內蒙古東烏珠穆沁旗地震震源機制及深度

內蒙古東烏珠穆沁旗地震震源機制及深度

地震震源機制2004年3月23日9點53分，位于內蒙古東烏珠木沁旗和西烏珠木沁旗交界處的格日樂圖嘎查（45.19，11822）發(fā)生mw5.3地震。該地震震源機制及深度存在較大分歧,內蒙古地震臺網(wǎng)利用P波初動方法做了震源機制解,但由于臺站分布的位置所限,初動符號分布的四象限結果較差,而且對于節(jié)面附近的極性難以確定,因此只給出了3個可能的震源機制解;美國聯(lián)邦地質調查局USGS和中國地震臺網(wǎng)中心通過CMT矩張量反演也分別給出了不同的機制解。對于該地震的震源深度,內蒙古地震臺網(wǎng)、中國地震局分析預報中心、中國地震局地球物理研究所分別給出了不同的結果(18～40km),由于臺站大多分布在距離地震300～900km之間,基本上都是下行波,不能很好的定位深度。地震震源機制的確定,對于地震本身的研究、地震孕震機理的解釋及區(qū)域構造等,具有十分重要的意義。本文利用近震的寬頻帶波形記錄,采用全波形反演方法,綜合利用了體波和面波信息,約束全面。震源深度是研究活動構造、構造變形及其力學屬性等大陸動力學的基礎,從而引起諸多科學家的關注。確定震源深度時,選取震中距在30°～90°之間的全球記錄,利用直達P波、pP波和sP波之間的到時差,較準確地定位深度。1方法1.1震源近地表合成算法利用Zhao等提出的CAP方法反演震源機制,基本原理為:設u(t)是臺站記錄到的去除儀器響應后的地震波形,g(t)是相應的理論波形。即垂向分量:g(t)=S(t)*i=3∑i=1Wi(t)Ai(θ,λ,δ)(1)g(t)=S(t)?∑i=1i=3Wi(t)Ai(θ,λ,δ)(1)徑向分量:g(t)=S(t)*i=3∑i=1Qi(t)Ai(θ,λ,δ)(2)g(t)=S(t)?∑i=1i=3Qi(t)Ai(θ,λ,δ)(2)切向分量:g(t)=S(t)*i=3∑i=1Vi(t)Ai+3(θ,λ,δ)(3)式中,Wi(t)、Qi(t)、Vi(t)分別是相應震中距和深度上三種基本斷層面(走滑、90°傾滑和45°傾滑)對應的格林函數(shù),S(t)為震源的時間函數(shù),Ai為震源的輻射花樣信息,θ值、δ值、λ值分別代表斷層的走向、傾角、滑動角,“*”表示卷積。筆者采用頻率波數(shù)方法(FK),計算各震中距的格林函數(shù),由格林函數(shù)得到合成地震圖后,把合成與觀測的地震數(shù)據(jù)做互相關。由互相關函數(shù)確定時間偏移為C(t)=∫∞-∞f(τ)g(t+τ)dτ/(∫∞-∞f(τ)2dτ∫g2(τ)dτ)1/2(4)通過求解如下等式反演震源參數(shù):u(t)=s(t)(5)考慮因距離而產(chǎn)生的衰減對波形的影響,在誤差函數(shù)中引入距離影響因子p值。誤差判斷:e=||(rr0)p||?∥u-s∥(6)這樣在不同距離上的記錄在反演中的可以得到相同的權重。1.2震源深度的測定在確定震源深度時,利用遠震P波、pP波和sP波來確定震源深度和震源機制。因為直達P波與它在地表的反射震相pP波、sP波的走時差對深度變化非常敏感,而且這些震相的相對振幅、極性與源的參數(shù)有很大的關系。因此,可以通過擬合直達波以及地表反射震相的波形來確定震源深度和機制解。同時,該方法還可以克服深度和起始時間的不唯一性。通過計算合成地震圖,對比P波、pP波和sP波的理論與觀測數(shù)據(jù)的到時,準確定出震源深度;根據(jù)不同震相的幅度差異,調整震源參數(shù),使得波形能夠較好的吻合觀測數(shù)據(jù),確定震源機制解。2電子鼻is測距本文用到的數(shù)據(jù)包括兩部分:近震數(shù)據(jù)主要來自于IRIS和國家臺網(wǎng)提供的震中距小于9°的寬頻帶波形記錄。遠震數(shù)據(jù)主要來自IRIS、震中距在30°～90°之間和信噪比較高的波形數(shù)據(jù),臺站分布見表1。3結果3.1h-kappa疊加構造本文采用韋生吉等利用接收函數(shù)結合CRUST2.0等數(shù)據(jù)確定的地殼速度模型(表2)。他們采用接收函數(shù)H-kappa疊加的方法進行研究,該方法將徑向接收函數(shù)在Moho深度(H)和縱橫波速比(Kappa)空間作疊加搜索,以疊加的最大值所對應的H值作為對該臺站下方地殼厚度的估計,該方法可以很好地提高信噪比,是一種有效而穩(wěn)定的計算Moho面深度及泊松比的方法,目前被廣泛使用。3.2反演的震源結果將觀測數(shù)據(jù)去掉臺站儀器響應,并旋轉得到徑向、切向、垂向的位移記錄。通過FK方法,計算基于上述速度模型和不同震中距的格林函數(shù)。為了減小噪音影響,對信號進行濾波。濾波范圍分別為Pnl部分(保留5～30s的波形信號)和面波部分(保留10s以上的信號)。對于理論計算得到的波形,采用相同的濾波范圍。在震源三參數(shù)(走向,傾角,滑動角)全空間中進行格點搜索,將地震波形按照Pnl和面波波段截開,對不同的波段數(shù)據(jù)分別做互相關,搜索得到不同深度上的震源機制和誤差,再根據(jù)誤差的大小確定震源深度。圖1是反演出的最佳機制解,矩震級為MW5.3,與Harvard結果一致。內蒙古地震局采用了不同的表述單位,給出了面波震級MS5.9。圖2是誤差隨著深度的分布,從圖2中可以看出,震源深度在12km附近時波形擬合的最好。3.3論證論證的驗證對于遠震波形記錄,當震中距小于30°時,會出現(xiàn)P波的三重值現(xiàn)象,不利于波形的比較和識別;當震中距大于95°時,來自核幔邊界的繞射波及其前驅波也會對直達P波、sP波、pP波帶來影響。因此,選取震中距在30°～90°之間的全球記錄,從中挑選出信噪比高、震相清晰的5個臺站數(shù)據(jù)。為了驗證近震全波形反演所得震源機制的可靠性,利用該震源機制計算在遠震臺站上的理論波形,與相應遠震臺站上的觀測波形進行了比較(圖3),并做了深度敏感性測試(圖4),發(fā)現(xiàn)震源深度為12km時結果最好,和近震結果一致。筆者采用位移譜擬合,沒有做濾波?？紤]一維平行分層速度模型近似的影響,最終定出震源深度為(12±2)km。4采集的地震地質意義地震震源機制及深度的確定,對于探索區(qū)域構造、孕震環(huán)境及成因等,具有十分重要的意義。本文充分利用了近震的寬頻帶波形記錄,將波形數(shù)據(jù)分為體波部分(Pnl)和面波部分,理論波形與實際波形擬合時,允許波形的各部分之間相對移動,減小速度結構不確定性的影響,即使在格林函數(shù)和地震位置不是太準確的情況下,也可以得到較好的反演結果;反演中賦予Pnl和面波不同的權重,以克服面波在反演中權重過大的缺點;充分利用記錄振幅信息(如:體波Pnl和面波、SV和SH波形的振幅比等提供了震源機制和深度的信息);考慮因距離而產(chǎn)生的衰減對波形的改造,避免反演主要受最近臺站記錄所影響,在誤差函數(shù)中引入距離影響因子。本文的機制解與Harvard長周期面波反演、美國聯(lián)邦地質調查局USGS遠震體波反演結果較為接近,但綜合利用體波和面波信息,約束全面。圖5是2003年9月至2004年3月內蒙古東部地區(qū)ML2.0以上地震震中分布,(引自文獻,刪除2003年8月16日巴林左旗5.9級地震余震),由圖5可以看到在2004年3月24日東烏珠穆沁旗MW5.3地震震中EN方向有一NW向的小震活動條帶,該地震條帶在2003年12月形成,其走向大致130°～160°之間。震源機制解得出走向為147°,說明它們處于相同的背景構造應力下。張國民等指出地震基本上都集中于上部地殼之中,華北地區(qū)震源深度平均約為14km。鐘以章等統(tǒng)計了赤峰地區(qū)68次有震源深度數(shù)據(jù)的地震記錄,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)地震都發(fā)生在上地殼。而在華北地塊其他地區(qū),多數(shù)地震也發(fā)生在上地殼,下地殼則主要發(fā)生韌性形變。大量關于糜棱巖的研究,也為該現(xiàn)象提供了依據(jù)。本