1 引言
2022年4月15日青海海西州德令哈市5.4级地震发生后,中国地震台网中心、中国地震局地震预测所、中国地震局地球物理研究所以及国外机构和作者采用不同方法和资料得到的该地震的多个震源机制解。这些震源机制有一定的离散度,为地震动力学分析或其他应用带来抉择的困难。这些结果都是震源错动方式的一种测量,因此可以按照多种测量结果给出一个中心值供以后的地震发生背景、地震应力触发、地壳应力场分析以及地震前应力方向改变的地震前兆研究。这里整理了各个机构给出的震源机制解,求出了与所有测定的震源机制的差别平方和最小的一个解作为中心震源机制解,并求解了该地震在震中周围产生变形场。
2 多个震源机制的中心解的确定
根据台网中心发布的《2022年04月15日青海海西州德令哈市5.4级地震图集》和国外机构网站发布的该地震震源机制结果整理得到表1。我们分别以各个震源机制为初始解得到的中心震源机制给出的标准差(表1第5列),韩立波和蒋长胜、郭祥云等和青海省地震局李启雷得到的标准差较大,通过分析认为是由于没有迭代到全局最优解而导致误差偏大。尽管如此,本研究将各个机构和作者测定的震源机制分别作为初始解,比较得到标准差最小的解作为最终结果。发现将中国地震台网中心得到的震源机制作为初始解得到的震源机制的标准差最小。本研究以此(节面I走向72.50°,倾角67.63°,滑动角-2.05°,节面II走向163.28°,倾角88.10°,滑动角-157.62°)作为最终结果,P轴走向30.14°,倾伏角17.01°,不确定范围分别为-13.26~73.74°和-13.30~47.46°;T轴的走向295.70°,倾伏角14.22°,不确定范围分别为252.29~339.29°和-16.21~44.68°;B轴的走向167.88°,倾伏角67.55°,不确定范围分别为95.74~336.84°和47.16~110.87°。得到的中心震源机制和各个机构和作者测定震源机制的最小空间旋转角见表1第6列。所得到的中心震源机制及其不确定性绘于图1。从表和图中可以看出,该地震震源机制解距中心解的空间旋转角最大达75.16°,最小空间旋转角为15.12°。这些数据表明不同机构和作者得到的震源机制解较为集中。
图1 青海海西州德令哈市5.4级地震的中心震源机制解(a)及空间三维辐射花样(b)
(a)中的黑色弧线表示中心震源机制的两个节面,绿色弧线覆盖区域为其不确定范围;红色、蓝色和黄色的点表示中心震源机制解的P轴、T轴和B轴,其周围对应颜色的封闭曲线表示其不确定性范围;绿点和黑点表示各个机构得到的震源机制的P轴和T轴的投影;紫色弧线表示各个机构和作者得到的震源机制节面。(b)中的压缩区域和膨胀区域分别用蓝色和红色表示。
3 震源机制中心解的空间表示
地震的震源机制通常采用震源球的辐射花样来表示。在此我们分别用震源球的上半球和下半球的动画来表示(图2),在震源球上采用P波辐射的振幅相对大小的颜色来填充。为立体表现震源球的辐射花样,我们使震源球水平旋转,并且在各个不同象限采用P波辐射相对振幅大小和方向绘制在震源球上,这样可更为直观地表现震源的空间辐射,见图3。
图2 青海海西州德令哈市5.4级地震下半球、上半球
图3青海海西州德令哈市5.4级地震的中心震源机制解的空间辐射花样表示
图中颜色为P波辐射花样在震源球面上的填充,红色表示向外,蓝色表示向内,从红到蓝表示P波辐射花样由向外最大逐渐过渡到向内最大。箭头表示P波辐射花样振幅的相对大小。
4该地震在周围产生的位移场与应变场
北京时间2022年04月15日9时26分,青海海西州德令哈市发生5.4级地震。震中位于东经97.33°,北纬38.52°,震源深度约为10公里。
图4 研究区域地形图
图中为本次地震震源机制中心解绘制震源球
为了更好的了解青海海西州德令哈市5.4级地震对周围地区的影响,我们基于弹性半空间模型Okada(1992),根据中国地震台网中心给出的数据和Wells和Coppersmith(1994)统计公式,计算了青海海西州德令哈市5.4级地震破裂长度为5.99km,宽度4.99km,滑动量15.71cm,使用中心解节面Ⅰ,震源深度10km。计算和绘制了在地震周围地区产生的地表同震位移场、面应变、体应变、北向应变、东向应变和北东向应变(图5~7)
图5 青海海西州德令哈市5.4级地震产生的同震位移场
图中白色方框代表断层在地表的投影,箭头代表此次地震所产生的水平位移,颜色代表垂直位移,上升为正
从图5可以看出,此次地震周围地区的位移场具有以下初步特征:从地表的水平位移场来看,震中东北侧和西南侧的物质涌入震中,以西南侧涌入为主,而震中西北和东南两侧的物质向外涌出,东南侧涌出为主,呈现为东北侧与西南侧向里挤压,西北侧东南侧往外拉伸,在发震断层附近则呈现明显的走滑机制。与水平位移场相对应,垂直位移场主要在震中西南侧表现为沉降,而主要在东南侧表现为隆升。地表水平位移整体大于垂直位移,以上特征符合走滑型地震所产生位移场的特征。
图6 青海海西州德令哈市5.4级地震产生的各分量应变
(a)体应变(b)北向应变(c)东向应变(d)北东向应变
图中底色代表应变大小,拉张为正,单位为1e-9.
从图6可以看出此次地震产生的体应变呈现出四象限模式,在震中西北和东南两侧附近呈现伸张,主要在东南侧伸张,而在震中西南和东北两侧呈现压缩,主要压缩区域在西南侧,北向应变、东向应变、北东向应变均呈现八花瓣样式分布,由于断层不垂直(倾向ESS),北向分量的压缩区域没有很好的对称,震中西南侧压缩大于东北侧,伸张区域主要在震中东侧和西南侧较远处。东向应变在东侧伸张较大,而压缩区域分布在西南侧和东侧较远处。北东向应变在震中西南侧压缩,主要在东南侧和西南侧较远处区域伸张。
图7 青海海西州德令哈市5.4级地震产生的水平主应变和面应变场
图中黑色箭头和白色箭头分别表示水平主压应变和水平主张应变(单位为1e-9); 底色表示水平面应力,拉张为正
从图7可以看出面应变的分布与体应变形态大体类似,表现为面应变为体应变的继承。在面应变为负(蓝色)区域内,物质的运动方向(图5)与主压应变大体一致,而在面应变为正(红色)区域内,物质的运动方向(图5)与主张应变大体一致。
本文所用震源机制解来自中国地震台网中心、中国地震局地震预测所、中国地震局地球物理研究所、德国地球科学中心(GFZ)等机构及青海省地震局李启雷,特此致谢。图件由基于MATLAB的FM3Dplot软件绘制。
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