鄭雪剛， 馬學軍， 趙鵬畢

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局新源地震臺，新疆 新源 835800)

北京時間2011年11月1日08時21分，新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州尼勒克、鞏留縣交界發(fā)生MS6.0地震(以下簡稱尼勒克地震)。根據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定，尼勒克地震震中位于43.6 °N、82.4°E，震源深度28 km。根據(jù)現(xiàn)場科學考察(1)新疆維吾爾自治區(qū)地震局.2011年11月1日新疆尼勒克、鞏留MS6.0地震災(zāi)害調(diào)查，2011年12月.，此次地震宏觀震中位于鞏留縣牛場以北，極震區(qū)地震烈度為Ⅶ度，災(zāi)害以房屋破壞為主，未有人員傷亡，地震造成30 392人(7 598戶)受災(zāi)，直接經(jīng)濟損失67 846萬元，屬較大破壞性地震[1]。尼勒克地震發(fā)生在伊犁斷陷盆地東緣阿吾拉勒山交界的鞏乃斯谷地，谷地北側(cè)為阿吾拉勒山南緣斷裂，南側(cè)為鞏留南斷裂。地質(zhì)構(gòu)造為阿吾拉勒復(fù)背斜，該背斜由一系列近東西向的背斜和斷裂組成，復(fù)背斜兩側(cè)被阿吾拉勒北緣斷裂和阿吾拉勒南緣斷裂控制[2]。1600年以來，震區(qū)周圍發(fā)生過5次MS≥7.0地震，震源區(qū)100 km范圍內(nèi)發(fā)生過1812年尼勒克MS8.0地震，1次MS6地震，15次MS5地震[3]，區(qū)域內(nèi)以MS5地震活動為主，但自1974年伊寧東MS5.0地震后，MS5地震平靜32年，2007年7月20日發(fā)生了特克斯MS5.9地震，距此次地震震中76 km[2](圖1)。地震發(fā)生后，根據(jù)新疆地震臺網(wǎng)的測定，截至2012年6月30 日共記錄到ML≥0.8余震142次，最大余震ML4.8。此次尼勒克地震附近臺站相對較少，最近的固定臺有新源(XNY)，察布查爾(CBC)地震臺，震中距分別為74 km和76 km。為了加強震中附近的地震監(jiān)測能力，地震當日，新疆地震局連夜在震中南北兩側(cè)架設(shè)2個應(yīng)急流動臺，其中鞏留、尼勒克縣流動臺距震中分別為10 km，28 km，流動臺的架設(shè)對震中形成較好的包圍[4]，為后續(xù)震情跟蹤和科學研究提供了重要的基礎(chǔ)資料。對余震序列的精確定位是獲取余震空間分布特征和震源區(qū)深部發(fā)震構(gòu)造的有效途徑，本文中利用研究區(qū)域26個固定臺和2個流動臺記錄的震相數(shù)據(jù)，采用Hypo2000+HypoDD聯(lián)合定位方法對尼勒克地震序列進行重新定位，獲得更加精確的余震序列空間分布圖像，并根據(jù)重定位結(jié)果對地震序列的空間分布特征、發(fā)震與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系進行討論。

圖1 尼勒克MS6.0地震震中及其鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖F1—阿吾拉勒山南緣斷裂； F2—留南斷裂； F3—喀什河斷裂 Fig.1 Epicenter of Nileke earthquake with MS6.0 and its surrounding geological-tectonic map

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 Hypo2000方法

Hypo2000定位方法采用經(jīng)典Geiger定位法的基本思路：把走時T在初值(x,y,z)附近做泰勒展開，取一級近似，

(1)

其中T實際走時，是相應(yīng)于(x,y,z)附近一點(x′,y′,z′)的走時。在此基礎(chǔ)上建立方程組，算法上，先對觀測方程組降維，后直接使用奇異值分解最小二乘法對初定位參數(shù)進行迭代修正。Hypo2000可以采用分區(qū)水平分層速度模型，為每個臺站指定不同的速度模型。該方法采用近臺初值，只適用于網(wǎng)內(nèi)近場及地方震的定位[5-6]。

1.2 雙差定位法

雙差定位方法是一種比絕對定位法精度高的相對定位方法,該方法將一定空間范圍內(nèi)的地震組隊，利用組隊地震到臺站的走時差確定地震的相對位置。與其他定位方法相比，該方法能夠有效的消除介質(zhì)不均勻性造成的傳播路徑影響，所選事件不受空間跨度的限制，且該方法能通過相關(guān)分析法讀取地震的到時差，有效減小地殼結(jié)構(gòu)對定位精度的影響從而大大提高到時數(shù)據(jù)的精度，同時對地震的震源深度進行有效約束，是目前較為精確的一種定位方法[7]，該方法在國內(nèi)外中強地震的重定位中被廣泛應(yīng)用，如用于于田地震、汶川地震[8-9]等。

1.3 數(shù)據(jù)

選取2011年11月1日～2012年6月30日記錄到的ML≥1.0的余震地震事件，利用新疆地震臺網(wǎng)地震觀測報告，采用Hypo2000+HypoDD定位方法對尼勒克地震序列進行精定位。在雙差定位時，本研究選擇了震中距小于300 km范圍內(nèi)的13個固定臺和2個流動臺記錄到的Pg、Sg到時資料，每個地震至少有6個震相記錄，震相挑選時剔除絕對走時殘差>2.5 s的震相，經(jīng)過挑選參與定位的Pg波為751條，Sg波為786條，P波和S波震中距與走時曲線如圖2所示。在雙差定位過程中，設(shè)置Pg波、Sg波走時權(quán)重為1.0，0.5。最小觀測數(shù)與最小連接數(shù)設(shè)置為6，地震對之間的最大距離為10 km。采用共軛梯度法求解方程，經(jīng)過2組共15次迭代后得到阻尼最小二乘法解。波速比根據(jù)附近臺站(XNY)的接收函數(shù)h-k掃描結(jié)果設(shè)定為1.72[10]。精定位的速度模型采用邵學鐘等[11]利用轉(zhuǎn)換波測深剖面對北天山地殼結(jié)構(gòu)研究的結(jié)果(表1)。

圖2 Pg、Sg震相的走時曲線表Fig.2 Travel time of Pg and Sg

表1 北天山速度模型

2 定位結(jié)果分析

2.1 Hypo2000定位分析

對2011年尼勒克地震142次余震，通過Hypo2000定位后，得到112次定位結(jié)果。圖3為Hypo2000方法的定位誤差分布，此次Hypo2000方法初步定位后的水平向誤差大多小于2 km，平均為1 km；垂直向誤差大多小于4 km，平均為2.1 km；經(jīng)統(tǒng)計有94%的走時均方根殘差小于0.5 s，平均為0.22s。其中主震的發(fā)震時刻為08時21分 27.5 秒，震中位置為43.67°N、82.37°E。主震的走時殘差0.38 s，水平誤差為0.89 km，垂直誤差為1.5 km，空隙角73°，主震的定位結(jié)果與中國地震臺網(wǎng)中心所給結(jié)果[2]相近?？傮w上看，絕大部分定位結(jié)果已經(jīng)達到了Ⅰ類定位精度的要求。

圖3 Hypo2000方法定位誤差分布圖Fig.3 Positioning error distribution of Hypo2000 method

趙仲和提出HYPO81定位結(jié)果質(zhì)量的綜合評價[12]，由震源位置、定位結(jié)果綜合質(zhì)量及臺站分布質(zhì)量評定組成。參照趙仲和等人的評價標準，對此次尼勒克地震Hypo2000初定位結(jié)果進行分析。在震源位置定位結(jié)果綜合評定中有72.47%屬于C類、臺站分布質(zhì)量有49.54%地震屬于D類，造成多數(shù)地震屬于C類、D類的原因主要有以下2點：① 近臺數(shù)目不夠，在架設(shè)流動臺之前，余震的近臺震中距均大于70 km。而架設(shè)流動臺之后，雖有效改善了近臺震中距，但此次定位仍然有66.05%的余震近臺震中距大于50 km。有58.7%相鄰臺站相對于震中的最大間隙角大于135 °，但同時也有92.6%的間隙角小于180°，說明雖然有一些地震定位時存在有數(shù)據(jù)臺站分布不好的情況，但就實際使用臺站而言，絕大多數(shù)地震仍然處于“網(wǎng)內(nèi)”，這也保證了Hypo2000定位的有效性。② 震相到時讀數(shù)精度還有待提高，在使用的觀測報告中有些地震初至P波為EPG，有些地震沒有Pg波走時只有Sg波走時，這些都對震相的識別精度產(chǎn)生一定的影響。

2.2 雙差定位分析

為了得到更高的定位精度，采用雙差定位法對Hypo2000方法得到的結(jié)果進行重定位，獲得105個地震事件的精定位結(jié)果。尼勒克地震及其余震序列重定位后的平均走時殘差明顯降低，由重定位前的0.22 s降低至0.09 s。為了評價本次地震定位結(jié)果的精度，采用奇異值分解法進行了4次實驗，每次隨機選擇30個地震。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，震中位置在東西、南北及垂直方向的平均誤差最大的一組誤差分別為0.51、0.71和0.95 km，誤差較小，總體反映出此次雙差定位結(jié)果的精度較高。

圖4～5分別是尼勒克MS6.0地震序列重定位前后震中分布圖和重定位后地震序列2個震源深度剖面(圖5中余震震中分布優(yōu)勢長軸走向AA′及其垂直方向BB′，圖例同圖4)。由圖4可見，重定位前余震序列分布相對零散，無明顯的分布特點和優(yōu)勢展布方向，重新定位后余震震中分布更加集中，并主要呈NNW向分布在阿吾拉勒山南緣斷裂的兩側(cè)，這與新疆地震局現(xiàn)場科考的極震區(qū)烈度為Ⅶ度，等震線長軸呈北西西走向基本一致[1]，但與臨近的阿吾拉勒南緣斷裂近東西的走向存在一定差距。此次尼勒克地震在區(qū)域上屬于阿吾拉勒山西段，此區(qū)域內(nèi)斷裂與褶皺十分發(fā)育，主體斷裂以EW向為主，也存在次一級的NE、NW向斷裂，這些NW向斷裂規(guī)模較小[13-15]，余震震中分布顯示的NNW向走向可能與阿吾拉勒山南緣斷裂附近次一級的NW向斷裂活動相關(guān)。

圖4 重定位前后余震震中分布圖(a) 重定位前 (b) 重定位后Fig.4 Aftershock epicenter distribution before(a) and after(b) relocation

從震源深度剖面AA′可以看出，重定位后的余震序列震源深度主要集中在5～17 km區(qū)間，且余震大多數(shù)都發(fā)生在中地殼的上部。深度剖面BB′反映出沿斷層面傾向的震源深度變化特征。由圖5可以看出震源深度由北向南逐漸變淺的特征，表明斷層面北傾，且傾角大約70°，這與震源附近阿吾拉勒山南緣斷裂地質(zhì)調(diào)查資料(2)新疆地質(zhì)局區(qū)測隊.1∶200 000區(qū)域地質(zhì)探查報告K-44-V(鞏留幅),1979年12月.，阿吾拉勒山南緣斷裂總體走向近東西，斷層北傾，傾角約75°相一致[16]。

圖5 重定位后地震序列震源深度沿AA′(a)和BB′剖面(b)分布圖Fig.5 Focal depth distribution of earthquake sequences after relocation along AA′ (a) and BB′ (b)

3 結(jié)論與討論

雙差定位法是一種相對定位法，震源深度的測定可能出現(xiàn)整體性的位置偏移，已有研究表明，初始震源深度每增加、減少5 km，會使雙差定位后震源深度變化幅度約50%。本次雙差定位主震的震源深度與中國地震臺網(wǎng)中心給出的存在10 km差異的原因，可能是由于初始震源深度較淺所造成。尼勒克地震重定位前余震序列分布相對離散，無明顯的分布特點和優(yōu)勢展布方向，重新定位后余震震中分布更加集中，余震分布的優(yōu)勢方向為NNW，與新疆地震局現(xiàn)場科考給出的極震區(qū)為Ⅶ度，等震線長軸呈北西西走向基本一致。

地震發(fā)生后，國內(nèi)外多家研究機構(gòu)都公布尼勒克地震的震源機制解，結(jié)果較為接近，其中USGS得出的矩張量反演結(jié)果：斷層節(jié)面Ⅰ:走向80°、滑動角91°、傾角73°;節(jié)面Ⅱ:走向257°、滑動角87°、傾角17°,顯示此次尼勒克地震是以逆沖為主的地震事件，這與臨近震中的阿吾拉勒山南緣斷裂及震源區(qū)周圍構(gòu)造錯斷類型相同。尼勒克地震的震源機制解斷層節(jié)面Ⅰ的走向與阿吾拉勒山南緣斷裂近東西的走向一致，震源深度剖面顯示的發(fā)震斷層信息與節(jié)面Ⅰ的傾角73°也較為一致，表明主震受N傾的阿吾拉勒山南緣斷裂控制。余震優(yōu)勢分布的NNW走向與USGS得出的節(jié)面Ⅰ的走向存在明顯差異，這可能與阿吾拉勒山南緣斷裂附近次級NW向反沖斷層的活動有關(guān)。