2013年肃南—门源交界MS5.1地震重新定位、震源机制及发震构造研究①

姚家骏

(1.中国地震局地球物理勘探中心，河南 郑州 450000； 2.青海省地震局，青海 西宁 810001)



监测研究

2013年肃南—门源交界MS5.1地震重新定位、震源机制及发震构造研究①

姚家骏1，2

(1.中国地震局地球物理勘探中心，河南 郑州 450000； 2.青海省地震局，青海 西宁 810001)

摘要：针对2013年9月20日甘肃肃南—青海门源交界发生的MS5.1地震，采用Hypo2000定位方法对地震序列中ML≥1.0的事件进行重新定位。重定位后震源位置的水平和垂直方向平均误差分别为1.87 km和3.64 km，走时残差为0.51 s，余震沿冷龙岭断裂的走向分布，长约20 km，宽约2.5 km；横向剖面显示震源深度集中在3～10 km，纵向剖面显示出一个约30°倾角的破裂面。采用CAP方法得到了MS5.1主震的震源机制解，节面I走向360°，倾角68°，滑动角117°；节面Ⅱ走向126°，倾角为34°，滑动角42°，矩震级MW5.05，最佳震源矩心深度10 km。

关键词：肃南—门源交界地震； Hypo 2000； CAP方法； 冷龙岭断裂

0引言

据中国地震台网测定，北京时间2013年9月20日5时37分在甘肃省张掖市肃南裕固族自治县和青海省海北藏族自治州门源回族自治县交界(37.7° N,101.5° E)发生MS5.1地震。截止2014年2月28日震源区共发生ML1.0以上余震42次，其中ML1.0～1.9 32次，ML2.0～2.9 8次，ML3.0～3.9 2次，无ML4.0以上的余震。

震中位于青藏高原东北缘祁连山中东段的托莱山断裂与冷龙岭断裂交汇处。祁连山中东段作为青藏高原东北缘的边界带，是我国构造活动和地震活动最强烈的地区之一，存在一系列全新世活动断裂，如海原断裂、古浪断裂、老虎山断裂、毛毛山—金强河活动断裂、冷龙岭断裂、托莱山断裂等，曾发生1927年古浪8.0级、1986年门源6.4级、1990年景泰—天祝6.2级等地震[1]。2008年汶川8.0级地震以来，中国大陆西部发生多次强烈地震，祁连山中东段的地震危险性受到高度重视[2-4]。2013年7月20日甘肃岷县漳县MS6.6地震打破了青藏高原东北缘自2003年甘肃民乐—山丹6.1级地震以来6级地震的平静状态，有可能预示着青藏高原东北缘进入新一轮的地震活跃时期[5]。在此背景下，岷县漳县地震发生约两个月后，祁连山中东段即发生了本次MS5.1地震，引起了不少关注(据2014年度甘肃省地震趋势会商会)。因此有必要深入研究本次地震的余震分布、震源机制及构造背景等特征，全面认识该地震特征。

本文利用甘青两省数字地震台网的观测数据，采用Hypo2000定位方法对本次地震部分余震进行重新定位；采用CAP方法反演2013年9月20日肃南、门源交界MS5.1主震的震源机制解，在此基础上，对本次地震的发震构造及其与1986年门源6.4级地震的关系进行讨论。

1地震序列的重新定位

1.1台站分布及观测数据

本次地震震中200 km范围内有21个地震台站，对震区形成了良好的方位覆盖(图1)。为了检查震相数据的可靠性，绘制了Pg和Sg的震相走时曲线(图2)。图中清晰地区分出了Pg、Sg震相走时曲线，震相走时离散度较小，可认为原始震相观测报告的可靠性较高。利用震相观测数据，本研究选择MS5.1地震序列ML≥1.0的事件进行重定位。

图1　震中附近台站及地壳模型分区示意图Fig.1　Distribution of stations near the epicenter and Division plot for crustal models

图2　Pg和Sg的震相走时曲线Fig.1　The travel time curves of Pg and Sg

1.2定位方法及地壳模型

震源区位于青藏高原与黄土高原的过渡地带，地壳结构横向差异较大。基于此，本文采用Hypo2000定位方法对本次地震的主震及余震进行重新定位。该方法是F W Klein在Geiger法的思想上发展起来的一种单事件绝对定位方法[6]，其最大优点是考虑到地下结构比较复杂的状况，可以采用多速度模型，更符合地壳结构横向不均匀的地区[7-9]。

表 1　Hypo2000定位使用的速度分区表

Crust 1.0是一个常用的地壳模型。模型中的地形数据来自美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的etopo1数据，在全球尺度上提供了1°×1°分辨率的地壳速度结构，其分辨精度与结果比较可靠。考虑到目前青海北部地壳结构的相关研究比较薄弱，本研究选用Crust 1.0模型进行地震重新定位及震源机制解反演。根据震源区两侧河西走廊以及青藏高原内部地壳结构的差异，在震中附近设置6个区域结构模型(图1)，每个区域采用Crust1.0模型提供的地壳速度模型。表1是图1中每个分区节点号所对应的参数，Mode 1～Mode 6是利用Crust1.0模型提供的地壳速度模型，由于篇幅限制，不在文中一一列出。

1.3定位结果

依据上述的速度模型，采用Hypo2000地震定位法，得到39个ML1.0以上地震的重新定位结果。重定位后，震源位置的水平和垂直方向平均误差分别为1.87 km和3.64 km，走时残差为0.51 s。根据定位后震中空间分布特征(图3)，本次地震序列主要分布在门源盆地北边冷龙岭断裂西端硫磺沟大拐弯处*地名主要引自陈文彬博士论文《河西走廊及邻近地区最新构造变形基本特征及构造成因分析》，余震沿冷龙岭断裂走向分布，长度约20 km，宽约3 km；主震在冷龙岭主峰岗什尕北麓，ML≥2.0余震主要集中主震附近及其西北侧，东南侧主要是ML<2.0小震。

沿空间分布的横向与纵向拉剖面AA′、BB′，观察震源深度沿剖面的分布情况(图3)，由于该区海拔较高，本文考虑了地形影响因素。横向剖面AA′显示地震在地面以下3～10 km处均有分布；根据纵向剖面BB′地震深度分布的不同，可勾勒出一个倾角约30°的破裂面。

2门源MS5.1震源机制解

地震学家近年来发展了CAP(Cut and Paste)方法反演震源机制[10-11]。该方法将宽频带地震记录分成Pnl和面波两个部分进行反演，其反演结果对速度模型和地壳横向变化的依赖性相对较小，具有较高的可靠性，同时可减小对台站数量和方位角分布的要求[12-13]。本文利用震中周边台站的宽频带波形资料反演本次地震的震源机制解。

图4(a)为门源MS5.1主震震源机制解及波形拟合图，灰色虚线表示理论地震图，黑线表示实际观测地震，其下的数字分别表示理论地震图相对观测地震图的相对移动时间和二者的相关系数，波形左侧的文字分别为震中距、台站名、方位角。图4(b)为反演误差随深度变化，不同深度下搜索的震源机制解所对应的误差。由图可以看出当深度为10 km时误差最小，此深度以及对应的震源机制解即为所求的解。其中，节面I走向360°，倾角68°，滑动角117°；节面Ⅱ走向126°，倾角为34°，滑动角42°，矩震级MW5.05。对比中国地震局地球物理研究所(CEA-IGP)、哈佛矩心矩张量解(CMT)等国内外研究机构给出的本次MS5.1主震震源机制解参数[图4(c)、表2]，本文所得结果与其都比较接近，反映本文反演结果是比较可靠的。

F1：祁连山北缘断裂；F2：昌马—俄博断裂； F3：托莱山断裂；F4：冷龙岭断裂图3　地震序列重定位后震中分布及深度剖面Fig.3　Epicenters distribution of the earthquake sequence and depth profiles after relocation

图4　MS5.1主震震源机制解反演结果Fig.4　Inversion of the focal mechanism solution of the MS5.1 mainshock

4结论

采用Hypo2000定位方法对2013年9月20日甘肃肃南—青海门源交界MS5.1地震序列进行重新定位，得到39个ML≥1.0地震定位结果。定位后，震中清晰地分布在冷龙岭断裂老虎沟东岔口—硫磺沟段，西起冷龙岭断裂西端硫磺沟大拐弯处，东经岗什尕、抓石蛋达坂至老虎沟东岔口附近，长度约20 km；纵向深度剖面显示出一个倾角约30°、向NE向倾斜的破裂面。

采用CAP方法反演了MS5.1地震的震源机制解，节面I走向360°，倾角68°，滑动角117°；节面Ⅱ走向126°，倾角为34°，滑动角42°，矩震级MW5.05，为逆冲兼走滑型地震。震前的GPS资料显示出青藏高原东北缘托莱山—冷龙岭断裂现今滑动性质为走滑兼挤压，且已存在一定量的应变积累[14]，本次逆冲型地震反映了托莱山—冷龙岭断层现今滑动性质。

表 2　不同研究机构得到的震源机制解参数

由于震源区海拔高，终年积雪，缺乏最新的地质构造研究资料，地震现场工作队的考察报告也不完善，冷龙岭主峰岗什尕附近断裂构造的更详细特征，还需要更多的研究。

致谢：本研究使用了青海省地震局、甘肃省地震局提供的观测数据，写作过程中得到了中国科学院测量与地球物理研究所有关专家的指导，文中图件用GMT软件绘制，在此表示诚挚的谢意！

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Relocation of 2013 Sunan-MenyuanMS5.1 Earthquake and Analysis

of Focal Mechanisms and Seismogenic Structure

YAO Jia-jun1，2

(1.TheGeophysicalExplorationCenterofCEA,Zhengzhou450000,Henan,China;

2.EarthquakeAdministrationofQinghaiProvince,Xining810000,Qinghai,China)

Abstract:On September 20, 2013, an earthquake ofMS5.1 occurred in the Sunan-Menyuan boundary region. Using the data recorded by Gansu and Qinghai Digital Seismic Networks, we relocated theML≥1.0 events in the earthquake sequence using the Hypo2000 location algorithm. After relocation, the vertical and horizontal average errors were found to be 1.87 km and 3.64 km, respectively, and the root mean square residual error of travel time is 0.51 s. The results show that the mainshock occurred at the northern foot of Gangshiga, the main peak of Lenglongling, and the aftershocks are primarily distributed along the Lenglongling fault zone, with a length and width of approximately 20 km and 2.5 km, respectively. The transverse section exhibits focal depth focus in 3～10 km, and longitudinal section shows a fracture plane that dips toward the northeast and the dip angle is approximately 30°. The focal mechanism solution of the mainshock is also determined using the cut and paste (CAP) method. The results show that the best double couple solutions of the event and the other nodal plane are 360°, 68°, and 117° and 126°, 34°, and 42°, respectively, for strike, dip, and rake angles. Further, the moment magnitude is MW5.05, and the best centroid depth is 10 km.

Key words：Sunan-Menyuan earthquake; Hypo2000; CAP method; Lenglongling fault zone

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2015.04.1077

中图分类号:P315.3

文献标志码：A

文章编号:1000-0844(2015)04-1077-05

作者简介：姚家骏(1981-)，男，助理研究员，河南泌阳人，现主要从事地震资料处理工作。E-mail:qhyaojiajun@163.com。

基金项目：地震科技星火计划(XH14050Y)；2015年震情跟踪定向工作任务(2015010119)

收稿日期：①2014-11-21