張志斌 李艷永 朱浩清 裴 亮

（中國烏魯木齊830011新疆維吾爾自治區(qū)地震局）

2014年7月9日麥蓋提MS5.1地震震源機(jī)制解與發(fā)震斷層研究

張志斌 李艷永 朱浩清 裴 亮

（中國烏魯木齊830011新疆維吾爾自治區(qū)地震局）

北京時間2014年7月9日麥蓋提縣發(fā)生MS5.1地震，基于新疆地震臺網(wǎng)數(shù)字波形資料，利用CAP方法反演本次地震及附近區(qū)域2009—2014年MS3.0以上地震震源機(jī)制解，得到麥蓋提MS5.1地震節(jié)面Ⅰ的參數(shù)為：走向0°，傾角80°，滑動角-169°；節(jié)面Ⅱ的參數(shù)為：走向268°，傾角79°，滑動角-10°；P軸方位角224°，傾角15°；T軸方位角314°，傾角1°。經(jīng)震源機(jī)制解和地質(zhì)資料綜合研究認(rèn)為，節(jié)面Ⅱ為可能破裂面。該區(qū)域地震以走向滑動為主，構(gòu)造應(yīng)力場主要表現(xiàn)為受近南北向擠壓為主的應(yīng)力場作用，局部疊加塔里木塊體和南天山扭力作用。

麥蓋提MS5.1地震；發(fā)震斷層；CAP方法；震源機(jī)制解；應(yīng)力場

0 引言

據(jù)新疆地震臺網(wǎng)測定，北京時間2014年7月9日5時52分，新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)麥蓋提縣發(fā)生MS5.1地震，震中位于（39.3°N，78.3°E），震源深度8km。此次地震震中距巴楚縣57km、距麥蓋提縣71km，震區(qū)房屋部分損毀，未造成人員傷亡。

地震在應(yīng)力場作用下孕育發(fā)生，雖然單個中、小地震的震源機(jī)制解能反映地震斷層活動性質(zhì)，但用其力軸來代表該區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場方向則不適宜（龍海英等，2007）；多個地震的震源機(jī)制解可反映較大區(qū)域內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力場特征（許忠淮等，1983；許忠淮等，1987；蘭從欣等，2005；張玲等，2013）。震源機(jī)制解直觀反映地震破裂幾何、運動學(xué)特征和震源區(qū)發(fā)震斷層附近的應(yīng)力狀態(tài)，是研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的基礎(chǔ)。

目前，對于不同震級的地震震源，地震學(xué)已建立起復(fù)雜程度不同的震源模型，包括各向同性點源模型（IPS，Isotropic Point Source）、矩心矩張量模型（CMT，Centroid Moment Tensor）、有限矩張量模型（FMT，F(xiàn)inite Moment Tensor）和有限斷層模型（Finite Fault Model）等（Chen P，2005）。對于中等強(qiáng)度地震而言，雖然CMT模型不能提供地震破裂方向等信息，但參數(shù)少（10個參數(shù)：6個矩張量分量，3個空間位置參數(shù)，1個時間參數(shù)）利于反演，能夠有效描述震源性質(zhì)，在大多數(shù)天然大地震研究中，通常將雙力偶模型作為等效力與斷層的錯動等效，則參數(shù)減少到8個（震源機(jī)制解3個，空間位置3個，震級1個，發(fā)震時間1個），因此，在震后短時間內(nèi)即可得到該地震的雙力偶解（Gao Yet al，2000；高原等，2001）。

震源機(jī)制解就是基于雙力偶點源模型，根據(jù)地震波記錄獲得表示斷層錯動面的幾何參數(shù)，包括：斷層面走向、傾角、滑動角和3個主應(yīng)力軸的空間位置，能夠直觀反映地震錯動面幾何形狀和運動學(xué)特征。目前測定震源機(jī)制解的方法主要有：P波初動或P、SV、SH初動和振幅比、波形反演方法。其中P波初動反演震源機(jī)制解比較困難：①P波初動需要大量方位角和震中距分布較好的臺站；②對于節(jié)面方位角附近的地震記錄，很難判斷P波初動極性；③P波初動方法無法得到地震深度和震級大?。ㄖx祖軍等，2012）。新疆區(qū)域遼闊，地震臺網(wǎng)密度稀疏，很難滿足P波初動反演震源機(jī)制解所需的觀測資料。隨著對地球介質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的不斷深入，理論地震圖計算能力的提高以及寬頻帶大動態(tài)數(shù)字地震儀的大量應(yīng)用，許多專家、學(xué)者在波形反演方面積累大量經(jīng)驗（韋生吉等，2009），且能克服P波初動反演缺點。波形反演已成為中等及以上規(guī)模地震震源機(jī)制解反演的主要手段。其中Zhao與Helmberger提出的CAP（Cut and Paste）法具有一定代表性（陳偉文等，2012）。

1 方法原理

CAP方法主要思想是將區(qū)域范圍內(nèi)寬頻帶數(shù)字觀測波形記錄分成體波（Pn1）、SH波和面波部分，并采用不同濾波頻段，分別進(jìn)行擬合，移動每個部分的波形，使其吻合最好。在雙力偶點源模型假設(shè)下，分別計算其理論地震圖與實際觀測波形的誤差目標(biāo)函數(shù)，在給定參數(shù)空間范圍內(nèi)進(jìn)行網(wǎng)格搜索，從而反演得到震源機(jī)制解?；驹頌椋阂粋€雙力偶源產(chǎn)生的理論合成位移可表示為

式中，i = 1，2，3分別表示3種基本斷層類型：垂直走向滑動斷層、垂直傾向滑動斷層和45°傾向滑動斷層。Gi（h，t）為格林函數(shù)，h表示震源深度；Ai為輻射花樣，M0為標(biāo)量地震矩，θ為臺站方位角；φi、σ、λ分別為所求震源機(jī)制解的走向、傾角和滑動角。

在計算理論地震圖時采用頻率—波數(shù)法（任梟等，2007），分別對頻率和波數(shù)進(jìn)行積分，采用傳播矩陣方法計算得到地震的全波場位移，計算各種頻率下體波和面波波形，從而進(jìn)行震源參數(shù)反演（謝祖軍等，2013）。

在實際反演過程中，以理論地震位移s（t）和觀測地震位移u（t）的一致作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，即

經(jīng)實際計算和大量工作驗證，CAP方法在反演震源參數(shù)上具有以下優(yōu)點：①綜合利用近震中體波和面波信息，約束更全面；②將Pn1和面波部分分別采取不同權(quán)重，充分利用Pn1和面波振幅比，從而對震源深度及震源機(jī)制解更好約束；③在反演過程中，允許體波和面波部分有不同的時間平移，在一定程度上可降低速度模型不準(zhǔn)確引起的誤差；④在誤差定義中使用絕對振幅而不是歸一化振幅，能更好識別震相節(jié)面，避免振幅歸一化后帶來其他局部最小值解，從而獲取更準(zhǔn)確的震源機(jī)制解；⑤引入震中距影響因子，考慮地震波隨震中距離的衰減對波形的改造作用，避免反演結(jié)果主要受近臺記錄影響（呂堅等，2008；陳偉文等，2012；洪德全等，2013）。

2 數(shù)據(jù)資料

麥蓋提MS5.1地震位于塔里木盆地西南端，附近有隱伏的喬喀塔格斷裂帶，斷裂全長250km，為第四紀(jì)斷裂（新疆通志·地震志，2002）。塔里木盆地為剛性塊體，西南端與天山和昆侖山相接觸，內(nèi)部發(fā)生地震較少。在綜合考慮喬喀塔格斷裂帶展布方位及震源機(jī)制解解算信噪比要求，選取新疆地震臺網(wǎng)2009年1月到2014年8月位于塔里木盆地西南緣（38.9°—39.6°N，77.3°—79.2°E）的MS3.0以上地震，去除落在喬喀塔格斷裂帶之外的地震事件，主要集中落在喬喀塔格斷裂帶的兩個分支斷層上，見圖1，考慮到2009年8月19日MS3.1地震靠近喬喀塔格斷裂帶，也加入?yún)^(qū)域應(yīng)力場進(jìn)行計算，試圖通過MS5.1地震震源機(jī)制解推斷此次地震的發(fā)震斷層，結(jié)合該區(qū)域斷層上地震震源機(jī)制解，進(jìn)一步了解此斷層區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場的主要特征，為此區(qū)域的深入研究奠定基礎(chǔ)。

由圖1可見，震中除東南方向臺站較少，其他方位被臺站均勻包圍。綜合臺站資料的信噪比和CAP方法所具有的優(yōu)勢，選取震中距300km內(nèi)、P波記錄清晰且方位角準(zhǔn)確的臺站，儀器幅頻特性在0.05—20 Hz頻率范圍內(nèi)是平直的。數(shù)據(jù)處理過程如下：①去除儀器響應(yīng)，防止各臺站儀器放大倍數(shù)不一致；②對速度記錄積分得到位移記錄，由速度記錄轉(zhuǎn)換成位移記錄；③將三分向UD—NS—WE位移記錄旋轉(zhuǎn)成大圓路徑的R—T—Z分向記錄，旋轉(zhuǎn)后分為Pn1和面波兩個部分；④利用頻率—波數(shù)法計算格林函數(shù)，先后反演垂直向和徑向的Pn1波，再反演三分量面波，通過波形互相關(guān)對齊波形，以達(dá)到最佳擬合效果；⑤反演過程中，對Pn1和三分量面波部分選擇不同濾波頻帶，Pn1部分經(jīng)帶寬為0.05—0.2 Hz、面波部分經(jīng)帶寬為0.05—0.1 Hz的4階Butterworth帶通濾波（冉慧敏等，2013）。

利用頻率—波數(shù)（F—K）法計算每個震中距的格林函數(shù)，得到理論地震圖。采用Crust 2.0地層模型（表1）計算格林函數(shù)，地殼厚度為55km。

圖1 研究所用地震事件與臺站分布Fig.1 Distribution of the seismic events and stations used in this study

表1 Crust 2.0 全球地殼速度模型Table 1 The global crust velocity model of Crust 2.0

3 反演分析

根據(jù)圖1中震中臺站波形記錄，結(jié)合表1給出的地殼速度模型，利用CAP方法解算2014年7月9日麥蓋提MS5.1地震的震源機(jī)制解，圖2為震源機(jī)制解反演過程中擬合誤差隨深度的變化，圖3為震源機(jī)制解反演波形擬合結(jié)果。

從圖2可以看出，震源深度變換對波形擬合誤差影響比較明顯，而根據(jù)誤差最小判定原則，本次地震的最小誤差在0.206 4—0.207 2，對應(yīng)最佳震源深度為16km。圖3是擬合誤差最小時震源深度對應(yīng)的震源機(jī)制解，以及由F—K方法計算的臺站理論波形與實際波形相關(guān)系數(shù)。從圖3可以看出，10個臺站的Pn1和面波部分共50個震相，相關(guān)系數(shù)平均值為0.7，其中大于60的有39個震相，達(dá)到總數(shù)的78%；而其中又有19個震相大于80，占49%，屬于強(qiáng)相關(guān)；反演方差為2.072×10-1。反演結(jié)果表明，模型選擇和理論地震圖構(gòu)建合理，且理論地震圖與觀測地震圖擬合度高，反演結(jié)果可信。節(jié)面Ⅰ參數(shù)為：走向0°，傾角80°，滑動角-169°；節(jié)面Ⅱ參數(shù)為：走向268°，傾角79°，滑動角-10°；P軸：方位角224°，傾角15°；T軸：方位角134°，傾角1°。此外，對于此次地震，GCMT、中國地震臺網(wǎng)中心（頻域和時域波形聯(lián)合反演）等研究機(jī)構(gòu)給出相關(guān)震源機(jī)制解，見表2，本文得到的震源機(jī)制解與其他研究機(jī)構(gòu)結(jié)果基本一致，可見本文臺站選取比較合理，計算結(jié)果可靠。

圖2 擬合誤差誤差隨深度變化Fig.2 The ft-error changes with focal-depth

圖3 CAP方法反演地震波形擬合結(jié)果Fig.3 The result of seismic waveform ftting result by CAP method

表2 麥蓋提MS5.1地震震源機(jī)制解對比結(jié)果Table 2 The comparison results of Markit MS5.1 earthquake focal mechanism solutions

為了進(jìn)一步探究該區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場特征，計算本區(qū)域斷層附近2009年4月至2014年8月發(fā)生的12次MS3.0以上地震震源機(jī)制解，見表3。

表3 MS3.0以上地震震源機(jī)制解Table 3 Focal mechanism solution of earthquakes of above MS3.0

根據(jù)誤差最小判定原則，此區(qū)域選取的地震最小誤差在7.83×10-3—1.48×10-5區(qū)間范圍內(nèi)，誤差處在理想范圍內(nèi)。分析此區(qū)域地震震源機(jī)制解的節(jié)面解：①節(jié)面走向：由圖4可見，節(jié)面Ⅱ集中分布在270°—340°角域內(nèi)；②節(jié)面傾角：大多集中在80°范圍內(nèi)；③節(jié)面滑動角：主要集中在-90°— -180°角域內(nèi)，結(jié)合刁桂苓等（1996）研究分析，在90°±30°和-90°±30°為傾向滑動，0°±30°和150°—180°、-150°— -180°為走向滑動，其余角域為斜向滑動。分析此區(qū)域12個地震，其中8個地震的位錯類型為走向滑動，其余為斜向滑動。

分析此區(qū)域的應(yīng)力軸：①P軸空間分布：從圖4可見，P軸方位分布顯示存在近S向和WNW向兩個優(yōu)勢方向，140°—210°角域內(nèi)有5個P軸，占總數(shù)的42%，270°—330°角域內(nèi)有4個P軸，占總數(shù)的33%。從P軸傾角分布看，在0°—10°角域內(nèi)有8個P軸，占66.7%，說明此區(qū)域P軸傾角都較?。虎赥軸空間分布：由圖4可知，T軸方位大部分分布在ES向內(nèi)，60°—130°角域內(nèi)，有4個T軸分布，占總數(shù)的33%；180°—240°角域內(nèi)，有5個T軸分布，占總數(shù)的42%，和P軸走向分布對比，其兩個優(yōu)勢方向互不重疊，互補且近乎正交。另外，T軸和P軸的傾角分布比較接近，在0°—20°角域內(nèi)有9個T軸，占全部T軸的75%，相比之下，T軸比P軸更接近于水平方向。

圖4 12個地震震源機(jī)制解節(jié)面、P軸、T軸玫瑰圖Fig.4 The rose diagrams of mechanism nodal plane，P，T axis of twelve earthquakes

4 結(jié)論

綜上所述，得出以下結(jié)論：麥蓋提MS5.1地震的震源機(jī)制解結(jié)果為：節(jié)面Ⅰ：走向0°，傾角80°，滑動角-169°；節(jié)面Ⅱ：走向268°，傾角79°，滑動角-10°；P軸方位224°，傾角15°，T軸方位134°，傾角1°，矩震級MW4.8，矩心深度為16km。結(jié)合背景地質(zhì)構(gòu)造及震中位置，震中在塔里木盆地西南部，該區(qū)域存在隱伏的喬喀塔格斷裂帶，斷裂帶總體走向NWW，斷層傾向SSW。節(jié)面Ⅱ為近EW向，傾角陡，近直立，帶有一定左旋走滑性質(zhì)，主壓應(yīng)力軸方位224°，為SSW—NNE向，主壓應(yīng)力軸傾角15°。新疆地區(qū)整體受近SN向應(yīng)力場控制，在不同時期，應(yīng)力場會有一定偏轉(zhuǎn)（高國英，2010），符合震源機(jī)制解結(jié)果，據(jù)此地震推斷受控于喬喀塔格斷裂帶次級斷裂帶，破裂面為節(jié)面Ⅱ。

塔里木盆地西南端走向優(yōu)勢分布WNW向，與喬喀塔格斷裂帶走向接近。結(jié)合本區(qū)域P軸和T軸分布圖分析，主壓應(yīng)力軸P軸方位以近WNW向和近SSW向為主，T軸方位以近SW向和近ESE向為主。依據(jù)P軸和T軸方位成正交分布，分為兩組：①P軸近SSW向（即SSW—NNE向）和T軸近ESE向。與新疆地區(qū)整體受近SN向應(yīng)力場控制相符。同時也與高國英等（2010）的研究相符合；②P軸近WNW向（即WNW—ESE向）和T軸近SSW向，形成WNW向的壓應(yīng)力，根據(jù)張培震等（1996）的研究，認(rèn)為塔里木塊體順時針旋轉(zhuǎn)可能對天山及周圍構(gòu)造變形產(chǎn)生直接影響，由帕米爾弧NE向加劇推進(jìn)和南天山的作用，及塊體自身右旋運動，形成WNW向的受力過程?？梢?，本區(qū)域應(yīng)力場特征總體呈現(xiàn)為：近SN向擠壓應(yīng)力場起為喬喀塔格斷裂帶提供主要力源，局部疊加塔里木塊體與南天山扭應(yīng)力場。

受早期地震波形質(zhì)量所限，地震事件主要選取近5年的數(shù)據(jù)，MS5.0以上地震就只有一個，壓應(yīng)力軸和主張應(yīng)力軸分布趨勢不集中，是否與研究震級偏小有關(guān)，需要后期采用多種方法分析論證。塔里木塊體內(nèi)部應(yīng)力變化研究對于認(rèn)識本區(qū)域地震機(jī)理和板塊運動形式具有重要意義，值得進(jìn)一步研究。

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Analysis of focal mechanism solution and seismic fault of Markit MS5.1 earthquake on July 9，2014

Zhang Zhibin，Li Yanyong，Zhu Haoqing and Pei Liang
（Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830011，China）

Markit MS5.1 earthquake occurred on July 9，2014.Base on the records of Xinjiang Seismic Networks，we obtained the focal mechanism of this earthquake and the earthquakes of above MS3.0 in the area from 2009 to 2014 with the “cut and paste” （CAP） method.Our result of the MS5.1 earthquake shows :the strike，dip and rake angles of nodal plane Ⅰ are 0°，80°and -169°； the other nodal plane is 268°，79°，-10°；The azimuth and dip angle are 224°and 15° for P axis； 314°and 1°for T axis；We comprehensive study considered the possibility of the rupture surface of the sectionⅡ through the seismic source mechanism solution and geological data.The earthquake s this region are most of the strike-slip.The regional structural stress feld is mainly characterized by the action of NS compressional stress feld，and the local torsion effect of the Tarim block and the South Tianshan Mountains.

Markit MS5.1 earthquake，seismogenic fault，cut and paste method，source mechanism，stress feld

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.001

張志斌（1988—）男，助理工程師，2011年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理專業(yè)，主要從事地震監(jiān)測工作，測震服務(wù)器維護(hù)等工作

地震科技星火計劃青年項目（XH13028Y）、中國地震局2015年度測震臺網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項（20150429）共同資助

本文收到日期：2015-04-07