2020年西藏尼玛MS6.6和MS4.8地震震源机制测定＊

李旭茂 梁姗姗 邹立晔 姜 鑫

（中国地震台网中心，北京 100045）

引言

据中国地震台网中心测定：2020年7月23日04时07分，西藏自治区那曲市尼玛县发生MS6.6地震，震源深度10 km，震中位置为（33.19°N，86.81°E）。此次地震是2020年我国大陆地区最高震级的地震，震中位于高海拔人口稀少地区，震中5 km范围内平均海拔约5 270 m，周边10 km内的村庄有藏曲村、佳绒藏布，20 km内无乡镇驻地分布，50 km内的乡镇有荣玛乡，地震造成50余间老旧房屋损坏，未造成人员伤亡。尼玛MS6.6地震发生后，余震不断，当日06时28分发生4.3级地震、08时10分发生4.1级地震、09时04分发生3.7级地震、14时48分发生3.6级地震、18时50时发生4.8级地震和23时17分发生3.5级地震，7月24日11时39分发生3.9级地震和16时06分发生3.4级地震，7月28日22时38分发生3.8级地震，7月31日19时20分发生4.3级地震。截至到2020年7月31日24时，共发生3.0级以上余震10次，其中3.0—4.0级地震6次，4.0—5.0级地震4次。

青藏高原按照构造演化史和相关地球物理资料可以划分为5个地体，分别为喜马拉雅地体、冈底斯地体、羌塘地体、巴颜喀拉地体和昆仑地体[1]。此次尼玛MS6.6地震发生在羌塘地体，处于班公湖—怒江和金沙江两大断裂带之间，区域内活动构造较发育（图1）。历史上沿格林错断裂、角木茶卡—日干配错断裂、琵琶湖—吐坡错断裂、琵琶湖—映天湖断裂带、改则—洞措断裂等断裂带发生过多次6.0级以上地震。此次尼玛MS6.6地震微观震中位于依布茶卡盆地西缘断裂和依布茶卡—日干配错断裂带之间。依布茶卡—日干配错断层是一个主要由单侧发育的正断层形成的半地堑和走滑断层组成的复杂的变形场，从西北处穿过羌塘盆地，主体为左旋走滑断裂性质，局部伴随拉张分量[2-4]。沿断裂带3—6级地震较集中，历史上有6级以上地震活动，在依布茶卡—日干配错断裂上发生过2008年改则6.9级地震，震源机制显示为正断层型地震（图1）。依布茶卡盆地西缘断裂可能为晚更新世活动的正断层。

通过前人对羌塘地块GPS速度场的研究，发现羌塘地块西部同时存在SN向收缩和EW向伸展，没有大规模的快速滑移，羌塘地块东部却表现出明显的整体物质快速运移的刚性块体运动特征[5]。通过研究地层活动时代发现，不同地体具有向北逐渐年轻的趋势，指示着青藏高原向北生长的过程[6]。因此，整体来看，羌塘地体受到印度板块向北移动的影响，除了挤压变形外，还有地壳物质水平方向的运移，反映出脆性破裂的形变特征[7]。由于震源机制可以直观地反映地震破裂几何特征和运动学特征，本文采用ISOLA近震全波形方法反演此次MS6.6地震主震及MS4.8较大余震震源机制解，并结合周边地质构造和余震分布初步探讨此次地震的发震构造。

1 数据与方法

在本次研究中，震源机制反演所使用的初始地震目录来自于中国地震台网中心速报目录。我们收集了西藏、青海、新疆区域波形资料，考虑到台站信噪比和台站方位角覆盖情况，共筛选出8个台站（图2）三分量地震记录参与震源机制反演。

在求取震源机制解时，我们采用ISOLA（ISO lated asperities）近震全波形反演方法[8]。本文通过单点源模型，利用等间隔搜索和最小二乘法反演得到此次尼玛MS6.6地震的最佳矩张量解。ISOLA近震全波形反演方法可以分为纯双力偶（DC）、偏量矩张量（双力偶分量DC+补偿线性矢量偶极分量CLVD）、全矩张量（DC+CLVD+ISO分量）和固定震源机制4种求解方式，通过在点、线、面3种不同维度空间范围内搜索最佳解，但是固定震源机制求解方式仅可以反演得到矩心时间、深度和地震矩[9]。

图1 研究区域构造背景图及自1970年以来3.0级以上历史地震分布图Fig. 1 Tectonic background map of the study area and historical earthquake distribution map with magnitude 3.0 or above since 1970

图2 西藏尼玛MS6.6地震震中位置和本研究使用的台站分布图Fig. 2 The epicenter location of the Nima MS6.6 earthquake in Tibet and the distribution of stations used in this study

图3 本研究使用的速度模型Fig. 3 Velocity model used in this study

本次研究震源机制反演采用图3中的一维速度模型，该模型取自CRUST1.0[10]。在进行震源机制反演时，我们固定震中位置（33.19°N，86.91°E），在震源深度方向进行等间隔搜索，搜索范围为1—20 km，步长为1 km。为了尽可能减少地壳速度模型不确定性对本研究结果的影响，我们把滤波频带的下限频率降低，下限频率主要受台站背景噪声的影响，上限频率主要受震中距、震级大小以及地壳速度模型准确程度的影响[11]。由于两次地震震级大小不同，两次地震台站的滤波频段略有差异。主震反演时每个台站的滤波频带范围为0.02—0.04 Hz，MS4.8较大余震反演时，每个台站的滤波频带范围为0.04—0.06 Hz。格林函数采用离散波数法（discrete wavenumber）[12]，采样间隔为0.2 Hz。

2 震源机制反演结果

我们通过震源机制反演分别得到2020年7月23日西藏尼玛MS6.6主震和较大余震MS4.8地震的断层面几何参数、矩震级、矩心深度和震源区应力状态等震源参数。MS6.6主震断层面解几何参数节面Ⅰ走向8°/倾角46°/滑动角-93°，节面Ⅱ走向191°/倾角44°/滑动角-87°；矩震级MW6.4，最佳矩心深度7 km。获得震源区应力主轴的空间取向：主压力轴P的方位角220°、倾伏角88°，主张力轴T方位角99°、倾伏角1°。MS4.8余震断层面解几何参数节面Ⅰ走向12°/倾角47°/滑动角-106°，节面Ⅱ走向214°/倾角45°/滑动角-74°；矩震级MW5.0，最佳矩心深度6 km。获得震源区应力主轴的空间取向：主压力轴P的方位角207°、伏角78°，主张力轴T方位角113°、伏角1°（图4）。我们以尼玛MS6.6主震为例，通过比较本研究结果与德国地球科学中心（GFZ）、哈佛大学矩张量解（GCMT）、美国地质调查局（USGS）、法国巴黎地球物理研究所（IPGP）等国外权威地震研究结构给出的西藏尼玛主震震源机制解参数结果的差别（表1），可以看出，差别不大，均为正断型地震，也可反映出本文反演过程和结果具有可靠性。之后，我们采用最小空间旋转角的方法[13]，定量反映本研究震源机制和其他国际机构的差别，以本次研究得到的解作为初始解的中心震源机制，得到和其他机构震源机制的最小空间旋转角。最小空间旋转角范围为4.39°—18.53°，可以看出本次震源机制解和其他震源机制解具有一致性。

图4 尼玛MS6.6主震及MS4.8余震的震源机制解Fig. 4 Focal mechanism solutions of the Nima MS 6.6 main earthquake and MS4.8 aftershock

表1 不同研究机构给出的2020年7月23日西藏尼玛主震的震源机制解参数Table 1 Focal mechanism solution parameters of the main Nima earthquake in Tibet on July 23，2020 given by different research institutions

图5给出了本次地震不同震源深度下波形互相关之间的关系。从图中可以看出，在不同深度上震源机制解变化不大，在矩心深度7 km处，波形互相关系数最大。图6为固定震中位置在垂直深度方向搜索MS6.6地震震源机制解对应的理论波形和实际波形拟合图，总体平均方差减少量VR=0.72。其中，在选中反演8个台站波形的24个分量中，波形拟合方差减少量达到0.5以上的有18个，占总分量的75%，可见台站理论波形和观测波形有较好的拟合度。

图5 西藏尼玛MS6.6地震矩心深度与波形互相关系数Fig. 5 The centroid depth and the correlation coefficient of the waveform of the Nima MS6.6 earthquake in Tibet

图6 西藏尼玛MS6.6地震震源机制解对应的三分量理论（红色）和实际（黑色）波形对比图Fig. 6 Comparison of the three-component theoretical（red）and observational（black）waveforms corresponding to focal mechanism solutions of the Nima MS6.6 earthquake in Tibet

我们通过大折刀法（Jackknifing method）对此次反演参数进行不确定度分析[14]，以此来评价震源机制反演得到的断层面解参数的不确定度。考虑到不同方位和震中距地震的记录对反演结果的影响，我们对本次地震所使用的8个台站每次减少1个台站进行多次反演（图7）。图7是每次反演参数的直方图，包括走向角（图7a），倾角（图7b），滑动角（图7c），矩心位置（图7d），矩心时间偏移（图7e），双力偶成分（图7f）和kagan角（图7h）。其中，矩心时间偏移（图7e）指的是通过点源模型所得发震时间与采用的速报发震时间的偏移。从参数直方图来看，各参数分布相对集中。我们把所有反演的震源机制结果都投影到震源球上（图7g），可以看到经过多次反演的地震断层面节面线分布均较集中，说明反演结果比较稳定。

从图4中主震发生后的余震分布序列（截至2020年8月31日）情况来看，余震围绕主震呈发散状分布，主要集中分布在主震的NE向，主震的WS向和ES向余震分布较为稀疏，但都沿着断裂带方向。有学者通过升、降轨InSAR同震形变场数据约束对滑动分布反演，结果显示此次地震发震断层的倾向为ES向[15]。通过上述震源特征以及周边地质构造，我们认为，发震断层面与主震震源机制节面Ⅰ的性质较为一致，据此推测节面Ⅰ是发震断层面。

图7 断层面参数不确定度的估计（依次减少1个台站）Fig. 7 Estimation of parameter uncertainty on fault plane（decreased by 1 station successively）

3 结论

本文通过ISOLA全波形反演方法分别得到2020年7月23日西藏尼玛MS6.6主震和较大余震MS4.8地震的断层面几何参数、矩震级、矩心深度和震源区应力状态等震源参数。MS6.6主震断层面解几何参数节面Ⅰ走向8°/倾角46°/滑动角-93°，节面Ⅱ走向191°/倾角44°/滑动角-87°；矩震级MW6.4，最佳矩心深度7 km。获得震源区应力主轴的空间取向：主压力轴P的方位角220°、伏角88°，主张力轴T方位角99°、伏角1°。MS4.8余震断层面解几何参数节面Ⅰ走向12°/倾角47°/滑动角-106°，节面Ⅱ走向214°/倾角45°/滑动角-74°；矩震级MW5.0，最佳矩心深度6 km。获得震源区应力主轴的空间取向：主压力轴P的方位角207°、伏角78°，主张力轴T方位角113°、伏角1°。为了验证近震全波形反演所得结果的稳定性和可靠性，我们用本研究所得到的震源机制结果和国际上地震学方面权威机构采用最小旋转角法进行定量比较；同时我们还采用了大折刀法进行了多次震源机制反演，并对反演结果的不确定度进行定量分析，结果表明本研究所得到的震源机制是稳定和可靠的。通过查询GCMT震源区附近的历史震源机制类型分析结果，发现以正断型地震为主，存在走滑型地震，与此次震源类型具有较好的一致性。这两次地震以及余震均发生在NEE走向日干配错断裂带北部和NEE走向依布茶卡西缘断裂之间。日干配错断裂北侧的依布茶卡地堑内部发育一系列NE走向的正断层。结合周边地质构造和余震分布，我们认为尼玛MS6.6地震可能是由位于日干配错断裂和依布茶卡盆地西缘断裂之间的一条正断层活动所引发的。