2017年精河6.6級地震余震序列重新定位和發震構造

白蘭淑 劉杰 張瑩瑩 吳清 安艷茹

1）中國地震臺網中心，北京市西城區三里河南橫街5號 100045

2）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

0 引言

據中國地震臺網測定，2017年8月9日7時27分52秒，新疆博爾塔拉州精河縣發生6.6級地震，震中位于44.27°N、82.89°E，震源深度為11km（數據來自中國地震臺網中心）。此次地震震中距精河縣城約37km，地震共造成32人受傷，其中，2人重傷①http：//www.cea.gov.cn/publish/dizhenj/464/515/20170811155854958700643/index.html。

圖1 精河6.6級地震的區域構造背景（據鄧啟東（2007））、庫松木契克斷裂信息（據陳劍波等（2012a））和歷史強震分布

此次地震發生在天山北脈博羅科努山北沿、準噶爾盆地西南端的庫松木契克山前斷裂的東段附近（圖1），該地區處于準噶爾板塊與塔里木-天山板塊之間的逆沖-褶皺構造活動帶。古生代時期的碰撞造山作用形成了早期的天山雛形，中生代構造活動相對不活躍。到了新生代以后，歐亞板塊與印度板塊的碰撞擠壓作用通過從青藏高原到天山的寬達幾千千米的地殼縮短和青藏高原東部地殼塊體向東的擠出得到釋放和分解，從而天山再次經歷強烈的構造變形和地殼縮短，形成天山新的構造格局。天山南北兩側發育山前褶皺-逆斷裂帶，由山前向盆地擴展，是控制本區強烈地震孕育和發生的主要構造（陶鈞政等，1982；馮先岳，1985；胡軍等，1985；張培震等，1996；馮先岳等，1991；李志海等，2006；沈軍等，2008、2011；楊少敏等，2008；李杰等，2016）。準噶爾-北天山過渡帶 NWW走向（近 EW向）（漆家福等，2008），主壓應力P軸方位近NS向，構造走向與主應力方向近乎正交（龍海英等，2008；鮑子文等，2017）。庫松木契克山前斷裂是發育在天山推覆體前緣的褶皺-逆斷裂帶上的一條新生活動斷層（陳建波等，2007）。陳建波等（2007）通過野外考察獲得了該地區地層、構造的資料，發現庫松木契克山前斷裂的東段主要由4條走向280°～290°、長約160km、向南傾斜的斷層斜列組成，傾角40°～60°，表現為逆斷層性質，地表存在地表變形帶，晚更新世-全新世仍在強烈活動（陳劍波等，2012a、2012b），晚更新世以來的垂直活動速率為0.23～0.33mm/a（陳劍波等，2007）。庫松木契克斷裂是2011年新疆精河5.0級地震的發震構造。該斷層所在地區斷裂和褶皺發育，構造活動非常活躍，屬中強地震多發地帶。

1900年以來，距震中200km范圍內共發生6級以上地震6次，最大震級地震為1944年3月10日新源7.2級地震，距此次地震震中127km（國家地震局震害防御司，1995；中國地震局震害防御司，1999）。精河縣境內最近一次大地震為2011年10月16日5.0級地震（陳建波，2012a、2012b），其震中與此次地震相距約 21km②http：//data.earthquake.cn。

地震發生后，中國地震臺網中心迅速產出此次地震的震源機制解，具體為節面Ⅰ：76°/44°/80°、節面Ⅱ：269°/47°/99°。國內外機構給出的震源機制解如表 1所示③http：//geofon.gfz-potsdam.de/eqinfo/event.php？id=gfz2017plxq④https：//earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us2000a65e＃moment-tensor。

本文利用中國地震臺網提供的數據，采用雙差定位方法對精河6.6級地震的余震序列進行了重新定位，并結合區域構造背景、歷史地震和震源機制解等作了相關討論，相關結果為研究精河地震的發震構造、分析余震活動的時空分布特征以及判定余震活動趨勢等提供了參考信息。

表1 國際不同地震學研究機構給出的精河6.6級地震的斷層面解

1 定位方法和資料選取

1.1 雙差定位方法原理

雙差定位法是一種常用的地震定位方法（Waldhauser et al，2000）。該方法假設當2個地震之間的距離遠小于其到觀測臺站的震中距且可忽略這2個地震附近的速度不均勻性時，則2個地震的地震波到達同一個臺站的傳播路徑非常相近。雙差定位法基于射線理論，利用地震臺網數據中的地震波走時信息和已知的區域速度模型，建立以地震參數為未知變量的反演問題，并通過求解該反演問題得到地震序列重新定位結果。雙差定位公式為

其中，tik為第i個地震震源位置到第k個臺站的走時；Δmi=（Δxi，Δyi，Δzi，Δτi），為雙差走時drijk對應的第i個地震震源參數更新量。其中，（x、y、z）、τ分別為地震發震位置和發震時刻。雙差走時drijk表達式為

其中，上角標obs和cal分別代表實際觀測走時和理論計算走時。式（3）中，等號右側第1項是第i個與第j個地震事件在第k個臺站對應的實際走時差，第2項是其理論走時差。相比于傳統方法只利用單個事件走時信息進行重新定位，雙差定位基于2個相近地震事件傳播路徑的相似性，利用2個地震事件的走時差進行震源參數更新，其定位精度依賴于2個相鄰地震事件附近的速度，不依賴于整條射線路徑上的介質速度。因此，只要震源附近的速度結構精度足夠高就可以獲得準確、可靠的地震序列重新定位結果。

1.2 觀測報告選取

本文采用了中國地震臺網73個臺站的數據，其中，國家臺15個，區域臺63個，精河地震震中附近的臺站分布情況如圖2所示。我國西部地震臺站稀疏，距此次地震震中最近的臺站為精河臺，震中距為40km，震中距小于 100km的臺站僅有2個，監測能力相對有限。研究具體選取了自主震發生至2017年8月14日16時中國地震臺網產出的44.00°～44.50°N、82.40°～83.10°E范圍內M≥0.1地震作為震后余震序列進行重新定位。

1.3 速度模型選取

天山地區曾發生多次隆升和夷平，地質構造十分復雜，北天山、中天山、南天山的地下速度結構存在較大差異。邵學鐘等（1996）采用貫穿天山造山帶的野外測線數據進行地震資料處理和解釋，提出了天山造山帶不同地區的速度模型。野外測線大致沿NEE走向長達350多千米，測點間距為 5～10km，因此，對天山不同地區的層厚和速度大小解釋得更加精確。該速度模型中北天山地下構造分為6層（表2），第1層為表層，第2～5層為結晶地殼，第6層為上地幔頂部，地殼總厚度為45km。此次地震震中處于北天山的西邊，故本研究采用北天山地區的P波速度，S波速度由P波速度和縱橫波速度比1.73獲得。

圖2 震中附近臺站分布

表2 北天山地殼水平層狀速度模型

2 余震序列重新定位

本研究采用255個余震數據進行重新定位，其中，參與定位的臺站共73個。定位計算共使用25次迭代，事件對間的最大間距閾值從第1次迭代的50km降至最后一次迭代的6km，其中，大部分迭代的閾值都控制在20km以內。重新定位后最終獲得209個重新定位結果，SN向、EN向和垂直向定位誤差分別為0.9、0.7、1.1km。重新定位前后的地震序列分布分別如圖3（a）、3（b）所示。由圖3可見，余震序列分布在重新定位前比較離散，無明顯的分布特點和優勢展布方向。重新定位后余震震中分布變得更加集中，余震區沿庫松木契克斷裂附近呈近EW向或NWW向延伸，長約50km，寬約17km。余震幾乎都分布于主震震中西側，可以認為，此次地震破裂是由主震震中位置向西邊延伸的單側破裂。重新定位后余震分布圖（圖3（b））中可見1個主要優勢分布區域和1個次優的分布區域。圖4為次級優勢分布區的余震分布圖。主要優勢分布區以82.72°N、44.28°E點為中心，呈近EW向展布；次優勢區以82.59°N、44.26°E為中心，呈 NWW向展布，即圖4中 CC′直線附近。其中，圖3（b）中AA′直線走向為76°，參考了中國地震臺網中心給出的震源機制解中的節面Ⅰ走向；圖4中CC′直線走向為197°，該方向通過求解次優分布區域所有余震的發震位置到該直線的距離總和的最小化問題獲得。

圖3 精河6.6級地震序列余震重新定位前、后分布（截至2017年8月14日16時）

圖4 精河6.6級地震序列次級優勢分布區的余震分布（截至2017年8月14日16時）

圖5 2017年8月余震序列在經度、時間上的分布

圖5為余震在經度、時間上的分布。由圖5可見，主震后2天內余震震級較大，地震活動較活躍，分布范圍廣。隨后，大部分區域余震活動衰減較快，但余震區中西部 82.60°～82.78°E范圍內地震活動仍較為活躍，震后2～5天內該范圍內分布的余震占比高達84.7%。主震破裂過程顯示，主震破裂后余震區東側的破裂強度大（82.8°～82.9°E），西側相對較小⑤http：//www.cea-igp.ac.cn/tpxw/275885.html。因此，余震區東側的應力得到了較為充分的釋放，中西部構造活動相對東部活躍，東側余震分布要少于中西側。但在震后5天后，余震區東部（82.85°E附近）地震活動再次開始活躍。

重新定位后，余震深度分布也變得更加集中。由沿 AA′、BB′剖面的震源深度分布圖（圖3）和震源深度分布柱狀圖（圖6）可見，余震序列深度為1～25km，尤其是震后1天內的較大震級余震的深度非常相近，為 8～17km。另外，大多數余震的震源深度小于主震。圖3（b）右下圖中用紅色虛線畫出了所有余震序列沿BB′方向的深度分布下邊界，紅色虛線向南傾，且其斜率隨著深度的增加由陡變緩，傾角大致范圍為50°±10°。此次地震發震位置位于庫松木契克山前斷裂的東段附近，該構造為NWW走向，向南傾斜，傾角40°～60°。重新定位后的余震分布與該斷裂具有很好的一致性，可以認為，此次地震與庫松木契克山前斷裂密切相關。西南部的次優分布區的余震序列沿著DD′剖面的深度分布則相對比較平均，其分布近乎直立。考慮到該次級分布區南側發育的NWW向山體與該次優分布區走向基本一致，推斷該局部區域可能由山體的阻擋作用和NEE向的擠壓作用共同產生了次級斷裂。

圖6 震源深度分布柱狀圖

3 結論和討論

2017年8月9日精河6.6級地震是繼2011年10月16日精河5.0級地震后，近年來該地區發生的又一次強烈地震。本研究利用中國地震臺網提供的地震數據，通過雙差定位方法對精河6.6級地震的余震序列進行了重新定位，最終獲得了209個余震的重新定位結果，為進一步認識此次地震的發震構造、機制等提供了可靠的依據。

重新定位后余震序列分布更加集中，余震區長約50km，寬約17km，呈近EW向或NWW向分布，該優勢分布方向與余震區附近的庫松木契克山前斷裂走向基本一致。在空間上，余震均分布在主震的西側，可以認為，此次地震破裂是由主震震中位置向西邊延伸的單側破裂。重新定位后余震序列震源深度為1～25km，較大震級余震震源深度為8～17km。根據余震區空間分布特點初步推斷，該地區發育有2條斷層，這2條斷層分別位于余震中心區和西南部。中心分布區斷層走向為近EW向，向南傾；西南部斷層走向大致為NWW向，近乎直立。

此次精河地震發生在庫松木契克山前斷裂附近，根據GCMT歷史矩張量分布⑥http：//www.globalcmt.org/CMTsearch.html，精河地震鄰區的歷史地震震源機制多為逆沖型（圖7）。庫松木契克山前斷裂是長期以來受歐亞板塊和印度板塊的SN向擠壓應力在北天山西段山前形成的全新世活動斷層，性質為逆斷層。該斷層東段由NWW向、向南傾斜的斷層斜列組成，此次地震即位于該斷層東段斜列附近。中國地震臺網中心給出的此次地震的矩震級為MW6.3，波形擬合的質心深度為23km，斷層節面解見表1，由此推斷，此次地震為一次逆沖型為主的事件。根據余震活動的分布情況可以認為，此次精河地震與其附近的庫松木契克山前斷裂密切相關。此次地震的地震序列深度分布相對地震質心深度較小，這與震中附近無臺站分布有關，真實的震源深度可能要在參考本研究的重新定位結果的基礎上再整體向下移。2011年精河5.0級地震震中在此次地震震中往西約 21km處，其質心深度為 4km，震源機制解為節面Ⅰ：92°/105°/41°、節面Ⅱ：252°/77°/51°（陳建波等，2012a、2012b）。2次地震均位于庫松木契克山前斷裂附近，但此次地震震源更深，震級更大。綜合考慮余震分布、歷史地震和震源機制解等，庫松木契克山前斷裂是此次精河6.6級地震發震構造的可能性較大，且節面Ⅰ是發震構造的斷層面。

圖7 精河6.6級地震及鄰區GCMT歷史矩張量分布