震源机制解法应力测量

1.原理与方法

现今构造应力作用的表现形式之一就是地震，地震发生时，震源运动过程的一个重要结果是辐射地震波。地震波传递着震源信息，据此可直接了解震源处运动特征，进而分析地壳应力状态。P波到达接收器的第一个振幅方向（即称初动方向或初动符号），在地面分布呈一种特殊图像，而反映了震源运动过程及其与断裂的产状、力的作用方式的直接关系。根据单力偶或双力偶模型，利用多个地震台记录到的天然地震P波初动符号，可以求取震源运动参数，判别震源节面，进而给出P轴出地点，该出地点的方位和倾角就是应力释放轴的方位和倾角，即最大主压应力轴的方位和倾角。

2.燕山东段—下辽河盆地震源机制解

华北地区15个大震震源机制解中的P轴（图6-1）和T轴方位，显示P轴方向为北东东—南西西向，T轴方向为北北西—南南东向，即华北地区现今最大主压应力方向为北东东—南西西向，最小主压应力方向为北北西—南南东向。

海城位于下辽河盆地边缘，因此海城1975年2月4日主震及其前震、余震的震源机制解所反映地壳应力状态基本上代表了下辽河盆地应力状态（王小凤，1997）。2月4日海城7.3级地震震源机制解的压应力主轴（P轴）的方位为N73°E（陈运泰，1976）其仰角为8°，两个节面的走向分别为北62°西和北28°东，倾角都大于80°。李荣安（1985）将海城地震Ms>3.5的5个前震和Ms>3.0的18个余震震源机制分析结果（表6-1），以及曾秋生将前震及余震52个震源机制编制的压力轴赤平投影图（图6-2）都表明其P轴方位和两组节面与主震十分接近，最大主压应力方向为北东东向。

图6-1 华北地区震源机制解P轴方向图

图6-2 海城地震序列压力轴赤平投影图

海城地震后，震区出现大面积宏观裂缝，按其走向有四组：北东10°～30°、北东50°～80°、北西280°～310°和北西330°～340°；其中以北西西向最发育，其次为北北东向。裂缝带的分布范围与地震烈度等震线的展布形态一致，长轴为北西向，短轴为北东向。根据海城地震地震断裂的力学成因分析，认为是受北东东向压应力作用所致。

由于地震发生在地壳深处，震源机制解结果可以很好地反应地壳深部的构造应力方向，因此，燕山东段及下辽河盆地震源机制所反应的现今最大主压应力方向，代表了该区地壳深处现今最大主压应力方向为北东东向。

表6-1 海城地震（前震、主震、余震）的参数和震源机制（据李荣安，1985）

续表

指不同的应力轴

P轴： 压应力轴（Pressure axis）

T轴：张应力轴（Tension axis）

B轴：中间轴（between axis）

根据P波初动方向数据计算震源参数的数值方法称解析法。对于点源双力偶模型，表示震源机制参数，须设立两组正交的坐标系统：一组是观测坐标系（X，Y，Z）；一组是震源坐标系（A，B，C）。原点均位于震源O点。

取观测坐标系X铀向南，Y轴向东，Z轴向上。设P波两个节面分别为A及C，彼此正交。这两个节面的法线A，C与两节面的交线B（称零矢量）在震源O点组成一个正交系。我们称A，C和B为震源坐标系，它确定了节面的空间位置及各力铀的取向。这两组坐标系的关系如图6-9所示。不难看出，震源坐标A，B，C相对于固定坐标X，Y，Z的位置，由三个角度：方位角AZ（0°～360°）、倾角H（0°～90°）和旋转角度R（0°～90°）所决定。与作图法一样，目的也是找出节面的最佳位置。解析计算P波初动解通常采用下述两种方法。

一种方法是先设定节面最佳位置的评判值S。通过变换各矢量的方位角AZ、倾角H和旋转角度R改变节面位置，计算台站初动符号对尝试节面符合的概率，以此求得节面最佳位置的评判值S（S是AZ，H和R的函数）。变换AZ，H和R可计算出多个S值，其中S值最大者所对应的AZ，H和R为节面的最佳位置。

另一种方法是将台站观测符号与尝试节面所划分的矛盾作为评判标志。在计算机上对三种角度的各种可能取值组合以一定的步长逐一进行尝试，看哪一组（AZ，H，R）数值对应的两个理论正交节面可将观测的P波初动符号分为四个象限，并与理论的象限划分的矛盾符号数最少，则取符号矛盾比最小的那组节面为最佳节面。最后由观测数据拟合的最佳的一组数据计算震源机制的各有关参数。

因前一方法计算量大，运算时间长，故多采用后种方法。

上述两种方法的计算公式请查阅介绍震源机制的有关书籍，这里不予列出。最佳节面的判断过程是一个循环改变节面位置和求解评判标准的过程。解析法使震源机制解的求解工作从定性阶段走上了定量阶段。目前有许多求解震源机制的软件，只要将台站坐标及P波初动符号等相关参数输入计算机即可求得解震源机制解。不仅方便快捷，而且大大提高了解答的精度。

图6-9 观测坐标系（X，Y，Z）和震源坐标系（A，B，C）的关系

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