丁 亮，高爾根，孫守才，鄧曉果，劉 驍

（1.防災科技學院，河北 三河 065201;2.中國地震局地球物理勘探中心，河南 鄭州 450002）

天山活動地塊地震的震源機制

丁 亮1，高爾根1，孫守才1，鄧曉果2，劉 驍1

（1.防災科技學院，河北 三河 065201;2.中國地震局地球物理勘探中心，河南 鄭州 450002）

利用天山地塊的地震震源機制解，并結合Google Earth遙感影像驗證了柯坪地區(qū)內逆沖推覆構造帶發(fā)震斷裂的走向。討論了喀什地區(qū)地震空區(qū)的形變特征和區(qū)域應力場，同時根據(jù)Google Earth遙感影像中地震空區(qū)的地貌類型，分析了地震空區(qū)周圍的形變特征，推斷地震空區(qū)附近薄弱介質區(qū)域的地震危險性較高。此外，還根據(jù)天山地區(qū)的地震震源機制在Google Earth遙感影像上的分布規(guī)律，并結合地質信息分析了震源機制分區(qū)差異性的形成原因和造成這種差異的背景應力場。

活動地塊；震源機制；Google Earth圖像；天山

0 引言

天山活動地塊［1-2］位于西域活動地塊中，屬于Ⅱ級地塊。在印度板塊與歐亞大陸自晚新生代以來碰撞的背景下，天山活動地塊受到由南向北的強烈擠壓［3］而發(fā)育有 17條規(guī)模較大的斷裂［4］。天山地塊中地殼介質的不均勻［5-6］使得其內部構造應力分布不均，造成局部地區(qū)地質構造活動強烈，形成了天山地區(qū)地貌上的差異。郭飚［7］等利用地震層析成像的方法研究了天山地塊區(qū)地殼和上地幔介質的不均勻性。劉代芹［8］利用天山中部重力場的時空變化特征研究了局部地區(qū)在應力集中情況下介質的物理特性。胥頤［9］認為天山地區(qū)正負磁異常帶與地震活動區(qū)域有關。天山地震帶的低速帶內部物質發(fā)生的形變是由帕米爾、南天山和塔里木之間的相對運動引起的［10］。物性結構、形變速率、升降幅度等方面的差異造成伽師、烏恰、喀什一帶發(fā)生強烈地震［10］。持續(xù)的應力作用下，地殼介質會發(fā)生形變和強烈的構造運動，這種變形可以通過分析GPS觀測數(shù)據(jù)進行提取，從而可以將大地測量學的方法用來研究天山地塊地殼運動和推斷地殼應力場。馬宗晉［12］利用GPS測量的數(shù)據(jù)給出了天山地塊區(qū)現(xiàn)代構造運動下的地殼位移速率。Abdrakhmatov K Y［11］利用GPS觀測資料反演出了中國大陸地地殼水平運動的統(tǒng)一速度場。利用GPS的觀測數(shù)據(jù)能推測出天山地塊應力分布。應力的作用形式決定了發(fā)震斷裂的運動機制，利用震源機制反演天山地區(qū)地殼應力場成為可行的方法。龍海英［13］等利用天山地區(qū)中強地震的震源機制給出了天山地區(qū)區(qū)域應力背景場的力學參數(shù)，分析了北天山地區(qū)中強地震的發(fā)震斷裂主要以傾滑逆斷層為主。李瑩甄［14］等利用天山中段的地震震源機制給出烏魯木齊地區(qū)震源機制解與區(qū)域應力場特征，并分析了烏魯木齊地區(qū)區(qū)域構造應力場應力的方向性質。

隨著遙感技術的發(fā)展，利用航空影像研究地殼斷裂活動性質成為可能，InSAR技術已應用于提取地殼形變信息和分析地震前后地表的位移量［15］。并在分析汶川地震地面位移效應和地質災害方面取得較好的效果［16］。作為較易獲取的遙感影像，Google Earth遙感影像已經用于地震應急研究［17］和地震勘探［18］。 我們利用天山地塊中矩震級大于5.0的地震資料獲取發(fā)震斷裂的位置，并通過這些地震的震源機制解推斷斷裂的應力性質和地震的力學特征，地震震源機制解包含主節(jié)面和輔節(jié)面，結合Google Earth影像所反映的地貌特征可以分析發(fā)震斷層真實的破裂面，同樣基于Google Earth圖像中所顯示的發(fā)震構造，可以評價相同類型的構造區(qū)域的地震危險性，對地震危險區(qū)的劃定具有參考價值。

1 資料選取

地震震源位錯理論［19，20］和活動地塊理論［2］認為斷層發(fā)生的快速位錯是導致地震的主要原因，斷裂帶的分布與地震震中的位置有較大的相關性，地震震中分布特征能直接反應活動斷裂的展布規(guī)律，并且地震的震源機制能反映出斷層的運動形式。為了結合Google Earth圖像驗證天山活動地塊中幾個較大的斷裂的走向和地球動力學信息，我們選取了1980年1月1日至2013年1月1日時間段內38°～48°N，70°～90°E范圍內，矩震級大于5.0的183個地震，通過分析地震震中位置確定近期發(fā)生構造運動的活動斷裂帶的空間位置。

我們利用哈佛全球矩心矩張量解數(shù)據(jù)，下載了上述183個地震的震源機制解進行分析。由于矩震級能反應出地震破裂過程中釋放的能量的量級，矩震級與震源區(qū)的破裂范圍大小和介質性質有關［21］：

M0為地震矩，單位N·m，μ為剪切模量，D是震源斷裂面積上的平均位錯，S是斷裂面積。由于震源機制解包含主節(jié)面和輔節(jié)面，因此在分析震源機制解時結合Google Earth遙感影像，從地貌上大致分辨出發(fā)震斷裂真實的破裂面。

Google Earth是Google公司發(fā)布的一款具有全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）功能的軟件。我們下載了Google Earth所提供的遙感影像，經過坐標校正后將遙感圖進行構造解譯，并將地震的震中投影到遙感影像上，同時，我們將地震的震源機制圖像添加在遙感影像中，并根據(jù)震源機制的差異將天山地塊的進行分區(qū)研究，這便于結合地貌特征分析斷層性質和區(qū)域構造應力場。

2 研究分析

圖1所示為天山地塊中矩震級大于5.0的183個地震的震中位置。天山地區(qū)地震分布不均勻，整體呈現(xiàn)南天山地震多，北天山地震少，震級較大的地震主要集中在天山南部地區(qū)。天山地塊處于印度板塊與歐亞板塊的縫合帶上，自南向北的擠壓應力使得天山南部的構造薄弱的地區(qū)易形成應力集中區(qū)域，進而發(fā)生強烈的構造形變，造成天山南部地區(qū)地震頻繁，同時震級較大。在40°N附近能觀測到方位為NEE向地震條帶，在39°31′16.45″N，74°16′03.46″E位置處可見地震空區(qū)。

圖1 天山地塊地震震中Fig.1 Epicenters in Tianshan Block Earthquakes

圖2給出了喀什地區(qū)西南側地震空區(qū)附近的震級大于5.0的地震震中和震源機制。該地震空區(qū)發(fā)生過強烈構造運動和介質形變，地貌上表現(xiàn)為褶皺帶，反應出該區(qū)域的運動形式以擠壓形變?yōu)橹?，地震空區(qū)附近以逆斷層震源機制為主，空區(qū)東北側的地震主要發(fā)生在構造不連續(xù)處。結合表1中給出的震源機制參數(shù)可推斷空區(qū)東北側的應力方向為北北東方向，而西側的應力沿著北西方向?？諈^(qū)東北側與西側的震源機制有明顯的差異，產生這種現(xiàn)象的原因可能是在擠壓應力作用下地震空區(qū)內的介質將應力沿著弱彈性介質傳遞，造成區(qū)域應力集中進而誘發(fā)地震。地殼介質的物性差異和擠壓應力的非均勻分布造成了地震空區(qū)東北側與西側震源機制的差別。擠壓應力沿著地殼介質的薄弱區(qū)發(fā)生積累造成緩慢的地殼形變并進而發(fā)展形成強烈構造運動。由此可得出，地震空區(qū)附近的薄弱介質區(qū)域地震危險性較高。

圖2 地震空區(qū)周圍地震震源機制Fig.2 Earthquake Focal M echanism around the Seism ic Gap

表1 地震空區(qū)周圍地震及其震源機制解參數(shù)Tab.1 Ear thquake Focal M echanism Param eters around Seism ic Gap

表1中給出了空區(qū)周圍地震的震源機制解參數(shù)，結合Google Earth圖像，可以從震源參數(shù)中所給出的兩個節(jié)面中確定出真實發(fā)震斷裂的走向，地震空區(qū)東北側斷裂走向為106°—122°之間，斷裂傾角在44°—63°之間?？諈^(qū)西側斷裂走向為43°—128°之間，斷裂傾角為53°—88°之間。地震空區(qū)東側編號為10—15的地震及震源機制表明斷裂以逆斷層和斜滑逆沖斷層為主。

發(fā)震斷裂的力學性質受到外部應力和地殼介質性質的影響，在圖3給出了區(qū)域Ⅱ中地震震源機制，在區(qū)域Ⅱ（39°0′0″N，76°15′00″E—39°45′0″N，78°00′00″E）中，地震的震中分布不均勻，部分地區(qū)較為集中。這反映了區(qū)域構造應力的差異，同時也表明該區(qū)域中地殼介質的不均勻性和區(qū)域構造運動的差異，能觀測到地震震源機制的分區(qū)差異性。

結合表2所給定的震源機制參數(shù)，在77°00′00″E以東，地震震源機制以逆斷層為主，而在39° 30′00″N，76°55′00″E附近地震震源機制表現(xiàn)為正斷層，震源機制的轉變顯示了區(qū)域地質構造的復雜性，在擠壓應力的作用下，地殼介質發(fā)生構造形變造成局部應力集中發(fā)生錯斷形成逆沖斷層，在正斷層由于擠壓變形造成局部地區(qū)產生張性斷裂，張性斷裂屬于被動形變，其所造成的地面形變量較小，故在Google Earth遙感影像中不能有效地識別。

圖3 區(qū)域Ⅱ地震震源機制解Fig.3 Earthquake Focal M echanism s in A reaⅡ

震源機制的分區(qū)差異反映了天山地塊內部應力的不均勻分布，應力的這種分布形式與天山地塊中介質的非均勻性有關。認為正斷層的震源機制存在于背斜轉折端，而逆斷層的震源機制則存在于兩翼根部的擠壓型區(qū)域。并且，在外部擠壓應力的作用下，地震發(fā)生的位置主要集中于正斷層震源機制區(qū)域和逆斷層震源機制區(qū)域，而這兩個區(qū)域之間的過度區(qū)域相對穩(wěn)定，地震危險性較小。圖4給出了柯坪推覆構造帶（區(qū)域Ⅲ（39°35′48.12″～40°49′12.32″N，76°35′48.12″～78°50′55.46″E））內發(fā)生的地震的震源機制。區(qū)域中擠壓褶皺發(fā)育，并有較大規(guī)模的斷層。結合該地區(qū)的地震的震源機制和遙感影像圖，可推斷出發(fā)震斷裂的走向和區(qū)域應力場。

褶皺的走向反應了區(qū)域形變特征，圖4所示地貌特征和表3給定的參數(shù)能推斷出區(qū)域中斷裂走向呈北北東向或北東向，斷裂走向在38°～82°范圍內，并且可推測出區(qū)域應力場呈北北西向。

3 結論與討論

本文利用天山地塊的地震震源機制解并結合Google Earth圖像作為約束條件，嘗試驗證天山地塊區(qū)中斷裂的走向信息，得到了較好的效果。由于Google Earth圖像容易獲取，且其提供的精度能滿足研究宏觀斷裂位置以及分析區(qū)域構造變形特征要求。因而具有較大的優(yōu)勢。但要研究局部地震斷裂的位移量和應力變化則需要借助其他測量手段。

表2 區(qū)域Ⅱ的震源機制參數(shù)Tab.2 Ear thquake Focal M echanism s Param eters in AreaⅡ

圖4 柯坪逆沖推覆構造區(qū)震源機制Fig.4 Earthquake Focal M echanism in Kepin A rea

表3 區(qū)域Ⅲ震源機制解參數(shù)Tab.3 Earthquake Focal M echanism Param eters in A reaⅢ

分析了喀什地區(qū)地震空區(qū)及其周邊地區(qū)的形變特征?？κ驳貐^(qū)附近的地震空區(qū)發(fā)生過強烈的構造變形，在地貌上表現(xiàn)為擠壓褶皺，地震空區(qū)附近的地震震中呈現(xiàn)區(qū)域分布，且震源機制表現(xiàn)為逆斷層發(fā)震機制。表明在擠壓應力的作用下地震空區(qū)將應力傳遞地殼介質相對薄弱的區(qū)域。該類區(qū)域的介質在同樣大小的應力作用下更容易發(fā)生地殼形變和構造運動，因而，認為地震空區(qū)附近薄弱介質區(qū)域地震危險性較高。

分析了喀什-伽師地區(qū)中地震震源機制解的分片特征，地震斷層的力學性質受到外部應力和發(fā)震斷層的性質影響，天山地塊受到由南向北的擠壓應力作用下，地層形成褶曲和層間滑脫作用，在大規(guī)模隆起的轉折端形成一系列的正斷層，同時在地層邊界區(qū)域由于擠壓應力集中，形成逆斷層。這就造成了在喀什-伽師地區(qū)地震震源機制出現(xiàn)逆斷層-正斷層的變化，與擠壓應力相比，拉張型應力造成的地殼形變量較小，故很難在Google Earth遙感影像中識別，區(qū)域上，震源機制的分片差異性表明天山地塊中地殼介質的不均勻性。在逆沖型斷裂與拉張型斷裂之間的過渡區(qū)中大震較少，其原因可能是應力在正斷裂和逆斷裂區(qū)耗散，故過渡區(qū)地震危險性較小。

驗證了柯坪斷隆區(qū)斷裂的走向，在壓應力作用下，地殼介質形成的褶皺帶與斷裂帶的走向有很大的相關性，結合Google Earth遙感影像和震源機制參數(shù)，得出柯坪斷隆區(qū)的斷裂走向在38°～82°范圍內，擠壓應力為北北西方向，這種結果與前人［22，23］的研究成果接近，從而證明了結合Google Earth遙感影像和震源機制推測斷裂性質的方法是有效的。

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Earthquake Focal M echanism of Tianshan Blocks

Ding Liang1，Gao Ergen1，Sun Shoucai1，Deng Xiaoguo2，Liu Xiao1

（1.Institute of Disaster Prevention，Sanhe 065201，China；2.Geophysical Exploration Center，China Earthquake Administration，Zhengzhou 450002，China）

Based on Google Earth image and Earthquake focalmechanism solutions of Tianshan active tectonic blocks，we determined the strike of earthquake fault.We also discussed the deformation characteristics and regional stress field of seismic gap.According to Google Earth remote sensing image of earthquake gap area，we believed that nonrigid region holds high-risk of earthquake.Moreover，Google Earth Image with CMT resu lt indicated the difference of structure and media，and we analyzed the stress filed of this situation.

active tectonic block；earthquake focalmechanism；Google Earth Image；Tianshan

P315.3

A

1673-8047（2014）02-0042-07

2014-02-20

國家自然科學基金 （41174043）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費項目（ZY20120101）

丁亮（1991— ），男，碩士研究生在讀，研究方向為地震監(jiān)測。