2017年8月9日精河6.6級(jí)地震序列重定位與發(fā)震構(gòu)造初步研究

劉建明 高榮 王瓊 聶曉紅

新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木市新市區(qū)科學(xué)二街338號(hào) 830011

0 引言

據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)中心測定，2017年8月9日7時(shí)27分（北京時(shí)間），新疆維吾爾自治區(qū)博爾塔拉州精河縣發(fā)生MS6.6地震（簡稱精河6.6級(jí)地震），震中位于44.27°N、82.89°E，震源深度11km，烏魯木齊、博州、昌吉、伊犁、克拉瑪依等地震感強(qiáng)烈。據(jù)新疆區(qū)域數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)測定，截至2017年9月30日，精河6.6級(jí)地震震源區(qū)共記錄余震396次，其中，MS3.0～3.9余震18次，MS4.0～4.9余震6次，余震最大震級(jí)為MS4.7。1900年以來，距震中200km范圍內(nèi)發(fā)生11次6級(jí)以上地震，其中，7級(jí)地震1次，為1944年新源MS7.2地震，其震中距此次地震震中94km。距離上最近的地震為1955年烏蘇MS6.5地震，距此次地震震中59km；時(shí)間上最近的地震為2012年新源、和靜MS6.6地震，距此次地震震中179km?；诂F(xiàn)場考察和強(qiáng)震記錄，新疆地震局給出了此次精河6.6級(jí)地震的等震線分布，即等震線呈近橢圓形，長軸走向近NWW，極震區(qū)烈度達(dá)Ⅷ度，長約44km①http：//www.eq-xj.gov.cn/dzpd/dszd/2017 betl/yjxd/yjxy/25117.html。

中國地震局地質(zhì)研究所網(wǎng)站公布的精河6.6級(jí)地震區(qū)域地震構(gòu)造圖顯示②http：//www.eq-igl.ac.cn/upload/images/2017/8/99175928.jpg，此次地震發(fā)生在庫松木契克山前斷裂附近。該斷裂是位于北天山西段北緣的一條邊界斷層，同時(shí)也是一條區(qū)域性的活動(dòng)斷層，按其活動(dòng)性特征由西向東可劃分為東、中、西3段。其中，東段東起基普克一帶，向西經(jīng)烏拉斯泰、烏蘭特爾干、掃子木圖至龍口以西的阿沙勒河西岸，總體走向300°～310°，全長約50km，由4條走向280°～290°的斷層斜列組合而成，單條斷層的長度 9～13km，斷層面傾向S，主要表現(xiàn)為逆斷層性質(zhì)（陳建波等，2007）。

精河6.6級(jí)地震發(fā)生后，國內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)迅速在該地震的重定位和震源機(jī)制解等方面開展了一系列研究，為滿足抗震救災(zāi)需求和開展后續(xù)科學(xué)研究提供了重要參考依據(jù)。美國地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站（USGS）給出精河6.6級(jí)地震震源深度約20km，斷錯(cuò)類型為逆沖型③https：//earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us2000a65e＃moment-tensor。中國地震局地球物理研究所給出的早期地震序列精定位結(jié)果顯示④http：//www.cea-igp.ac.cn/tpxw/275885.html，此次地震序列呈近EW向分布，深部余震分布為 S傾，震源深度約15km；CAP方法反演震源機(jī)制解為逆沖型地震，震源矩心深度為20km。中國地震臺(tái)網(wǎng)中心重定位結(jié)果顯示⑤http：//www.csi.ac.cn/manage/eqDown/05 LargeEQ/201708090727M6.6/zonghe.html，此次地震序列近EW向分布，深部余震顯示發(fā)震斷層面近乎垂直；CAP方法反演震源機(jī)制解為逆沖型地震，震源矩心深度為23km。不同研究機(jī)構(gòu)給出的結(jié)果顯示，震源深度存在一定的差異，同時(shí)，深部余震傾向的不同也給理解此次地震的發(fā)震構(gòu)造帶來了一定的難度。

已有研究結(jié)果表明（Waldhauser et al，2000；易桂喜等，2015、2017），精確定位后的主震及其余震序列空間展布和震源機(jī)制解，對震后快速確定發(fā)震構(gòu)造、判定未來發(fā)展趨勢及災(zāi)后恢復(fù)重建規(guī)劃等均具有重要意義。精河6.6級(jí)地震震中附近臺(tái)站相對較少，距震中100km半徑范圍內(nèi)僅有2個(gè)固定測震臺(tái)。地震發(fā)生后，新疆地震局迅速啟動(dòng)Ⅱ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)，第一時(shí)間前往震區(qū)架設(shè)了2個(gè)流動(dòng)臺(tái)站，第1個(gè)流動(dòng)臺(tái)于8月9日18時(shí)正式運(yùn)行，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至新疆地震局臺(tái)網(wǎng)中心，積累了較為豐富的序列觀測資料，為后續(xù)的震情跟蹤和研究工作提供了重要依據(jù)。

本文基于研究區(qū)域的固定臺(tái)和流動(dòng)臺(tái)所記錄的震相數(shù)據(jù)，采用HypoDD方法對精河6.6級(jí)地震序列進(jìn)行重新定位，獲得了較為準(zhǔn)確的空間分布圖像。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合此次地震其它相關(guān)研究成果以及震區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造研究，討論精河6.6級(jí)地震序列的空間分布特征和可能的發(fā)震構(gòu)造。

1 方法與資料

1.1 雙差定位方法

目前，雙差定位（HypoDD）方法（Waldhauser et al，2000）被國內(nèi)研究人員廣泛運(yùn)用，并取得了諸多有意義的研究結(jié)果（呂堅(jiān)等，2008a、2008b；房立華等，2011、2013、2014；王未來等，2014；Long et al，2015）。該方法是一種相對地震定位法，是在主事件地震定位法基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，其不但能減小速度結(jié)構(gòu)模型的不準(zhǔn)確性對定位結(jié)果的影響，還可用于大空間范圍的地震精確定位（楊智嫻等，2003）。雙差定位算法使用的前提條件是：2個(gè)地震間的距離相對于地震到臺(tái)站的距離以及介質(zhì)速度變化的尺度足夠小，從而2條射線的路徑可以近似看成是相同的，這樣在同一臺(tái)站記錄到的2個(gè)事件的走時(shí)之差就可歸結(jié)為2個(gè)事件的空間位置的差異。

把2個(gè)地震i和j到臺(tái)站k的觀測走時(shí)差與理論計(jì)算走時(shí)差之差定義為雙重殘差，表示為

式中，G為包含偏導(dǎo)數(shù)M×4N階（M為雙差的觀測數(shù)；N為地震數(shù)）的矩陣；d為包含雙差式（1）的數(shù)據(jù)矢量；m為長度4N的矢量，含有待定震源參數(shù)的變化；W為對每個(gè)方程加權(quán)的對角矩陣。計(jì)算時(shí)利用下式約束所有地震重新定位后平均位移為0，即其質(zhì)心不動(dòng)。通過進(jìn)一步迭代，使定位殘差逐步減小，從而得到最終的定位結(jié)果

1.2 資料

本研究采用距精河6.6級(jí)地震震中400km范圍內(nèi)的27個(gè)固定臺(tái)和2個(gè)流動(dòng)臺(tái)對此次地震序列進(jìn)行重定位（圖1）。重新定位所使用的資料主要來源于新疆區(qū)域數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)提供的震相觀測報(bào)告。選取2017年8月9日～9月30日，具有3個(gè)以上臺(tái)站記錄和6個(gè)以上震相數(shù)的370次ML≥1.0地震進(jìn)行重新定位。其中，P波到時(shí)資料3678個(gè)，S波到時(shí)資料2945個(gè)，平均每次地震有18個(gè)震相數(shù)據(jù)。為檢查觀測報(bào)告中震相數(shù)據(jù)的可靠性，繪制了P波和S波的震相走時(shí)曲線（圖 2），由圖 2可見，Pg（Pn）、Sg（Sn）震相的走時(shí)曲線區(qū)分明顯，且離散度較小，因此認(rèn)為，這4種震相的到時(shí)數(shù)據(jù)可靠性較高。

圖1 重定位臺(tái)站分布

本文采用HypoDD方法對精河6.6級(jí)地震序列進(jìn)行重新定位，獲取了212次地震序列的重定位結(jié)果。在重定位過程中，設(shè)置最小連接數(shù)和最小觀測數(shù)均為8，事件對的最大距離設(shè)為10km；P波、S波到時(shí)的權(quán)重分別設(shè)為 1.0、0.5；地震定位時(shí)分3組，15次反復(fù)迭代。由于震中周圍人工地震測深的研究結(jié)果甚少，本文在重定位過程中嘗試了該研究區(qū)附近多個(gè)分層速度結(jié)構(gòu)模型，最終選用CRUST1.0分層速度模型結(jié)果（表1）。

圖2 Sn（Sg）、Pn（Pg）震相的走時(shí)曲線

表1 重定位中的速度結(jié)構(gòu)模型

2 地震序列重新定位結(jié)果

2.1 重定位平面分布特征

基于上節(jié)所述的HypoDD方法及參數(shù)設(shè)置，獲得了精河6.6級(jí)地震序列的重定位結(jié)果。精河6.6級(jí)地震被重定為發(fā)震時(shí)刻 2017年 8月 9日 7時(shí) 27分 51秒，震中 44.2639°N、82.8294°E，震源初始破裂深度為17.6km。地震序列東西、南北及垂直向定位平均相對誤差分別為 0.5、0.4、0.9km，平均走時(shí)殘差為 0.08s。

圖3（a）、3（b）分別為精河6.6級(jí)地震序列重定位前、后的結(jié)果。由圖3可見，重定位前地震序列分布分散，無明顯優(yōu)勢分布方向；重定位后地震分布更加集中，震中位置明顯向內(nèi)緊縮。重定位后平面分布圖（圖3（b））顯示，精河6.6級(jí)地震余震密集區(qū)主要集中分布在庫松木契克山前斷裂東段，展布長度約20km，總體沿近EW向（273°）單向擴(kuò)展，與震后應(yīng)急科考給出的烈度分布特征⑥新疆維吾爾自治區(qū)地震局，2017，2017年8月9日新疆精河6.6級(jí)地震災(zāi)害調(diào)查評估結(jié)果的報(bào)告相符，同時(shí)與庫松木契克山前斷裂東段4條走向280°～290°的斷層大致吻合。另外，精河6.6級(jí)地震的余震主要集中發(fā)生在主震后20天內(nèi)，其后，余震的分布在近EW向尾端有向SW方向偏轉(zhuǎn)的跡象。

圖3 精河 MS 6.6地震序列重定位前（a）、后（b）地震震中分布

2.2 重定位剖面分布特征

震源深度剖面顯示，重定位之后的地震震源深度優(yōu)勢分布為7～18km（圖4），且發(fā)生在地殼淺部的余震非常少。這與震后應(yīng)急科考在震中附近沒有發(fā)現(xiàn)明顯的地表破裂帶的結(jié)果一致。同時(shí)，與張勇等④得到的此次地震震源破裂過程顯示的地殼淺部靜態(tài)滑動(dòng)量較?。ㄐ∮?.3m）的結(jié)果具有較好的一致性。

圖4 深度分布柱狀圖

為詳細(xì)展示此次地震發(fā)震斷層面的結(jié)構(gòu)特征，給出了2條震源深度的剖面圖（圖5），其中，一條為沿震中分布的優(yōu)勢長軸走向A-A′剖面，另外一條為近垂直于震中分布的優(yōu)勢長軸走向B-B′剖面。A-A′剖面（圖5（a））顯示，精河6.6級(jí)地震余震沿近 EW向單側(cè)擴(kuò)展，展布長度約15km；主震及余震序列向西10km范圍內(nèi)，余震震源有逐漸變淺的趨勢，且余震數(shù)量較多；余震序列的尾端向SW向偏轉(zhuǎn)的地震震源較深，且余震數(shù)量較少（圖5（a））。B-B′剖面反映了沿?cái)鄬觾A向的震源深度分布特征，清晰地展示出地震序列震源自北向南呈現(xiàn)逐漸加深的變化特征。另外，B-B′剖面揭示出此次地震可能的發(fā)震斷層面傾向?yàn)镾傾，與庫松木契克山前斷裂東段傾向（陳建波等，2007）一致。

圖5 沿A-A′、B-B′剖面的地震震源深度分布

中國地震局地球物理研究所利用CAP方法反演得到了精河6.6級(jí)地震的最佳雙力偶節(jié)面解④，結(jié)果顯示，此次地震斷錯(cuò)類型為逆沖型，與震中附近的庫松木契克山前斷裂東段運(yùn)動(dòng)性質(zhì)相符。其中，節(jié)面Ⅰ走向 262°、傾角 45°、滑動(dòng)角 80°，節(jié)面Ⅱ走向 96°、傾角 46°、滑動(dòng)角100°，斷層節(jié)面Ⅰ和節(jié)面Ⅱ均近EW向。結(jié)合精定位空間分布特征分析認(rèn)為，S傾節(jié)面Ⅱ?yàn)榇舜蔚卣鸬恼鎸?shí)發(fā)震斷層面，這與庫松木契克山前斷裂東段S傾相符。因此，綜合主震震源機(jī)制、地震序列空間分布特征以及震區(qū)構(gòu)造地質(zhì)情況等推斷，此次精河6.6級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造為庫松木契克山前斷裂東段。

3 結(jié)論

本文基于新疆區(qū)域數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)觀測報(bào)告，采用HypoDD方法對精河6.6級(jí)地震序列進(jìn)行了重定位，獲得了地震序列的重定位結(jié)果，并結(jié)合中國地震局地球物理研究所利用CAP方法反演所得的震源機(jī)制解，分析了該地震序列的空間分布和不同剖面震源深度的變化特征以及其可能的發(fā)震構(gòu)造，得到以下結(jié)論。

（1）精河6.6級(jí)地震發(fā)震時(shí)刻為 2017年 8月 9日 7時(shí) 27分 51秒，震中 44.2639°N、82.8294°E，震源初始破裂深度為 17.6±0.9km，較中國地震局地球物理研究所采用CAP方法獲得的最佳擬合震源矩心深度20km要淺。

（2）雙差定位結(jié)果顯示，此次地震序列總體沿近 EW向（273°）單側(cè)擴(kuò)展，展布長度約20km，與庫松木契克山前斷裂東段4條走向280°～290°的斷層大致吻合；震源深度優(yōu)勢分布為7～17km；沿余震走向的深度剖面顯示，精河6.6級(jí)地震序列破裂始于深部，然后向淺部擴(kuò)展，且主震向西10km范圍內(nèi)，余震震源有逐漸變淺的趨勢，余震序列分布中尾端向SW向偏轉(zhuǎn)的地震震源較深；垂直于地震序列的深度剖面顯示，地震序列震源自北向南呈逐漸加深的變化特征，表明發(fā)震斷層面傾向?yàn)镾傾，與庫松木契克山前斷裂東段傾向一致。

（3）中國地震局地球物理研究所給出的震源機(jī)制解結(jié)果顯示，精河6.6級(jí)地震斷錯(cuò)類型為逆沖型，南傾節(jié)面Ⅱ?yàn)榇舜蔚卣鸬恼鎸?shí)發(fā)震斷層面，與庫松木契克山前斷裂東段斷錯(cuò)類型以及斷層傾向相符。

（4）由于地表所見的斷層與深部發(fā)震構(gòu)造之間的關(guān)系比較復(fù)雜，通過所見的地表斷層推測深部的發(fā)震構(gòu)造或震源的位置，具有一定的不確定性。但是，前人針對庫松木契克山前斷裂剖面的研究甚少，故無法將地震投影至構(gòu)造剖面上。本文綜合精河6.6級(jí)地震序列的空間分布和震源機(jī)制解推測，此次精河6.6級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造為庫松木契克山前斷裂東段。

致謝：中國地震局地球物理研究所房立華研究員對HypoDD軟件的使用給予了悉心的指導(dǎo)，新疆地震局監(jiān)測中心為本研究提供了波形資料和觀測報(bào)告，審稿專家對本文細(xì)致審閱并提出了富有建設(shè)性的修改意見。本研究部分圖件采用GMT軟件繪制。在此一并表示感謝。