2012年6月30日新疆新源-和靜MS6.6地震序列震源機(jī)制解

冉慧敏 張志斌 趙慶

新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊新市區(qū)科學(xué)2街338號(hào) 830011

0 引言

2012年6月30日，在新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州新源縣、巴音郭楞蒙古自治州和靜縣交界處發(fā)生MS6.6地震，震中位于天山地震帶，地處伊犁盆地東邊緣高海拔山區(qū)。震中周?chē)鷼v史地震比較活躍，且地震強(qiáng)度大、頻度高，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，均為淺源地震，震源深度多在10～35km之間(張國(guó)民等，2002)。1900年以來(lái)，震中100km范圍內(nèi)，發(fā)生過(guò)1次6級(jí)地震和2次7級(jí)地震，1906年瑪納斯MS7.7地震震中距離此次地震震中僅20km。2011年以來(lái)新疆進(jìn)入中強(qiáng)震活躍期，發(fā)生5級(jí)以上地震20余次，2011年11月1日距該震中約180km的尼勒克、鞏留交界發(fā)生了MS6.0地震，震前半個(gè)月距震中約130km的輪臺(tái)發(fā)生了MS5.4地震。此次新源-和靜MS6.6地震發(fā)生在中強(qiáng)地震活躍的背景下，震區(qū)附近有：喀什河斷裂帶、阿吾拉勒山南緣斷層、烏孫山斷裂帶、那拉提斷裂帶等①新疆維吾爾自治區(qū)地震局，2008，2012年6月30日新疆新源-和靜6.6級(jí)地震考察報(bào)告，為了了解震源區(qū)的受力狀態(tài)，確定此次地震發(fā)生的具體構(gòu)造位置，本文對(duì)此次地震序列的震源機(jī)制進(jìn)行了分析。

目前，國(guó)內(nèi)的一些研究結(jié)果充分證明了CAP方法在地震震源機(jī)制解與矩心深度研究方面的有效性與可靠性(Zhao et al，1994;Zhu et al，1996、2002、2006;Tan et al，2006;張愛(ài)萍等，2008;黃建平等，2009)。為了提高對(duì)新源-和靜MS6.6地震的震源機(jī)制解及發(fā)震深度的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步了解其所處地區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，本文利用新疆臺(tái)網(wǎng)的寬頻帶波形資料，采用CAP(Cut and Paste)方法反演了此次地震序列的主震及14次記錄清楚MS3.0以上余震的震源機(jī)制解，并結(jié)合余震分布與區(qū)域地質(zhì)背景，確定該序列的發(fā)震斷層，討論地震的發(fā)震構(gòu)造。

1 研究方法

震源機(jī)制解反映了地震破裂幾何和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，既是研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的基礎(chǔ)，也是地震研究中的重要參數(shù)。目前常用的研究地震震源機(jī)制的手段是P波初動(dòng)和波形反演方法。對(duì)于P波初動(dòng)方法，由于只采用了地震波形中的初動(dòng)信息，因此要想得到較滿意的結(jié)果，需要大量的分布在不同震中距和方位角的地震臺(tái)站數(shù)據(jù)，且使用P波初動(dòng)方法無(wú)法得到地震的深度和震級(jí)大小，這在很大程度上限制了該方法的應(yīng)用(張項(xiàng)等，2010)。而在波形反演方面的研究已積累了大量的寶貴方法和經(jīng)驗(yàn)，諸如在體波研究方面(Dziewonski et al，1981;Kikuchi et al，1982;Dreger et al，1993;趙翠萍等，2005;周云好等，2004)、在長(zhǎng)周期面波研究方面(Kanamori et al，1981;Thio et al，1995;馬淑田等，1998;許力生等，2004)、在近場(chǎng)記錄研究方面(Takeo et al，1987;Sileny et al，1991)以及近年來(lái)發(fā)展的近震及遠(yuǎn)震波形聯(lián)合反演方面(陳偉文等，2012)等等。最近幾年，國(guó)際上的一些地震學(xué)者(Zhao et al，1994)建立和發(fā)展了CAP(Cut and Paste)方法，即利用近震地震數(shù)據(jù)反演震源機(jī)制解，對(duì)體波和面波分別進(jìn)行反演，該方法因此可以在很大程度上減小地殼結(jié)構(gòu)模型對(duì)反演結(jié)果的影響。將寬頻帶數(shù)字地震記錄分為Pnl部分和面波部分，對(duì)兩部分的3分量共5部分(Pnl不存在切向分量)給定不同的權(quán)重進(jìn)行反演，分別計(jì)算它們的合成波形和真實(shí)記錄的誤差函數(shù)，在相關(guān)參數(shù)空間中進(jìn)行搜索得出最佳解。同時(shí)，由于采用近震擬合，以此可以提高信噪比和反演精度，還能減小對(duì)臺(tái)站數(shù)量和方位角分布的要求。

2 資料處理

本文所用資料全部取自新疆?dāng)?shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)。為了獲得穩(wěn)定可靠的新疆新源-和靜MS6.6主震及MS3.0以上余震的震源機(jī)制解，所選取的臺(tái)站的方位角準(zhǔn)確，并很好地包圍震中，且震中距都在400km之內(nèi)(臺(tái)站分布見(jiàn)圖1、參數(shù)見(jiàn)表1)，所選臺(tái)站儀器的幅頻特性曲線在0.05～20Hz的頻率范圍內(nèi)都是平直的。為了避免各臺(tái)站儀器的放大倍數(shù)不一致，首先要去除了儀器響應(yīng)?？紤]到寬頻帶記錄中的短周期資料受地下小尺度結(jié)構(gòu)的影響較大，即當(dāng)?shù)叵滤俣冉Y(jié)構(gòu)模型不準(zhǔn)確時(shí)，由短周期資料反演震源機(jī)制解會(huì)有很大的偏差，因此，使用了寬頻帶記錄中的5～20s的較長(zhǎng)周期資料。將原始的速度記錄扣除儀器響應(yīng)并積分得到位移記錄。將位移記錄從UD-NS-EW分量旋轉(zhuǎn)為大圓路徑的Z-R-T分量。旋轉(zhuǎn)后的記錄分成Pnl波和面波兩個(gè)部分，將 Pnl波經(jīng)帶寬為0.05～0.2Hz、面波經(jīng)帶寬為0.03～0.1Hz的4階Butterworth帶通濾波器進(jìn)行濾波，既可以濾掉長(zhǎng)周期地脈動(dòng)和由速度轉(zhuǎn)換到位移造成的長(zhǎng)周期漂移，又可以有效避免地下介質(zhì)小尺度結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的影響(韋生吉等，2009)。每個(gè)臺(tái)站我們都得到了Pnl波的垂向、徑向分量以及面波的垂向、徑向以及切向分量等5個(gè)部分。

圖1 震中與臺(tái)站分布圖

表1 近震臺(tái)站參數(shù)列表

在計(jì)算理論地震圖時(shí)，采用目前廣泛使用的頻率-波數(shù)法(F-K方法)(Zhu et al，2002)來(lái)計(jì)算臺(tái)站在不同震中距的格林函數(shù)。該方法通過(guò)對(duì)頻率和波數(shù)分別進(jìn)行積分，再利用傳播矩陣計(jì)算地震的全波場(chǎng)位移分布，得到各種頻率下的體波和面波波形，對(duì)于研究震源參數(shù)非常有效。本文以CRUST2.0全球地殼速度模型(http：//igppweb.ucsd.edu/～gabi/crust2.html)和胥頤等(1996)得到的伊犁盆地速度模型(表2)為基礎(chǔ)，進(jìn)行格林函數(shù)計(jì)算，以進(jìn)一步檢驗(yàn)研究結(jié)果的有效性與可靠性。

3 反演結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

采用CAP方法得到了2012年6月30日新源-和靜MS6.6地震及14次MS3.0以上余震的震源機(jī)制解，圖2是MS6.6地震的震源機(jī)制解反演誤差隨震源深度的變化，圖3是基于胥頤等(1996)得到的伊犁盆地速度模型波形擬合的結(jié)果。在反演過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)CAP方法的以下特點(diǎn)：

表2 地殼速度模型

(1)對(duì)于同一地震，兩種速度模型得到的最有可能的矩心深度及其對(duì)應(yīng)的震源機(jī)制解非常接近。如圖2所示，MS6.6地震最有可能的矩心深度均為21km，同時(shí)可以看到基于胥頤等(1996)的速度模型得到的震源機(jī)制解圖案在不同深度具有很好的一致性，為了便于分析，本文主要采用基于胥頤等(1996)的速度模型進(jìn)行研究。

(2)得到的震源機(jī)制解對(duì)震源深度的依賴(lài)不大。從圖2可以看出，基于CRUST2.0的震源機(jī)制解除了矩心深度大于25km的結(jié)果稍有不同外，其他深度的解的圖案幾乎一致，而基于胥頤等(1996)的速度模型的所有震源機(jī)制解圖案是完全一致的。

(3)速度偏高的速度模型得到的矩震級(jí)要大于速度偏低的速度模型得到的矩震級(jí)。胥頤等(1996)的速度模型中的直達(dá)波速度普遍大于CRUST2.0速度模型的直達(dá)波速度，基于前者得到的15次MS3.0以上地震的矩震級(jí)比基于后者得到的矩震級(jí)平均要大0.15。

圖2 主震震源機(jī)制解反演誤差隨深度的變化

圖3 基于胥頤等(1996)的伊犁盆地速度模型得到的MS6.6地震波形擬合的結(jié)果

本文計(jì)算得到的MS6.6地震震源機(jī)制解結(jié)果為：節(jié)面Ⅰ——走向299°，傾角68°，滑動(dòng)角 164°;節(jié)面Ⅱ——走向 35°，傾角 75°，滑動(dòng)角 23°;P 軸方位角 166°，傾角 5°，T 軸方位角258°，傾角26°;矩震級(jí)MW為6.3;震源類(lèi)型是走滑型;震源矩心深度21km，屬于淺源地震。在圖3顯示的理論合成波形與實(shí)測(cè)波形的比較中，9個(gè)臺(tái)站Pnl波部分和面波部分共45個(gè)震相，相關(guān)系數(shù)平均值為0.73，大于0.6的相關(guān)系數(shù)有35個(gè)，占全部相關(guān)系數(shù)的78%，屬于強(qiáng)度相關(guān)。反演方差為2.149×10-1，反演結(jié)果顯示，理論地震圖與觀測(cè)地震圖吻合得較好。此外，對(duì)于新源-和靜MS6.6地震，中國(guó)地震局地球物理研究所(http：//www.cea-igp.ac.cn/tpxw/263410.shtml)、美國(guó)哈佛大學(xué)(http：//www.globalcmt.org/CMTsearch.html)等研究機(jī)構(gòu)也給出了相應(yīng)的震源機(jī)制解參數(shù)(表3)，由表3可知，不同來(lái)源的結(jié)果是比較接近的，也反映本文反演的震源機(jī)制解結(jié)果是可靠的。

表3 新源-和靜MS6.6地震主震震源機(jī)制解的結(jié)果對(duì)比

由節(jié)面解可對(duì)此次地震序列做如下分析：

(1)節(jié)面走向。由圖4可見(jiàn)，節(jié)面Ⅰ分布較為集中，節(jié)面走向的優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹WW向(280°～320°)，與此區(qū)域喀什河斷裂南東段的活動(dòng)斷裂走向一致(尹光華，1993)，也與龍海英等(2008)通過(guò)對(duì)北天山中東段中小地震震源機(jī)制解系統(tǒng)聚類(lèi)和應(yīng)力場(chǎng)反演所得地震主破裂面基本沿NWW向展布的結(jié)果相符。此次地震的等線圖(圖5)長(zhǎng)軸呈N63°W方向，結(jié)合余震分布(圖1)分析認(rèn)為節(jié)面Ⅰ為破裂面。

(2)節(jié)面傾角。圖4表明，節(jié)面傾角優(yōu)勢(shì)取向?yàn)榻诖怪保f(shuō)明地震序列發(fā)生在一個(gè)較陡的、近乎直立的斷層面上。

(3)節(jié)面滑動(dòng)角。刁桂苓等(1996)認(rèn)為，當(dāng)分析節(jié)面的滑動(dòng)角時(shí)，取0°±30°和150°～180°、-150°～ -180°為走向滑動(dòng)，90°±30°和 -90°±30°為傾向滑動(dòng)，其余為斜向滑動(dòng)。從圖4可以看出，節(jié)面滑動(dòng)角優(yōu)勢(shì)在±180°±30°、0°±30°范圍內(nèi)，由此可知，走向滑動(dòng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。該地震序列事件中，事件1(見(jiàn)表4)的節(jié)面的滑動(dòng)角在-90°±30°內(nèi)，震源類(lèi)型為傾滑型，其余13次事件震源破裂性質(zhì)與主震一致且均以走滑為主，此外，有8次地震事件為正斷層類(lèi)型，說(shuō)明主震發(fā)生后，震源區(qū)處于應(yīng)力調(diào)整變化中。

由圖4和表4中應(yīng)力軸數(shù)據(jù)可對(duì)此次地震序列做如下分析：

(1)P軸空間分布。P軸方位分布在150°～190°角域內(nèi)有9個(gè)，占總數(shù)的60%，P軸方位的優(yōu)勢(shì)取向?yàn)榻麼S向;P軸傾角集中分布在0°～30°之間，接近水平展布的占優(yōu)。

表4 MS3.0以上14次余震的震源參數(shù)和震源機(jī)制解

圖4 MS6.6主震及序列震源機(jī)制節(jié)面、P軸、T軸解的顯示圖

圖5 2012年6月30日新疆新源-和靜交界6.6級(jí)地震等線圖

(2)T軸取向分布。T軸方位分布在235°～285°角域內(nèi)有7個(gè)，占總數(shù)的47%，T軸方位的優(yōu)勢(shì)取向?yàn)榻麰W向;T軸傾角也集中分布在0°～30°之間，接近水平展布的占優(yōu)。這與高國(guó)英等(2010)等得到的新疆主要受近SN向的主壓應(yīng)力和近EW向的張應(yīng)力控制的結(jié)論是一致的。

4 結(jié)論與討論

(1)在反演過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)CAP方法對(duì)于同一地震不同速度模型得到的最有可能的矩心深度及其對(duì)應(yīng)的震源機(jī)制解非常接近，由此得出的震源機(jī)制解對(duì)震源深度的依賴(lài)不大的認(rèn)識(shí)。而通過(guò)比較基于胥頤等(1996)的速度模型和CRUST2.0速度模型得到的15次MS3.0以上地震的矩震級(jí)，前者比后者平均大0.15，由此得出速度偏高的速度模型得到的矩震級(jí)要大于速度偏低的速度模型得到的矩震級(jí)的認(rèn)識(shí)。

(2)新源-和靜MS6.6地震的震源機(jī)制解結(jié)果為：節(jié)面Ⅰ的走向299°、傾角68°、滑動(dòng)角164°;節(jié)面Ⅱ的走向 35°、傾角 75°、滑動(dòng)角 23°;P 軸方位角 166°、傾角 5°;T 軸方位角 258°、傾角26°;矩震級(jí)MW為6.3;震源類(lèi)型屬走滑型;震源矩心深度約21km，屬于淺源地震。本文得到的此次地震震源深度，與新疆活動(dòng)地塊地震震源深度為21(±l0)km(張國(guó)民等，2002)的結(jié)論相符，且大于中國(guó)大陸平均震源深度(約16(±7)km)。此次發(fā)生在伊犁盆地東邊緣的地震的震源深度，與韋生吉等(2009)分析位于阿拉善地塊南邊緣的赤峰5.9級(jí)地震的25km左右震源深度，反映了完整地塊邊界上的地震較深，且西部地震比東部地震深，與中國(guó)大陸地殼西厚東薄是一致的。

(3)新源-和靜MS6.6地震序列的破裂優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹WW，傾角多在60°～90°范圍，滑動(dòng)角以±180°±30°居多，震源機(jī)制類(lèi)型以走滑為主。這一結(jié)果與龍海英等(2008)給出的天山中東段地震主破裂面基本沿NWW向展布的結(jié)果相符，也與新疆地震局新源-和靜MS6.6地震科學(xué)考察結(jié)果①得出的的烈度圈長(zhǎng)軸方向呈NWW向的結(jié)論相一致。新源-和靜MS6.6地震序列應(yīng)力軸分析結(jié)果顯示，震源區(qū)受P軸在近NS向、T軸在近EW向的水平應(yīng)力作用，這與此次地震序列滑動(dòng)以走滑為主、滑動(dòng)角在±180°±30°范圍內(nèi)居多的結(jié)果相一致。

(4)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以來(lái)，由于印度板塊向北逆沖推移，新疆主要受近SN向的主壓應(yīng)力和近EW向的張應(yīng)力影響(高國(guó)英等，2010)，天山再次快速隆起，天山內(nèi)部的部分?jǐn)嗔阎匦聫?fù)活，發(fā)生了新源-和靜MS6.6地震。位于天山山區(qū)的喀什河活動(dòng)斷裂帶沿伊犁盆地北緣分布，新活動(dòng)強(qiáng)烈，西段走向300°、傾角70°，沿?cái)鄬佑兄袕?qiáng)地震發(fā)生;中段寨口闊拉走向276°，長(zhǎng)約80km，晚更新世及其后構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈;南東段沿喀什河各南緣展布，走向280°，長(zhǎng)約220km，由多個(gè)朝北陡傾的斷面構(gòu)成(尹光華，1993)?；诒疚牡玫降卣鹦蛄姓鹪礄C(jī)制解結(jié)果，經(jīng)初步分析后認(rèn)為，新源-和靜MS6.6地震震中應(yīng)位于阿吾拉勒山南緣斷裂、喀什河斷裂及那拉提斷裂的構(gòu)造交匯部位，發(fā)震構(gòu)造更接近于喀什河斷裂南東段。

致謝：新疆地震局龍海英、高國(guó)英老師對(duì)此文撰寫(xiě)提供了寶貴幫助，匿名審稿專(zhuān)家對(duì)論文修改提出了中肯建議。文章使用了圣路易大學(xué)朱露培教授提供的CAP程序，在此一并感謝。