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 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)。震中周圍歷史地震比較活躍，且地震強度大、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(張國民等，2002)。1900年以來，震中100km范圍內(nèi)，發(fā)生過1次6級地震和2次7級地震，1906年瑪納斯MS7.7地震震中距離此次地震震中僅20km。2011年以來新疆進入中強震活躍期，發(fā)生5級以上地震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，震前半個月距震中約130km的輪臺發(fā)生了MS5.4地震。此次新源-和靜MS6.6地震發(fā)生在中強地震活躍的背景下，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級地震考察報告，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，本文對此次地震序列的震源機制進行了分析。

目前，國內(nèi)的一些研究結(jié)果充分證明了CAP方法在地震震源機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;張愛萍等，2008;黃建平等，2009)。為了提高對新源-和靜MS6.6地震的震源機制解及發(fā)震深度的認(rèn)識，進一步了解其所處地區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，本文利用新疆臺網(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

震源機制解反映了地震破裂幾何和運動學(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制的手段是P波初動和波形反演方法。對于P波初動方法，由于只采用了地震波形中的初動信息，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站數(shù)據(jù)，且使用P波初動方法無法得到地震的深度和震級大小，這在很大程度上限制了該方法的應(yīng)用(張項等，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，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)、在近場記錄研究方面(Takeo et al，1987;Sileny et al，1991)以及近年來發(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)反演震源機制解，對體波和面波分別進行反演，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)重進行反演，分別計算它們的合成波形和真實記錄的誤差函數(shù)，在相關(guān)參數(shù)空間中進行搜索得出最佳解。同時，由于采用近震擬合，以此可以提高信噪比和反演精度，還能減小對臺站數(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)字遙測地震臺網(wǎng)。為了獲得穩(wěn)定可靠的新疆新源-和靜MS6.6主震及MS3.0以上余震的震源機制解，所選取的臺站的方位角準(zhǔn)確，并很好地包圍震中，且震中距都在400km之內(nèi)(臺站分布見圖1、參數(shù)見表1)，所選臺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，由短周期資料反演震源機制解會有很大的偏差，因此，使用了寬頻帶記錄中的5～20s的較長周期資料。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帶通濾波器進行濾波，既可以濾掉長周期地脈動和由速度轉(zhuǎn)換到位移造成的長周期漂移，又可以有效避免地下介質(zhì)小尺度結(jié)構(gòu)所帶來的影響(韋生吉等，2009)。每個臺站我們都得到了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個部分。

圖1 震中與臺站分布圖

表1 近震臺站參數(shù)列表

在計算理論地震圖時，采用目前廣泛使用的頻率-波數(shù)法(F-K方法)(Zhu et al，2002)來計算臺站在不同震中距的格林函數(shù)。該方法通過對頻率和波數(shù)分別進行積分，再利用傳播矩陣計算地震的全波場位移分布，得到各種頻率下的體波和面波波形，對于研究震源參數(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)，進行格林函數(shù)計算，以進一步檢驗研究結(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以上余震的震源機制解，圖2是MS6.6地震的震源機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。在反演過程中，發(fā)現(xiàn)CAP方法的以下特點：

表2 地殼速度模型

(1)對于同一地震，兩種速度模型得到的最有可能的矩心深度及其對應(yīng)的震源機制解非常接近。如圖2所示，MS6.6地震最有可能的矩心深度均為21km，同時可以看到基于胥頤等(1996)的速度模型得到的震源機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)的速度模型進行研究。

(2)得到的震源機制解對震源深度的依賴不大。從圖2可以看出，基于CRUST2.0的震源機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要大于速度偏低的速度模型得到的矩震級。胥頤等(1996)的速度模型中的直達波速度普遍大于CRUST2.0速度模型的直達波速度，基于前者得到的15次MS3.0以上地震的矩震級比基于后者得到的矩震級平均要大0.15。

圖2 主震震源機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

本文計算得到的MS6.6地震震源機制解結(jié)果為：節(jié)面Ⅰ——走向299°，傾角68°，滑動角 164°;節(jié)面Ⅱ——走向 35°，傾角 75°，滑動角 23°;P 軸方位角 166°，傾角 5°，T 軸方位角258°，傾角26°;矩震級MW為6.3;震源類型是走滑型;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測波形的比較中，9個臺站Pnl波部分和面波部分共45個震相，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，占全部相關(guān)系數(shù)的78%，屬于強度相關(guān)。反演方差為2.149×10-1，反演結(jié)果顯示，理論地震圖與觀測地震圖吻合得較好。此外，對于新源-和靜MS6.6地震，中國地震局地球物理研究所(http：//www.cea-igp.ac.cn/tpxw/263410.shtml)、美國哈佛大學(xué)(http：//www.globalcmt.org/CMTsearch.html)等研究機構(gòu)也給出了相應(yīng)的震源機制解參數(shù)(表3)，由表3可知，不同來源的結(jié)果是比較接近的，也反映本文反演的震源機制解結(jié)果是可靠的。

表3 新源-和靜MS6.6地震主震震源機制解的結(jié)果對比

由節(jié)面解可對此次地震序列做如下分析：

(1)節(jié)面走向。由圖4可見，節(jié)面Ⅰ分布較為集中，節(jié)面走向的優(yōu)勢方向為NWW向(280°～320°)，與此區(qū)域喀什河斷裂南東段的活動斷裂走向一致(尹光華，1993)，也與龍海英等(2008)通過對北天山中東段中小地震震源機制解系統(tǒng)聚類和應(yīng)力場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)勢取向為近于垂直，說明地震序列發(fā)生在一個較陡的、近乎直立的斷層面上。

(3)節(jié)面滑動角。刁桂苓等(1996)認(rèn)為，當(dāng)分析節(jié)面的滑動角時，取0°±30°和150°～180°、-150°～ -180°為走向滑動，90°±30°和 -90°±30°為傾向滑動，其余為斜向滑動。從圖4可以看出，節(jié)面滑動角優(yōu)勢在±180°±30°、0°±30°范圍內(nèi)，由此可知，走向滑動占絕對優(yōu)勢。該地震序列事件中，事件1(見表4)的節(jié)面的滑動角在-90°±30°內(nèi)，震源類型為傾滑型，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型，說明主震發(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，占總數(shù)的60%，P軸方位的優(yōu)勢取向為近NS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)和震源機制解

圖4 MS6.6主震及序列震源機制節(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，占總數(shù)的47%，T軸方位的優(yōu)勢取向為近EW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)在反演過程中，發(fā)現(xiàn)CAP方法對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應(yīng)的震源機制解非常接近，由此得出的震源機制解對震源深度的依賴不大的認(rèn)識。而通過比較基于胥頤等(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，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要大于速度偏低的速度模型得到的矩震級的認(rèn)識。

(2)新源-和靜MS6.6地震的震源機制解結(jié)果為：節(jié)面Ⅰ的走向299°、傾角68°、滑動角164°;節(jié)面Ⅱ的走向 35°、傾角 75°、滑動角 23°;P 軸方位角 166°、傾角 5°;T 軸方位角 258°、傾角26°;矩震級MW為6.3;震源類型屬走滑型;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，與新疆活動地塊地震震源深度為21(±l0)km(張國民等，2002)的結(jié)論相符，且大于中國大陸平均震源深度(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)勢方向為NWW，傾角多在60°～90°范圍，滑動角以±180°±30°居多，震源機制類型以走滑為主。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以走滑為主、滑動角在±180°±30°范圍內(nèi)居多的結(jié)果相一致。

(4)新構(gòu)造運動以來，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)的喀什河活動斷裂帶沿伊犁盆地北緣分布，新活動強烈，西段走向300°、傾角70°，沿斷層有中強地震發(fā)生;中段寨口闊拉走向276°，長約80km，晚更新世及其后構(gòu)造活動強烈;南東段沿喀什河各南緣展布，走向280°，長約220km，由多個朝北陡傾的斷面構(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、高國英老師對此文撰寫提供了寶貴幫助，匿名審稿專家對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。