0 引言

据中国地震台网中心测定，北京时间2025年3月22日14时5分37秒，吉林省通化市柳河县发生M_S3.3地震。地震震中位置为42.27° N，125.96° E，位于柳河县时家店乡，震源深度15km。尽管此次地震震级较小，未造成地震灾害，但震中及周边地区震感明显，引起了当地社会的广泛关注^①。

① https://baijiahao.baidu.com/s?id=1827288926706491745&wfr=spider&for=pc

柳河M_S3.3地震震中区附近发育有SW走向的三源浦—样子哨断裂，该断裂位于柳河断陷盆地东南缘，为盆地边界的控盆断裂之一(曲鹏展等，2018；吉林省地质矿产局，1988)。《吉林省区域地质志》根据航磁图分析认为，该断裂和西北侧另一条控盆断裂柳河—辉南断裂均为压性壳断裂(吉林省地质矿产局，1988)。根据1970以来的仪器地震目录统计^①，这两条断裂及其附近区域地震活动的频次和强度均较低，柳河M_S3.3地震震中50km范围内仅记录到63次地震，其中，1993年吉林柳河县安口镇M_L4.2地震为该区域的最大震级事件。

① https://data.earthquake.cn/datashare/report.shtml?PAGEID=earthquake_zhengshi

震源机制解反演是地震发生后用于刻画破裂过程和确定发震构造的常规工作，对理解区域构造活动特征具有重要意义(李见等，2024)。基于震源谱反演地震的震源参数(如静态应力降、视应力、破裂半径等)可用于揭示震源区介质的力学特性和构造应力状态，对区域地震危险性评估及震后趋势判定等具有重要意义(郑建常等，2016；赵翠萍等，2011)。因此，开展柳河M_S3.3地震震源机制解和震源参数反演研究，进一步深入研究此次地震的发震构造及其现今活动特征、区域应力状态等，可为该区域未来地震危险性评估提供依据，提升区域地震灾害的综合防御能力。

1 震源机制研究 1.1 地震矩张量反演

本研究采用ISOLA方法(Zahradník et al，2018)进行地震矩张量反演，以获得柳河M_S3.3地震的震源机制解。ISOLA方法是一种时间域全波形反演方法，其将表示震源的点源设置在经度、纬度、深度和时间的四维模型空间中，应用网格搜索算法确定最优的矩心位置。矩张量参数采用迭代去卷积和最小二乘法进行求解，主要通过约化方差VR(Variance Reduction)值确定最优反演结果，VR值越大，表示观测波形与合成地震波形的拟合程度越高，解的可靠性也越高，VR值的计算公式为

$ \mathrm{VR}=\left[1-\frac{\sum(o-s)^2}{\sum o^2}\right] \times 100 \% $

(1)

式中，o、s分别表示台站的观测地震波形和合成地震波形。

该方法提供全矩张量(Full MT)、偏矩张量(Deviatoric MT)和纯双力偶(DC constrained)反演模式，并可使用标准矩张量分解方法(Vavryčuk，2001)将全矩张量解分解为DC、CLVD和ISO分量。格林函数的计算基于震中区的CRUST2.0地壳速度模型，采用频率波数法(Bouchon，1981)进行计算。

反演用到的宽频带地震波形来自吉林和辽宁两省地震台网的宽频带波形记录，共选取了震中距130km范围内信噪比较高的9个宽频带地震台站(图 1(a))进行地震矩张量反演。这些地震台站主要配置了CMG-3ESPC、BBVS-60宽频带地震计，数据采集器型号有CMG-DM24、EDAS-24 IP等，场地类型大部分为山洞，个别台站为半地下室。将三分量观测波形转换为SAC格式，完成去趋势、去均值和去仪器响应处理后，最终转换为位移记录，滤波频段设置为0.1~0.25Hz。

本研究选择偏矩张量模式进行反演(该模式下ISO分量为0)，反演结果显示：最优解结果显示全局VR值为71%，标量地震矩为2.342×10¹⁴ N · m，转换矩震级为M_W3.6，最佳矩心深度为8km(图 2)。矩张量分解后DC分量为92.9%，CLVD分量为-7.1%，表明此次地震是由断裂剪切位错引发的，属于典型的天然构造地震，其震源机制解可用纯DC解表示(表 1)。观测波形与合成波形的拟合情况见图 3。

为评估震源机制解的可靠性，进一步采用Jackknifing方法(刀切法)进行检验。该方法通过逐次剔除每个台站的一个分量进行多次重复反演，从而验证反演结果对不同数据集的敏感性和稳定性。检验结果表明，两节面的走向、倾角和滑动角非常稳定，集中在很小的范围内。将所有结果投影到震源类型三角图中，代表每次反演结果的黑色圆圈集中分布在走滑区域的左侧，表明此次地震以右旋走滑破裂为主，并伴有一定的张性分量，具体详见图 4。

1.2 发震构造判断

由于地震波辐射花样具有对称性，在震源机制解给出的两个节面中无法判断发震构造。本研究采用断裂失稳参数Ⅰ(Vavryčuk，2014)进行地震发震构造的判断，该参数在地震的发震构造判断中得到了广泛应用(Liu et al，2020；盛书中等，2022；冯兵等，2022；Hainzl et al，2016)。参数Ⅰ基于库伦-摩尔破裂准则提出，根据区域应力场主应力轴(σ)的欧拉角和应力椭球体形状参数进行计算，参数Ⅰ的取值范围为[0，1]，当震源机制解中节面的Ⅰ值接近1时，在应力摩尔圆图中靠近剪破裂包络线，表示该节面对应的断裂在区域应力场的作用下处于剪切失稳状态，可能在地震中破裂成为发震断裂。

基于区域构造应力场结果(图 1(b))(Wan，2010)，本研究计算了地震震源机制解中两节面的断裂失稳参数。结果显示，节面Ⅰ的Ⅰ值为0.94，节面Ⅱ的Ⅰ值为0.33。将节面Ⅰ和节面Ⅱ投影到应力摩尔圆上(图 5)，图中显示节面Ⅰ靠近破裂包络线，由此表明节面Ⅰ(走向232°，倾角88°，滑动角-172°)为地震的发震断裂。

2 震源参数研究

本研究采用SourceSpec程序包(Satriano，2024)对柳河M_S3.3地震的震源参数进行反演。SourceSpec由一系列Python脚本组成，可基于一个或多个地震台站记录的P波(或S波)反演地震源参数，包括地震矩、拐角频率、辐射能量、震源破裂尺度、静态应力降、视应力等。对于每个台站，SourceSpec首先在预定义的时间窗口内对波形进行傅里叶变换，计算P波(或S波)的观测位移振幅谱，同时也计算噪声信号振幅谱，用以评估信噪比(S/N)，并作为震源谱反演加权的重要依据。随后，程序基于一个理论模型(如Brune圆盘模型)，建立远场P波(或S波)的理论位移谱，该结果是震源谱和地震射线传播路径改正项的乘积。最终，通过拟合观测谱与理论谱反演出震源参数。本研究使用P波数据反演震源参数。首先，对选定的10个地震台站的波形记录手动拾取P波到时，并转换为位移记录、带通滤波0.3~40Hz用于计算位移振幅谱。地震破裂模型选择Brune模型，高频衰减选择ω^-2模型。射线路径修正项中，自由表面放大因子设置为2，P波辐射方向因子为0.52，震源区和接收台站处的介质密度与P波速度根据CRUST2.0地壳速度模型设置。信号窗与噪声窗长度均为5s。设置先验值M₀=2.342×10¹⁴N ·m为前期矩张量反演结果(表 1)，并允许其在±10%范围内调整。反演优化算法采用牛顿截断法，并且使用震源机制解校正波形振幅。图 6为参与反演的部分台站三分量波形记录，其中黄色区间为选定的P波群波形段(5s)，灰色区域为计算噪声谱的波形长度(同为5s)。

图 7展示了部分台站震源谱与Brune模型谱的拟合情况，图中显示多数台站的信噪比(S/N)大于100，表明谱提取较为可靠。大部分台站的观测谱与Brune模型之间拟合较好，明显高于噪声谱。各台站反演获得的拐角频率(f_c)较为稳定，均在3.6~4.7Hz范围内，表明经过震源机制解校正后的震源参数在各方向上基本相当，各个方向介质的各向异性特征不显著。主要震源参数结果见表 2。

3 结论与讨论 3.1 发震构造

根据震源机制解和断裂失稳参数，柳河M_S3.3地震节面Ⅰ对应的断裂可能为发震断裂，其参数(走向232°，倾角88°，滑动角-172°)显示该地震具有典型的右旋走滑破裂特征。结合震中区的构造背景分析，位于震中附近、走向与节面一致的SW向三源浦—样子哨断裂极有可能为本次地震的发震构造。该断裂位于柳河断陷盆地东南边界(图 1(a))，是控制盆地发育的主要壳内断裂，《吉林省区域地质志》记载其为压性断裂。

从区域构造动力学角度分析，柳河盆地位于NE向敦化—密山断裂的东南侧，后者是一条规模宏大的左行走滑超壳断裂带，在区域构造活动中起主控作用。柳河盆地整体呈现NE向展布，其轴线方向与敦化—密山断裂走向基本一致，空间上显示出明显的构造依附关系。这种空间配置关系表明，柳河盆地的形成可能受控于敦化—密山断裂带左行走滑运动所产生的局部拉张或剪切应力场，进而形成为一个次级断陷盆地。在此构造背景下，作为柳河盆地东南边界的三源浦—样子哨断裂更可能为走滑性质，而非《吉林省区域地质志》所记载的压性断裂。此外，柳河M_S3.3地震震源机制解体现出少量的张性特征，与断陷盆地在拉张应力构造背景下形成和演化的动力学机制高度一致。由此可见，三源浦—样子哨断裂的现今活动方式需要结合柳河盆地的成盆动力学重新认识与核实。

柳河M_S3.3地震为走滑地震，而走滑地震具有应力转移效应，即在释放一条断裂上的局部区域应力的同时，却增加了该断裂邻近部分的应力，甚至还增加了附近地区其他断裂的应力(Freed，2005；关兆萱等，2024)。因此，为更可靠地评估该地区及周边区域的地震危险性，需要结合历史地震数据、最新监测资料及构造背景开展系统研究。

3.2 震源深度

柳河M_S3.3地震发生后，震中及周边地区震感明显，其原因之一可能是地震的震源深度较浅。中国地震台网中心的地震定位结果显示震源深度为15km，该深度表示地震初始破裂点的位置，而本研究通过矩张量反演得出最佳矩心深度约为8km。对于柳河3.3级这类较小的地震，矩心深度通常与初始破裂点位置接近，由此推断本次地震更合理的震源深度应该为8km左右。鉴于本次地震震级较低，破裂过程简单且震相识别可靠，有条件进一步分析地震波形中的区域深度震相，为震源深度判断提供更可靠的依据。在震源机制解节面附近的台站JL.BST、JL.LJT和JL.LYT中(图 8(a))，P波群具有明显的双震相特征(图 8(b))，两震相到时差均为1.7s左右，且第二个震相振幅更大。初至震相为直达波Pg，第二个震相可能为Pmp震相(即下行P波在莫霍面反射后转换为上行P波)或者sPg震相(即上行S波在地表转换为下行P波)。根据P波和S波辐射花样，节面附近台站的S波振幅大于P波振幅，sPg震相因S波初始振幅较大，经转换后仍能保持较强能量，而Pmp震相因路径更长能量衰减明显，振幅小于直达P波。因此推测，第二个振幅较大的震相很可能为sPg震相。Pg震相和sPg震相构成一对区域深度震相，其到时差仅与震源深度相关，而与震中距无关，这一特性常用来精确测定地震的震源深度(李孟洋等，2023；陈惠芳等，2021；孙茁等，2014；Ma，2010)。基于CRUST2.0地壳速度模型，采用TAUP软件计算震相到时，当震源深度设定为8km时，计算得到的Pg震相和sPg震相到时差约为1.75s(表 3)，与观测波形P波群的双震相到时差高度吻合。据此可判定，柳河M_S3.3地震的震源深度应为8km左右，比中国地震台网中心的定位结果(15km)更为可靠。此外，三源浦—样子哨断裂在深部表现为低角度，近地表呈现直立形态(徐盛侠，2019)，而震源机制解显示的断裂倾角近直立，因此推测地震可能发生在浅部。

3.3 震源参数

在柳河M_S3.3地震的震源参数反演中，大部分台站震中距在100km左右，波形记录信噪比较高，震源参数反演结果较稳定。地震的拐角频率f_c为4.1Hz，破裂半径为293.5m，静态应力降为6.4MPa，视应力为1.4MPa，总体上符合中国大陆小震震源参数的取值范围(赵翠萍等，2011)，其中，较大的拐角频率和较小的破裂半径均属于小地震震源参数的典型特征。值得注意的是，静态应力降和视应力属于中小地震中偏高的值，均大于各自的中位数水平(应力降中位数约5MPa，视应力中位数约1MPa)，表明震源区存在较强的应力积累。这一现象不仅对今后区域内中强地震的发生具有一定的指示意义(Hardebeck et al，2009；郑现等，2024)，也可能解释了此次地震在低震级条件下产生明显震感的原因。

综上所述，柳河M_S3.3地震的发震构造极有可能为三源浦—样子哨断裂，其现今活动方式为右旋走滑，与《吉林省区域地质志》记载有所不同，需结合柳河盆地成盆动力学进一步核实，且走滑地震的应力转移效应及较高应力降提示应进一步评估震中及附近区域的地震危险性。震源深度确定为地下8km左右，并非中国地震台网中心最初测定的15km，这一结论通过矩张量反演、深度震相分析得以验证，同时断裂几何形态也支持浅部发震的推断，震源参数反演结果符合中国大陆小地震参数范围。本文研究成果为柳河地区的地震危险性评估、城市规划和工程建设提供了依据。