2012年6月30日新疆新源—和静MS6.6地震发震构造初步研究

2014-12-12李志海郑勇谢祖军刘建明上官文明单斌

地球物理学报 2014年2期

李志海，郑勇，谢祖军，刘建明，上官文明，单斌

1 新疆维吾尔自治区地震局，乌鲁木齐 830011

2 大地测量与地球动力学国家重点实验室，中国科学院测量与地球物理研究所，武汉 430077

1 引言

2012年6月30日05时07分，新疆伊犁哈萨克自治州新源县、巴音郭楞蒙古自治州和静县交界发生MS6.6地震（简称新源—和静6.6级地震），此次地震发生于天山中段，包括乌鲁木齐市在内的多个地州（市）有强烈震感，直接经济损失近20亿元，社会影响很大.

中国大陆自2010年4月14日青海玉树7.1级地震后，保持了近700天的6级以上地震平静后，新疆地区先后发生了2012年3月9日洛浦6.0级地震、2012年6月30日新源—和静6.6级地震和2012年8月12日于田6.0级地震，6级地震呈现活跃态势.作为这组6级地震中震级最大的新源—和静6.6级地震位于天山中东段（80°E以东的天山地区），该地区自1979年3月29日库车6.0级地震后至今已近32年无6级以上地震发生，因此，该地震的震源机制解、精确震源参数、发震构造等研究对天山中东段6级以上地震危险性研究有重要参考价值.

新源—和静6.6级地震发生后，国内外研究机构迅速给出此次地震的震源位置、震源机制解，部分结果见表1.从部分单位给出的结果来看，震中平面位置相差不大，但其深度相差较大；震源机制解也有一些区别.此次地震发生位置位于北天山、中天山和南天山的交会部位，构造复杂，有多条大型活动构造，例如伊犁盆地北缘断裂、那拉提断裂、阿吾拉勒山断裂等（新疆维吾尔自治区地震局，2002）；震中位置、余震展布、震源机制解等的差异造成对其发震构造判定的不确定.本文将基于新疆台网记录新源—和静6.6级地震序列震相到时数据，对其进行精确定位，以此获得该地震序列较为准确的震源参数；用CAP方法反演地震序列中波形清楚的MS≥4.0地震的震源机制解和震源深度，以此分析此次地震的发震构造、震源深度和震源破裂特征.

2 新源—和静6.6级地震序列精确定位

2.1 方法

地震定位方法总体可以分为两种，一种是绝对定位方法，一种为相对定位方法.HYP71的定位方法是Lee和Klein（1975）最初提出的，该方法是绝对定位方法的一种，并且随着新理论的不断发展，Lee，Klein等人不断改进该方法，以此产生了HYP系列的定位方法.HYP2000定位方法是HYP系列定位方法在2000年的一个版本，该方法继承了HYP系列的原理，并且吸收了新的反演理论.该方法的优点是可以用多个速度模型，即在定位过程中根据不同区域地震用不同速度模型进行绝对定位（Klein，2007；Song et al.，2012）.

表1 新源—和静6.6级地震参数Table 1 Parameters of the Xinyuan－Hejing MS6.6earthquake

HYPODD方法是相对定位方法的一种，该方法是反演一簇地震中每个地震相对于其矩心的相对位置，得到的是相对位置.该方法的优点是有效地减小了地壳结构对定位精度的影响，同时对地震的震源深度能够有效约束（杨智娴等，2003）.国内外很多研究者利用该方法对部分地区开展地震精确定位，并获得了很多有意义的研究结果（Waldhauser and Ellsworth，2000；李志海等，2004；朱艾斓等，2005；李乐等，2007）.

2.2 资料选取

截至2012年7月31日，新疆地震台网共记录到511次新源—和静6.6级地震的余震.为了保证定位结果的可靠性，本文选取距震中500km以内的32个台站（图1），并选取了387次地震作为研究对象，这些地震事件每个至少被3个以上的台站记录到、至少有8条震相记录.Zhao等人（2003）沿阿勒泰—奎屯—库车一线利用人工爆破资料获得剖线附近P波速度结构，该剖线通过6.6级地震震源区附近；李昱等人（2007）基于奎屯—库车的流动台站测线记录地震资料，利用接收函数研究获得测线附近的S波速度结构，本文以震源区附近测点速度结构作为重新定位的速度模型（图2）.

图1 重新定位所用台站及区域构造简图三角表示台站，五角表示新源—和静6.6级地震震中，线条表示断层.B－A：博罗霍洛—阿其克库都断裂，YLP：伊犁盆地北缘断裂，NLT：那拉提断裂.Fig.1 Map showing regional tectonics and distribution of stations used for relocationTriangles denote station，pentagon denotes epicenter of Xinyuan－Hejing MS6.6earthquake，lines denote fault.B－A：Boluohuoluo－Aqikekudu fault，YLP：Northern edge fault of Yili basin，NLT：Nalati fault.

图2 重新定位所用速度模型Fig.2 Crustal velocity model used in relocation

2.3 结果分析

为了使结果的准确度更高，我们通过两步定位法对地震位置进行精确定位.首先用HYP2000定位方法对这387次地震进行重新定位，获取初步的绝对位置，基于此再用HYPODD定位方法进行相对定位，获得332次地震的精确定位结果.在双差定位过程中，有55次地震被“丢掉”，这些地震都是MS≤2.0的地震，数量较少，且震级小，因此基本不影响结果分析.重新定位后，东西方向平均误差为0.7km，南北方向平均误差为0.7km，深度方向平均误差为1.1km，到时残差为0.12s.其中，主震位置为43.429°N，84.755°E，深度为21.8km，与美国地质调查局（USGS）公布的定位结果基本吻合（http：／／earthquake.usgs.gov／earthquakes／eqarchives／epic／results.php）；震源深度相差3km.

从重新定位地震序列震中分布来看（图3），大部分余震沿NW向展布在主震两侧.但位于西北端有一组NE向展布的余震，最大地震是6月30日位于其SW端部的4.9级地震，可能是主震沿NW向破裂后，触发这一组地震的发生.从地震序列深度分布来看（图4），主要分布在0～35km，主要集中在5～25km（占定位结果总数的80.2%），MS≥4.0地震主要分布在15～25km范围，这与张国民（2002）、王海涛（2005）等人研究结果是一致的.从震源深度剖面来看，此次地震发震构造倾角较陡，主震位于底端，表明此次地震是由主震位置由下而上、向主震两侧破裂的.

从沿AB剖线的地震震源深度剖面图来看（图5），地震主要分布在5～25km的深度，主震位于震源深度较深的部位，而且向上是呈现倒V字型，表明此次地震是由深及浅、由主震向两侧的方式破裂的.MS≥3.0地震大多位于15～25km，表明此次地震能量大多在此深度释放，这与此次地震序列中缺少5级余震是一致的，主震破裂使得能量释放较为充分，在主震之上的每层深度地震分布较为均匀.

从沿CD剖线的地震震源深度剖面图来看（图5），地震由北至南震源深度趋深，而且较快，表明发震断层面倾角较陡.利用小震分布确定断层面参数方法（万永革等，2008），计算发震断层面倾角大约为65.6°，这与伊犁盆地北缘断裂的倾角65°～85°，属于较陡的断裂分布是一致的（新疆维吾尔自治区地震局，2002）.用三角形原理计算倾角，6.6级地震震中距离断层地表出露线有11km，震源深度是21km，断层倾角为62°，这一结果与万永革等（2008）以及新疆地震局考察的结果（2002）基本一致.

图4 重新定位地震震源深度分布图Fig.4 Relocated focal depths

图5 新源—和静6.6级地震序列沿剖线AB、CD地震震源深度剖面及断层位置示意图Fig.5 Distributions of Xinyuan－Hejing MS6.6earthquake sequence along AB，CD profiles and sketch of fault location

3 用近震波形反演震源机制解及震源深度

3.1 震源机制解反演方法

Zhao等人（1994）提出CAP方法，该方法将地震波分成面波和体波部分，分别对这些截取的震相利用相关性方法进行拟合，对各自的震相按照最大的相关性系数进行比较，从而解决了由于地震波速度模型不准确导致的不同震相到时差异产生的拟合偏差，因此有效减小了地壳结构模型对反演的影响.同时，由于采用近震拟合，以此可以提高信噪比和反演精度，还能减小对台站数量和方位角分布的要求.该方法一提出后，国内外就对部分区域中等地震开展了震源机制解研究，并获得一些很有意义的研究结果（Zhu and Helmberger，1996；Tan et al.，2006；黄建平等，2009；郑勇等，2009；谢祖军等，2012）.本文利用该方法反演新源—和静6.6级地震序列中MS≥4.0地震的震源机制解.

3.2 地震数据的选取

本文选取震中距小于400km的台站和其记录地震序列中MS≥4.0地震波形数据作为研究对象，为保证射线路径平均速度模型的准确性，选取的台站都是天山中东段地区的22个运行正常的台站.在主震反演过程中，由于震级较大，近台波形有限幅，选取14个记录初动清楚、波形清晰的数据反演其震源机制解和震源深度，为了保证反演结果的可靠性，这些台站以较均匀的方位角包围了震中.经过扣除仪器响应、积分到位移、旋转为Z－R－T分量和Pnl震相经带宽0.05～0.2Hz滤波、面波震相经带宽0.05～0.15Hz滤波等处理后，每一个台有Z分量、R分量的Pnl震相和3个分量的面波震相供分析.

3.3 结果分析

图6 反演方差和震源机制解随不同深度的变化（a）及理论地震图（红线）与观测地震图（黑线）（b）Fig.6 Inversion misfit and focal mechanism solutions varying with depths（a）and comparison of observation seismograms（black lines）and synthetic seismograms（red lines）（b）

图6 a给出了反演方差和震源机制解随不同深度取值的变化情况，可见震源深度在21km左右时震源机制解的反演方差达到极小值.由此可见，此次地震震源深度为21km左右，考虑到速度模型本身产生的误差，应该有2km左右的偏差.CAP搜索得到震源深度与重新定位主震震源深度一致，由此表明本文所算结果是可靠的.震源深度取21km，此次地震震源机制解的节面Ⅰ走向39°、倾角46°、滑动角12°，节面Ⅱ走向301°、倾角81°、滑动角135°，P轴方位210°、仰角9°，T轴方位309°、仰角44°，N轴方位112°、仰角45°，表明该地震是带较大走滑分量的逆断型地震.图6b给出了相应的波形拟合情况，可见总体上拟合效果较好.从新疆地震局利用P波初动方法、中国地震局地球物理研究所利用波形反演结果和美国地质调查局（USGS）利用全球共享台站记录波形数据反演结果来看，本结果与其基本一致都是走滑型为主，表明此结果是可靠的.

截至7月31日，此次地震序列中共发生MS4.0余震4次（无5级地震发生），波形较为清晰的有3次.利用CAP方法反演这3次4级地震震源机制解和震源深度（图7），结果发现，这3次余震都是走滑型的地震，跟主震一致.震源深度与利用震相数据重新定位震源深度差平均为3km，最大差5km，最小差1km.从深度来看，主震震源深度最深，其后3次余震震源深度逐渐趋浅，表明这3次较大余震的发生可能是由主震开始自下而上发生，这与精确地震定位结果一致.4级余震震源机制解类型与主震基本一致，表明主要受主震控制所致.

4 发震构造初步分析

2012年6月30日新源—和静6.6级地震发生于博罗霍洛断裂、伊犁盆地北缘断裂、阿吾拉勒山南坡断裂与那拉提断裂的交会区（图1），地震构造环境复杂.已有研究表明，博罗霍洛断裂是北天山与南天山的分界线，是一条规模宏大的大断裂，总体呈NW走向，断面倾向SW 向，倾角40°～70°，具有右旋逆走滑性质，曾发生过1944年3月10日7 1／4级地震（杨晓平和沈军，2000；沈军等，2003）.伊犁盆地北缘断裂为博罗科努山与伊犁盆地分界断裂，控制了伊犁盆地北部边界，断裂总体呈NWW向，断面倾向南，倾角50～80°，具有右旋逆断性质，曾经发生过1812年尼勒克东8级地震（杨章等，1985；尹光华等，2003），距此地震110km.阿吾拉勒山南坡断裂全长180km，断裂总体走向近EW向，断层面北倾，倾角70°左右，为逆冲性质.那拉提断裂是中天山与南天山的界线，断裂呈NEE向，断层面倾向NW，倾角大于50°，具左旋逆断性质，该断裂具长期活动特点，断裂最近于2007年7月20日在特克斯县南部曾发生5.9级地震（新疆维吾尔自治区地震局，2002）.此次新源—和静6.6级地震发震构造的确定对区域地震危险性研究具有重要意义.

图7 新源—和静6.6级地震序列中MS≥4.0地震震源机制解深度图Fig.7 Depths of focal mechanism solutions of MS≥4.0earthquakes for sequence of the Xinyuan－Hejing MS6.6earthquake

本文利用HYP2000和HYPODD定位方法对此次地震序列进行了重新定位，重新定位后主震震中靠近伊犁盆地北缘断裂，余震展布是NW向，与伊犁盆地北缘断裂走向基本一致，从震源深度剖面图来看，主震位于断裂南侧6km左右，震源深度为21km，表明该断裂倾角较陡，这与该断层倾角为65°～85°是相一致的.从主震震源机制解来看，与区域构造走向一致的截面Ⅱ反映出的破裂方式是右旋逆断并带有较大走滑分量，这与四条断层中的伊犁盆地北缘断裂性质最接近.新疆地震局与中国地震局对此次地震联合考察得到的等震线长轴方向是NW向（李帅等，2012）.综上分析认为，新源—和静6.6级地震发震构造可能是伊犁盆地北缘断裂.表明6.6级地震是塔里木块体在NNE方向力的作用下，伊犁盆地北缘断裂发生右旋走滑逆冲破裂所致.

5 结论与讨论

本文通过新疆台网的近震波形记录，首先对2012年6月30日新源—和静6.6地震进行了精定位，定位后主震经度、纬度和深度分别为：43.429°N，84.755°E，21.8km.利用 CAP方法反演此次地震震源机制解和震源深度，震源深度为21km，这一结果与精确定位结果相近；震源机制解节面Ⅰ走向39°，倾角46°，滑动角12°，节面Ⅱ走向301°，倾角81°，滑动角135°，P轴方位210°、仰角9°，T轴方位309°、仰角 44°，N轴方位 112°、仰角 45°，震级为MW6.1.根据区域构造和震源机制解分析认为，节面Ⅱ可能是此次地震的主破裂面，此次地震是逆断兼较大右旋走滑分量的地震.

根据精确定位结果、区域活动构造和震源机制解分析认为，新源—和静6.6级地震的发震构造是伊犁盆地北缘断裂.该断裂为博罗科努山与伊犁盆地分界断裂，控制了伊犁盆地北部边界，向西延伸至哈萨克斯坦，新疆境内有450km，是一条大型的右旋逆断层（沈军等，2003）.此次地震位于伊犁盆地北缘断裂与博罗霍洛断裂的交会部位，该地区NW向和NE向断层纵横交错，博罗霍洛断裂是一条大型右旋走滑断层，由于它的参与，使得6.6级地震具有右旋走滑分量较大的逆冲破裂.

据天山地区地震目录（王桂岭等，1997）和新疆地震目录，伊犁盆地北缘断裂新疆境内部分曾发生过的MS≥6.5以上地震，仅1812年3月8日尼勒克8.0级和2012年6月30日新源—和静6.6级地震，表明该断裂是一条强震活跃的断裂.从震中分布来看，境内的伊犁盆地北缘断裂中东段发生了2次6.5级以上地震，而西段没有记录到6.5级以上地震.多期GPS观测表明，天山西段（76°E）有20mm／a的地壳快速缩短，这相当于印度板块向西伯利亚推移速率45mm／a的一半作用（Charles et al.，1994；Abdrakhmatov et al.，1996；Holt et al.，2000）.如此快速的地壳缩短过程一方面导致天山区域每年的隆升速率达到17mm／a（彭树森，1993），另一方面也在断层的两侧和断层面上积累了较大的应变.考虑到该区域近些年没有较大地震发生，因此这些断裂上应该已经积累了很大的应变，具备较大的强震可能性.

致谢我们对匿名审稿人表示感谢，他们的意见对本文改进起到重要作用.在本文计算和完成过程中，万永革教授提供了利用小震分布确定大震断层面参数的计算程序，新疆地震局王海涛研究员、中国科学院测量与地球物理研究所葛粲博士提供了很多指导和意见，在此对他们深表感谢.本文部分图件使用GMT绘制.

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