Focal mechanism solutions and spatio-temporal variations of the present tectonic stress field in Capital Circle region
-
摘要: 基于2009年1月至2017年11月首都圈地区发生的8 061个地震事件的23 293条P波初动极性数据，采用改进的格点尝试法计算了首都圈地区单次地震的震源机制解和小震综合断层面解。在初步分析这些数据的基础上，利用计算得到的单次地震的震源机制解和搜集到的已有历史地震的震源机制解数据，运用线性反演法对首都圈地区构造应力场的时空变化特征进行了研究。结果显示：① 研究区的地震震源机制解类型以走滑型为主，正断型次之，这些地震震源机制解的P轴方位大都为ENE向和近EW向，与该地区的构造应力场方向基本一致，仅有个别地震的P轴方位为NNW向；② 首都圈地区的构造应力场具有较好的一致性和连续性，最大主应力轴方位由西部的ENE向至东部的近EW向呈现顺时针旋转的趋势，应力类型整体上为走滑型，这与以往的研究结果相一致；③ 通过与已有研究结果相比较认为：京西北地区现今构造应力场是相对稳定的，最大主应力轴未呈明显改变；唐山地区和北京地区的构造应力场（最大主应力轴）在1976年唐山地震前后可能发生了变化，唐山地震后一年至今（1977—2017年）是否发生变化，依据现有的计算结果尚不得而知，需要更多的研究来进一步验证.Abstract: Based on 23 293 P-wave polarities of 8 061 earthquakes occurred during the period from January 1, 2009 to November 30, 2017, we calculate the focal mechanism solutions of single earthquakes and composite fault plane solutions with improved grid point test method. On the basis of preliminary analysis on these data, using obtained focal mechanism solutions and the focal mechanism solutions of historical earthquakes, we discuss the spatio-temporal variation of the present tectonic stress field in Capital Circle region by linear inversion method. The result shows that the focal mechanism solutions are mainly of strike-slip type in the studied region and the second is normal-faulting type. The P axis azimuths of these focal mechanism solutions mostly trend ENE or almost EW, which is consistent with the tectonic stress field in the region; except that P axis azimuths of a few earthquakes are in NNW direction. The results by Michael’s inversion method show that tectonic stress field of Capital Circle region present good consistency and continuity. The orientation of maximum principal stress axis is in ENE to nearly EW direction from west to east. On a whole, the stress is of strike-slip type, which is consistent with the results of previous scholars. Comparison with the previous research results indicates that the present stress field in northwest of Beijing is in relatively stable state, and the maximum principal stress axis has no obvious variation. But for Tangshan region and Beijing region, the tectonic stress field probably exhibits some variations before and after the 1976 Tangshan earthquake. Whether there is any variations of maximum principal stress axis since the Tangshan earthquake （1977—2017） in the studied region is unknown according to present calculation results, which need to be further verified.
-
引言
人工神经网络（artificial neural networks，缩写为ANN）在过去的三十年中取得了长足的发展，从最开始模仿神经元而建立数学模型发展到如今已经成为广泛应用于众多领域的实用技术（Murphy，2012；Jordan，Mitchell，2015），特别是在地震学领域也有很多应用，例如地震识别和分类（Dysart，Pulli，1990；Ursino et al，2001；周本伟等，2020）、地震相位拾取（Tiira，1999；Wiszniowski et al，2014；李安等，2020）等。深度神经网络作为人工神经网络的一个分支，由于需要大量的训练数据和其它约束条件，并未得到广泛使用，但最近十多年里该技术在数据收集、存储、传输和分析等方面的应用得到了突破性的发展。数据的爆炸性增长迫切需要能够对其进行有效分析的方法，而深度神经网络正好可以满足这一迫切需求，而且由于该方法具有对事物或抽象概念建立更复杂模型的能力，因而在处理大样本和复杂函数关系时更为便捷（隗永刚等，2019）。对于运用深度学习方法的地震学研究，其核心是利用深度学习模型分析数据以获取、使用有效的信息。经过地震学研究人员近年来的努力，深度学习技术已成功用于许多挑战性的研究中，例如地震岩性预测（Zhang et al，2018）、地震事件检测与定位（Huang et al，2018）、地震相位检测与拾取（Zhu et al，2019）、相位关联（Ross et al，2019）等。而现阶段，地震的准确预测作为公认的世界性科学难题，还很难实现（张肇诚，张炜，2016）。为了预防地震带来较大的危害和损失，须根据当地的抗震设防标准进行抗震设计。在工程抗震设计、研究和分析中，往往需要选择实际的地震动记录来代表地震对结构的作用，亦或是代表施加于该结构的一种地震荷载（谢礼立，翟长海，2003）。对于工程而言，考虑到路径和场地的影响，实际的地震动应该是当地的大震记录，显然满足此要求的地震动记录很少，甚至很多地方都无大的地震动记录，这就需要对当地的地震动记录进行一定调整以使其满足作为地震动输入的要求。国外对这方面的研究开展较早，美国太平洋地震研究中心（Pacific Earthquake Engineering Research，缩写为PEER）将地震动记录的缩放方法分成五类：① 通过震级、断层距将记录在已知结构基本周期处的加速度谱值缩放至目标谱在该周期处的值；② 通过缩放记录幅值，使所选记录的反应谱与危险谱拟合一致；③ 选择的记录谱应很好地拟合条件均值谱（Baker，Cornell，2005；Baker，Cornell，2006）；④ 所选记录的
$ \varepsilon $ 应与预测地震的$ \varepsilon $ 值相接近，$ \varepsilon $ 是给定周期点的记录谱值与地震动预测方程平均值的差值（Goulet et al，2004），$ \varepsilon $ 在预测结构反应上有显著表现，是一个谱形的指标（Goulet，2005；Goulet et al，2006）；⑤ 所选记录的位移谱应较好地拟合非线性目标位移谱（Baker，Cornell，2006b）。而在国内，对于地震动输入多是选择比较常用的大震记录，对于地震动记录的处理往往是将加速度记录调整到目标场地、目标设防的规范加速度值（朱晓炜，2011），具有明显的局限性。为了选择一个合适的地震动记录调整方法，本文拟建立一个卷积神经网络（convolutional neural networks，缩写为CNN）来分析地震加速度时程记录的特征，并选择归一化的加速度记录作为样本输入以训练模型对大、小地震进行分类，并基于单方向地震加速度记录来判断地震的震级大小，由此判断小震记录经过调整是否具有一定的大震特性，以提高抗震分析的有效性。1. 数据预处理
在训练过程中，为了提高模型的有效性，确保每个样本数据的规模相当，需先对数据进行归一化处理，使每个地面运动记录输入具有相同的峰值加速度。将每个地震加速度记录定义为一组向量，即
$$ {\boldsymbol{x}} ＝ [{x_1}， {x_2}， \cdots， {x_n}] ， $$ (1) 取每个地震记录的绝对加速度最大值为
$$ {x_{\max}} ＝ \max （ \left| {{x_1}} \right|， \left| {{x_2}} \right|， \cdots， \left| {{x_n}} \right| ） ， $$ (2) 依次将每个加速度值除以加速度最大绝对值xmax，相应的归一化公式为
$$ x_i^* ＝ \frac{{{x_i}}}{{x{}_{\max}}}{， } \qquad i=1{， }2{， }\cdots{， }n， $$ (3) 式中，
$ x_i^* $ 为地震记录的归一化值，xi为地震记录的加速度值。卷积神经网络要求每个地震记录样本的输入形状必须一致，但地震记录具有不同的持时和采样频率，因此，在数据预处理阶段，本文以20 s的采样时间和100 Hz的采样频率对每个地震记录进行均匀采样。在每个地震记录截取五段共获取20 s长的输入数据，前0.05%的阿里亚斯强度（Arias，1970）是采样的起点，后0.05%的阿里亚斯强度是采样的终点，起点与终点之间平均取五段，每段的采样时间为4 s，总计20 s，如图1所示。
![]()
图 1 预处理阶段采样图红线部分是采样频率为100 Hz的五个采样位置，每个位置采样时长为4 s，五个部分共20 sFigure 1. Pre-processing samplingThe red boxes delineate the five sampling positions with a sampling frequency of 100 Hz. The sampling time of each position is 4 s，and the five parts are 20 s in total2. 卷积神经网络模型
近年来，深度学习的飞速发展使其成为智能数据分析的有力工具，而地震学是一门以数据为驱动力的学科，因此构建深度学习模型成为我们的首选，其中卷积神经网络因其特征提取的鲁棒性而被广泛应用。特别是在语音识别领域中（Sainath et al，2013；Tóth，2013；Qian et al，2016；Sercu et al，2016；Yu et al，2016），每个人的发音大不相同，卷积神经网络因为有局部滤波和最大池化技术可以有效地消除这种差异，有利于语音的声学建模，并且可以提高训练效果。考虑到地震动数据在很多方面与语音数据相似，例如都需要介质，都是通过振动传播，都是非平稳时间序列信号等，本文拟采用卷积神经网络模型基于地震动记录识别地震的大致震级。
如图2b所示，模型中卷积层共有三层，每一层只有一个卷积层，没有池化层。每层分为五个部分，分别对应于每个样本的五段输入，也就是采样过程中的五段数据。第一层每段输入数据形状为1×400，核心数为4，卷积窗尺寸为1×5，步长为5；第二层卷积层将第一层卷积层的输出作为输入，核心数为8，卷积窗尺寸为1×4，步长为4；第三层卷积层将第二层输出作为输入，核心数为16，卷积窗尺寸为1×2，步长为2。上述卷积层的所有激活函数都使用ReLu激活函数（Krizhevsky et al，2017），这是因为ReLu激活函数可以有效地避免梯度消失和过度拟合的问题，并且具有样本导数形式，可以加快训练速度。ReLu激活函数如下：
![]()
图 2 神经网络模型从输入数据到获取分类结果的流程图（a） 模型的流程说明；（b） 模型的架构Figure 2. Flow chart of neural network model from data inputting to classfication result acquirement（a） Process description of the model；（b） Model architecture$$ {\rm{ReLu}} （ x ） ＝\max （ 0，x ） {\text{.}}$$ (4) 样本每次经过卷积层时，数据长度都会以卷积步长为倍数而减少，数据宽度会以核心数为倍数而增加。在三层卷积层之后，样本的五段数据形状为16×10。
因为全连接神经网络的输入是线性的，所以需要对卷积层的输出结果进行线性处理。将卷积层输出的结果经过两个全连接层之后合并为一条线性数据，然后在三个全连接层之后输出两个结果，它们分别代表模型判断样本为大震或小震的概率。除最后一层之外，所有层的激活函数均使用ReLu激活函数。最后一层不使用激活函数，但是在计算损失函数时会添加一个softmax ［ 式（5） ］ 层。Softmax激活函数在规范化过程中使用指数形式，这意味着较大的值更大而较小的值会更小，增加了区分的对比度，可使模型训练更加有效，这对于分类问题尤其重要。
$$ {\rm{softmax}} （ {x_i} ） ＝ \frac{{{{\rm{e}}^{{x_i}}}}}{{\displaystyle\sum\limits_{j ＝ 1}^n {{{\rm{e}}^{{x_j}}}} }} ，\qquad i＝1， 2， \cdots， n {\text{.}}$$ (5) 本文使用自适应矩估计优化器（adaptive moment estimation optimizer，缩写为Adam）来训练模型。该优化器针对AdaGrad和RMSProp的缺点弥补而来，具有以下优点：实现简单且计算效率较高，几乎无需调整超参数，可以自动调节学习速度，非常适合大型数据和参数模型训练。
本文模型所用训练集和验证集数据来自K-NET和KiK-net，共有11万9 760个地震记录，涉及1 698个台站。按时间顺序排列，将9万1 488个记录作为训练集，2万8 272个记录作为验证集，共6万8 580个大震记录和5万1 180个小震记录。
3. 超参数调整
模型训练过程中，超参数的调整对训练效率和训练结果均会产生影响，本文涉及两个超参数：学习率和批量（batch size）。
1） 学习率。学习率是模型每次减小损失函数值的程度，学习率参数值设置得较大，则模型前几次可能会很快收敛，但学习率设置得过大，可能使模型无法达到全局最优，学习率参数值较小对训练效率也会产生较大的影响。在保证其它变量相同的情况下用控制变量法测得模型训练过程中的准确率，结果如图3所示。可见：当学习率为0.001 （橙线）时，随着训练次数的增加，训练集的准确率逐步提高，测试集的准确率反而下降，出现了过拟合现象，也就是模型过度拟合训练集，因而导致该模型在其它数据集上的表现不佳；当学习率为0.01 （蓝线）和0.000 1 （绿线）时，训练集的准确率表现基本持平，而学习率为0.01 （蓝线）时模型在测试集更胜一筹，所以面对其它数据学习率为0.01 （蓝线）的模型可能会有更好的效果。因此本文将学习率设置为0.01，每迭代一周学习率乘以0.99，随着训练次数增加，学习率逐渐降低，使模型损失更接近全局最小值。
![]()
图 3 不同学习率下训练集（a）和测试集（b）的准确率随训练次数增加的变化Figure 3. The change in the correct rates of the trainings set （a） and the test set （b） with the training time increasing on the condition of different learning rate2） 批量（batch size）。批量是指每次输入模型的样本数量，批量太小容易使模型收敛方向出现偏差，太大容易使模型困在局部最优而无法达到全局最优。根据训练集和测试集准确率的变化（图4），可以看到不同批量情况下均出现了程度不同的过拟合现象。考虑到模型以较强的泛化能力和最低过拟合现象为佳，我们选取批量为400，这种情况下模型在训练过程中过拟合现象最轻且在测试集效果最好，有较强的泛化能力。这样我们就可以选择出现过拟合现象前的模型作为最终结果。
![]()
图 4 不同批量大小下训练集（a）和测试集（b）的准确率随训练次数增加的变化Figure 4. The change in the correct rates of the trainings set （a） and the test set （b） with the training time increasing on the condition of different batch size4. 训练结果
本文提出使用CNN识别地震震级大小的方法。在对原始地震数据进行筛选和归一化之后，使用CNN模型对预处理后的地震记录进行识别和分类。经过100次训练后，将验证数据集上精度最高的模型用于分析。模型准确率统计流程如图5a所示，训练准确率随训练次数的变化如图5b所示，部分记录的识别结果展示在图5c中，图中的四个记录分别来自AIC010，A0M013，AKT021和AKT002台站，地震分别发生于2006年9月24日，2015年3月6日，2014年10月11日和2012年8月14日。结果显示：基于11万9 760个记录进行训练，以M5.5作为分界线进行分类，该模型在训练集上的平均准确率达到93.6%，在测试集上的平均准确率达到92.3%。根据统计，当地震震级处于5.0—5.9范围内即在M5.5附近时，模型的准确率仅为79.7%，这与平均准确率之间的差距较大，因此以M5.5作为地震震级分类界限是可行的。
![]()
图 5 （a） 计算模型精度的流程；（b） 准确率；（c） 模型对于部分记录的识别结果Figure 5. （a） The flowchart of calculating model accuracy；（b） Training accuracy；（c） The recognition results of the model for some recordings5. 讨论与结论
本文以归一化的地震动记录为数据集来构建卷积神经网络，分类效果良好，初步得到以下结论：① 模型进行了多次对比训练，均出现了不同程度的过拟合现象，可采用文中提到的早停法等策略解决；② 超参数中的学习率大小宜适中，学习率过大，模型不易收敛，过小则训练较慢，批量过大容易造成局部最小，过小则训练过程中波动太大；③ 模型能够识别经过归一化的地震动记录的震级大小，说明地震的加速度时程记录带有一定的地震震级信息。
尽管该模型具有比较好的训练效果，但仍有一些问题需要解决，还有需要优化的方面：
1） 如何选择分类分界线来区分大地震与小地震。我们使用M5.5作为模型的分类标准，仅基于简单的统计信息，且M5.0—5.9地震记录在模型中的平均准确率为79.7%，远低于整个数据集的平均准确率，所以我们初步判断M5.5作为分类界限有一定可行性，但可能会有更合适的震级界线来区分大小地震，应该也在M5.5左右，未来我们会不断尝试优化模型，找到一个最优震级作为分类界限；
2） 本文使用的数据来自K-NET和Kik-net，尚需验证该模型是否适用于其它地区。下一步会将来自其它国家地区的数据添加到训练数据中，以提高模型的泛化能力；
3） 未来我们会不断优化模型，并基于该模型测试常见的地震动模拟以及调整方法所得的模拟地震动或者经调整的小震记录能否被模型识别为大震，为这些方法的选择及模拟或调整效果提供参考。另一方面，基于该模型深入研究，不拘泥于二分类，可以做成大、中、小地震的三分类问题，甚至可以直接识别出大致震级等延展性工作。
-
![]()
图 1 单次地震震源机制解空间分布图
Figure 1. Spatial distribution of the focal mechanism solutions for single earthquakes
![]()
图 2 首都圈地区小震分布及应力分区图
Figure 2. Epicentral distribution of small earthquakes and stress subregions division in Capital Circle region
![]()
图 3 首都圈地区3个分区的综合断层面解（a）及其P，T，B轴分布（b）
图（a）中蓝色点为压缩初动，绿色点为膨胀初动，黄色线为解区内可选取的节面，红色线为聚类后的平均解节面
Figure 3. Composite fault plane solutions （a） and P，T，B axes （b） for the three subregions of Capital Circle region
In Fig. （a），blue points are compressional first motions，green points are dilatational first motions，yellow lines are nodal planes of the selected solutions，and red lines are post-clustering average nodal planes
![]()
图 4 研究区震源机制解类型分布及反演计算分区
图中震源机制解球的大小与震级大小成比例，橘黄色框区域为唐山区，紫色框区域为研究区西部地区
Figure 4. Distribution of the type of focal mechanism solutions and region division for inversion calculation
The size of focal mechanism solution is proportional to magnitude. The orange wireframe is Tangshan area，and the purple one is western area of the studied region
![]()
图 5 唐山区（a）和研究区西部地区（b）的主应力轴及其置信区间的下半球等面积投影
图中彩色区域为各主应力轴方位的95%置信区间
Figure 5. Lower-hemisphere equal-area projection of principal stress axes and their confidence regions for the Tangshan subregion （a） and the western studied region （b）
The colored areas represent the 95% confidence regions for the orientation of each principal stress axis in the figure
![]()
图 7 由震源机制解数据反演得到的最大主应力方位结果图
橘黄色框为唐山区，紫色框为研究区西部地区
Figure 7. The azimuth of maximum principal stress by focal mechanism solution inversion
The orange wireframe is Tangshan area，and purple wireframe is western area of the studied region
![]()
图 8 研究区各应力分区P轴方位随时间变化图
图中四个时段分别为1966—1976年、1977—1998年、2002—2006年和2009—2017年，前3个时段的具体时间参见李瑞莎等（2008）
Figure 8. Temporal change of the P-axis orientations for each subregion in the studied region
Four time intervals are respectively 1966—1976，1977—1998，2002—2006，2009—2017. The specific time of the former three time intervals are defined in Li et al （2008）
![]()
图 6 综合断层面解的P轴方位结果图
红色箭头为各区小震综合断层面解的P轴方位；蓝色框为本文计算的3个应力分区的边界；紫色框为邢台区，采用胡幸平和崔效锋（2013）的结果
Figure 6. The P-axis orientation of composite fault plane solutions
Red arrows represent the P-axis orientation of composite fault plane solution. Blue wireframe is boundary of the three subregions，and purple wireframe is Xingtai area with the result from Hu and Cui （2013）
表 1 单次地震震源机制解
Table 1 Focal mechanism solutions of single earthquakes
序号 发震日期 震中 深度
/kmMS 节面Ⅰ 节面Ⅱ P轴 B轴 T轴 矛
盾
比东经
/°北纬
/°走向
/°倾角
/°滑动
角/°走向
/°倾角
/°滑动
角/°方位
/°倾角
/°方位
/°倾角
/°方位
/°倾角
/°1 2009-06-17 113.12 39.38 7.5 1.8 98 64 −53 218 44 −141 55 55 259 33 162 11 0.04 2 2010-07-09 113.19 39.25 9.2 3.5 210 68 −148 107 60 −25 71 38 241 52 337 5 0.17 3 2010-09-17 114.20 39.79 8.2 3.1 11 69 −161 274 72 −22 232 28 57 62 323 2 0.13 4 2011-02-14 116.37 40.35 6.8 2.8 29 83 160 122 70 8 77 9 190 69 344 19 0.06 5 2011-05-11 113.83 39.61 9.4 2.7 279 69 −47 31 47 −150 235 48 81 39 340 13 0.22 6 2011-06-20 114.29 40.42 7.9 3.1 159 50 −77 320 42 −105 129 80 331 10 240 4 0.18 7 2011-12-22 116.60 38.86 7.0 1.5 257 55 111 43 41 63 332 7 64 17 220 71 0.14 8 2012-05-28 118.47 39.71 7.9 2.0 244 66 −166 149 78 −25 104 26 304 62 198 8 0.14 9 2012-05-28 118.43 39.74 13.3 4.7 245 81 159 339 70 10 294 8 43 67 201 21 0 10 2012-06-18 117.53 38.65 15.5 4.0 57 89 −136 325 46 −2 290 31 58 46 182 28 0 11 2012-11-22 114.66 39.98 7.7 3.2 190 50 −158 86 74 −42 40 41 249 45 143 15 0.11 12 2013-02-22 113.82 39.89 8.8 4.1 354 68 180 84 90 22 217 15 86 68 312 16 0.03 13 2014-09-06 115.41 40.29 17.6 4.3 221 84 −167 129 77 −6 86 14 243 75 354 5 0.07 14 2015-12-10 113.01 38.72 9.0 3.7 24 88 −176 294 86 −2 249 5 51 85 159 2 0 
下载: 导出CSV
表 2 首都圈地区3个分区的综合断层面解
Table 2 Composite fault plane solutions for the three subregions of Capital Circle region
P轴 B轴 T轴 矛盾比 走向/° 倾角/° 走向/° 倾角/° 走向/° 倾角/° 唐山区 81 11 243 79 351 3 0.31 北京区 76 13 272 76 166 4 0.33 京西北区 250 16 75 74 340 1 0.33
下载: 导出CSV
表 3 历史地震震源机制解数据
Table 3 The focal mechanism solutions of historical earthquakes
序号 发震日期 震中 MS 节面Ⅰ 节面Ⅱ P轴 B轴 T轴 类
型东经
/°北纬
/°走向
/°倾角
/°滑动
角/°走向
/°倾角
/°滑动
角/°方位
/°倾角
/°方位
/°倾角
/°方位
/°倾角
/°1 1976-07-28 118.00 39.40 7.8 229 43 −163 126 79 −49 75 41 297 40 186 22 NS 2 1969-07-18 119.40 38.20 7.4 24 85 170 115 80 5 69 3 174 79 339 11 SS 3 1976-07-28 118.50 39.70 7.1 72 44 −110 279 49 −71 256 76 87 14 356 3 NF 4 1976-11-15 117.70 39.40 6.9 318 56 −9 53 83 −145 281 29 63 55 181 18 SS 5 1998-01-10 114.51 41.12 6.3 207 54 135 327 55 46 87 1 356 35 178 55 TF 6 1967-03-27 116.50 38.50 6.3 195 61 174 287 85 29 58 17 296 60 155 24 SS 7 1977-05-12 117.70 39.20 6.2 322 52 8 227 83 142 280 21 38 51 177 31 SS 8 1976-07-28 117.80 39.20 6.2 341 72 24 244 67 160 111 4 14 60 204 30 SS 9 1989-10-19 113.91 39.92 5.9 200 75 −175 109 85 −15 64 14 270 74 155 7 SS 10 1991-03-26 113.89 39.93 5.9 106 82 7 15 83 172 60 1 154 80 330 10 SS 11 1989-10-18 113.88 39.94 5.7 204 76 −176 113 86 −14 68 12 278 76 160 7 SS 12 1999-11-01 113.98 39.91 5.6 122 72 −7 214 84 −161 79 18 232 70 347 8 SS 13 1981-08-13 113.41 40.58 5.6 183 80 −178 92 88 −10 47 9 261 79 138 6 SS 14 1976-08-31 118.70 39.80 5.6 253 67 −143 147 56 −28 114 42 280 47 18 7 NS 15 1989-10-19 113.87 39.92 5.5 92 44 −39 212 64 −127 75 54 231 33 328 11 NF 16 1976-08-19 117.48 39.22 5.5 35 65 −147 290 60 −29 255 40 68 50 161 3 NS 17 1973-12-31 116.80 38.40 5.3 198 65 179 289 90 25 61 17 289 65 156 17 SS 18 1980-02-07 117.54 39.31 5.3 226 86 164 317 74 4 273 8 33 74 181 14 SS 19 1977-11-27 118.00 39.40 5.1 250 45 −90 70 45 −90 180 90 70 0 160 0 NF 20 1969-07-18 119.00 38.00 5.1 147 70 −3 238 87 −160 104 16 246 70 12 12 SS 21 1976-08-24 117.43 39.62 5.1 192 85 −170 101 80 −5 58 11 218 79 327 4 SS 22 1995-10-06 118.55 39.72 5.0 75 85 −155 342 65 −6 301 21 86 64 206 13 SS 23 1971-12-27 114.40 38.40 5.0 254 64 9 160 82 154 210 12 324 62 114 24 SS 24 1984-01-07 118.45 39.43 5.0 265 88 20 174 70 178 38 13 270 70 131 15 SS 25 1982-10-19 118.98 39.96 4.9 116 61 −5 208 86 −151 75 23 215 61 338 17 SS 26 2006-07-04 116.15 39.07 4.9 110 65 8 16 83 155 66 12 181 64 330 23 SS 27 1971-08-05 114.50 38.36 4.8 206 80 170 298 80 10 252 0 343 76 162 14 SS 28 1976-12-02 117.50 39.60 4.7 9 47 166 109 80 43 232 21 120 45 339 38 SS 29 1978-04-21 114.20 40.60 4.6 53 35 −132 280 65 −65 230 61 88 24 351 16 NF 30 1974-05-07 119.30 39.50 4.5 24 90 169 114 79 3 69 8 204 79 338 8 SS 31 1972-03-25 116.60 40.60 4.4 13 90 180 283 90 0 58 0 0 90 148 0 SS 32 1978-10-04 113.60 39.50 4.3 207 64 −173 113 84 −35 68 21 281 63 162 9 SS 33 1970-05-25 118.10 39.55 4.2 195 75 −176 104 86 −15 58 14 267 74 150 7 SS 34 1976-09-28 116.63 39.75 4.2 51 90 175 141 85 0 96 4 231 85 5 4 SS 35 1976-04-22 117.10 38.70 4.1 219 70 178 311 85 21 83 10 325 69 177 18 SS 36 1973-09-21 116.33 39.05 4.1 35 60 146 144 61 35 269 1 178 46 0 44 TS 37 1974-12-15 117.70 39.50 4.1 18 50 −148 267 65 −44 225 49 63 40 326 9 NS 38 1978-06-01 113.55 39.80 4.1 221 70 −137 114 50 −26 86 44 241 44 344 13 NS 39 1979-06-30 119.85 38.40 4.0 5 83 154 98 64 8 54 13 171 63 318 23 SS 40 1967-11-18 116.60 40.50 4.0 12 45 107 168 46 73 90 0 180 12 0 75 TF 注：SS为走滑型地震；NF为正断型地震；TF为逆断型地震；NS为正走滑型地震；TS为逆走滑型地震.
下载: 导出CSV
表 4 各分区最优应力张量反演结果
Table 4 The inversion results of the best fitting stress tensor in each subregion
最大主应力 中间主应力 最小主应力 β/° φ 应力类型 方位/° 倾角/° 方位/° 倾角/° 方位/° 倾角/° 唐山区 81 2 2 82 171 8 17.3 0.8 走滑型 研究区西部地区 69 33 74 56 161 2 19.3 0.9 走滑型 注：β为平均剪滑角，定义为断层面上剪应力方向与滑动方向之间夹角的平均值；φ为应力形因子， ${{\rm{\varphi }} = ({{{S_2} - {S_3}}})/({{{S_1} - {S_3}}})}$ ，其中S1，S2，S3分别为最大、中间、最小主应力.
下载: 导出CSV
-
崔效锋,谢富仁. 2001. 1976年唐山地震前后华北地区现代构造应力场的时空变化特征[J]. 中国地震,17(3):280–288 doi: 10.3969/j.issn.1001-4683.2001.03.006 Cui X F,Xie F R. 2001. The space-time variations of present tectonic stress field in North China before and after 1976 Tangshan earthquake[J]. Earthquake Research in China,17(3):280–288 (in Chinese)
崔效锋,谢富仁,赵建涛. 2005. 中国及邻区震源机制解的分区特征[J]. 地震地质,27(2):298–307 doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2005.02.012 Cui X F,Xie F R,Zhao J T. 2005. The regional characteristics of focal mechanism solutions in China and its adjacent areas[J]. Seismology and Geology,27(2):298–307 (in Chinese)
崔效锋,谢富仁,李瑞莎,张红艳. 2010. 华北地区构造应力场非均匀特征与煤田深部应力状态[J]. 岩石力学与工程学报,29(1):2755–2761 Cui X F,Xie F R,Li R S,Zhang H Y. 2010. Heterogeneous features of state of tectonic stress filed in North China and deep stress in coal mine[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,29(1):2755–2761 (in Chinese)
邓起东,张培震,冉勇康,杨晓平,闵伟,楚全芝. 2002. 中国活动构造基本特征[J]. 中国科学:D辑,32(12):1020–1030 doi: 10.3321/j.issn:1006-9267.2002.12.007 Deng Q D,Zhang P Z,Ran Y K,Yang X P,Min W,Chu Q Z. 2003. Features of active tectonics in China[J]. Science in China:Series D,46(4):356–372
胡幸平,崔效锋. 2013. 华北地区中部地震精定位与构造应力场研究[J]. 震灾防御技术,8(4):351–360 doi: 10.3969/j.issn.1673-5722.2013.04.002 Hu X P,Cui X F. 2013. Study on earthquake relocation and tectonic stress field in central North China[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention,8(4):351–360 (in Chinese)
黄骥超,万永革. 2015. 利用小震与强震震源机制解反演首都圈现今构造应力场[J]. 地震,35(1):17–27 doi: 10.3969/j.issn.1000-3274.2015.01.003 Huang J C,Wan Y G. 2015. Present tectonic stress field in the capital region of China determined from small and strong earthquake focal mechanisms[J]. Earthquake,35(1):17–27 (in Chinese)
赖院根,刘启元,陈九辉,刘洁,李顺成,郭飙,黄志斌. 2006. 首都圈地区横波分裂与地壳应力场特征[J]. 地球物理学报,49(1):189–196 doi: 10.3321/j.issn:0001-5733.2006.01.025 Lai Y G,Liu Q Y,Chen J H,Liu J,Li S C,Guo B,Huang Z B. 2006. Shear wave splitting and the features of the crustal stress field in the Capital Circle[J]. Chinese Journal of Geophysics,49(1):189–196 (in Chinese)
李钦祖,靳雅敏,于新昌. 1982. 华北地区的震源机制与地壳应力场[J]. 地震学报,4(1):55–61 Li Q Z,Jin Y M,Yu X C. 1982. Focal mechanisms and crustal stress field in North China[J]. Acta Seismologica Sinica,4(1):55–61 (in Chinese)
李瑞莎,崔效锋,刁桂苓,张红艳. 2008. 华北北部地区现今应力场时空变化特征研究[J]. 地震学报,30(6):570–580 doi: 10.3321/j.issn:0253-3782.2008.06.003 Li R S,Cui X F,Diao G L,Zhang H Y. 2008. Temporal and spatial variation of the present crustal stress in northern part of North China[J]. Acta Seismologica Sinica,30(6):570–580 (in Chinese)
盛书中,万永革,黄骥超,卜玉菲,李祥. 2015. 应用综合震源机制解法推断鄂尔多斯块体周缘现今地壳应力场的初步结果[J]. 地球物理学报,58(2):436–452 Sheng S Z,Wan Y G,Huang J C,Bu Y F,Li X. 2015. Present tectonic stress field in the circum-Ordos region deduced from composite focal mechanism method[J]. Chinese Journal of Geophysics,58(2):436–452 (in Chinese)
万永革,沈正康,刁桂苓,王福昌,胡新亮,盛书中. 2008. 利用小震分布和区域应力场确定大震断层面参数方法及其在唐山地震序列中的应用[J]. 地球物理学报,51(3):793–804 doi: 10.3321/j.issn:0001-5733.2008.03.020 Wan Y G,Shen Z K,Diao G L,Wang F C,Hu X L,Sheng S Z. 2008. An algorithm of fault parameter determination using distribution of small earthquakes and parameters of regional stress field and its application to Tangshan earthquake sequence[J]. Chinese Journal of Geophysics,51(3):793–804 (in Chinese)
汪素云,许忠淮. 1985. 中国东部大陆的地震构造应力场[J]. 地震学报,7(1):17–32 Wang S Y,Xu Z H. 1985. Seismo-tectonic stress field in east China[J]. Acta Seismologica Sinica,7(1):17–32 (in Chinese)
王绳祖,张流. 2002. 塑性流动网络控制下华北地区构造应力场与地震构造[J]. 地震地质,24(1):69–80 doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2002.01.007 Wang S Z,Zhang L. 2002. Tectonic stress field and seismic tectonics controlled by plastic-flow network in North China[J]. Seismology and Geology,24(1):69–80 (in Chinese)
武敏捷,林向东,徐平. 2011. 华北北部地区震源机制解及构造应力场特征分析[J]. 大地测量与地球动力学,31(5):39–43 Wu M J,Lin X D,Xu P. 2011. Analysis of focal mechanism and tectonic stress field features in northern part of North China[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics,31(5):39–43 (in Chinese)
谢富仁,陈群策,崔效锋,李宏,杨树新,郭启良,陈连旺,许忠淮,张彦山,窦淑芹,赵建涛,张周术,刘长义,王刚军. 2007. 中国大陆地壳应力环境基础数据库[J]. 地球物理学进展,22(1):131–136 doi: 10.3969/j.issn.1004-2903.2007.01.018 Xie F R,Chen Q C,Cui X F,Li H,Yang S X,Guo Q L,Chen L W,Xu Z H,Zhang Y S,Dou S Q,Zhao J T,Zhang Z S,Liu C Y,Wang G J. 2007. Fundamental database of crustal stress environment in continental China[J]. Process in Geophy-sics,22(1):131–136 (in Chinese)
谢富仁, 崔效锋. 2015. 中国及邻区现代构造应力场图[M]. 北京: 中国地图出版社: 1–18. Xie F R, Cui X F. 2015. The Map of Recent Tectonic Stress Field in China and Adjacent Areas[M]. Beijing: China Cartographic Publishing House: 1–18 （in Chinese）.
徐锡伟, 吴卫民, 张先康, 马胜利, 马文涛, 于贵华, 顾梦林, 江娃利. 2002. 首都圈地区地壳最新构造变动与地震[M]. 北京: 科学出版社: 1–376. Xu X W, Wu W M, Zhang X K, Ma S L, Ma W T, Yu G H, Gu M L, Jiang W L. 2002. New Changing of Crustal Tectonic and Earthquake in Capital Circle[M]. Beijing: Science Press: 1–376 （in Chinese）.
许忠淮,阎明,赵仲和. 1983. 由多个小地震推断的华北地区构造应力场的方向[J]. 地震学报,5(3):268–279 Xu Z H,Yan M,Zhao Z H. 1983. Evaluation of the direction of tectonic stress in North China from recorded data of a large number of small earthquakes[J]. Acta Seismologica Sinica,5(3):268–279 (in Chinese)
许忠淮,戈澍谟. 1984. 用滑动方向拟合法反演富蕴地震断裂带应力场[J]. 地震学报,6(4):395–404 Xu Z H,Ge S M. 1984. Stress field in the Fuyun,Xinjiang earthquake fracture zone determined by fitting fault slip vector data[J]. Acta Seismologica Sinica,6(4):395–404 (in Chinese)
许忠淮. 1985. 用滑动方向拟合法反演唐山余震区的平均应力场[J]. 地震学报,7(4):349–362 Xu Z H. 1985. Mean stress field in Tangshan aftershock area obtained from focal mechanism data by fitting slip directions[J]. Acta Seismologica Sinica,7(4):349–362 (in Chinese)
俞春泉,陶开,崔效锋,胡幸平,宁杰远. 2009. 用格点尝试法求解P波初动震源机制解及解的质量评价[J]. 地球物理学报,52(5):1402–1411 doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2009.05.030 Yu C Q,Tao K,Cui X F,Hu X P,Ning J Y. 2009. P-wave first-motion focal mechanism solutions and their quality evaluation[J]. Chinese Journal of Geophysics,52(5):1402–1411 (in Chinese)
张红艳,谢富仁,崔效锋,李瑞莎. 2009. 张渤带陆地段现代构造应力场的非均匀特征[J]. 中国地震,25(3):314–324 doi: 10.3969/j.issn.1001-4683.2009.03.010 Zhang H Y,Xie F R,Cui X F,Li R S. 2009. Research on heterogeneity of the present tectonic stress field at the overland part of the Zhangjiakou-Bohai fault zone[J]. Earthquake Research in China,25(3):314–324 (in Chinese)
周翠英,王华林,王红卫,王梅,柳凤兰,周元夫. 2001. 华北4次中、强地震前震源区及其附近应力场的变化[J]. 地震地质,23(1):98–110 doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2001.01.013 Zhou C Y,Wang H L,Wang H W,Wang M,Liu F L,Zhou Y F. 2001. The changes of stress field in the focal region and its adjacent areas before four moderate-strong earthquakes in North China[J]. Seismology and Geology,23(1):98–110 (in Chinese)
Gephart J W,Forsyth D W. 1984. An improved method for determining the regional stress tensor using earthquake focal mecha-nism data:Application to the San Fernando earthquake sequence[J]. J Geophys Res,89(B11):9305–9320 doi: 10.1029/JB089iB11p09305
Hardebeck J L,Michael A J. 2006. Damped regional-scale stress inversions:Methodology and examples for southern California and the Coalinga aftershock sequence[J]. J Geophys Res,111(B11):B11310
Michael A J. 1984. Determination of stress from slip data:Faults and folds[J]. J Geophys Res,89(B13):11517–11526 doi: 10.1029/JB089iB13p11517
Michael A J. 1987. Use of focal mechanisms to determine stress:A control study[J]. J Geophys Res,92(B1):357–368 doi: 10.1029/JB092iB01p00357
Michael A J. 1991. Spatial variations in stress within the 1987 Whittier Narrows,California,aftershock sequence:New techniques and results[J]. J Geophys Res,96(B4):6303–6319 doi: 10.1029/91JB00195
Wan Y G,Sheng S Z,Huang J C,Li X,Chen X. 2016. The grid search algorithm of tectonic stress tensor based on focal mecha-nism data and its application in the boundary zone of China,Vietnam and Laos[J]. J Earth Sci,27(5):777–785 doi: 10.1007/s12583-015-0649-1
Wiemer S,Malone S. 2001. A software package to analyze seismicity:ZMAP[J]. Seismo Res Lett,7(2):373–382
计量
- 文章访问数: 1559
- HTML全文浏览量: 738
- PDF下载量: 134
