2017年精河MS 6.6地震序列及震源特征初步分析

姜祥華 韓顏顏 楊文 孟令媛

中國地震臺網中心，北京市西城區三里河南橫街5號 100045

0 引言

北京時間2017年8月9日7時27分，新疆博爾塔拉州精河縣發生MS6.6地震，震中44.3°N、82.9°E，震源深度 11km（http：//10.5.160.59/netoffice/moduleinfoportal/custom/dzj/dzj＿news＿display.jsp？GeneralID=17676）。震中距精河縣城約37km，距博爾塔拉蒙古自治州博樂市約95km，距伊犁哈薩克自治州伊寧市約130km，距烏魯木齊市約380km，石河子、昌吉、烏魯木齊等多地有震感。截至8月9日11時，地震共造成精河縣32人受傷，其中，重傷2人。地震還造成精河縣142間房屋倒塌，1060間房屋受損，61處院墻、26座畜圈倒塌，4條牧道受損，縣城62棟樓房裂縫；伊犁州2間房屋、1座畜圈倒塌，544間房屋、36座畜圈受損。

精河MS6.6地震發生在庫松木契克山前斷裂附近，該區域地震活動水平較高，有歷史記錄以來，震中附近100km范圍內共發生5.0級以上地震27次，其中，6.0級以上地震9次，6.5級以上地震5次，分別為1765年2月9日精河6.5級地震，1812年3月8日尼勒克東8.0級地震，1944年3月10日新源東北6.5級、7.2級地震和1955年4月24日烏蘇西南6.5級地震。5次6.5級以上地震中，距離最近的為1765年2月9日精河6.5級地震，震中位于此次震中正北方向約48km處；時間最近的為1955年4月24日烏蘇西南6.5級地震，震中距此次震中約56km；震級最大的為1812年3月8日尼勒克東8.0級地震，震中距此次震中約80km（圖 1）。

圖1 精河MS 6.6地震震中、震源機制、ML≥2.0余震分布以及距此次震中100km范圍內6.5級以上地震分布

根據中國地震臺網中心數據，截至2017年8月20日23時59分，精河MS6.6地震序列共記錄到余震324次，其中，MS3.0～3.9地震16次，MS4.0～4.9地震6次，最大余震為 8月9日7時44分發生的MS4.7地震（表1）。根據中國地震局地質研究所給出的發震構造，此次地震的發震斷層未出露至地表，震中位置靠近庫松木契克山前斷裂附近，該斷裂為全新世右旋逆斷層，斷層走向 290°～300°，斷層傾向 SSW，斷層傾角 40°～60°（http：//www.csi.ac.cn/manage/eqDown/05 LargeEQ/201708090727M 6.6/zonghe.html）。中國地震臺網中心（CENC）基于遠震波形記錄給出該地震的震源機制，結果顯示精河地震為逆沖型，震源機制所顯示的節面方向與斷層走向基本符合，余震空間分布呈近EW向特征，與附近發震斷層走向及震源機制解節面方向相對一致（圖1、表2）。

本文主要研究精河MS6.6地震序列及震源參數特征。首先，利用余震精定位結果分析序列的空間分布特征；然后，基于M-t圖分析序列隨時間的衰減特征，并計算b值、h值等參數；再結合已知的主震震源參數反演結果，利用波形資料計算序列中顯著余震的視應力等參數，通過分析余震視應力隨時間及震級的變化特征，進一步明確該地震序列的震源參數特征和序列類型。

表1 精河MS 6.6地震、MS≥3.0余震及視應力

表 2 精河MS 6.6地震主震震源參數

1 余震精定位的空間分布特征

地震活動與構造密切相關，分析小震時空特征有助于推斷斷層幾何形態及地殼內部應力狀態（陳佳維等，2017），因此，準確地確定余震的位置，尤其是深度，對判斷序列發展趨勢具有重要作用（鄭勇等，2017）。為了更好地考察余震在空間上的分布情況，本研究對精河MS6.6地震序列采用雙差定位方法進行重新定位，到時數據基于2017年8月9～20日ML≥2.0地震事件相應的新疆地震臺網震相觀測報告（Waldhauser et al，2000；朱艾斕等，2005；楊文等，2017）。選擇震中距300km以內臺站記錄到的Pg、Sg波震相資料，共計1039條，一般情況下，P波震相為初至波，讀數精度高于S波，故在計算過程中對P波讀數賦予1.0的權重，對S波讀數賦予0.5的權重，并采用Crust1.0模型作為地殼速度模型。

共重新定位出53個地震事件，重新定位后的余震分布如圖2（a）所示，與前文所述的余震分布基本一致，也明顯地沿近EW向分布，與庫松木契克山前斷裂的走向基本一致。圖2（a）中AA′、BB′為2條測線，圖2（b）、2（c）給出了余震在相應剖面上的分布情況。余震的深度主要集中在5～15km，BB′剖面上余震主體分布較窄，集中在主震附近，其中，ML≥3.0地震分布整體呈向北傾斜狀，與庫松木契克山前斷裂的傾向大體吻合。AA′剖面顯示，余震均位于主震西側，A′至A由東至西呈現明顯的單側破裂特征，表明此次地震沿走向的破裂比較充分。

圖2 精河MS 6.6地震及余震重新定位后震中分布及其不同方向深度剖面

2 余震序列隨時間的衰減特征

據中國地震臺網測定，精河MS6.6地震的最大震級余震為8月9日7時44分MS4.7地震，其發生在主震之后約17min。圖3給出了精河MS6.6地震序列的M-t圖。由圖3可見，主震之后2、3級余震相對豐富，余震整體呈現明顯的隨時間衰減特征。8月10日8時之后，余震活動明顯地減弱，ML≥3.0地震活動的時間間隔明顯變大，且在13～16日出現了超過2天的ML≥3.0地震平靜。自8月9日13時22分MS4.6地震之后直到8月20日23時59分，其間再無MS≥4.0地震活動，震級最大的余震為8月18日17時19分的MS3.4地震（表1、圖3）。

圖3 2017年8月9～20日精河 MS 6.6地震序列M-t圖

由蔣海昆等（2006b、2006c）對中國大陸中強地震序列類型的統計研究結果可知，1970年以來記錄相對完整的294次5.0級以上地震序列中，絕大多數為主-余型或孤立型，約占82.3%，1970年以來新疆地區可明確判定序列類型的10次6.5級以上地震全部都為主-余型。最大震級地震與次大震級地震的震級差也可用來進行序列分類，ΔM≥2.5且余震次數較少的為孤立型地震，0.6≤ΔM≤2.4為主-余型地震，ΔM＜0.6為多震型地震（蔣海昆等，2006a）。參照表1，截至2017年8月20日最大余震震級為MS4.7，與主震的震級差為1.9級，小于2.4，因此，可以排除序列為孤立型的可能，進一步結合前文關于歷史地震的統計結果及圖2、3余震的空間、時間分布初步判定，此次精河MS6.6地震序列為主-余型的可能性較大。

G-R關系lgN=a－bM是古登堡和里克特在研究全球地震活動性時提出的經驗公式，它表明地震頻度的對數與震級之間存在線性關系，其中，b值為直線斜率，b值的大小直接反映了不同震級地震之間的比例關系。h值則是判斷在較短時間、較小區域內發生的一群地震是否為前震的參數（張國民等，2001；劉正榮等，1986）。圖4、5分別為精河MS6.6地震余震序列的G-R關系和衰減系數h值擬合圖。由圖4、5可見，序列的b值為0.54，反映出較小震級地震所占比例較小，外推最大余震震級約為MS5.6（ML5.9），與主震震級差大于0.6且小于2.4，h值為2.17，明顯大于1，以上參數結果均呈現主-余型地震序列的特征。

圖4 精河MS 6.6地震余震G-R關系擬合圖

圖5 精河MS 6.6地震余震衰減關系h值擬合圖

谷繼成等（1979）針對主-余型地震指出，其余震的等待時間Δt與發生時間t遵從雙對數線性關系

其中，等待時間Δt指余震距上次余震的時間；發生時間t指余震距主震的時間。圖6對此次精河MS6.6地震序列中MS≥4.0余震的等待時間與發生時間在雙對數坐標下進行了擬合，結果顯示出較好的線性關系，同樣符合主-余型地震序列的特征，這進一步表明精河MS6.6地震序列為主-余型的可能性較大。

圖6 精河MS 6.6地震序列中MS≥4.0余震的等待時間法計算結果

3 主震震源參數及余震視應力特征

3.1 主震震源參數

主震的震源機制解和主要滑動量分布對于確定發震斷層和孕震機制具有重要意義（Xie et al，2015）。精河MS6.6地震的矩震級MW約為6.3。斷層節面I走向76°，傾角44°，滑動角80°；節面Ⅱ走向269°，傾角47°，滑動角99°；其中，節面Ⅰ為發震斷層，波形擬合的最佳質心深度為 23km（http：//www.csi.ac.cn/manage/eqDown/05 LargeEQ/201708090727M6.6/zonghe.html）。 GCMT（http：//www.globalcm t.org）和 USGS（https：//earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us2000a65e＃moment-tensor）所給出的震源機制解相關結果與中國地震臺網中心的結果基本一致，震源機制所顯示的節面方向均與庫松木契克山前斷裂走向基本吻合（表2）。由陳運泰院士小組對精河地震斷層面上靜態滑動量分布的反演結果可知（圖7）（http：//www.cea-igp.ac.cntpxw275885.html），發震斷層面上的滑動量分布范圍較小，有效破裂面積不大，最大滑動量集中在大約沿傾向距離10km處，與主震破裂未出露地表的野外地質調查結果一致。滑動量較一致的梯度分布反映出主震破裂較為充分，相應的后續小震會相對偏少，這可能是前文算得的序列b值偏低的原因。另外，主震的主要滑動量分布與余震位置間有明顯的對應關系，通常余震主要分布在主震破裂區的周圍（鄭勇等，2017）。前文精定位結果顯示，余震均分布在初始破裂點西側，此處滑動量反演結果也顯示破裂主要發生在主震西側，兩者高度吻合，這都一致表明主震為一次單側破裂。

圖7 精河MS 6.6地震斷層面上靜態滑動量分布

3.2 余震視應力

地震視應力作為一種震源參數，被認為能夠反映震源所在區域的應力水平。地震視應力越高，震源所在區域的應力水平就越高；反之，震源所在區域的應力水平則低（陳學忠等，2003）。劉紅桂等（2006、2007）對云南地區中小地震視應力的研究發現，對于云南地區，中小地震的視應力超過某一特定值即可作為預測該地區未來發生中強地震的一個參考指標。李艷娥等（2012）研究了2008年5月12日汶川8.0級地震前四川地區視應力的空間分布及隨時間的變化發現，震前5年的時間內，汶川地震震源區的視應力呈現先上升、后下降的過程，且在臨震前有一定幅度的上升。

本文利用中國地震臺網中心提供的數字波形資料，計算了精河MS6.6地震余震序列的視應力，計算采用距主震震中300km范圍內的17個臺站所記錄的波形資料。地震視應力的計算公式為（Wyss，1970）

其中，σapp為地震視應力；μ為剪切模量，通常取值為3×1010Pa；ES為地震波輻射能量；M0為地震矩。地震視應力的物理意義為發震斷層單位面積每單位錯動所釋放的地震波能量。

利用波形資料對震源譜進行反演，可以計算出地震波輻射能量和地震矩，進而利用式（2）求得視應力。中小地震的震源譜可用Brune圓盤模型描述（Brune，1970），震源譜可用下式表示

其中，Ω0為零頻極限值；fc為拐角頻率，利用實際波形數據可計算得到Ω0和fc，計算步驟可參見陳學忠等（2007），進一步可用下式求得地震矩M0（李艷娥等，2015）

式中，ρ為地殼介質密度（取2.71g/cm3）；v為波速（P波取6.1km/s，S波取3.5km/s）；d為震源距；Rθφ為輻射因子。地震波輻射能量ES可以通過對速度譜V（f）的平方積分計算得到（Andrews，1986）β為S波速度，計算過程中需考慮低頻和高頻的補償（陳學忠等，2007；李艷娥等，2015），則

式中，f1、f3分別為擬合震源譜過程中選取的最低頻率和最高頻率，具體計算時通常采用多個臺站的波形數據，采用下面2個公式（Archuleta et al，1982）對各臺站的M0和ES求平均值，再代入式（2）即可求得視應力

式中，xi為各臺站的地震矩或地震波輻射能；N為臺站數；Δx為誤差因子。

表1最后1列為第6～21個地震的視應力計算結果，第2～5個地震由于發震時間相隔較近，前后波形相互干擾，無法準確地算出其視應力。第22、23個地震，由于尚未下載到相應的波形資料，故未參與計算。對于第11、12個地震，也存在波形相互干擾的情況，無法利用波形直接算出可靠結果，但為了保證序列的連續性，故采用序列中相同震級地震視應力的平均值替代。由表1可見，余震的視應力呈現出按震級分檔的特征，即3次MS≥4.5地震，視應力均大于 3.0MPa；2次 3.5＜MS≤4.0地震，視應力為 1.5～2.0MPa；11次MS≤3.5地震，視應力幾乎都小于1.0MPa，只有第18個地震的視應力達到了1.1MPa。整個余震序列的視應力與震級間存在正相關性，即余震震級大時，視應力也較大；余震震級小時，視應力也較小。王瓊等（2005）、王生文等（2014）研究了1999年11月29日岫巖MS5.4地震序列的視應力，發現余震視應力與震級間成指數關系；郭寅等（2017）對于新疆幾次6級地震序列視應力特征的研究也發現，余震視應力與震級間的指數關系特征。精河地震余震視應力隨震級的分布如圖8（a）所示，也呈現出指數變化特征，視應力與震級間的擬合關系如下

相關系數為r=0.96。利用上述擬合關系將所有余震的視應力換算成MS4.0震級的值，得到扣除震級影響后的余震視應力變化如圖8（b）所示，由于前幾個余震的時間間隔較短，為了顯示清晰，采用序號作為橫坐標將視應力等間隔畫出。由圖8（b）可見，視應力整體上較為一致，只有第14個地震（MS4.6）的視應力相對偏高，該地震為序列中震級第2大余震，發震時間距主震發生不到6h，且此后序列中再未有MS≥4.0地震（表1），因此，不排除該視應力高值與主震發生后該區的應力調整有關。此后，余震視應力雖略有起伏，但并未出現明顯的高值異常。綜上所述，精河地震余震的視應力與震級間呈現良好的指數關系，扣除震級影響后的序列視應力未出現顯著高值異常特征，沒有證據表明序列會再次發生強震，因此，可初步判定精河MS6.6地震序列為主-余型。

圖8 精河地震余震序列的視應力-震級關系（a）及扣除震級影響后的序列視應力（b）

4 討論和結論

精河MS6.6地震發生在庫松木契克山前斷裂附近，該斷裂為全新世右旋逆斷層，斷層走向近EW向，推測發震斷層破裂未出露至地表。余震總體沿近EW向分布，與附近斷層走向基本一致。此次地震所在區域歷史地震活動水平較高，距震中100km范圍內據歷史記載曾發生過5次6.5級以上地震，最大震級為8.0級（1812年3月8日尼勒克東8.0級）。對歷史地震的統計顯示，震中附近1970年以來的強震多為主-余型，如1973年6月3日精河東南MS6.0、2011年11月1日尼勒克MS6.0、2012年6月30日新源MS6.6等地震。

小震精定位結果顯示，精河MS6.6地震的余震分布與庫松木契克山前斷裂的走向相對吻合，剖面結果顯示，余震深度主要集中在5～15km，與主震的震源深度較為一致。余震基本都位于主震西側，具有明顯的單側破裂特征，表明此次地震的破裂比較充分。截至2017年8月20日23時59分，精河MS6.6地震序列中2、3級余震豐富，序列衰減基本正常，序列的b值為0.54，外推最大余震震級為MS5.6，h值為2.17，MS≥4.0余震的等待時間與發生時間也較好地滿足主-余型地震序列的雙對數線性關系特征。因此，可判定精河MS6.6地震序列為主-余型。

中國地震臺網中心、GCMT和USGS給出的震源機制解相對一致，且所給節面方向均與該處斷層走向吻合；陳運泰院士小組反演給出的斷層面靜態滑動量分布相對單一，最大滑動量集中分布在沿傾向10km處附近，與地質調查主震斷層未出露地表的結果一致，且表明主震破裂較充分；滑動量分布與精定位顯示的余震分布高度一致，并且也顯示主震為一次單側破裂。基于數字波形資料計算出的余震視應力與震級間存在正相關性，且很好地符合指數分布特征，扣除震級變化影響后的視應力整體上穩定，未出現顯著高值特征，未顯示出序列會再次發生強震的證據。綜合分析認為，精河MS6.6地震破裂的能量釋放比較徹底。

綜上所述，精河MS6.6地震序列為主-余型，主發震斷層未破裂至地表，主震破裂所釋放的能量較徹底，地震序列衰減正常。

致謝：感謝李金、郭凱等人為本研究提供的數據資料，感謝劉桂萍研究員、蔣海昆研究員、張永仙研究員、周龍泉研究員及中國地震臺網中心預報部測震組全體等對本文給予的啟發和幫助，感謝評審專家對本文提出了寶貴建議。