震源机制解包含震源断层的几何特征、震源破裂错动机制、震源破裂等效释放应力场等重要信息。它还反映了震源断层的力学性质和动力学特征,可用来探讨地震的成因。用数量足够多的震源机制解进行统计分析,所得结果就可以反映区域构造应力场的平均状态。震源机制解是研究震源破裂机制、震源应力场、区域应力场及其动态变化和地震构造运动的基础资料。地震孕育过程研究和地震破裂实验表明,强震孕育往往表现出阶段性。孕震的不同时段,强震潜在震源区及其附近地区构造应力场会出现动态调整变化,同时,伴随着强震的孕育,强震潜在震源区及其附近地区会有中小地震发生。显然,对这些中小地震震源机制解的分析,能够揭示与强震孕育过程相关的构造应力场时空动态变化,以及由此引起的异常构造断裂活动,进而实现对强震的监视和预测。此外,对序列地震震源机制解的分析,还是地震序列后续余震趋势预测的有效方法之一。

测定震源机制解的方法有多种,最早和最常用的是采用地震记录的P波初动符号在乌尔夫投影网上作图求解,或由解析计算求解。目前,震源机制P波初动解的作图法和解析计算法均是基于双力偶点源模型,在震源参考球上依据地震台站记录到的清晰的P波初动符号分布,求解两个节平面(其中有一个可能是震源破裂面)的走向、倾向、倾角和错动方向等参数,主压应力轴、主张应力轴和中间应力轴3个应力主轴的方位和仰角等参数,以及破裂面上错动力轴的方位和仰角等。为了获取较为精确的震源机制解,要求所使用的P波初动符号清晰可靠,数量足够多,通常不得少于20或30个。P波初动符号在震源参考球上的分布要有一定的覆盖率,并且相对比较均匀,通常要求在震中周围P波初动符号分布所张的方位应大于270°。显然,由P波初动符号求震源机制解的方法,主要适用于震级较大的地震。为了解决用P波初动符号求解震源机制解的不确定性问题和提高解的精确度,人们不断引入新的数值计算方法,例如迭代法、格点搜索法等; 但是对于大量中小地震,由于地震观测台站数量有限和分布不均匀,不能获取足够数量的P波初动符号,因而也就不能得到它们的震源机制P波初动解。Kisslinger等(1981)提出,利用P波和SV波振幅比资料,采用地壳均匀介质模型,以射线出射角分布作介质非均匀校正,进而测定小震震源参数的方法。梁尚鸿等(1984)以点源位错震源模型,采用层状介质中地震体波广义透射系数的快速算法,计算Pg、Sg波综合地震图,得到最大振幅,再用最大振幅比值与观测资料拟合的方式来测定震源机制解参数。该方法对资料的要求容易满足,而且震源机制解具有较高的精度。对于1个地震,通常只要有4个以上地震台站的测震仪垂直分量记录到的清晰的Pg、Sg波最大振幅,有1个以上台站记录到的清晰可用的Pg波初动,就可测定出震源机制解。这使得研究人员可以利用区域地震台网的资料来测定大量中小地震的震源机制解。传统的模拟地震仪记录的就是地动位移值,可以直接用于测定震源机制解。随着数字化地震台网的建立和不断完善,模拟地震记录将越来越少。然而,数字地震仪记录的是地动速度值,在利用振幅比资料测定震源机制解时,资料应如何使用尚值得斟酌。

对上述19个地震,利用云南区域数字地震台网的速度波形和仿真位移波形资料测定震源机制解。对每个地震读取垂直分量速度波形及相应的仿真位移波形的Pg和Sg震相的最大双振幅A_P、A_SV,所选用的台站震中距Δ≤210 km,最大双振幅A_P、A_SV应大于0.5 mm,并且显著大于干扰背景; 最大双振幅A_P、A_SV应小于记录限幅,精度读至0.2 mm。对于数字记录,最小振幅应当是脉动的数倍,应注意量取同一个周期的双振幅。一般取Pg和Sg波到时之后前几个周期的最大振幅,注意分辨Pn、P₁₁、Sn、S₁₁,严格区分这些震相的混入。本方法要求至少有4个以上台站的资料可以提供计算,但实际上我们获得了7～13个台的记录资料,足以保证解的确定性。此外,还要保证至少有1个台记录到清晰的P波初动符号。计算时使用《云南遮放至马龙地学断面说明书》中给出的地壳分层结构速度模型数据(阚荣举和韩源,1992),最终对得到了由速度记录振幅资料和仿真位移振幅资料测定的这19个地震的震源机制解。图3和图4给出了利用这两种波形资料得到的每一个地震的4组最佳解的图解,以做对比分析。19对结果中,有14对完全一致,占总数的73.7%; 另有2对,其中有1组解一致,有1组解不相同,占总数的10.5%; 有3对结果差异较大,占总数的15.8%。前两项可以视为同一情形,就占到总数的84.2%。对于震源机制解不相同的3对结果,产生差异的原因很复杂,就目前的认识分析,可能的原因有:① 速度波形振幅量值往往比仿真位移波形振幅量值大十几倍甚至几十倍。也就是说,仿真位移波形振幅量值往往较小,有时小到不足以满足测量所需要求,当出现类似情况时,获取速度记录振幅资料和仿真位移振幅资料的台站数量不尽相同,使得震源机制解出现差异。② 当地震震级较大时,一定距离内的近台出现记录振幅限幅的情况,因此部分近台的资料不能使用。由于速度波形振幅量值与仿真位移波形振幅量值大小不相等,出现记录振幅限幅的台站也就不尽相同。显然,基础资料是影响震源机制解结果的重要因素。当然,震源机制解出现差异可能还有其他原因,需在以后的工作中不断研究。

(1)数字地震台网的观测资料是研究震源机制、地震活动性、地球内部构造、地震监视和预测等的高精度优质数据源。区域数字地震台网在测定中小地震震源机制解时有显著的优势,在进行数据处理时因其特有的人机交互方式,使得震相的辨认、振幅测量、初动极性确定等的精度大大提高,从而保证了震源机制解的精度和可靠性。

(2)通过对19个地震的实际对比分析,数字地震仪的速度记录波形与仿真位移波形的形态非常相似,振幅分布也很一致。虽然P波和S波最大振幅的绝对数值大小不相等,但其最大振幅比值基本相等。P波和S波最大振幅比值与地震仪的记录形式无关,与振幅的绝对大小无关,与震级大小也基本无关。

(3)本研究中,用数字地震仪速度记录振幅资料和仿真位移振幅资料计算的19个地震的震源机制解结果具有很好的一致性。在采用Pg、Sg波最大振幅比测定震源机制解时,可直接量取数字地震仪速度记录相应波形最大振幅值,获取相应振幅比数据。用这两种资料测定震源机制解出现

图3 利用数字地震仪速度波形记录测定的19次地震的震源机制解的图解

地震速度波形解;(e)漾濞4.6级地震速度波形解;(f)云龙3.0级地震速度波形解;(g)下关4.1级地震速度波形解;

(h)保山3.2级地震速度波形解;(i)保山3.3级地震速度波形解;(j)云龙4.6级地震速度波形解;(k)洱源3.4级

地震速度波形解;(l)永胜3.2级地震速度波形解;(m)洱源3.2级地震速度波形解;(n)保山3.0级地震速度

波形解;(o)巍山3.1级地震速度波形解;(p)下关3.1级地震速度波形解;(q)巍山3.8级地震

速度波形解;(r)巍山3.0级地震速度波形解;(s)巍山4.0级地震速度波形解

图4 利用数字地震仪仿真位移波形记录测定的19次地震的震源机制解的图解

形解;(d)宾川3.1级地震仿真位移波形解;(e)漾濞4.6级地震仿真位移波形解;(f)云龙3.0级地震仿真

位移波形解;(g)下关4.1级地震仿真位移波形解;(h)保山3.2级地震仿真位移波形解;(i)保山3.3级地

震仿真位移波形解;(j)云龙4.6级地震仿真位移波形解;(k)洱源3.4级地震仿真位移波形解;(l)永胜

3.2级地震仿真位移波形解;(m)洱源3.2级地震仿真位移波形解;(n)保山3.0级地震仿真位移波

形解;(o)巍山3.1级地震仿真位移波形解;(p)下关3.1级地震仿真位移波形解;(q)巍山3.8级

地震仿真位移波形解;(r)巍山3.0级地震仿真位移波形解;(s)巍山4.0级地震仿真位移波形解

的差异,其原因很复杂,目前认为基础资料的获取可能是其中的原因之一,还可能存在其他原因,需要在今后的工作中不断认识和作进一步的分析。

在撰写本文过程中,笔者得到河北省地震局刁桂苓研究员和云南省地震局颜其中研究员的支持和帮助,在此表示感谢。