范围扩大至依舒断裂带北段，发现此处M_L 4.0以上地震[地震分布见图 1(b)]的复发周期为1.03年，2018年已发生M_L 4.4地震，年内再次发生M_L 4.0以上地震的可能性减弱。从地震时间间隔和复发周期初步判断，佳木斯汤原地区近期再次发生M_L 4.4地震的可能性不大。

2 计算方法

据康清清等(2013)，假设震源在时间和空间上均为点源，用矩张量描述位于坐标原点的地震点源在某一观测点x引起的地震位移，可以表示为

$ {U_n}\left({x, {\rm{ }}t} \right) = {M_{ij}} \cdot {G_{ni, {\rm{ }}j}}\left({x, {\rm{ }}z, {\rm{ }}t} \right)\;\;\;\;\left({n, {\rm{ }}i, {\rm{ }}j = 1, {\rm{ }}2, {\rm{ }}3} \right) $

(1)

式中，U_n为场点n方向地震的观测位移；M_ij为纯偏矩张量，不包含爆炸成分；G_ni，j为直角坐标系中场点n方向格林函数G_ni对震源坐标j分量的微商，等效于源点的力偶(i，j)在场点n方向产生的位移。

假设已知震源深度，采用最小二乘法进行反演。由式(1)可见，反演成为一个标准的线性问题。通过考察约化方差VR确定最佳解，并在不同深度上进行反演，选择VR最大值对应的深度作为最佳深度，对应的反演结果作为最佳矩张量解。

$ {\rm{VR}} = \left({1 - \sum\nolimits_i {\frac{{\sqrt {{{\left({{\rm{dat}}{{\rm{a}}_i} - {\rm{synt}}{{\rm{h}}_i}} \right)}^2}} }}{{\sqrt {{\rm{data}}_i^2} }}} } \right) \times 100\% $

(2)

式中，data_i和synth_i分别表示时间序列里所有台站各分量观测波形和合成波形(康清清等，2013)。

3 观测资料及速度模型选取

“十五”数字化以来，随着数字化地震台站建设，黑龙江省地震台网密度不断增加，中小地震高质量数字化波形记录增多。为了避免台站分布局限性造成的反演结果不稳定，选取此次汤原M_L 4.4地震震中周边9个宽频带数字地震台站的波形记录参与反演，且各地震台站震中距均在200 km之内，保证各方位角均有覆盖，台站分布见图 2。

按照以下步骤对所选各地震台站记录数据进行预处理：进行仪器响应改正，将记录变为实际速度值；对数据进行积分；在0.07—0.1 Hz周期进行带通滤波，扣除积分过程中出现的明显漂移，剔除较低、较高频噪声，得到所需的位移波形(张丽芬等，2013)。

反演地震矩张量的重要步骤之一是计算格林函数，其计算结果将在很大程度上影响反演结果的可靠性。计算格林函数需要当地精细地壳速度结构，文中选用松辽盆地地壳速度及密度模型(刘俊清，2017)，反演汤原地区地震矩张量，见图 3。该模型将研究区域地壳分为5层，具体参数见表 1。

4 震源机制反演 4.1 发震断层

汤原M_L 4.4地震矩张量反演通过ISOLA软件实现，结果显示，地震性质为逆冲为主兼具少量走滑成分，地震应为逆冲型地震，震源机制解为：①节面Ⅰ：走向210°，倾角51°，滑动角为77°；②节面Ⅱ：走向50°，倾角41°，滑动角106°；③P轴方位角309°，倾角为5°；④T轴方位角66°，倾角78°。经以上方法反演，得到：①矩震级：M_W 4.0；②矩张量解：M_rr = 1.113，M_tt= -0.464，M_pp = -0.649，M_rt = 0.036，M_rp = -0.295，M_tp = -0.547；③标量地震矩：1.15×10¹⁵。将观测与理论合成地震波形进行拟合，拟合曲线见图 4(图中红色曲线为理论波形，黑实线为观测波形)。拟合程度采用约化方差VR表示，对于选取的所有台站，约化方差VR = 0.84，由图 4也可见观测与理论波形拟合较好，说明矩张量解算结果可靠。

黑龙江省地震局使用P波初动法，得到快速震源机制解：节面Ⅰ：走向206°，倾角65°，滑动角为105°；节面Ⅱ：走向354°，倾角29°，滑动角6°，判定此次汤原M_L 4.4地震为NW向逆冲型地震，与本研究采用ISOLA方法所得结果基本一致，进一步证明所得震源机制解可靠。

依舒断裂北段汤原段断层走向N40°E，倾向SE，倾角60°，断层活动性为正断兼右旋走滑，与反演获得的节面Ⅱ走向、倾角、滑动角基本一致，据此推断节面Ⅱ为发震断层面，断层受NW—SE向挤压力作用产生破裂，诱发此次汤原M_L 4.4地震。

4.2 震源深度

采用黑龙江省地震局正式地震目录给出的定位结果作为反演的震中位置，在深度方向进行搜索，设置初始深度为1 km，步长为1 km，最深12 km，得到12个深度位置。对不同深度的反演结果进行对比，给出波形互相关系数与矩心深度的关系，结果显示最佳矩心深度为8 km，由此判定，汤原M_L 4.4地震震源深度约8 km。线性偶极分量DC(%)为90%，说明该地震为纯构造地震(图 5)。

5 GPS数据处理及分析 5.1 处理步骤

采用GAMIT/GLOBK软件，对陆态网络和黑龙江省测绘局GPS连续运行参考站记录的此次汤原M_L 4.4地震数据进行处理。选取2个全球网(130个IGS站)、3个区域网(85个CORS站和东北地区22个陆态网络站点)的参考站数据参与计算，站点选择尽可能做到均匀分布，其中全球网之间公共站15个，全球网和区域网公共站30个，分别解算各子网单天解，整体平差采用GLOBK软件计算。

GAMIT处理中其他主要模型选择和参数设置参考天津一测中心的《GNSS产品解算说明及使用简介》：设置Choice of Expernent = RELAX.(采用轨道松弛模式)；Choice of Observable = LC AUTCLN(无电离层线性组合)等。坐标约束(单位m)如下：ALL 30.00 30.00 80.00；参考站0.025 0.025 0.050。限于篇幅，不再赘述。解算结果与《中国地震局GNSS基准站数据处理结果分析评估报告》中陆态网站坐标时间序列相差不大。

采用以下策略，对GPS时间序列进行预整理：①定义超过观测数据平均中误差20倍为未能解算数据(单日有效观测时间太短)、5倍为粗差观测值、3倍为异常观测量，并进行扣除。对同震位错和人为更换引起的天线变化，取变化前、后若干天的加权平均值，作为天线偏移量，进行统一改正；②在改正去除时间序列的各种偏移“阶跃”后，通过加权线性回归计算趋势项。去趋势后以3倍标准偏差作为判别标准，剔除残差时间序列的“非正常误差”(粗差)，得到干净时间序列和残差时间序列(王同庆等，2017)；③选择跨地震区域的伊春金山屯、佳木斯汤原和七台河桃山3个GPS站(图 2中连接GPS站的线段)作GPS基线。基线变化主要反映区域震时形变信息，考虑到仅用基线长度变化不精确，利用矢量方法进行描述，固定其中一个GPS站，查看另一个GPS站的空间位置变化。

5.2 分析结果

图 2中东北地区2008年1月—2010年5月M_L＞4.0的地震和此次汤原M_L 4.4地震震源机制解[地震目录及震源参数张萍等(2011)]显示：东北地区大部分地震是走滑型地震，也有少量逆冲型地震，说明区域以水平运动为主。几次逆冲地震均在NE向挤压背景应力场控制下发生，而此次汤原M_L 4.4地震受NW向挤压，与背景应力场方向不一致，由此反映该地震可能为区域应力场调整结果。

选择黑龙江省测绘局15个GPS连续运行参考站(CORS)(图 2中三角符号)，得到汤原M_L 4.4地震发生前15天、发生后10天内位移时间序列结果(相对ITRF08框架)，文中给出HGSF、YCJS、JMTY、HHSW等4个CORS站位移时间序列，见图 6。

由图 6可见，各测站时间序列形态一致，说明汤原地区以整体运动为主。箭头表示此次M_L 4.4地震发生时间，震前时间序列发生转折，地壳运动方向由东南转向东北，此并非地震的同震变化，M_L 4.4地震不会影响大面积(包括距离较远的GPS站)测站如此量级的同震及震后变化，可能是因为，在区域块体运动转向变化过程中，断层两侧产生应力差而诱发此次地震。从该角度分析认为，此次汤原M_L 4.4地震具有偶发性，再次发生更大量级地震的可能性不大。

固定伊春金山屯GPS站，观测佳木斯汤原GPS站水平运动，考虑到汤原GPS站位于断层上盘，地震期间25天(震前15天至震后10天)内汤原台朝伊春方向运动，由跨震区GPS基线(图 2中连接GPS站的线段)矢量变化数据，明显可见此次逆冲型地震造成的地表形变信息[图 7(a)]。同理，固定七台河桃山GPS站，观测佳木斯汤原GPS站水平运动，汤原站背离桃山站运动[图 7(b)]，符合此次地震沿NW向逆冲的特点。

6 结束语

东北地区受日本3·11地震影响，震后地震趋势有所缓解(常金龙等，2018；王同庆，2018)。此次汤原M_L 4.4地震的发生是否说明日本3·11地震对依舒断裂带带北段的影响进一步减弱，区域地震形势是否恢复到日本地震震前水平，需要进一步观测并深入分析。

汤原M_L 4.4地震波形记录由黑龙江省地震局监测中心提供，矩张量波形反演使用Sokos和Zahradnik开发的ISOLA软件，部分图件使用GMT绘制，GNSS观测数据来源于国家重大科学工程“中国大陆构造环境监测网络”和黑龙江省测绘局CORS网，GPS解算策略得到工程中心李瑜老师指导，审稿专家针对研究方法及文章写作提出宝贵意见和建议，在此一并表示感谢。