地球科学｜万永革：震源机制水平应变花面应变的地震震源机制分类方法及序列震源机制总体特征分析

学术科学 2024-09-10 00:00 湖北

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地震震源机制分类对于地震动力学分析有重要作用.然而目前震源机制分类较为随意，并且存在不确定的类型，增加了后续进一步分析的困难.为解决此问题，引入地震震源机制水平应变花理论的面应变（As）作为震源机制类型划分的标准：正断型：-1≤ As < -0.7；正走滑型：-0.7≤ As < -0.3；走滑型：-0.3≤ As ≤0.3；逆走滑型：0.3 < As ≤0.7；逆断型：0.7 < As ≤1.由于震源机制水平应变花的面应变以震源引起的垂直变形量和水平变形量的比例来划分震源机制类型，避免了以3个轴倾伏角的多种组合进行划分的麻烦，并且解决了不确定型震源机制的问题.将这种划分方法表示在球面三角形的震源机制分类图中，发现震源机制的类型划分界限是对称的.另外，一条活动断层或地震带上地震的整体滑动行为对于地球动力学研究相当重要.假定活动断层或断裂带上发生的地震只有一个震源机制，即由释放较大矩张量的地震主导，而其他震源机制是由次级破裂或者误差导致的，则得出来的余震整体震源机制解在一定程度上可以反映断层破裂的性质.提出将余震震源机制采用标量地震矩加权平均的方法得到一条活动断层或地震带上的地震的整体震源机制，从而研究主震和余震的滑动行为差别的方法.将上述方法用于2021年玛多地震序列和2022年的门源地震序列中，得到了主震和序列中的其他地震滑动特性的差别，发现2022年的门源地震序列的余震整体震源机制与主震的震源机制几乎相同，而2021年玛多地震序列的余震总体震源机制和主震有一定的差别.该方法为一条断裂带或地震带的地震滑动以及地球动力学分析等提供了工具.

本文采用震源机制水平应变花理论中的面应变作为指标给出了震源机制类型划分的依据.采用这种震源机制分类避免了震源机制各个轴组合的复杂规定、物理意义明确，呈现逆冲（逆走滑）和正断（正走滑）类型划分相对于走滑地震的完全对称，并且消除了不确定型的震源机制.本研究还采用球面投影的形式给出了类型划分的球面三角形图形表达，为震源机制类型的直观显示和分析提供了工具.另外提出了一条活动断裂带或地震带上地震总体震源机制分析和展示的方法，为理解研究区域震源机制的总体特性提供了计算方法.

本研究以2021年和2022年发生的青海玛多地震和门源地震序列为例，计算了主震震源机制和余震的总体震源机制的差别，发现2022年门源地震序列的主震震源机制与余震序列的总体震源机制较为接近，而2021年玛多地震的主震震源机制和余震的总体震源机制相差较大.这种差别究竟在地震动力学中如何解释，与余震的发生又有哪些关系，需要进一步研究.但这种主震和余震整体序列的差别大小是地震活动性研究需要注意的一个方面.

应该指出，震源机制分类是基于地震断层造成的垂直形变来进行正断型、正走滑型、走滑型、逆走滑型到逆断型的震源机制分类的，不是震源机制差别的表达.这可以从本文图 2和图 3中的球面三角形的3个边的标度值看出，即仅用了震源机制的3个力轴（P、T、B）的倾伏角，没有考虑走向角的差别.如走向、倾角和滑动角分别为40°、90°、0°的震源机制与走向、倾角和滑动角为130°、90°、0°的震源机制分类均为走滑断层，在图 1中表达是同一位置，但这两个震源机制的最小三维空间旋转角为90°.而对于走向、倾角和滑动角分别为40°、90°、0°的震源机制与走向、倾角和滑动角为40°、45°、50°的震源机制按照本研究分类得到前者为走滑断层、后者为逆断层，但这两个震源机制的最小三维空间旋转角为66.28°，反而比上面的两个均为走滑型震源机制的差别还小.这提醒在做地质和地球动力学分析时，不能将两个震源机制类型作为判别两个震源机制差别较大的依据，准确判断两个震源机制差别大小还需要用震源机制的最小三维空间旋转角来表达（万永革，2019）.同样地，不能把具有相同的某一类型震源机制的某一地区（或地震带）认为其震源机制是大体一致的，要具体分析它们之间的差别.

虽然如此，传统的地震震源机制分析均以地面的形变判断断层类型，并且这种断层分类在分析地球动力学行为中发挥了很大作用（Frohlich and Apperson，1992；Kaverina et al.，1996；Mallman and Parsons，2008；郑建常等，2013；张致伟等，2015；杜瑶等，2016；Yu et al.，2018；杨宜海等，2021）.在地震应力触发问题中，也需要判断余震的整体震源机制作为接收断层面进行定量估算（万永革等，2009；李平恩等，2022）.本文提供了更为合理的震源机制分类方法，并用图形表达了类型差别的大小，这对于定量分析震源机制表现的群体行为是有意义的.

图1 本研究的震源机制分类边界在球面三角形中的表示

图2 2021年玛多地震序列的前震和余震震源机制分类及总体特征分析

图3 2022年门源地震序列的前震和余震震源机制分类及总体特征分析

文章刊登在《地球科学》第49卷第7期

万永革, 2024. 震源机制水平应变花面应变的地震震源机制分类方法及序列震源机制总体特征分析. 地球科学, 49(7): 2675-2684. doi: 10.3799/dqkx.2022.245

Wan Yongge, 2024. Focal Mechanism Classification Based on Areal Strain of Horizontal Strain Rosette of Focal Mechanism and Characteristic Analysis of Overall Focal Mechanism of Earthquake Sequence. Earth Science, 49(7): 2675-2684. doi: 10.3799/dqkx.2022.245

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