李志海，鄭勇，謝祖軍，劉建明，上官文明，單斌

1 新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊 830011

2 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所，武漢 430077

1 引言

2012年6月30日05時(shí)07分，新疆伊犁哈薩克自治州新源縣、巴音郭楞蒙古自治州和靜縣交界發(fā)生MS6.6地震（簡(jiǎn)稱新源—和靜6.6級(jí)地震），此次地震發(fā)生于天山中段，包括烏魯木齊市在內(nèi)的多個(gè)地州（市）有強(qiáng)烈震感，直接經(jīng)濟(jì)損失近20億元，社會(huì)影響很大.

中國大陸自2010年4月14日青海玉樹7.1級(jí)地震后，保持了近700天的6級(jí)以上地震平靜后，新疆地區(qū)先后發(fā)生了2012年3月9日洛浦6.0級(jí)地震、2012年6月30日新源—和靜6.6級(jí)地震和2012年8月12日于田6.0級(jí)地震，6級(jí)地震呈現(xiàn)活躍態(tài)勢(shì).作為這組6級(jí)地震中震級(jí)最大的新源—和靜6.6級(jí)地震位于天山中東段（80°E以東的天山地區(qū)），該地區(qū)自1979年3月29日庫車6.0級(jí)地震后至今已近32年無6級(jí)以上地震發(fā)生，因此，該地震的震源機(jī)制解、精確震源參數(shù)、發(fā)震構(gòu)造等研究對(duì)天山中東段6級(jí)以上地震危險(xiǎn)性研究有重要參考價(jià)值.

新源—和靜6.6級(jí)地震發(fā)生后，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)迅速給出此次地震的震源位置、震源機(jī)制解，部分結(jié)果見表1.從部分單位給出的結(jié)果來看，震中平面位置相差不大，但其深度相差較大；震源機(jī)制解也有一些區(qū)別.此次地震發(fā)生位置位于北天山、中天山和南天山的交會(huì)部位，構(gòu)造復(fù)雜，有多條大型活動(dòng)構(gòu)造，例如伊犁盆地北緣斷裂、那拉提斷裂、阿吾拉勒山斷裂等（新疆維吾爾自治區(qū)地震局，2002）；震中位置、余震展布、震源機(jī)制解等的差異造成對(duì)其發(fā)震構(gòu)造判定的不確定.本文將基于新疆臺(tái)網(wǎng)記錄新源—和靜6.6級(jí)地震序列震相到時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行精確定位，以此獲得該地震序列較為準(zhǔn)確的震源參數(shù)；用CAP方法反演地震序列中波形清楚的MS≥4.0地震的震源機(jī)制解和震源深度，以此分析此次地震的發(fā)震構(gòu)造、震源深度和震源破裂特征.

2 新源—和靜6.6級(jí)地震序列精確定位

2.1 方法

地震定位方法總體可以分為兩種，一種是絕對(duì)定位方法，一種為相對(duì)定位方法.HYP71的定位方法是Lee和Klein（1975）最初提出的，該方法是絕對(duì)定位方法的一種，并且隨著新理論的不斷發(fā)展，Lee，Klein等人不斷改進(jìn)該方法，以此產(chǎn)生了HYP系列的定位方法.HYP2000定位方法是HYP系列定位方法在2000年的一個(gè)版本，該方法繼承了HYP系列的原理，并且吸收了新的反演理論.該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以用多個(gè)速度模型，即在定位過程中根據(jù)不同區(qū)域地震用不同速度模型進(jìn)行絕對(duì)定位（Klein，2007；Song et al.，2012）.

表1 新源—和靜6.6級(jí)地震參數(shù)Table 1 Parameters of the Xinyuan－Hejing MS6.6earthquake

HYPODD方法是相對(duì)定位方法的一種，該方法是反演一簇地震中每個(gè)地震相對(duì)于其矩心的相對(duì)位置，得到的是相對(duì)位置.該方法的優(yōu)點(diǎn)是有效地減小了地殼結(jié)構(gòu)對(duì)定位精度的影響，同時(shí)對(duì)地震的震源深度能夠有效約束（楊智嫻等，2003）.國內(nèi)外很多研究者利用該方法對(duì)部分地區(qū)開展地震精確定位，并獲得了很多有意義的研究結(jié)果（Waldhauser and Ellsworth，2000；李志海等，2004；朱艾斕等，2005；李樂等，2007）.

2.2 資料選取

截至2012年7月31日，新疆地震臺(tái)網(wǎng)共記錄到511次新源—和靜6.6級(jí)地震的余震.為了保證定位結(jié)果的可靠性，本文選取距震中500km以內(nèi)的32個(gè)臺(tái)站（圖1），并選取了387次地震作為研究對(duì)象，這些地震事件每個(gè)至少被3個(gè)以上的臺(tái)站記錄到、至少有8條震相記錄.Zhao等人（2003）沿阿勒泰—奎屯—庫車一線利用人工爆破資料獲得剖線附近P波速度結(jié)構(gòu)，該剖線通過6.6級(jí)地震震源區(qū)附近；李昱等人（2007）基于奎屯—庫車的流動(dòng)臺(tái)站測(cè)線記錄地震資料，利用接收函數(shù)研究獲得測(cè)線附近的S波速度結(jié)構(gòu)，本文以震源區(qū)附近測(cè)點(diǎn)速度結(jié)構(gòu)作為重新定位的速度模型（圖2）.

圖1 重新定位所用臺(tái)站及區(qū)域構(gòu)造簡(jiǎn)圖三角表示臺(tái)站，五角表示新源—和靜6.6級(jí)地震震中，線條表示斷層.B－A：博羅霍洛—阿其克庫都斷裂，YLP：伊犁盆地北緣斷裂，NLT：那拉提斷裂.Fig.1 Map showing regional tectonics and distribution of stations used for relocationTriangles denote station，pentagon denotes epicenter of Xinyuan－Hejing MS6.6earthquake，lines denote fault.B－A：Boluohuoluo－Aqikekudu fault，YLP：Northern edge fault of Yili basin，NLT：Nalati fault.

圖2 重新定位所用速度模型Fig.2 Crustal velocity model used in relocation

2.3 結(jié)果分析

為了使結(jié)果的準(zhǔn)確度更高，我們通過兩步定位法對(duì)地震位置進(jìn)行精確定位.首先用HYP2000定位方法對(duì)這387次地震進(jìn)行重新定位，獲取初步的絕對(duì)位置，基于此再用HYPODD定位方法進(jìn)行相對(duì)定位，獲得332次地震的精確定位結(jié)果.在雙差定位過程中，有55次地震被“丟掉”，這些地震都是MS≤2.0的地震，數(shù)量較少，且震級(jí)小，因此基本不影響結(jié)果分析.重新定位后，東西方向平均誤差為0.7km，南北方向平均誤差為0.7km，深度方向平均誤差為1.1km，到時(shí)殘差為0.12s.其中，主震位置為43.429°N，84.755°E，深度為21.8km，與美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）公布的定位結(jié)果基本吻合（http：／／earthquake.usgs.gov／earthquakes／eqarchives／epic／results.php）；震源深度相差3km.

從重新定位地震序列震中分布來看（圖3），大部分余震沿NW向展布在主震兩側(cè).但位于西北端有一組NE向展布的余震，最大地震是6月30日位于其SW端部的4.9級(jí)地震，可能是主震沿NW向破裂后，觸發(fā)這一組地震的發(fā)生.從地震序列深度分布來看（圖4），主要分布在0～35km，主要集中在5～25km（占定位結(jié)果總數(shù)的80.2%），MS≥4.0地震主要分布在15～25km范圍，這與張國民（2002）、王海濤（2005）等人研究結(jié)果是一致的.從震源深度剖面來看，此次地震發(fā)震構(gòu)造傾角較陡，主震位于底端，表明此次地震是由主震位置由下而上、向主震兩側(cè)破裂的.

從沿AB剖線的地震震源深度剖面圖來看（圖5），地震主要分布在5～25km的深度，主震位于震源深度較深的部位，而且向上是呈現(xiàn)倒V字型，表明此次地震是由深及淺、由主震向兩側(cè)的方式破裂的.MS≥3.0地震大多位于15～25km，表明此次地震能量大多在此深度釋放，這與此次地震序列中缺少5級(jí)余震是一致的，主震破裂使得能量釋放較為充分，在主震之上的每層深度地震分布較為均勻.

從沿CD剖線的地震震源深度剖面圖來看（圖5），地震由北至南震源深度趨深，而且較快，表明發(fā)震斷層面傾角較陡.利用小震分布確定斷層面參數(shù)方法（萬永革等，2008），計(jì)算發(fā)震斷層面傾角大約為65.6°，這與伊犁盆地北緣斷裂的傾角65°～85°，屬于較陡的斷裂分布是一致的（新疆維吾爾自治區(qū)地震局，2002）.用三角形原理計(jì)算傾角，6.6級(jí)地震震中距離斷層地表出露線有11km，震源深度是21km，斷層傾角為62°，這一結(jié)果與萬永革等（2008）以及新疆地震局考察的結(jié)果（2002）基本一致.

圖4 重新定位地震震源深度分布圖Fig.4 Relocated focal depths

圖5 新源—和靜6.6級(jí)地震序列沿剖線AB、CD地震震源深度剖面及斷層位置示意圖Fig.5 Distributions of Xinyuan－Hejing MS6.6earthquake sequence along AB，CD profiles and sketch of fault location

3 用近震波形反演震源機(jī)制解及震源深度

3.1 震源機(jī)制解反演方法

Zhao等人（1994）提出CAP方法，該方法將地震波分成面波和體波部分，分別對(duì)這些截取的震相利用相關(guān)性方法進(jìn)行擬合，對(duì)各自的震相按照最大的相關(guān)性系數(shù)進(jìn)行比較，從而解決了由于地震波速度模型不準(zhǔn)確導(dǎo)致的不同震相到時(shí)差異產(chǎn)生的擬合偏差，因此有效減小了地殼結(jié)構(gòu)模型對(duì)反演的影響.同時(shí)，由于采用近震擬合，以此可以提高信噪比和反演精度，還能減小對(duì)臺(tái)站數(shù)量和方位角分布的要求.該方法一提出后，國內(nèi)外就對(duì)部分區(qū)域中等地震開展了震源機(jī)制解研究，并獲得一些很有意義的研究結(jié)果（Zhu and Helmberger，1996；Tan et al.，2006；黃建平等，2009；鄭勇等，2009；謝祖軍等，2012）.本文利用該方法反演新源—和靜6.6級(jí)地震序列中MS≥4.0地震的震源機(jī)制解.

3.2 地震數(shù)據(jù)的選取

本文選取震中距小于400km的臺(tái)站和其記錄地震序列中MS≥4.0地震波形數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，為保證射線路徑平均速度模型的準(zhǔn)確性，選取的臺(tái)站都是天山中東段地區(qū)的22個(gè)運(yùn)行正常的臺(tái)站.在主震反演過程中，由于震級(jí)較大，近臺(tái)波形有限幅，選取14個(gè)記錄初動(dòng)清楚、波形清晰的數(shù)據(jù)反演其震源機(jī)制解和震源深度，為了保證反演結(jié)果的可靠性，這些臺(tái)站以較均勻的方位角包圍了震中.經(jīng)過扣除儀器響應(yīng)、積分到位移、旋轉(zhuǎn)為Z－R－T分量和Pnl震相經(jīng)帶寬0.05～0.2Hz濾波、面波震相經(jīng)帶寬0.05～0.15Hz濾波等處理后，每一個(gè)臺(tái)有Z分量、R分量的Pnl震相和3個(gè)分量的面波震相供分析.

3.3 結(jié)果分析

圖6 反演方差和震源機(jī)制解隨不同深度的變化（a）及理論地震圖（紅線）與觀測(cè)地震圖（黑線）（b）Fig.6 Inversion misfit and focal mechanism solutions varying with depths（a）and comparison of observation seismograms（black lines）and synthetic seismograms（red lines）（b）

圖6 a給出了反演方差和震源機(jī)制解隨不同深度取值的變化情況，可見震源深度在21km左右時(shí)震源機(jī)制解的反演方差達(dá)到極小值.由此可見，此次地震震源深度為21km左右，考慮到速度模型本身產(chǎn)生的誤差，應(yīng)該有2km左右的偏差.CAP搜索得到震源深度與重新定位主震震源深度一致，由此表明本文所算結(jié)果是可靠的.震源深度取21km，此次地震震源機(jī)制解的節(jié)面Ⅰ走向39°、傾角46°、滑動(dòng)角12°，節(jié)面Ⅱ走向301°、傾角81°、滑動(dòng)角135°，P軸方位210°、仰角9°，T軸方位309°、仰角44°，N軸方位112°、仰角45°，表明該地震是帶較大走滑分量的逆斷型地震.圖6b給出了相應(yīng)的波形擬合情況，可見總體上擬合效果較好.從新疆地震局利用P波初動(dòng)方法、中國地震局地球物理研究所利用波形反演結(jié)果和美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）利用全球共享臺(tái)站記錄波形數(shù)據(jù)反演結(jié)果來看，本結(jié)果與其基本一致都是走滑型為主，表明此結(jié)果是可靠的.

截至7月31日，此次地震序列中共發(fā)生MS4.0余震4次（無5級(jí)地震發(fā)生），波形較為清晰的有3次.利用CAP方法反演這3次4級(jí)地震震源機(jī)制解和震源深度（圖7），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這3次余震都是走滑型的地震，跟主震一致.震源深度與利用震相數(shù)據(jù)重新定位震源深度差平均為3km，最大差5km，最小差1km.從深度來看，主震震源深度最深，其后3次余震震源深度逐漸趨淺，表明這3次較大余震的發(fā)生可能是由主震開始自下而上發(fā)生，這與精確地震定位結(jié)果一致.4級(jí)余震震源機(jī)制解類型與主震基本一致，表明主要受主震控制所致.

4 發(fā)震構(gòu)造初步分析

2012年6月30日新源—和靜6.6級(jí)地震發(fā)生于博羅霍洛斷裂、伊犁盆地北緣斷裂、阿吾拉勒山南坡斷裂與那拉提斷裂的交會(huì)區(qū)（圖1），地震構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜.已有研究表明，博羅霍洛斷裂是北天山與南天山的分界線，是一條規(guī)模宏大的大斷裂，總體呈NW走向，斷面傾向SW 向，傾角40°～70°，具有右旋逆走滑性質(zhì)，曾發(fā)生過1944年3月10日7 1／4級(jí)地震（楊曉平和沈軍，2000；沈軍等，2003）.伊犁盆地北緣斷裂為博羅科努山與伊犁盆地分界斷裂，控制了伊犁盆地北部邊界，斷裂總體呈NWW向，斷面傾向南，傾角50～80°，具有右旋逆斷性質(zhì)，曾經(jīng)發(fā)生過1812年尼勒克東8級(jí)地震（楊章等，1985；尹光華等，2003），距此地震110km.阿吾拉勒山南坡斷裂全長180km，斷裂總體走向近EW向，斷層面北傾，傾角70°左右，為逆沖性質(zhì).那拉提斷裂是中天山與南天山的界線，斷裂呈NEE向，斷層面傾向NW，傾角大于50°，具左旋逆斷性質(zhì)，該斷裂具長期活動(dòng)特點(diǎn)，斷裂最近于2007年7月20日在特克斯縣南部曾發(fā)生5.9級(jí)地震（新疆維吾爾自治區(qū)地震局，2002）.此次新源—和靜6.6級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造的確定對(duì)區(qū)域地震危險(xiǎn)性研究具有重要意義.

圖7 新源—和靜6.6級(jí)地震序列中MS≥4.0地震震源機(jī)制解深度圖Fig.7 Depths of focal mechanism solutions of MS≥4.0earthquakes for sequence of the Xinyuan－Hejing MS6.6earthquake

本文利用HYP2000和HYPODD定位方法對(duì)此次地震序列進(jìn)行了重新定位，重新定位后主震震中靠近伊犁盆地北緣斷裂，余震展布是NW向，與伊犁盆地北緣斷裂走向基本一致，從震源深度剖面圖來看，主震位于斷裂南側(cè)6km左右，震源深度為21km，表明該斷裂傾角較陡，這與該斷層傾角為65°～85°是相一致的.從主震震源機(jī)制解來看，與區(qū)域構(gòu)造走向一致的截面Ⅱ反映出的破裂方式是右旋逆斷并帶有較大走滑分量，這與四條斷層中的伊犁盆地北緣斷裂性質(zhì)最接近.新疆地震局與中國地震局對(duì)此次地震聯(lián)合考察得到的等震線長軸方向是NW向（李帥等，2012）.綜上分析認(rèn)為，新源—和靜6.6級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造可能是伊犁盆地北緣斷裂.表明6.6級(jí)地震是塔里木塊體在NNE方向力的作用下，伊犁盆地北緣斷裂發(fā)生右旋走滑逆沖破裂所致.

5 結(jié)論與討論

本文通過新疆臺(tái)網(wǎng)的近震波形記錄，首先對(duì)2012年6月30日新源—和靜6.6地震進(jìn)行了精定位，定位后主震經(jīng)度、緯度和深度分別為：43.429°N，84.755°E，21.8km.利用 CAP方法反演此次地震震源機(jī)制解和震源深度，震源深度為21km，這一結(jié)果與精確定位結(jié)果相近；震源機(jī)制解節(jié)面Ⅰ走向39°，傾角46°，滑動(dòng)角12°，節(jié)面Ⅱ走向301°，傾角81°，滑動(dòng)角135°，P軸方位210°、仰角9°，T軸方位309°、仰角 44°，N軸方位 112°、仰角 45°，震級(jí)為MW6.1.根據(jù)區(qū)域構(gòu)造和震源機(jī)制解分析認(rèn)為，節(jié)面Ⅱ可能是此次地震的主破裂面，此次地震是逆斷兼較大右旋走滑分量的地震.

根據(jù)精確定位結(jié)果、區(qū)域活動(dòng)構(gòu)造和震源機(jī)制解分析認(rèn)為，新源—和靜6.6級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造是伊犁盆地北緣斷裂.該斷裂為博羅科努山與伊犁盆地分界斷裂，控制了伊犁盆地北部邊界，向西延伸至哈薩克斯坦，新疆境內(nèi)有450km，是一條大型的右旋逆斷層（沈軍等，2003）.此次地震位于伊犁盆地北緣斷裂與博羅霍洛斷裂的交會(huì)部位，該地區(qū)NW向和NE向斷層縱橫交錯(cuò)，博羅霍洛斷裂是一條大型右旋走滑斷層，由于它的參與，使得6.6級(jí)地震具有右旋走滑分量較大的逆沖破裂.

據(jù)天山地區(qū)地震目錄（王桂嶺等，1997）和新疆地震目錄，伊犁盆地北緣斷裂新疆境內(nèi)部分曾發(fā)生過的MS≥6.5以上地震，僅1812年3月8日尼勒克8.0級(jí)和2012年6月30日新源—和靜6.6級(jí)地震，表明該斷裂是一條強(qiáng)震活躍的斷裂.從震中分布來看，境內(nèi)的伊犁盆地北緣斷裂中東段發(fā)生了2次6.5級(jí)以上地震，而西段沒有記錄到6.5級(jí)以上地震.多期GPS觀測(cè)表明，天山西段（76°E）有20mm／a的地殼快速縮短，這相當(dāng)于印度板塊向西伯利亞推移速率45mm／a的一半作用（Charles et al.，1994；Abdrakhmatov et al.，1996；Holt et al.，2000）.如此快速的地殼縮短過程一方面導(dǎo)致天山區(qū)域每年的隆升速率達(dá)到17mm／a（彭樹森，1993），另一方面也在斷層的兩側(cè)和斷層面上積累了較大的應(yīng)變.考慮到該區(qū)域近些年沒有較大地震發(fā)生，因此這些斷裂上應(yīng)該已經(jīng)積累了很大的應(yīng)變，具備較大的強(qiáng)震可能性.

致謝 我們對(duì)匿名審稿人表示感謝，他們的意見對(duì)本文改進(jìn)起到重要作用.在本文計(jì)算和完成過程中，萬永革教授提供了利用小震分布確定大震斷層面參數(shù)的計(jì)算程序，新疆地震局王海濤研究員、中國科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所葛粲博士提供了很多指導(dǎo)和意見，在此對(duì)他們深表感謝.本文部分圖件使用GMT繪制.

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