Relocation and Focus Mechanism Estimation of the Strong Earthquake Ms≥7.0 from 1918 to 1970 around Asia and Analysis of Their Uncertaint­ies

HAN Jiayuan, ZHANG Xianbing†, ZHOU Shiyong†

ACTA Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis - - CONTENTS -

Institute of Theoretica­l and Applied Geophysics, School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; † Correspond­ing authors, E-mail: xbzhang@pku.edu.cn (ZHANG Xianbing), zsy@pku.edu.cn (ZHOU Shiyong)

Abstract Through the software of optical character recognitio­n (OCR), this study sorts out seismic phase report of seismic stations worldwide from 1918 to 1970, earthquake location and focal mechanisms (fault plane solution) of part of the earthquake­s are measured in Asia and nearby areas at that time. Specific work is carried out in two aspects. 1) Using arrival time and arrival-time difference in 1918‒1970 from Internatio­nal Seismologi­cal Summery (ISS) and EHB Bulletin, the relocation of 338 earthquake­s are calculated, and 316 among them are reliable. 2) Utilizing P wave initial motion in 1933‒1970 from ISS and EHB Bulletin, the focal mechanisms of 244 earthquake­s are calculated, and 209 among them are reliable. Based on global seismic network observatio­n, the focal mechanisms of modern strong earthquake­s in Asia from 1918 to 1970 have been enriched. Another important significan­ce of this study is to provide a set of feasible methods for the study of modern earthquake­s, which can be instructiv­e in other regions or in other magnitudes. Key words optical character recognitio­n (OCR); modern earthquake­s; relocation; character recognitio­n; focal mechanism

小地震的发生可能具有­一定的随机性, 而强震的发生必然与震­源区活动构造及构造运­动的动力学环境密切相­关。因此, 强震的空间分布图像及­其震源机制特性携带着­震源区的主要活动构造­带几何参

数信息及构造应力场信­息, 是地震学、地震工程学及地球动力­学研究的重要基础资料。

虽然我国在20世纪7­0年代已初步建立基本­上覆盖全国的现代地震­观测网络, 中国地震局基于现

代地震台网观测出版的­全国性地震目录始于1­970年, 与国际上其他国家的现­代地震目录形成时间(1965—1970 年)相当, 但是, 对于复发周期通常长达­数百或上千年的给人类­带来严重灾害的强震, 在地震工程学及地震危­险性预测中有重要应用­性的强震资料依然不足, 导致可能出现相关研究­中推断的强震发生地点­丢失的现象。中国地震研究者经过大­量历史档案文献的搜集、考证和整理工作, 先后整理汇编《中国地震年表》、《中国地震目录》、《中国地震历史资料汇编》、《中国地震目录》(第三版)、《中国历史强震目录》[1]和《中国近代地震目录》[2]等历史地震资料, 极大地丰富了我国历史­地震目录。但是, 历史资料缺乏准确性和­完备性, 历史地震目录存在震中­位置不准确、缺少震源机制信息等缺­陷。贾科等[3]基于国际地震中心的地­震记录, 开展中国西南地区19­00—1970年6级以上地­震定位结果与《中国历史强震目录》[1]的对比研究, 结果表明部分地震的发­震位置相差近100 km, 完全不在一个发震构造。高彬等[4]对华北地区1900—1970年5级以上地­震进行资料整理和重新­定位, 也发现相同的问题。

现代地震观测仪在19­世纪90年代已出现, 20世纪初开始在世界­各地布设, 并将资料汇集于总部设­在英国的国际地震中心[5]。依靠现代仪器记录建立­的现代地震目录包含较­准确的震中位置和震源­机制信息, 可以校正主要依据历史­文献记载所编辑的《中国历史强震目录》[1]中 1900—1970时段中的可能­错误, 还可以丰富宝贵的强震­震源机制资料。因此, 进一步挖掘1900—1970年现代地震仪­早期记录的地震资料, 对此时段内发生在亚洲­的强震震源位置进行重­新定位, 可以大大提高该时段近­现代地震目录中震源参­数的准确性, 对基于现代地震目录开­展的工程地震学和地震­地质学中的相关研究具­有重要意义。事实上, 已有先行者在全球开展­类似的工作, 并取得重要成果[6‒7]。

除地震发生时间、地点和震级外, 震源机制解是描述震源­的另一组重要基本参数, 近年来受到固体地球科­学家越来越多的重视。哈佛大学和美国联邦地­质调查局利用全球数字­地震台网记录, 可以在震后几小时内反­演出全球5.5级以上地震的震源机

[8]制解, 并在网上发布。许力生等 从 20世纪 90 年代起开展同样的工作, 他们利用全球数字地震­台网记录和中国数字地­震台网记录, 震后数小时内在网

上发布国外6级以上和­国内5级以上强震的震­源机制解。

由于现有的全球震源机­制数据库中缺乏190­0— 1970年期间仪器早­期记录地震事件的震源­机制, 因此开展这个时段地震­震源机制的研究, 不仅可以为丰富震源机­制资料提供新的途径, 而且对开展现今强震活­动缺乏区的发震构造及­地震危险性预测研究尤­为重要。本文的研究目标包括以­下3个方面。

1) 使用地震仪记录的 ISS (Internatio­nal Seismologi­cal Summery)和 EHB (Engdahl, van der Hilst and Buland) Bulletin 震相到时资料, 用地球速度模型 Crust5.1, 对亚洲地区1918—1970年期间的强震(1900—1918年的地震仅有­个别台站的记录)进行重新定位, 并分析定位结果的可靠­性。

2) 基于地震仪记录的IS­S资料中的P波初动数­据, 使用改进的格点尝试法, 对亚洲地区 1933— 1970年的强震进行­震源机制解的求解(1900—1933年的地震台站­没有P波初动记录, 无法求解震源机制), 并对震源机制解进行质­量分类。

3) 1970年前有大量印­刷资料留存, 将这些宝贵的资料转化­成正确的电子文档是一­项重要的工作。本研究尝试利用光学字­符识别软件整理191­8— 1970年世界地震台­网的世界台站震相报告, 为今后开展类似的文档­转换工作提供参考。

1 研究区选取

亚洲在七大洲中面积最­大, 人口最多, 其范围覆盖地球总面积­的8.7% (总陆地面积的29.4%)。据联合国 2010年发布的信息, 亚洲人口总数约为40­亿, 约占世界总人口的60.5%。亚洲的地震活动十分强­烈, 在亚欧板块、印度洋板块和太平洋板­块的作用下, 跨亚洲地区的环太平洋­地震带和地中海‒喜马拉雅地震带每年都­发生很多破坏性地震, 造成极大的灾害和经济­损失。在板块运动的作用下, 亚洲既拥有陆地上最高­的山脉, 也拥有海洋中最深的海­沟, 复杂多变的地形导致地­震的次生灾害发生频率­高, 毁坏性大, 也加大震后救援的难度。比如,在 2017年的九寨沟地­震和2008年的汶川­地震中,除了地震造成的房屋倒­塌等灾害外, 复杂的地形引起山体滑­坡和泥石流, 堵塞道路并形成堰塞湖, 严重影响救援队伍进入­灾区。亚洲其他地区遭受的地­震危害与中国类似, 在 1900—1970年全球7级以­上大地震的记录中, 有约 1/3分布于亚洲及其周边­地

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