張廣偉　張洪艷　孫長青

1)中國地震局地殼應力研究所，地殼動力學重點實驗室，北京　100085 2)吉林省地震局，長春　130117

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2015年新疆皮山MS6.5地震震源機制及余震序列定位

張廣偉1)張洪艷2)孫長青1)

1)中國地震局地殼應力研究所，地殼動力學重點實驗室，北京100085 2)吉林省地震局，長春130117

利用新疆臺網(wǎng)記錄的波形數(shù)據(jù)，采用gCAP方法反演得到2015年7月3日新疆皮山MS6.5地震的最佳雙力偶節(jié)面解。 其中，節(jié)面Ⅰ走向97°，傾角27°，滑動角51°；節(jié)面Ⅱ走向318°，傾角70°，滑動角107°；最佳矩心深度12km，矩震級MW6.4；結(jié)合余震分布推斷此次地震的發(fā)震斷層為節(jié)面Ⅰ，主震破裂表現(xiàn)為逆沖型地震。同時，采用雙差定位法對1,014個地震進行相對定位，得到937個重定位地震事件，結(jié)果顯示余震序列沿NWW向單側(cè)擴展，展布長度約50km；震源深度主要分布在25km之上，且淺部地震較多；深度剖面顯示在主震處斷層面向SW傾斜，表現(xiàn)為上陡下緩的鏟形逆沖斷層特征，與主震破裂節(jié)面傾角具有較好的一致性。另外，余震序列空間分布展示出塔里木塊體向西昆侖造山帶下插入，且沿余震擴展的NWW方向，斷層面傾角呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，可能表明斷層在向NWW破裂的過程中走滑分量逐漸增強。此次皮山地震是青藏高原N向擠壓塔里木塊體的結(jié)果，進一步印證了印度板塊與歐亞板塊的持續(xù)碰撞對青藏高原及周邊地震活動具有強烈的影響。

皮山MS6.5地震震源機制雙差定位逆沖斷層

0　引言

北京時間2015年7月3日上午9時7分，新疆皮山縣發(fā)生MS6.5地震，據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定，震中位置為37.6°N，78.2°E，震源深度10km。截至7月3日14時，已有6人不幸遇難，震區(qū)部分土木結(jié)構(gòu)建筑物遭受嚴重破壞。主震后產(chǎn)生大量余震，至7月7日16時記錄到地震總數(shù)為1,298個，其中4.0～4.9級地震6個，3.0～3.9級地震60個(中國地震局，2015)。

圖1　地震重定位所用臺站分布圖Fig. 1　Distribution of the seismic stations used in earthquake relocation，and the green triangles are the stations used in the focal mechanism inversion.綠色三角為震源機制反演所用臺站；紅色五角星為皮山MS6.5地震；藍色五角星分別為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帶(圖1)。 深地震測深剖面揭示青藏高原北部與塔里木盆地存在陸-陸碰撞(高銳等，2000；李秋生等，2000)，2個塊體的雙向擠壓造成該區(qū)域上地殼發(fā)生脆性變形，存在一些逆沖疊置斷層(高銳等，2002)；深部和淺部斷裂復雜的耦合關系，形成了該區(qū)域地震頻繁發(fā)生的構(gòu)造環(huán)境(張先康等，2002)。在震源區(qū)周邊分布一些大型斷裂，如喀喇昆侖斷裂、康西瓦斷裂及阿爾金斷裂，其中2008年和2014年的于田MS7.3地震就發(fā)生在阿爾金斷裂的西端(圖1)。此次皮山地震的發(fā)震斷裂為隱伏斷裂(中國地震局地質(zhì)研究所，2015)。 前人的不同研究表明地震的震源機制解和余震序列空間分布有助于理解斷層的運動類型及破裂延展范圍(趙博等，2013；張廣偉等，2014)。 為深入探討此次皮山MS6.5地震的發(fā)震斷層及余震擴展空間范圍，本研究采用gCAP方法(Zhuetal.，2013)獲取主震的震源機制解，并通過雙差定位法(Waldhauseretal.，2000)給出余震序列的空間分布特征，探討此次地震的發(fā)震模式及其構(gòu)造意義。

1　資料與方法

本研究中震源機制反演采用國家數(shù)據(jù)備份中心提供的新疆臺網(wǎng)波形資料(鄭秀芬等，2009)，考慮到臺站方位覆蓋及波形記錄質(zhì)量，挑選了震中距400km以內(nèi)共9個臺站的3分量記錄(圖1)。地震序列重定位所用觀測報告由中國地震臺網(wǎng)中心提供，選擇7月3日至8月3日，記錄臺站≥3個的地震事件共1,014個；震相數(shù)據(jù)選擇震中距300km范圍內(nèi)的臺站記錄資料，其中P波到時資料11,788條、S波到時資料11,012條(圖2b)。震源機制及地震重定位所用速度模型主要參考人工地震測深和接收函數(shù)的研究結(jié)果獲得(賀日政等，2001；高銳等，2002；唐明帥等，2013；圖2a)。

圖2　本研究采用的速度模型(a)與P波、S波走時曲線(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)求取震源機制解。該方法將3分量全波形分為Pnl和面波2部分，對此2部分賦予不同的權(quán)重，采用不同的頻段，濾波后參與反演，通過計算理論波形和實際波形的擬合誤差函數(shù)，采用網(wǎng)格搜索得到最小誤差的最優(yōu)解。該方法允許每個時間窗理論波形和實際波形相對時移擬合，大大減少了速度模型不精確及地殼橫向不均勻性的影響(Zhuetal.，1996；鄭勇等，2009)。反演過程中，Pnl和面波濾波范圍分別為0.02～0.1Hz和0.02～0.06Hz，走向、傾角和滑動角的搜索間隔均為10°，深度為1km。格林函數(shù)采用頻率-波數(shù)法(FK)計算(Zhuetal.，2002)，采樣間隔設為0.1s，采樣點1,024個。

地震序列重定位采用雙差定位法(Waldhauseretal.，2000)，該方法使用相對走時殘差修定地震位置，主要基于2個震源之間的距離遠小于事件到臺站的距離，認為2個事件傳播到臺站的射線路徑幾乎相同，從而可以有效地降低速度模型的不確定性對定位結(jié)果的影響，該方法在研究斷裂優(yōu)勢發(fā)震層和余震展布方向等方面具有一定的優(yōu)勢(張廣偉等，2013；房立華等，2013)。定位過程中，為得到較為精確的重定位結(jié)果，將事件對的最大距離設為8km，P波和S波權(quán)重分別設為1.0和0.5。

圖3　皮山MS6.5地震不同深度上的震源機制解及其擬合誤差Fig. 3　Focal mechanism solutions and misfit of the Pishan MS6.5 mainshock at different depths.

圖4　2015年7月3日皮山MS6.5地震震源機制解及理論(紅色)和實際(黑色或藍色)波形對比圖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.擬合較好的波形用黑色表示，擬合較差的波形用藍色表示；波形下方數(shù)字表示理論波形相對于實際波形的移動時間和二者的相關系數(shù)；左側(cè)大寫字母表示臺站名，臺站名下方的數(shù)字為震中距(單位： km)和相對偏移時間(單位： s)

表1　不同研究給出的皮山MS6.5地震震源參數(shù)

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

不同研究節(jié)面Ⅰ節(jié)面Ⅱ矩心深度/km矩震級走向/(°)傾角/(°)滑動角/(°)走向/(°)傾角/(°)滑動角/(°)全球矩張量解1092285294689215.66.4美國地質(zhì)調(diào)查局98347230058102236.2Wenetal.,201611423.692.6———9～146.5Heetal.,2016113.827.293.7———8～166.4本研究97275131870107126.4

2　結(jié)果

采用gCAP方法反演得到2015年7月3日新疆皮山MS6.5地震的最佳雙力偶節(jié)面解，其中節(jié)面Ⅰ走向97°，傾角27°，滑動角51°；節(jié)面Ⅱ走向318°，傾角70°，滑動角107°。 通過不同深度的震源機制反演，得到主震最佳質(zhì)心深度為12km(圖3)，矩震級為MW6.4，不同深度上的震源機制較為一致也說明了反演結(jié)果的穩(wěn)定性。圖4 給出了12km深度上的主震震源機制解(下半球投影)以及理論和實際波形擬合圖，整體上波形擬合效果較好，所獲得的震源參數(shù)較為可信。為更好地評價本研究結(jié)果的可靠性，將反演結(jié)果與不同研究給出的主震震源參數(shù)進行對比(表1)；由表1 可以看出，不同研究給出的斷層節(jié)面Ⅰ和節(jié)面Ⅱ的數(shù)值均較為接近，并且發(fā)震節(jié)面Ⅰ的傾角在27°左右，表明此次皮山地震為相對較低角度的逆沖型事件。其中差異較大的參數(shù)為主震質(zhì)心深度，本研究的12km深度相對于全球矩張量解(15.6km)和美國地質(zhì)調(diào)查局(23km)較淺，而采用InSAR數(shù)據(jù)反演獲得的有限斷層破裂模型顯示，最大滑移量為9～14km(Wenetal.，2016)；另外，聯(lián)合使用InSAR與GPS數(shù)據(jù)反演得到的皮山主震破裂最大滑移量也處在8～16km深度(Heetal.，2016)。本研究采用地震波形反演震源機制，得到的質(zhì)心深度反映的是主震破裂面的中心位置，因此本研究獲得的質(zhì)心深度12km與有限斷層模型反演的最大滑移量深度范圍更為一致，這也驗證了反演結(jié)果的可靠性。

為更進一步探討此次皮山地震的發(fā)震斷裂，采用雙差法對1,014個地震事件開展相對定位，獲得937個地震事件的重定位結(jié)果。為清楚地了解重定位的效果，我們對比了重定位前后震源位置的變化情況。重定位前地震在平面上分布比較零散，而且震源深度主要集中在5km和10km 兩個深度上(圖5a)，這主要是因為初始定位中地震事件深度在約束不好的情況下，通常會將震源設定為5km或10km的深度，而這樣的初始定位結(jié)果無法很好地分辨發(fā)震斷層面的破裂范圍。而從我們重定位后的結(jié)果可以看出，地震序列在平面上NWW向的條帶分布更為顯著(圖5b)，同時震源深度主要分布在0～25km，且在主震處及余震序列的NWW尾端震源深度較深，而在余震序列中間段震源較淺，可能表明斷層破裂具有較大的不均勻性。另外通過對比可以發(fā)現(xiàn)，斷層兩側(cè)一些零散分布的地震由于無法配對而丟失，但這些丟失事件并不影響我們對發(fā)震斷層的探討。

圖5　重定位前(a)后(b)地震平面及側(cè)面圖Fig. 5　Earthquakes before (a) and after (b) relocation in map and side views.星號為皮山MS6.5主震

本次皮山MS6.5地震的發(fā)震斷裂為澤普斷裂(中國地震局地質(zhì)研究所，2015)；地震序列在平面上主要分布于澤普斷裂的南側(cè)，這是由于發(fā)震斷裂為逆沖型斷裂，因此地震投影到平面上就位于單側(cè)。經(jīng)過重定位，主震震源位置被修訂為37.45°N，78.12°E，震源深度17.3km。該深度比主震質(zhì)心深度(12km)深，這是因為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點深度，而震源機制反演得到的質(zhì)心深度(12km)反映的是斷層面破裂的中心位置，因此重定位得到的震源深度與表征震源破裂面的質(zhì)心深度具有一定的差別，這在2014年云南魯?shù)镸S6.5主震震源深度測定中也有相同的體現(xiàn)(張廣偉等，2014)。

為詳細展示發(fā)震斷層面的結(jié)構(gòu)特征，給出4條剖面，其中1條為沿余震序列展布的SEE走向(97°)剖面，另外3條為4級地震較為密集區(qū)域的橫切剖面(圖6)，圖6a給出了每條剖面投影所包含的地震事件。沿余震走向的剖面AA′顯示，余震沿NWW向單側(cè)擴展，展布長度約50km；震源深度主要分布在25km之上，淺部地震較多，且4級地震往NWW方向震源深度有變淺的趨勢(圖6b)。穿過主震的剖面BB′清晰地展示出上陡下緩的 “鏟形”逆沖斷層面，將主震震源球側(cè)面投影到深度剖面上，能夠很清楚地看出發(fā)震斷層面為節(jié)面Ⅰ，傾角約27°。另外，橫切剖面CC′和DD′也顯示出往SW傾斜的發(fā)震斷層面，但斷層面的傾角沿NWW方向有逐漸增大的趨勢，這樣的結(jié)構(gòu)特征與2013蘆山MS7.0地震序列的破裂模式很相似(張廣偉等，2013)，發(fā)震斷層在主震處為相對較低的角度逆沖，而隨著余震往NWW向擴展，斷層的逆沖角度逐漸增大，可能表征斷層破裂的走滑分量逐漸增強。

圖6　重定位地震平面分布(a)、地震在剖面AA′上的投影(b)與橫切剖面投影(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).圓圈大小代表震級

3　結(jié)論與討論

采用gCAP方法獲得皮山MS6.5地震震源機制解，結(jié)果顯示此次地震為逆沖型地震，不同深度震源機制反演得到的主震最佳質(zhì)心深度為12km，矩震級MW6.4；地震定位結(jié)果顯示，主震初始破裂深度為17.3km，比質(zhì)心深度深，與有限斷層模型結(jié)果反映的初始破裂較為一致，而最大滑移量在淺部具有較好的一致性(Wenetal.，2016; Heetal.，2016)。余震序列重定位結(jié)果表明，余震沿NWW方向單側(cè)擴展，展布長度約50km，震源優(yōu)勢分布在0～25km深度，且在主震處及余震序列的NWW尾端震源深度較深，而余震序列中間段震源較淺，表明斷層面破裂的不均勻性。深度剖面顯示斷層面往SW傾斜，表現(xiàn)為鏟形逆沖斷層特征，且斷層面傾角沿余震擴展的NWW向呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。

結(jié)合主震震源機制及余震空間分布特征推斷，此次皮山MS6.5地震是青藏高原N向擠壓塔里木塊體的結(jié)果，發(fā)震斷裂澤普斷裂為早-中更新世的隱伏斷裂(中國地震局地質(zhì)研究所，2015)，與2013年青藏高原東邊界的蘆山MS7.0地震類似，均發(fā)生在隱伏斷裂帶上，且破裂模式也相同，在主震處相對低角度逆沖，沿著余震擴展方向，斷層的逆沖角度逐漸增大，走滑分量增強。從震中位置看，本次皮山MS6.5地震位于青藏高原北端西昆侖造山帶與塔里木盆地的交接部位，穿過西昆侖造山帶與塔里木盆地的深地震反射剖面揭示，塔里木南緣存在多組向S傾斜的強反射，反映出塔里木塊體插入西昆侖造山帶之下(高銳等，2002)，重定位后的地震序列也同樣顯示出向S傾的發(fā)震斷層面。自2001年發(fā)生昆侖山MS8.1地震以來，圍繞青藏高原發(fā)生了一系列極具破壞力的強震，如2008年和2014年，在于田地區(qū)分別發(fā)生2次MS7.3地震，這2次地震與本次皮山MS6.5地震均位于青藏高原的北部邊界；而2008年的汶川MS8.0地震和2013年的蘆山MS7.0地震發(fā)生在青藏高原的東邊界；同時，2015年4月25日的尼泊爾MS8.1地震則處在青藏高原的南邊界，這些強震的頻繁發(fā)生表明印度板塊與歐亞板塊的持續(xù)碰撞，對青藏高原周邊的地震活動具有強烈的影響(徐錫偉等，2008，2011；鄧起東等，2010；聞學澤等，2011)。另外，皮山MS6.5和蘆山MS7.0地震的發(fā)生也帶給我們一些啟示，在塊體擠壓邊界推覆構(gòu)造中存在一些隱伏逆沖斷層系統(tǒng)，這些斷層系統(tǒng)通常包含多組活動斷裂，因此在今后的時間里，要多關注青藏高原西北端與塔里木盆地交接帶尚未發(fā)生強震的區(qū)域。

致謝中國地震局地球物理研究所國家數(shù)字測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心(doi: 10.7914/SN/CB)為本研究提供了地震波形數(shù)據(jù)，評審專家提出的寶貴修改意見對稿件質(zhì)量的提升幫助很大，特此致謝。

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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。

中國地震局地殼應力研究所基本科研業(yè)務專項(ZDJ2013-12)與國家自然科學基金(41304037)共同資助。

P315.3

A

0253-4967(2016)03-0711-10

張廣偉，男，1985年生，助理研究員，主要從事震源機制反演及地震定位研究，E-mail: jluaaa@163.com。