2012年6月30日新疆新源-和静MS6.6地震序列震源机制解

冉慧敏 张志斌 赵庆

新疆维吾尔自治区地震局，乌鲁木齐新市区科学2街338号 830011

0 引言

2012年6月30日，在新疆维吾尔自治区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处发生MS6.6地震，震中位于天山地震带，地处伊犁盆地东边缘高海拔山区。震中周围历史地震比较活跃，且地震强度大、频度高，地质构造复杂，均为浅源地震，震源深度多在10～35km之间(张国民等，2002)。1900年以来，震中100km范围内，发生过1次6级地震和2次7级地震，1906年玛纳斯MS7.7地震震中距离此次地震震中仅20km。2011年以来新疆进入中强震活跃期，发生5级以上地震20余次，2011年11月1日距该震中约180km的尼勒克、巩留交界发生了MS6.0地震，震前半个月距震中约130km的轮台发生了MS5.4地震。此次新源-和静MS6.6地震发生在中强地震活跃的背景下，震区附近有：喀什河断裂带、阿吾拉勒山南缘断层、乌孙山断裂带、那拉提断裂带等①新疆维吾尔自治区地震局，2008，2012年6月30日新疆新源-和静6.6级地震考察报告，为了了解震源区的受力状态，确定此次地震发生的具体构造位置，本文对此次地震序列的震源机制进行了分析。

目前，国内的一些研究结果充分证明了CAP方法在地震震源机制解与矩心深度研究方面的有效性与可靠性(Zhao et al，1994;Zhu et al，1996、2002、2006;Tan et al，2006;张爱萍等，2008;黄建平等，2009)。为了提高对新源-和静MS6.6地震的震源机制解及发震深度的认识，进一步了解其所处地区的应力状态，本文利用新疆台网的宽频带波形资料，采用CAP(Cut and Paste)方法反演了此次地震序列的主震及14次记录清楚MS3.0以上余震的震源机制解，并结合余震分布与区域地质背景，确定该序列的发震断层，讨论地震的发震构造。

1 研究方法

震源机制解反映了地震破裂几何和运动学特征，既是研究区域构造应力的基础，也是地震研究中的重要参数。目前常用的研究地震震源机制的手段是P波初动和波形反演方法。对于P波初动方法，由于只采用了地震波形中的初动信息，因此要想得到较满意的结果，需要大量的分布在不同震中距和方位角的地震台站数据，且使用P波初动方法无法得到地震的深度和震级大小，这在很大程度上限制了该方法的应用(张项等，2010)。而在波形反演方面的研究已积累了大量的宝贵方法和经验，诸如在体波研究方面(Dziewonski et al，1981;Kikuchi et al，1982;Dreger et al，1993;赵翠萍等，2005;周云好等，2004)、在长周期面波研究方面(Kanamori et al，1981;Thio et al，1995;马淑田等，1998;许力生等，2004)、在近场记录研究方面(Takeo et al，1987;Sileny et al，1991)以及近年来发展的近震及远震波形联合反演方面(陈伟文等，2012)等等。最近几年，国际上的一些地震学者(Zhao et al，1994)建立和发展了CAP(Cut and Paste)方法，即利用近震地震数据反演震源机制解，对体波和面波分别进行反演，该方法因此可以在很大程度上减小地壳结构模型对反演结果的影响。将宽频带数字地震记录分为Pnl部分和面波部分，对两部分的3分量共5部分(Pnl不存在切向分量)给定不同的权重进行反演，分别计算它们的合成波形和真实记录的误差函数，在相关参数空间中进行搜索得出最佳解。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。

2 资料处理

本文所用资料全部取自新疆数字遥测地震台网。为了获得稳定可靠的新疆新源-和静MS6.6主震及MS3.0以上余震的震源机制解，所选取的台站的方位角准确，并很好地包围震中，且震中距都在400km之内(台站分布见图1、参数见表1)，所选台站仪器的幅频特性曲线在0.05～20Hz的频率范围内都是平直的。为了避免各台站仪器的放大倍数不一致，首先要去除了仪器响应。考虑到宽频带记录中的短周期资料受地下小尺度结构的影响较大，即当地下速度结构模型不准确时，由短周期资料反演震源机制解会有很大的偏差，因此，使用了宽频带记录中的5～20s的较长周期资料。将原始的速度记录扣除仪器响应并积分得到位移记录。将位移记录从UD-NS-EW分量旋转为大圆路径的Z-R-T分量。旋转后的记录分成Pnl波和面波两个部分，将 Pnl波经带宽为0.05～0.2Hz、面波经带宽为0.03～0.1Hz的4阶Butterworth带通滤波器进行滤波，既可以滤掉长周期地脉动和由速度转换到位移造成的长周期漂移，又可以有效避免地下介质小尺度结构所带来的影响(韦生吉等，2009)。每个台站我们都得到了Pnl波的垂向、径向分量以及面波的垂向、径向以及切向分量等5个部分。

图1 震中与台站分布图

表1 近震台站参数列表

在计算理论地震图时，采用目前广泛使用的频率-波数法(F-K方法)(Zhu et al，2002)来计算台站在不同震中距的格林函数。该方法通过对频率和波数分别进行积分，再利用传播矩阵计算地震的全波场位移分布，得到各种频率下的体波和面波波形，对于研究震源参数非常有效。本文以CRUST2.0全球地壳速度模型(http：//igppweb.ucsd.edu/～gabi/crust2.html)和胥颐等(1996)得到的伊犁盆地速度模型(表2)为基础，进行格林函数计算，以进一步检验研究结果的有效性与可靠性。

3 反演结果与数据分析

采用CAP方法得到了2012年6月30日新源-和静MS6.6地震及14次MS3.0以上余震的震源机制解，图2是MS6.6地震的震源机制解反演误差随震源深度的变化，图3是基于胥颐等(1996)得到的伊犁盆地速度模型波形拟合的结果。在反演过程中，发现CAP方法的以下特点：

表2 地壳速度模型

(1)对于同一地震，两种速度模型得到的最有可能的矩心深度及其对应的震源机制解非常接近。如图2所示，MS6.6地震最有可能的矩心深度均为21km，同时可以看到基于胥颐等(1996)的速度模型得到的震源机制解图案在不同深度具有很好的一致性，为了便于分析，本文主要采用基于胥颐等(1996)的速度模型进行研究。

(2)得到的震源机制解对震源深度的依赖不大。从图2可以看出，基于CRUST2.0的震源机制解除了矩心深度大于25km的结果稍有不同外，其他深度的解的图案几乎一致，而基于胥颐等(1996)的速度模型的所有震源机制解图案是完全一致的。

(3)速度偏高的速度模型得到的矩震级要大于速度偏低的速度模型得到的矩震级。胥颐等(1996)的速度模型中的直达波速度普遍大于CRUST2.0速度模型的直达波速度，基于前者得到的15次MS3.0以上地震的矩震级比基于后者得到的矩震级平均要大0.15。

图2 主震震源机制解反演误差随深度的变化

图3 基于胥颐等(1996)的伊犁盆地速度模型得到的MS6.6地震波形拟合的结果

本文计算得到的MS6.6地震震源机制解结果为：节面Ⅰ——走向299°，倾角68°，滑动角 164°;节面Ⅱ——走向 35°，倾角 75°，滑动角 23°;P 轴方位角 166°，倾角 5°，T 轴方位角258°，倾角26°;矩震级MW为6.3;震源类型是走滑型;震源矩心深度21km，属于浅源地震。在图3显示的理论合成波形与实测波形的比较中，9个台站Pnl波部分和面波部分共45个震相，相关系数平均值为0.73，大于0.6的相关系数有35个，占全部相关系数的78%，属于强度相关。反演方差为2.149×10-1，反演结果显示，理论地震图与观测地震图吻合得较好。此外，对于新源-和静MS6.6地震，中国地震局地球物理研究所(http：//www.cea-igp.ac.cn/tpxw/263410.shtml)、美国哈佛大学(http：//www.globalcmt.org/CMTsearch.html)等研究机构也给出了相应的震源机制解参数(表3)，由表3可知，不同来源的结果是比较接近的，也反映本文反演的震源机制解结果是可靠的。

表3 新源-和静MS6.6地震主震震源机制解的结果对比

由节面解可对此次地震序列做如下分析：

(1)节面走向。由图4可见，节面Ⅰ分布较为集中，节面走向的优势方向为NWW向(280°～320°)，与此区域喀什河断裂南东段的活动断裂走向一致(尹光华，1993)，也与龙海英等(2008)通过对北天山中东段中小地震震源机制解系统聚类和应力场反演所得地震主破裂面基本沿NWW向展布的结果相符。此次地震的等线图(图5)长轴呈N63°W方向，结合余震分布(图1)分析认为节面Ⅰ为破裂面。

(2)节面倾角。图4表明，节面倾角优势取向为近于垂直，说明地震序列发生在一个较陡的、近乎直立的断层面上。

(3)节面滑动角。刁桂苓等(1996)认为，当分析节面的滑动角时，取0°±30°和150°～180°、-150°～ -180°为走向滑动，90°±30°和 -90°±30°为倾向滑动，其余为斜向滑动。从图4可以看出，节面滑动角优势在±180°±30°、0°±30°范围内，由此可知，走向滑动占绝对优势。该地震序列事件中，事件1(见表4)的节面的滑动角在-90°±30°内，震源类型为倾滑型，其余13次事件震源破裂性质与主震一致且均以走滑为主，此外，有8次地震事件为正断层类型，说明主震发生后，震源区处于应力调整变化中。

由图4和表4中应力轴数据可对此次地震序列做如下分析：

(1)P轴空间分布。P轴方位分布在150°～190°角域内有9个，占总数的60%，P轴方位的优势取向为近NS向;P轴倾角集中分布在0°～30°之间，接近水平展布的占优。

表4 MS3.0以上14次余震的震源参数和震源机制解

图4 MS6.6主震及序列震源机制节面、P轴、T轴解的显示图

图5 2012年6月30日新疆新源-和静交界6.6级地震等线图

(2)T轴取向分布。T轴方位分布在235°～285°角域内有7个，占总数的47%，T轴方位的优势取向为近EW向;T轴倾角也集中分布在0°～30°之间，接近水平展布的占优。这与高国英等(2010)等得到的新疆主要受近SN向的主压应力和近EW向的张应力控制的结论是一致的。

4 结论与讨论

(1)在反演过程中，发现CAP方法对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对应的震源机制解非常接近，由此得出的震源机制解对震源深度的依赖不大的认识。而通过比较基于胥颐等(1996)的速度模型和CRUST2.0速度模型得到的15次MS3.0以上地震的矩震级，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级要大于速度偏低的速度模型得到的矩震级的认识。

(2)新源-和静MS6.6地震的震源机制解结果为：节面Ⅰ的走向299°、倾角68°、滑动角164°;节面Ⅱ的走向 35°、倾角 75°、滑动角 23°;P 轴方位角 166°、倾角 5°;T 轴方位角 258°、倾角26°;矩震级MW为6.3;震源类型属走滑型;震源矩心深度约21km，属于浅源地震。本文得到的此次地震震源深度，与新疆活动地块地震震源深度为21(±l0)km(张国民等，2002)的结论相符，且大于中国大陆平均震源深度(约16(±7)km)。此次发生在伊犁盆地东边缘的地震的震源深度，与韦生吉等(2009)分析位于阿拉善地块南边缘的赤峰5.9级地震的25km左右震源深度，反映了完整地块边界上的地震较深，且西部地震比东部地震深，与中国大陆地壳西厚东薄是一致的。

(3)新源-和静MS6.6地震序列的破裂优势方向为NWW，倾角多在60°～90°范围，滑动角以±180°±30°居多，震源机制类型以走滑为主。这一结果与龙海英等(2008)给出的天山中东段地震主破裂面基本沿NWW向展布的结果相符，也与新疆地震局新源-和静MS6.6地震科学考察结果①得出的的烈度圈长轴方向呈NWW向的结论相一致。新源-和静MS6.6地震序列应力轴分析结果显示，震源区受P轴在近NS向、T轴在近EW向的水平应力作用，这与此次地震序列滑动以走滑为主、滑动角在±180°±30°范围内居多的结果相一致。

(4)新构造运动以来，由于印度板块向北逆冲推移，新疆主要受近SN向的主压应力和近EW向的张应力影响(高国英等，2010)，天山再次快速隆起，天山内部的部分断裂重新复活，发生了新源-和静MS6.6地震。位于天山山区的喀什河活动断裂带沿伊犁盆地北缘分布，新活动强烈，西段走向300°、倾角70°，沿断层有中强地震发生;中段寨口阔拉走向276°，长约80km，晚更新世及其后构造活动强烈;南东段沿喀什河各南缘展布，走向280°，长约220km，由多个朝北陡倾的断面构成(尹光华，1993)。基于本文得到地震序列震源机制解结果，经初步分析后认为，新源-和静MS6.6地震震中应位于阿吾拉勒山南缘断裂、喀什河断裂及那拉提断裂的构造交汇部位，发震构造更接近于喀什河断裂南东段。

致谢：新疆地震局龙海英、高国英老师对此文撰写提供了宝贵帮助，匿名审稿专家对论文修改提出了中肯建议。文章使用了圣路易大学朱露培教授提供的CAP程序，在此一并感谢。