2015年新疆皮山MS6.5地震震源机制及余震序列定位

2016-11-02 02:17张广伟张洪艳孙长青
地震地质 2016年3期
关键词:发震主震余震

张广伟 张洪艳 孙长青

1)中国地震局地壳应力研究所,地壳动力学重点实验室,北京 100085 2)吉林省地震局,长春 130117



2015年新疆皮山MS6.5地震震源机制及余震序列定位

张广伟1)张洪艳2)孙长青1)

1)中国地震局地壳应力研究所,地壳动力学重点实验室,北京100085 2)吉林省地震局,长春130117

利用新疆台网记录的波形数据,采用gCAP方法反演得到2015年7月3日新疆皮山MS6.5地震的最佳双力偶节面解。 其中,节面Ⅰ走向97°,倾角27°,滑动角51°;节面Ⅱ走向318°,倾角70°,滑动角107°;最佳矩心深度12km,矩震级MW6.4;结合余震分布推断此次地震的发震断层为节面Ⅰ,主震破裂表现为逆冲型地震。同时,采用双差定位法对1,014个地震进行相对定位,得到937个重定位地震事件,结果显示余震序列沿NWW向单侧扩展,展布长度约50km;震源深度主要分布在25km之上,且浅部地震较多;深度剖面显示在主震处断层面向SW倾斜,表现为上陡下缓的铲形逆冲断层特征,与主震破裂节面倾角具有较好的一致性。另外,余震序列空间分布展示出塔里木块体向西昆仑造山带下插入,且沿余震扩展的NWW方向,断层面倾角呈现逐渐增大的趋势,可能表明断层在向NWW破裂的过程中走滑分量逐渐增强。此次皮山地震是青藏高原N向挤压塔里木块体的结果,进一步印证了印度板块与欧亚板块的持续碰撞对青藏高原及周边地震活动具有强烈的影响。

皮山MS6.5地震震源机制双差定位逆冲断层

0 引言

北京时间2015年7月3日上午9时7分,新疆皮山县发生MS6.5地震,据中国地震台网中心测定,震中位置为37.6°N,78.2°E,震源深度10km。截至7月3日14时,已有6人不幸遇难,震区部分土木结构建筑物遭受严重破坏。主震后产生大量余震,至7月7日16时记录到地震总数为1,298个,其中4.0~4.9级地震6个,3.0~3.9级地震60个(中国地震局,2015)。

图1 地震重定位所用台站分布图Fig. 1 Distribution of the seismic stations used in earthquake relocation,and the green triangles are the stations used in the focal mechanism inversion.绿色三角为震源机制反演所用台站;红色五角星为皮山MS6.5地震;蓝色五角星分别为2008年和2014年于田MS7.3地震

此次皮山地震位于青藏高原西北端和塔里木盆地的交界带(图1)。 深地震测深剖面揭示青藏高原北部与塔里木盆地存在陆-陆碰撞(高锐等,2000;李秋生等,2000),2个块体的双向挤压造成该区域上地壳发生脆性变形,存在一些逆冲叠置断层(高锐等,2002);深部和浅部断裂复杂的耦合关系,形成了该区域地震频繁发生的构造环境(张先康等,2002)。在震源区周边分布一些大型断裂,如喀喇昆仑断裂、康西瓦断裂及阿尔金断裂,其中2008年和2014年的于田MS7.3地震就发生在阿尔金断裂的西端(图1)。此次皮山地震的发震断裂为隐伏断裂(中国地震局地质研究所,2015)。 前人的不同研究表明地震的震源机制解和余震序列空间分布有助于理解断层的运动类型及破裂延展范围(赵博等,2013;张广伟等,2014)。 为深入探讨此次皮山MS6.5地震的发震断层及余震扩展空间范围,本研究采用gCAP方法(Zhuetal.,2013)获取主震的震源机制解,并通过双差定位法(Waldhauseretal.,2000)给出余震序列的空间分布特征,探讨此次地震的发震模式及其构造意义。

1 资料与方法

本研究中震源机制反演采用国家数据备份中心提供的新疆台网波形资料(郑秀芬等,2009),考虑到台站方位覆盖及波形记录质量,挑选了震中距400km以内共9个台站的3分量记录(图1)。地震序列重定位所用观测报告由中国地震台网中心提供,选择7月3日至8月3日,记录台站≥3个的地震事件共1,014个;震相数据选择震中距300km范围内的台站记录资料,其中P波到时资料11,788条、S波到时资料11,012条(图2b)。震源机制及地震重定位所用速度模型主要参考人工地震测深和接收函数的研究结果获得(贺日政等,2001;高锐等,2002;唐明帅等,2013;图2a)。

图2 本研究采用的速度模型(a)与P波、S波走时曲线(b)Fig. 2 Velocity models used in the study (a) and travel time curves of P and S wave(b).

采用gCAP方法(Zhuetal.,2013)求取震源机制解。该方法将3分量全波形分为Pnl和面波2部分,对此2部分赋予不同的权重,采用不同的频段,滤波后参与反演,通过计算理论波形和实际波形的拟合误差函数,采用网格搜索得到最小误差的最优解。该方法允许每个时间窗理论波形和实际波形相对时移拟合,大大减少了速度模型不精确及地壳横向不均匀性的影响(Zhuetal.,1996;郑勇等,2009)。反演过程中,Pnl和面波滤波范围分别为0.02~0.1Hz和0.02~0.06Hz,走向、倾角和滑动角的搜索间隔均为10°,深度为1km。格林函数采用频率-波数法(FK)计算(Zhuetal.,2002),采样间隔设为0.1s,采样点1,024个。

地震序列重定位采用双差定位法(Waldhauseretal.,2000),该方法使用相对走时残差修定地震位置,主要基于2个震源之间的距离远小于事件到台站的距离,认为2个事件传播到台站的射线路径几乎相同,从而可以有效地降低速度模型的不确定性对定位结果的影响,该方法在研究断裂优势发震层和余震展布方向等方面具有一定的优势(张广伟等,2013;房立华等,2013)。定位过程中,为得到较为精确的重定位结果,将事件对的最大距离设为8km,P波和S波权重分别设为1.0和0.5。

图3 皮山MS6.5地震不同深度上的震源机制解及其拟合误差Fig. 3 Focal mechanism solutions and misfit of the Pishan MS6.5 mainshock at different depths.

图4 2015年7月3日皮山MS6.5地震震源机制解及理论(红色)和实际(黑色或蓝色)波形对比图Fig. 4 The focal mechanism and the comparison between synthetic(red)and observed(black for better fits or green for bad fits)waveforms of the July 3,2015 Pishan MS6.5 earthquake. The numbers below each trace are relative time shift and cross-correlation coefficient; The station names are given on the left and the numbers below each station are epicentral distance and relative time shift.拟合较好的波形用黑色表示,拟合较差的波形用蓝色表示;波形下方数字表示理论波形相对于实际波形的移动时间和二者的相关系数;左侧大写字母表示台站名,台站名下方的数字为震中距(单位: km)和相对偏移时间(单位: s)

表1 不同研究给出的皮山MS6.5地震震源参数

Table1 Source parameters of the Pishan MS6.5 earthquake from different researches

不同研究节面Ⅰ节面Ⅱ矩心深度/km矩震级走向/(°)倾角/(°)滑动角/(°)走向/(°)倾角/(°)滑动角/(°)全球矩张量解1092285294689215.66.4美国地质调查局98347230058102236.2Wenetal.,201611423.692.6———9~146.5Heetal.,2016113.827.293.7———8~166.4本研究97275131870107126.4

2 结果

采用gCAP方法反演得到2015年7月3日新疆皮山MS6.5地震的最佳双力偶节面解,其中节面Ⅰ走向97°,倾角27°,滑动角51°;节面Ⅱ走向318°,倾角70°,滑动角107°。 通过不同深度的震源机制反演,得到主震最佳质心深度为12km(图3),矩震级为MW6.4,不同深度上的震源机制较为一致也说明了反演结果的稳定性。图4 给出了12km深度上的主震震源机制解(下半球投影)以及理论和实际波形拟合图,整体上波形拟合效果较好,所获得的震源参数较为可信。为更好地评价本研究结果的可靠性,将反演结果与不同研究给出的主震震源参数进行对比(表1);由表1 可以看出,不同研究给出的断层节面Ⅰ和节面Ⅱ的数值均较为接近,并且发震节面Ⅰ的倾角在27°左右,表明此次皮山地震为相对较低角度的逆冲型事件。其中差异较大的参数为主震质心深度,本研究的12km深度相对于全球矩张量解(15.6km)和美国地质调查局(23km)较浅,而采用InSAR数据反演获得的有限断层破裂模型显示,最大滑移量为9~14km(Wenetal.,2016);另外,联合使用InSAR与GPS数据反演得到的皮山主震破裂最大滑移量也处在8~16km深度(Heetal.,2016)。本研究采用地震波形反演震源机制,得到的质心深度反映的是主震破裂面的中心位置,因此本研究获得的质心深度12km与有限断层模型反演的最大滑移量深度范围更为一致,这也验证了反演结果的可靠性。

为更进一步探讨此次皮山地震的发震断裂,采用双差法对1,014个地震事件开展相对定位,获得937个地震事件的重定位结果。为清楚地了解重定位的效果,我们对比了重定位前后震源位置的变化情况。重定位前地震在平面上分布比较零散,而且震源深度主要集中在5km和10km 两个深度上(图5a),这主要是因为初始定位中地震事件深度在约束不好的情况下,通常会将震源设定为5km或10km的深度,而这样的初始定位结果无法很好地分辨发震断层面的破裂范围。而从我们重定位后的结果可以看出,地震序列在平面上NWW向的条带分布更为显著(图5b),同时震源深度主要分布在0~25km,且在主震处及余震序列的NWW尾端震源深度较深,而在余震序列中间段震源较浅,可能表明断层破裂具有较大的不均匀性。另外通过对比可以发现,断层两侧一些零散分布的地震由于无法配对而丢失,但这些丢失事件并不影响我们对发震断层的探讨。

图5 重定位前(a)后(b)地震平面及侧面图Fig. 5 Earthquakes before (a) and after (b) relocation in map and side views.星号为皮山MS6.5主震

本次皮山MS6.5地震的发震断裂为泽普断裂(中国地震局地质研究所,2015);地震序列在平面上主要分布于泽普断裂的南侧,这是由于发震断裂为逆冲型断裂,因此地震投影到平面上就位于单侧。经过重定位,主震震源位置被修订为37.45°N,78.12°E,震源深度17.3km。该深度比主震质心深度(12km)深,这是因为主震破裂具有一定的尺度,地震定位得到的17.3km深度反映的是初始破裂点深度,而震源机制反演得到的质心深度(12km)反映的是断层面破裂的中心位置,因此重定位得到的震源深度与表征震源破裂面的质心深度具有一定的差别,这在2014年云南鲁甸MS6.5主震震源深度测定中也有相同的体现(张广伟等,2014)。

为详细展示发震断层面的结构特征,给出4条剖面,其中1条为沿余震序列展布的SEE走向(97°)剖面,另外3条为4级地震较为密集区域的横切剖面(图6),图6a给出了每条剖面投影所包含的地震事件。沿余震走向的剖面AA′显示,余震沿NWW向单侧扩展,展布长度约50km;震源深度主要分布在25km之上,浅部地震较多,且4级地震往NWW方向震源深度有变浅的趋势(图6b)。穿过主震的剖面BB′清晰地展示出上陡下缓的 “铲形”逆冲断层面,将主震震源球侧面投影到深度剖面上,能够很清楚地看出发震断层面为节面Ⅰ,倾角约27°。另外,横切剖面CC′和DD′也显示出往SW倾斜的发震断层面,但断层面的倾角沿NWW方向有逐渐增大的趋势,这样的结构特征与2013芦山MS7.0地震序列的破裂模式很相似(张广伟等,2013),发震断层在主震处为相对较低的角度逆冲,而随着余震往NWW向扩展,断层的逆冲角度逐渐增大,可能表征断层破裂的走滑分量逐渐增强。

图6 重定位地震平面分布(a)、地震在剖面AA′上的投影(b)与横切剖面投影(c、d和e)Fig. 6 Relocated earthquakes in map view(a),earthquakes along the profile AA′(b),cross sections of the earthquakes(c, d and e).圆圈大小代表震级

3 结论与讨论

采用gCAP方法获得皮山MS6.5地震震源机制解,结果显示此次地震为逆冲型地震,不同深度震源机制反演得到的主震最佳质心深度为12km,矩震级MW6.4;地震定位结果显示,主震初始破裂深度为17.3km,比质心深度深,与有限断层模型结果反映的初始破裂较为一致,而最大滑移量在浅部具有较好的一致性(Wenetal.,2016; Heetal.,2016)。余震序列重定位结果表明,余震沿NWW方向单侧扩展,展布长度约50km,震源优势分布在0~25km深度,且在主震处及余震序列的NWW尾端震源深度较深,而余震序列中间段震源较浅,表明断层面破裂的不均匀性。深度剖面显示断层面往SW倾斜,表现为铲形逆冲断层特征,且断层面倾角沿余震扩展的NWW向呈现逐渐增大的趋势。

结合主震震源机制及余震空间分布特征推断,此次皮山MS6.5地震是青藏高原N向挤压塔里木块体的结果,发震断裂泽普断裂为早-中更新世的隐伏断裂(中国地震局地质研究所,2015),与2013年青藏高原东边界的芦山MS7.0地震类似,均发生在隐伏断裂带上,且破裂模式也相同,在主震处相对低角度逆冲,沿着余震扩展方向,断层的逆冲角度逐渐增大,走滑分量增强。从震中位置看,本次皮山MS6.5地震位于青藏高原北端西昆仑造山带与塔里木盆地的交接部位,穿过西昆仑造山带与塔里木盆地的深地震反射剖面揭示,塔里木南缘存在多组向S倾斜的强反射,反映出塔里木块体插入西昆仑造山带之下(高锐等,2002),重定位后的地震序列也同样显示出向S倾的发震断层面。自2001年发生昆仑山MS8.1地震以来,围绕青藏高原发生了一系列极具破坏力的强震,如2008年和2014年,在于田地区分别发生2次MS7.3地震,这2次地震与本次皮山MS6.5地震均位于青藏高原的北部边界;而2008年的汶川MS8.0地震和2013年的芦山MS7.0地震发生在青藏高原的东边界;同时,2015年4月25日的尼泊尔MS8.1地震则处在青藏高原的南边界,这些强震的频繁发生表明印度板块与欧亚板块的持续碰撞,对青藏高原周边的地震活动具有强烈的影响(徐锡伟等,2008,2011;邓起东等,2010;闻学泽等,2011)。另外,皮山MS6.5和芦山MS7.0地震的发生也带给我们一些启示,在块体挤压边界推覆构造中存在一些隐伏逆冲断层系统,这些断层系统通常包含多组活动断裂,因此在今后的时间里,要多关注青藏高原西北端与塔里木盆地交接带尚未发生强震的区域。

致谢中国地震局地球物理研究所国家数字测震台网数据备份中心(doi: 10.7914/SN/CB)为本研究提供了地震波形数据,评审专家提出的宝贵修改意见对稿件质量的提升帮助很大,特此致谢。

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MECHANISM OF THE 2015 PISHAN,XINJIANG,MS6.5 MAINSHOCK AND RELOCATION OF ITS AFTERSHOCK SEQUENCES

ZHANG Guang-wei1)ZHANG Hong-yan2)SUN Chang-qing1)

1)KeyLaboratoryofCrustalDynamics,InstituteofCrustalDynamics,Beijing100085,China2)EarthquakeAdministrationofJilinProvince,Changchun130117,China

Using the digital broadband seismic data recorded by Xinjiang network stations,we obtained focal mechanism of the July 3 Pishan,Xinjiang,MS6.5 earthquake with generalized Cut and Paste(gCAP)inversion method. The strike,dip and rake of first nodal plane are 97°,27°,51°,and the second nodal plane are 318°,70°,107°. The centroid depth and moment magnitude are calculated to be 12km and 6.4. Combining with the distribution of aftershocks,we conclude that the first nodal plane is the seismogenic fault,and the main shock presents a thrust earthquake at low angle. We relocated 1014 earthquakes using the double-difference algorithm,and finally obtained 937 relocated events. Our results show that the earthquake sequences clearly demonstrate a unilateral extension about 50km nearly in NWW direction,and are mainly located above 25km depth,especially the small earthquakes are predominately located at the shallow parts. Furthermore,the focal depth profile shows a southwestward dipping fault plane at the main shock position,suggesting listric thrust faulting,which is consistent with the dip of the mainshock rupture plane. The spatial distribution of aftershocks represents that the Tarim block was thrust under the West Kunlun orogenic belt. In addition,the dip angle of the fault plane gradually increases along the NWW direction,possibly suggesting a gradual increase of strike-slip component during the NWW rupturing process. From above,we conclude that the PishanMS6.5 earthquake is the result of Tibet plateau pushing onto the Tarim block from south to north,which further confirms that the continuous collision of India plate and Eurasia plate has strong influence on the seismic activity in and around the Tibet plateau.

PishanMS6.5 earthquake,focal mechanism,double-difference relocation,thrust fault

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.016

2015-07-21收稿,2016-03-30改回。

中国地震局地壳应力研究所基本科研业务专项(ZDJ2013-12)与国家自然科学基金(41304037)共同资助。

P315.3

A

0253-4967(2016)03-0711-10

张广伟,男,1985年生,助理研究员,主要从事震源机制反演及地震定位研究,E-mail: jluaaa@163.com。

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