2017年8月9日精河6.6級地震序列重定位與發震構造初步研究

劉建明 高榮 王瓊 聶曉紅

新疆維吾爾自治區地震局，烏魯木市新市區科學二街338號 830011

0 引言

據中國地震臺網中心測定，2017年8月9日7時27分（北京時間），新疆維吾爾自治區博爾塔拉州精河縣發生MS6.6地震（簡稱精河6.6級地震），震中位于44.27°N、82.89°E，震源深度11km，烏魯木齊、博州、昌吉、伊犁、克拉瑪依等地震感強烈。據新疆區域數字地震臺網測定，截至2017年9月30日，精河6.6級地震震源區共記錄余震396次，其中，MS3.0～3.9余震18次，MS4.0～4.9余震6次，余震最大震級為MS4.7。1900年以來，距震中200km范圍內發生11次6級以上地震，其中，7級地震1次，為1944年新源MS7.2地震，其震中距此次地震震中94km。距離上最近的地震為1955年烏蘇MS6.5地震，距此次地震震中59km；時間上最近的地震為2012年新源、和靜MS6.6地震，距此次地震震中179km。基于現場考察和強震記錄，新疆地震局給出了此次精河6.6級地震的等震線分布，即等震線呈近橢圓形，長軸走向近NWW，極震區烈度達Ⅷ度，長約44km①http：//www.eq-xj.gov.cn/dzpd/dszd/2017 betl/yjxd/yjxy/25117.html。

中國地震局地質研究所網站公布的精河6.6級地震區域地震構造圖顯示②http：//www.eq-igl.ac.cn/upload/images/2017/8/99175928.jpg，此次地震發生在庫松木契克山前斷裂附近。該斷裂是位于北天山西段北緣的一條邊界斷層，同時也是一條區域性的活動斷層，按其活動性特征由西向東可劃分為東、中、西3段。其中，東段東起基普克一帶，向西經烏拉斯泰、烏蘭特爾干、掃子木圖至龍口以西的阿沙勒河西岸，總體走向300°～310°，全長約50km，由4條走向280°～290°的斷層斜列組合而成，單條斷層的長度 9～13km，斷層面傾向S，主要表現為逆斷層性質（陳建波等，2007）。

精河6.6級地震發生后，國內外多家研究機構迅速在該地震的重定位和震源機制解等方面開展了一系列研究，為滿足抗震救災需求和開展后續科學研究提供了重要參考依據。美國地質調查局網站（USGS）給出精河6.6級地震震源深度約20km，斷錯類型為逆沖型③https：//earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us2000a65e＃moment-tensor。中國地震局地球物理研究所給出的早期地震序列精定位結果顯示④http：//www.cea-igp.ac.cn/tpxw/275885.html，此次地震序列呈近EW向分布，深部余震分布為 S傾，震源深度約15km；CAP方法反演震源機制解為逆沖型地震，震源矩心深度為20km。中國地震臺網中心重定位結果顯示⑤http：//www.csi.ac.cn/manage/eqDown/05 LargeEQ/201708090727M6.6/zonghe.html，此次地震序列近EW向分布，深部余震顯示發震斷層面近乎垂直；CAP方法反演震源機制解為逆沖型地震，震源矩心深度為23km。不同研究機構給出的結果顯示，震源深度存在一定的差異，同時，深部余震傾向的不同也給理解此次地震的發震構造帶來了一定的難度。

已有研究結果表明（Waldhauser et al，2000；易桂喜等，2015、2017），精確定位后的主震及其余震序列空間展布和震源機制解，對震后快速確定發震構造、判定未來發展趨勢及災后恢復重建規劃等均具有重要意義。精河6.6級地震震中附近臺站相對較少，距震中100km半徑范圍內僅有2個固定測震臺。地震發生后，新疆地震局迅速啟動Ⅱ級應急響應，第一時間前往震區架設了2個流動臺站，第1個流動臺于8月9日18時正式運行，并將數據實時傳輸至新疆地震局臺網中心，積累了較為豐富的序列觀測資料，為后續的震情跟蹤和研究工作提供了重要依據。

本文基于研究區域的固定臺和流動臺所記錄的震相數據，采用HypoDD方法對精河6.6級地震序列進行重新定位，獲得了較為準確的空間分布圖像。在此基礎上，結合此次地震其它相關研究成果以及震區的地質構造研究，討論精河6.6級地震序列的空間分布特征和可能的發震構造。

1 方法與資料

1.1 雙差定位方法

目前，雙差定位（HypoDD）方法（Waldhauser et al，2000）被國內研究人員廣泛運用，并取得了諸多有意義的研究結果（呂堅等，2008a、2008b；房立華等，2011、2013、2014；王未來等，2014；Long et al，2015）。該方法是一種相對地震定位法，是在主事件地震定位法基礎之上發展起來的，其不但能減小速度結構模型的不準確性對定位結果的影響，還可用于大空間范圍的地震精確定位（楊智嫻等，2003）。雙差定位算法使用的前提條件是：2個地震間的距離相對于地震到臺站的距離以及介質速度變化的尺度足夠小，從而2條射線的路徑可以近似看成是相同的，這樣在同一臺站記錄到的2個事件的走時之差就可歸結為2個事件的空間位置的差異。

把2個地震i和j到臺站k的觀測走時差與理論計算走時差之差定義為雙重殘差，表示為

式中，G為包含偏導數M×4N階（M為雙差的觀測數；N為地震數）的矩陣；d為包含雙差式（1）的數據矢量；m為長度4N的矢量，含有待定震源參數的變化；W為對每個方程加權的對角矩陣。計算時利用下式約束所有地震重新定位后平均位移為0，即其質心不動。通過進一步迭代，使定位殘差逐步減小，從而得到最終的定位結果

1.2 資料

本研究采用距精河6.6級地震震中400km范圍內的27個固定臺和2個流動臺對此次地震序列進行重定位（圖1）。重新定位所使用的資料主要來源于新疆區域數字地震臺網提供的震相觀測報告。選取2017年8月9日～9月30日，具有3個以上臺站記錄和6個以上震相數的370次ML≥1.0地震進行重新定位。其中，P波到時資料3678個，S波到時資料2945個，平均每次地震有18個震相數據。為檢查觀測報告中震相數據的可靠性，繪制了P波和S波的震相走時曲線（圖 2），由圖 2可見，Pg（Pn）、Sg（Sn）震相的走時曲線區分明顯，且離散度較小，因此認為，這4種震相的到時數據可靠性較高。

圖1 重定位臺站分布

本文采用HypoDD方法對精河6.6級地震序列進行重新定位，獲取了212次地震序列的重定位結果。在重定位過程中，設置最小連接數和最小觀測數均為8，事件對的最大距離設為10km；P波、S波到時的權重分別設為 1.0、0.5；地震定位時分3組，15次反復迭代。由于震中周圍人工地震測深的研究結果甚少，本文在重定位過程中嘗試了該研究區附近多個分層速度結構模型，最終選用CRUST1.0分層速度模型結果（表1）。

圖2 Sn（Sg）、Pn（Pg）震相的走時曲線

表1 重定位中的速度結構模型

2 地震序列重新定位結果

2.1 重定位平面分布特征

基于上節所述的HypoDD方法及參數設置，獲得了精河6.6級地震序列的重定位結果。精河6.6級地震被重定為發震時刻 2017年 8月 9日 7時 27分 51秒，震中 44.2639°N、82.8294°E，震源初始破裂深度為17.6km。地震序列東西、南北及垂直向定位平均相對誤差分別為 0.5、0.4、0.9km，平均走時殘差為 0.08s。

圖3（a）、3（b）分別為精河6.6級地震序列重定位前、后的結果。由圖3可見，重定位前地震序列分布分散，無明顯優勢分布方向；重定位后地震分布更加集中，震中位置明顯向內緊縮。重定位后平面分布圖（圖3（b））顯示，精河6.6級地震余震密集區主要集中分布在庫松木契克山前斷裂東段，展布長度約20km，總體沿近EW向（273°）單向擴展，與震后應急科考給出的烈度分布特征⑥新疆維吾爾自治區地震局，2017，2017年8月9日新疆精河6.6級地震災害調查評估結果的報告相符，同時與庫松木契克山前斷裂東段4條走向280°～290°的斷層大致吻合。另外，精河6.6級地震的余震主要集中發生在主震后20天內，其后，余震的分布在近EW向尾端有向SW方向偏轉的跡象。

圖3 精河 MS 6.6地震序列重定位前（a）、后（b）地震震中分布

2.2 重定位剖面分布特征

震源深度剖面顯示，重定位之后的地震震源深度優勢分布為7～18km（圖4），且發生在地殼淺部的余震非常少。這與震后應急科考在震中附近沒有發現明顯的地表破裂帶的結果一致。同時，與張勇等④得到的此次地震震源破裂過程顯示的地殼淺部靜態滑動量較小（小于0.3m）的結果具有較好的一致性。

圖4 深度分布柱狀圖

為詳細展示此次地震發震斷層面的結構特征，給出了2條震源深度的剖面圖（圖5），其中，一條為沿震中分布的優勢長軸走向A-A′剖面，另外一條為近垂直于震中分布的優勢長軸走向B-B′剖面。A-A′剖面（圖5（a））顯示，精河6.6級地震余震沿近 EW向單側擴展，展布長度約15km；主震及余震序列向西10km范圍內，余震震源有逐漸變淺的趨勢，且余震數量較多；余震序列的尾端向SW向偏轉的地震震源較深，且余震數量較少（圖5（a））。B-B′剖面反映了沿斷層傾向的震源深度分布特征，清晰地展示出地震序列震源自北向南呈現逐漸加深的變化特征。另外，B-B′剖面揭示出此次地震可能的發震斷層面傾向為S傾，與庫松木契克山前斷裂東段傾向（陳建波等，2007）一致。

圖5 沿A-A′、B-B′剖面的地震震源深度分布

中國地震局地球物理研究所利用CAP方法反演得到了精河6.6級地震的最佳雙力偶節面解④，結果顯示，此次地震斷錯類型為逆沖型，與震中附近的庫松木契克山前斷裂東段運動性質相符。其中，節面Ⅰ走向 262°、傾角 45°、滑動角 80°，節面Ⅱ走向 96°、傾角 46°、滑動角100°，斷層節面Ⅰ和節面Ⅱ均近EW向。結合精定位空間分布特征分析認為，S傾節面Ⅱ為此次地震的真實發震斷層面，這與庫松木契克山前斷裂東段S傾相符。因此，綜合主震震源機制、地震序列空間分布特征以及震區構造地質情況等推斷，此次精河6.6級地震發震構造為庫松木契克山前斷裂東段。

3 結論

本文基于新疆區域數字地震臺網觀測報告，采用HypoDD方法對精河6.6級地震序列進行了重定位，獲得了地震序列的重定位結果，并結合中國地震局地球物理研究所利用CAP方法反演所得的震源機制解，分析了該地震序列的空間分布和不同剖面震源深度的變化特征以及其可能的發震構造，得到以下結論。

（1）精河6.6級地震發震時刻為 2017年 8月 9日 7時 27分 51秒，震中 44.2639°N、82.8294°E，震源初始破裂深度為 17.6±0.9km，較中國地震局地球物理研究所采用CAP方法獲得的最佳擬合震源矩心深度20km要淺。

（2）雙差定位結果顯示，此次地震序列總體沿近 EW向（273°）單側擴展，展布長度約20km，與庫松木契克山前斷裂東段4條走向280°～290°的斷層大致吻合；震源深度優勢分布為7～17km；沿余震走向的深度剖面顯示，精河6.6級地震序列破裂始于深部，然后向淺部擴展，且主震向西10km范圍內，余震震源有逐漸變淺的趨勢，余震序列分布中尾端向SW向偏轉的地震震源較深；垂直于地震序列的深度剖面顯示，地震序列震源自北向南呈逐漸加深的變化特征，表明發震斷層面傾向為S傾，與庫松木契克山前斷裂東段傾向一致。

（3）中國地震局地球物理研究所給出的震源機制解結果顯示，精河6.6級地震斷錯類型為逆沖型，南傾節面Ⅱ為此次地震的真實發震斷層面，與庫松木契克山前斷裂東段斷錯類型以及斷層傾向相符。

（4）由于地表所見的斷層與深部發震構造之間的關系比較復雜，通過所見的地表斷層推測深部的發震構造或震源的位置，具有一定的不確定性。但是，前人針對庫松木契克山前斷裂剖面的研究甚少，故無法將地震投影至構造剖面上。本文綜合精河6.6級地震序列的空間分布和震源機制解推測，此次精河6.6級地震的發震構造為庫松木契克山前斷裂東段。

致謝：中國地震局地球物理研究所房立華研究員對HypoDD軟件的使用給予了悉心的指導，新疆地震局監測中心為本研究提供了波形資料和觀測報告，審稿專家對本文細致審閱并提出了富有建設性的修改意見。本研究部分圖件采用GMT軟件繪制。在此一并表示感謝。