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†

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