引言

地震序列相对于孤立地震事件包含更加丰富的震源体和构造信息． 根据其震源参数的时空变化特征，结合地质资料研究地震的破裂过程和发震构造，是地震研究历来关注的重点之一(吕坚等，2008； 郑勇等，2009； 孙长虹等，2012； 赵小艳，付虹，2014)．

2014年8月22日以来安徽省金寨县地震活动明显增强，出现震群活动，10月22日后，活动水平进一步增强，发生了多次M_L≥3.0地震，最大为10月26日M_L3.9地震，截至2015年3月，该震群仍在持续活动． 自有现代仪器记载以来，金寨震区周边从未记录到像本次震群这样频度高、 持续时间长的地震序列活动，震区原地也未记录到小震活动. 由于该震群震源深度浅，有感程度强，地声现象明显，因此造成了较大的社会影响．

本文将采用双差定位方法对金寨震群进行重定位，然后基于Snoke方法和CAP(cut and paste)方法计算震群中M_L≥3.0地震的震源机制解，以便深入分析金寨震群序列的特征，进一步探查地震孕育过程及发震构造．

1.   金寨震群概况和数据

2014年8月22日以来，安徽金寨县关庙乡发生强有感震群． 据中国地震台网^①(① http://10.5.202.22/bianmu/validate.jsp)测定，截至2015年3月31日，共发生M_L≥0.0地震604次，其中M_L≥1.0地震365次，M_L≥2.0地震71次，M_L≥3.0地震15次，最大地震为10月26日1时25分发生的M_L3.9地震. 图 1给出了该震群的M-t图，可以看出该震群的地震活动具有明显的阶段性，可分为3个阶段： 第一阶段为8月22日—10月21日，两个月内发生145次M_L≥0.0地震，其中M_L≥1.0地震75次，M_L≥2.0地震10次，最大震级为M_L2.6； 第二阶段为10月22日—12月31日，期间发生418次M_L≥0.0地震，其中M_L≥1.0地震265次，M_L≥2.0地震55次，M_L≥3.0地震15次，最大震级为M_L3.9，该阶段震群活动频度大，强度突破前期最大震级水平，显示该震群有加强趋势； 第三阶段为2015年1月1日—3月31日，发生41次M_L≥0.0地震，其中M_L≥1.0地震25次，M_L≥2.0地震6次，最大为M_L2.7，频度和强度均较低，表明金寨震群逐渐衰减趋于平静．

图  1  2014年金寨震群的M-t图

Figure  1.  M-t plot of Jinzhai earthquake swarm in 2014

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2014年金寨M_L3.9震群发生在大别山北麓的安徽省六安市金寨县关庙乡，该地区断裂构造复杂(姚大全等，2006)． 如图 2所示，该震群震区附近分布着NW向的青山—晓天断裂、 WNW向的梅山—龙河口断裂、 NNE向的商城—麻城断裂和NE向的落儿岭—土地岭断裂，其中青山—晓天断裂距离金寨震群最近，仅约2 km，该断裂在震区附近被NNE向的断裂F切割(邓起东等，2003)，但目前针对断裂F的研究较少．

图  2  金寨震群位置及震区内断裂和台站的分布  F₁: 商城—麻城断裂; F₂: 青山—晓天断裂; F₃: 梅山—龙河口断裂; F₄: 落儿岭—土地岭断裂

Figure  2.  Location of Jinzhai earthquake swarm as well as distribution of seismic stations and faults   F₁: Shangcheng-Macheng fault; F₂: Qingshan- Xiaotian fault; F₃: Meishan-Longhekou fault; F₄: Luoerling-Tudiling fault

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本文收集了2014年8月22日—2015年3月31日安徽、 河南和湖北等省份地震台网记录的金寨震群中15次M_L≥3.0地震的波形数据和中国地震台网中心提供的604次M_L≥0.0地震的震相观测报告． 采用HypoDD方法定位时，选用震中附近200 km以内、 能够最大范围包围震中位置的19个台站，如图 2中黄色方块所示； 采用Snoke方法计算震源机制解时，选取震中附近300 km以内25个信噪比较高的台站，如图 2中蓝色三角形所示； 采用CAP方法计算震源机制解时，选用震中附近200 km以内9个信噪比较高的台站，如图 2中红色圆圈所示． 表 1列出了本文重定位和震源机制解计算时所采用的速度结构模型，其中表层波速是采用金寨、 六安和合肥地震台表层岩石的实验室测试结果的平均值(刘泽民等，2015)，其它各层速度结构采用黄耘等(2011)给出的郯庐断裂带下扬子地块的P波速度，S波速度则由v_S=v_P/1.732计算所得．

表  1  金寨地区分层地壳速度模型

Table  1.  Layered crustal velocity model of Jinzhai region

序号	深度/km	层厚/km	vP/(km·s-1)
1	0—2	2	4.98
2	2—5	3	5.22
3	5—10	5	5.59
4	10—15	5	6.12
5	15—20	5	6.46
6	20—25	5	6.45
7	25—33	8	7.03
8	33—40	7	8.00

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2.   研究方法

2.1   地震重定位方法

HypoDD方法是近年来发展起来的一种相对定位方法(Waldhauser，Ellsworth，2000)，其原理是通过信号的走时差来反演震源位置，能够有效地消除介质横向不均匀所造成的路径效应，受地壳速度模型的影响较小，定位精度在小区域内可达到百米量级，目前在我国已得到广泛的应用(杨智娴等，2004； 黄媛等，2008； 房立华等， 2013，2014； 王未来等，2014； 赵小艳，付虹，2014)．

2.2   震源机制解反演方法

震源机制解的求解方法早期主要有P波初动方法，目前常用的则有Snoke方法(Snoke et al，1984； Snoke，1989)、 CAP方法(Zhao，Helmberger，1994； Zhu，Helmberger，1996)和矩张量反演方法(许力生等，2007)等． 本文采用Snoke和CAP方法计算金寨震群中较大地震的震源机制解．

Snoke方法采用直达P波、 SV波和SH波的初动和SV/P、 SH/P或SV/SH的振幅比资料联合求解震源机制解(Snoke et al，1984； Snoke，1989)，与P波初动方法相比，约束量由1个增至5个，降低了对台站分布的要求，反演结果更加可靠． 刘杰等(2004)将其从Unix系统移植到Windows系统，并以两次中小地震为例，通过与P波初动方法得到的结果进行对比，表明该方法能够准确确定中小地震的震源机制解． CAP方法则将体波与面波分开拟合，所需台站数量较少，对速度结构和地壳横向变化的依赖性较小．

3.   结果

3.1   金寨震群重定位结果

为了保证定位结果的可靠性，本文仅对震相记录清晰且至少有4个台站记录的地震事件进行重定位． 重定位时使用了震中距在200 km以内的19个台站的初至震相数据，其中震中距在140 km以内选用Pg和Sg震相，140 km以上选用Pn和Sn震相． 在地震事件组对时，设最小连接数为8，最小观测数为8，震源间距小于10 km，事件对与台站的距离小于200 km． 经筛选最终得到符合条件的地震共470次，初至震相数据共3万1467条，其中P波震相1万8041条，S波震相1万3426条，平均每次地震有10条震相数据． 令P波到时权重为1.0，S波到时权重为0.5，地震定位初始值为台网定位目录的位置，迭代计算时采用共轭梯度法求解方程．

图 3a给出了中国地震台网观测报告的定位结果，图 3b给出了本文采用HypoDD方法得到的金寨震群470个地震事件的震源位置． 重定位后E-W向、 N-S向和垂直向的平均定位误差分别为0.44，0.35和1.14 km． 图 3a与图 3b的对比显示，重定位后走时差的残差大大降低，平均定位残差由重定位前的0.12 s减小至重定位后的0.03 s． 重定位后的震群序列水平位置更加集中，主要位于青山—晓天断裂的北侧、 断裂F的东侧，无明显的优势分布，主要集中在2 km×2 km范围内； 重定位后的震源深度为1—8 km，主要集中在3—7 km，相对于中国地震台网观测报告的定位结果，震源深度更浅，在6 km深度以下的地震所占比例大大增加，表明该震群的主体破裂位置为上地壳浅表部位． 由图 3还可以看出随着时间的推移，该震群的位置并没有发生明显的迁移．

图  3  金寨震群重定位前(a)、 后(b)震中、 震源深度及定位残差分布

Figure  3.  Distribution of epicenter, focal depth and location residue before(a) and after(b)relocation of Jinzhai earthquake swarm

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3.2   金寨震群震源机制解

采用Snoke方法计算得到金寨震群中15次M_L≥3.0地震的震源机制解，具体计算过程详见倪红玉等(2011)和洪德全等(2013)文章． 以10月26日M_L3.9地震(目前最大地震)为例，选用震中附近300 km以内25个信噪比较高的台站，获得28个P波初动(包括直达波和首波)、 2个SH波初动和28个振幅比数据． 设初动总矛盾数为0，以0.50为振幅比对数(以10为底)的观测值与计算值之差的绝对值上限，超过上限的振幅比为矛盾振幅比． 设振幅比的矛盾数为5，得到9组解，如图 4a所示． 表 2列出了所有震源机制解，可以看出，9组解中节面I的走向为125°—130°，倾角为75°—88°，滑动角为2°—20°，参数差别较小，表明震源机制解的约束较好． 选取振幅比矛盾数和总均方差均为最小的第3组解作为最佳解(图 4b)，即节面Ⅰ的走向为125°，倾角为79°，滑动角为17°； 节面Ⅱ的走向为32°，倾角为74°，滑动角为168°； P轴的方位角、 倾角分别为258°和3°； T轴的方位角、 倾角分别为349°和20°； N轴的方位角、 倾角分别为158°和70°． 以相同的方法得到金寨震群中其余14次M_L≥3.0地震的震源机制解，如图 5所示，表 3列出了其具体参数． 在计算过程中，对于一次地震，初动数据至少20个，振幅比数据至少20个，初动矛盾比均小于1/20，振幅比矛盾比均小于1/4，几组震源机制解的离散程度较低，表明所得的震源机制解较为可靠．

图  4  用Snoke方法计算得到的2014年10月26日M_L3.9地震的震源机制解  (a)所有解；(b)最佳解

Figure  4.  Focal mechanism solutions of the 26 October 2014 M_L3.9 earthquake calculated by Snoke method where dots represent positive polarity of P waves， open circles represent negative polarity of P waves   (a)All of solutions;(b)Optimized solution

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表  2  用Snoke方法计算得到的2014年10月26日M_L3.9地震的震源机制解误差

Table  2.  Error of focal mechanism solutions of the 26 October 2014 M_L3.9 earthquake calculated by Snoke method

序号	震源机制解				矛盾个数		振幅比均方差	总均方差
	走向/°	倾角/°	滑动角/°		P波初动	振幅比
1	125	89	20		0	5	0.28	0.38
2	125	83	19		0	5	0.27	0.37
3	125	79	17		0	4	0.29	0.37
4	130	80	18		0	4	0.27	0.40
5	128	89	15		0	5	0.27	0.40
6	127	84	14		0	4	0.28	0.39
7	126	79	10		0	4	0.30	0.38
8	127	75	3		0	5	0.24	0.42
9	129	81	4		0	5	0.25	0.43

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本文同时采用CAP方法反演了其中7次M_L≥3.5地震的震源机制解，如表 3所示，具体计算过程详见洪德全等(2013)文章． 图 6给出了2014年10月26日M_L3.9地震(目前最大地震)的震源机制解拟合误差随不同震源深度的变化，可以看出，震源深度为3 km时震源机制解的拟合误差最小，表明该地震的震源深度为3 km． 图 7给出了3 km深度处理论合成波形与实测波形的拟合，可以看出，9个台站的波形拟合整体较好，相关系数大于0.6的占84%，反演方差为5.94×10^-6，表明反演结果较稳定． 反演结果为： 矩震级M_W=3.6； 节面I的走向为130°，倾角为74°，滑动角为19°； 节面Ⅱ的走向为34°，倾角为72°，滑动角为163°； P轴的方位角、 倾角分别为262°，1°； T轴的方位角、 倾角分别为353°，25°； N轴的方位角、 倾角分别为169°，65°． 该参数与Snoke方法所得参数非常接近，其余6次M_L≥3.5地震的震源机制解结果均与Snoke方法反演结果较为一致，进一步表明所得结果的可靠性高． 另外在震源机制解反演的同时，采用CAP方法所得到的这7次M_L≥3.5地震的最佳震源深度为2—4 km，与双差定位结果基本一致，均表明本次金寨震群的震源非常浅．

表  3  金寨震群中15次M_L≥3.0地震的震源机制解

Table  3.  Focal mechanism solutions of 15 M_L≥3.0 earthquakes in Jinzhai earthquake swarm

序号	方法	发震时间	ML	节面Ⅰ				节面Ⅱ				P轴			T轴			B轴
		月-日		走向/°	倾角/°	滑动角/°		走向/°	倾角/°	滑动角/°		方位角/°	倾角/°		方位角/°	倾角/°		方位角/°	倾角/°
1	Snoke	10-22	3.0	127	83	29		33	61	172		257	14		354	26		140	60
2	Snoke	10-22	3.7	125	83	19		33	71	173		258	8		350	18		144	70
	CAP		3.7	316	65	16		219	75	154		269	7		176	29		11	60
3	Snoke	10-26	3.9	125	79	17		32	74	168		258	3		349	20		158	70
	CAP		3.9	130	74	19		34	72	163		262	1		353	25		169	65
4	Snoke	10-26	3.7	127	83	29		33	61	172		257	14		354	26		140	60
	CAP		3.7	140	71	-9		232	83	-160		98	20		5	7		256	69
5	Snoke	10-26	3.4	121	85	30		28	61	174		251	17		349	24		130	60
6	Snoke	10-28	3.6	138	82	24		44	67	171		269	10		3	23		156	65
	CAP		3.6	140	66	10		46	81	156		95	10		0	24		207	64
7	Snoke	10-29	3.1	128	76	32		30	59	164		256	11		353	33		149	55
8	Snoke	10-29	3.0	140	71	36		37	56	157		266	10		4	38		164	50
9	Snoke	11-06	3.4	126	82	24		32	67	171		257	10		351	23		144	65
10	CAP	11-06	3.4	145	60	46		28	51	140		265	5		1	53		171	34
	Snoke		3.3	125	83	19		33	71	173		258	8		350	18		144	70
11	Snoke	11-11	3.6	141	85	30		48	61	174		271	17		9	24		150	60
	CAP		3.6	142	80	-8		233	82	-169		98	13		7	1		271	77
12	Snoke	11-11	3.5	140	78	22		46	69	167		272	6		4	24		168	65
	CAP		3.5	145	81	6		54	84	171		99	2		9	11		201	79
13	Snoke	11-11	3.1	136	70	15		41	76	159		89	4		357	24		188	65
14	Snoke	12-05	3.3	138	86	45		44	45	175		262	27		11	33		141	45
15	Snoke	12-08	3.3	137	87	40		44	50	176		264	24		8	30		141	50

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图  5  用Snoke方法计算金寨震群中15次M_L≥3.0地震的震源机制解，图中地震序号与表 3相对应

Figure  5.  Focal mechanism solutions of 15 M_L≥3.0 earthquakes in Jinzhai earthquake swarm calcu- lated by Snoke method where the numbers of the earthquakes correspond to those in Table 3

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图  6  CAP方法反演2014年10月26日M_L3.9地震震源机制解的误差随震源深度的变化

Figure  6.  The misfit error distribution of focal mechanism solution of the 26 October 2014 M_L3.9 earthquake calculated by CAP method as a function of focal depth

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图  7  2014年10月26日M_L3.9地震的理论地震波形(红色)与观测地震波形(黑色)的对比  波形左端为台站代码，其上下数字分别表示震中距(单位： km)和方位角； 波形下方第一行  数字为理论地震图相对观测地震图的时移(单位： s)，第二行数字为二者的相关系数

Figure  7.  Comparison between synthetic waveforms(red lines) and observed ones (black lines)of the M_L3.9 earthquake on 26 October 2014  The station codes are given at the left of waveforms with epicentral distances(in unit of km)at the top and azimuths at the bottom，the numbers of the first line below the waveforms are the time shifts (in unit of s)，the numbers of the second line are their correlative coefficient

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从表 3和图 5可以看出，金寨震群15次M_L≥3.0地震震源机制解的一致性较好，这与黄显良等(2015)采用震源一致性参数、 体波谱振幅和台站极性的研究结果一致． 15次地震的震源机制解中： 节面I的走向约为133°(313°)，呈NW向，倾角约为78°，滑动角约为22°，节面Ⅱ的走向约为38°(218°)，呈NNE向，倾角约为68°，滑动角约为167°; P轴方位角约为264°(85°)，倾角约为6°，T轴方位角约为357°(177°)，倾角约为24°． 这表明本次震群可能为近E-W向的水平挤压和近N-S向的水平拉张应力场作用下的走滑型地震活动，与前人对该区域构造应力场的研究结果基本一致(刘泽民等，2011； 倪红玉等，2012)．

4.   讨论与结论

本文采用双差定位方法对2014年金寨M_L3.9震群序列重定位，通过CAP方法和Snoke方法计算了该震群序列中较大地震的震源机制解，得到的主要结论如下：

1)基于金寨震区周边的地壳速度结构，采用HypoDD方法对金寨震群进行重定位，得到470个地震事件的基本参数． 结果表明，金寨震群整体的空间分布无明显的展布方向，地震密集分布在2 km×2 km的范围内，震源深度较浅，分布于1—8 km深度，3—7 km区间相对集中，表明该震群的主体破裂发生在上地壳浅表部位．

2)计算震源机制解时，本文采用了原理完全不同的两种方法Snoke方法和CAP方法，两者的计算结果较为一致，保证了分析的可靠性． 结果表明15次M_L≥3.0地震震源机制解的一致性较好，节面位置基本一致，两组节面的走向分别呈NW向和NNE向，倾角均较高，可能为近E-W向的水平挤压和近N-S向的水平拉张应力场作用下的走滑型地震活动，与前人对该区域构造应力场研究的结果基本一致(刘泽民等，2011； 倪红玉等，2012)． 在震源机制解反演的同时，利用CAP方法得到7次M_L≥3.5地震的最佳震源深度，为2—4 km，与双差定位结果基本一致. 这些均表明本次金寨震群的震源深度非常浅，也与地震造成的有感程度强、 地声现象明显等现象一致．

3)双差定位结果显示金寨震群位于青山—晓天断裂的北侧、 断裂F的东侧，其空间分布无明显的展布方向． 震源机制解结果表明，金寨震群两组节面的走向分别呈NW向和NNE向，倾角均较高，但是无法区分哪个节面为发震断层面． 加之金寨震群的震级较小，因此很难准确判断其发震断层． 由于青山—晓天断裂是一条活动断裂(姚大全等，2003)，其与落儿岭—土地岭断裂的交汇部位往往有中强地震发生(1917年1月24日霍山M6 1/2 地震和1917年2月22日霍山M5 1/2 地震)，现代小震也非常频繁，并且震源机制解结果显示青山—晓天断裂的走向与金寨震群震源机制解节面Ⅱ的走向较为吻合，因此初步推测金寨震群可能与青山—晓天断裂有关．

4)本文研究表明金寨震群震源机制解的一致性程度较高，与黄显良等(2015)采用震源一致性参数、 体波谱振幅和台站极性的研究结果一致． 国家地震局监测预防司(1997)的研究结果表明，地震序列震源机制解的变化过程存在规律性，具有重要的前兆意义． 前震时段小震震源机制解的相对一致性往往是地震活动增强的标志，而震源机制解的相对紊乱往往伴随着余震或地震群活动的减弱(朱航，龙锋，2005)． 因此，从震源机制解的一致或紊乱可以判断震群中最大地震是否已经过去(陈颙，1978)． 金寨震群的地震活动自2015年1月后呈明显减弱的趋势，截至2015年7月也未记录到M_L≥3.0地震． 因此震群序列震源机制解的一致性程度高是否仅表明应力水平较高，是否一定会发生更大地震，均有待于进一步的震例积累．

5)自有现代仪器记载以来，金寨震区周边从未记录到像本次震群这样频度高、 持续时间长的地震序列活动，震区原地也未记录到小震活动． CAP方法和双差定位方法的结果均表明本次金寨震群的震源深度非常浅，且震区附近存在有4级梯级水库(总库容840万m³)，该震群是否与水库有关，有待进一步深入研究．