2018年新疆伽師MS5.5地震的發震構造初探

金 花, 冉慧敏, 趙石柱, 閆新義

(新疆維吾爾自治區地震局, 新疆 烏魯木齊 830011)

0 引言

北京時間2018年9月4日5:52,新疆喀什地區伽師縣發生MS5.5地震,震中及余震主要集中在塔里木盆地西部,位于天山山脈與盆地的連接部位。此次地震主要造成部分陳舊土木結構的房屋受損,部分住戶房屋倒塌。震中附近分布有阿圖什斷裂、羊達曼斷裂、麥蓋提斷裂、柯坪斷裂帶等。這些斷裂周邊長期以來地震活動頻繁,歷史上曾出現過1902年阿圖什MS8.2地震、1955年烏恰2次MS7.0地震為首的震群、1990—1997年“伽師強震群區”、1996年伽師—阿圖什地區MS6.7地震等[1-2]。伽師強震群已經引起一些學者的關注,如王勤彩等[3]通過尾波包絡線反演方法對伽師強震群區地殼的非均勻結構進行研究,認為研究區下方中上地殼中具有非均勻結構;單新建等[4]對伽師強震群震源破裂特征進行分析,認為其破裂斷層面為NE向。

2018年伽師MS5.5地震及其序列位于塔里木盆地西部,沉積層厚,震源區地表未見明顯出露斷層(圖1),余震均沿未出露的斷層方向展布。為獲取精度更高的地震定位結果,本文用雙差地震定位法對該地震及其余震進行重新定位,結合CAP方法計算震源機制解,并分析其發震構造。

圖1 地震事件和臺站分布圖Fig.1 Distribution map of seismic events and stations

1 CAP方法計算震源機制解

1.1 CAP方法和數據處理

基于新疆測震臺網產出的波形資料,選用寬頻帶波形記錄,用CAP(Cut and Paste)方法計算2018年新疆伽師MS5.5地震主震及18次記錄清楚的MS≥ 3.0余震的震源機制解,并依據余震分布與區域地質背景討論地震的發震構造。CAP方法是將寬頻帶數字地震記錄分成體波和面波2個部分進行反演,計算其理論合成波形與實際記錄波形的誤差函數,在相關參數空間中搜索出最佳矩張量解[5-6]。CAP方法近年來較為流行,國內許多專家應用該方法計算地震震源機制解與矩心深度,均得出了較好的結果[7-8]。

選取8個震中距小于400 km、信噪比較高且方位角較好的臺站來計算主震及其余震的震源機制解(圖1、表1)。同時采用CRUST2.0全球地殼模型得到伽師速度模型(表2),進行格林函數計算。由表2可算出地殼厚度為55 km。

表1 研究所用臺站參數

表2 Crust2.0全球地殼速度模型

1.2 反演結果與數據分析

采用CAP方法獲得此次MS5.5地震及MS3.0以上余震的震源機制解,并將其列于表3。從表中可見,伽師MS5.5地震的震源機制解結果為:節面Ⅰ:走向48°,傾角83°,滑動角3°;節面Ⅱ:走向318°,傾角87°,滑動角173°;P軸方位角3°,傾角3°,T 軸方位角273°,傾角7°;矩震級MW為5.3。該地震斷層屬于走滑型,震源深度9 km,屬于上地殼地震。

表3 伽師MS5.5地震及18次MS3.0以上余震的震源參數和震源機制解

根據喬學軍等[9]對新疆伽師強震群的InSAR觀測研究,認為伽師地區1997—1998年強震群的發生主要受NEE斷層和EW向斷層的觸發和影響,這與本文CAP方法所得的斷裂傾向一致,均為NEE向。由于此次地震地表無明顯的斷層出露,初步判定2018年新疆伽師MS5.5地震可能受控于柯坪斷裂帶附近的隱伏斷裂,節面Ⅰ為破裂面。將本次地震的理論合成波形與8個臺站的實測波形進行擬合,結果如圖2所示。由圖2可知,8個臺站共記錄到37個震相,相關系數平均值為0.75,大于0.6的有30個,占總數的81%,屬于強度相關。這說明本文反演的震源機制解結果較好,數據可靠性較高。

圖2 波形擬合結果圖Fig.2 Fitting results of theoretical synthetic and measured waveform

1.3 地震序列分析

從節面解對此次地震序列進行分析:

(1) 由節面特征分析(表3、圖3)可知,走向:節面Ⅰ分布離散,優勢取向為NEE向,近45°;傾角:節面Ⅰ傾角優勢分布為30°～60°,而主震的傾角為83°,說明余震整體斷層面比主震斷層面緩,極個別余震分布在近直立的斷層面上;節面Ⅰ滑動角依據文獻[10]研究,計算出走向滑動地震占總數的67%,傾向滑動和斜向滑動共占33%。由此可知走向滑動占絕對優勢,其次是傾向滑動和斜向滑動,說明該地區存在地殼非均勻性。

圖3 18次余震震源機制解節面、P軸、T軸解顯示圖Fig.3 Nodal plane, P axis, and T axis from the focal mechanism solution of the eighteen aftershocks

(2) 由應力特征分析(圖3)可知:從P 、T軸方位角分布來看,P軸優勢分布方向為300°～359°,即優勢方位為近NNW-SSE向,T軸優勢方位為近EW向。 從P 、T軸傾角分布來看,均為傾角接近水平的0°～30°最多。

2 伽師地震及其余震重定位

2.1 方法與資料選取

使用表2中的地殼速度模型,采用雙差定位方法對伽師地區主震發生后3個月內MS≥1.5的地震進行重新定位。雙差定位方法由Waldhauser等[11-12]首先提出,是一種相對定位方法,可以將地震事件兩兩組對,再依據組對事件的震相到時的區別得到其相對空間分布。該方法的優勢在于同單個地震定位方法相比,可以減少地殼介質密度橫向不均勻導致的定位誤差,在最后計算中消除路徑效應,使地震定位的精度明顯提高。近年來雙差定位法在相關領域得到了廣泛應用[13-15]。

在使用雙差定位法進行重新定位時,需滿足同一個地震的記錄臺站數≥3個。原來共計141個地震,去掉震相數小于最小觀察數的地震,重定位后得到129個地震。

2.2 空間展布特征

圖4、圖5分別為重定位前、后主震和余震的震中分布。由于距余震序列較近的出露斷層方向主要沿近EW向平行，分別沿AA′、BB′作近EW向平行和垂直于斷層方向的震源深度剖面(圖5)。由圖4、5可知,同定位前結果比較,重定位后序列分布ES向余震偏少,發生了轉移,由ES向變為SW向收斂。重定位后,余震整體分布呈NEE向,余震沿主震的NEE和SWW向分布,其中SWW向地震最多。

圖4 重定位前主震和余震分布Fig.4 Epicenter distribution of Jiashi MS5.5 main shock and aftershocks before relocation

圖5 重定位后主震和余震分布Fig.5 Epicenter distribution of Jiashi MS5.5 main shock and aftershocks after relocation

2.3 深度剖面特征

根據雙差法重定位后沿不同剖面的地震分布情況,伽師地震主震位于序列中間,余震分布在其周邊。深度沿剖面的走向與剖面的地形升降有關,地勢低的地方震源深度多集中于15～25 km,而地勢高的地方震源深度多聚集在5～10 km。在沿主震東北方向、走向角45°方向上做剖面(圖6),發現序列深度由深至淺分布,優勢深度主要聚集在5～12 km,部分地震集中分布在15～25 km;震后不久,震源深度主要集中在5～10 km,并有逐漸變淺的趨勢。在沿主震西北方向、走向角315°方向上做剖面(圖7),發現深度一開始分布在5～12 km,中段逐漸加深,分布在6～25 km,最后又趨于變淺,分布在5～10 km。

3 結論與討論

(1) 通過雙差法重新定位伽師MS5.5地震及其余震,結合震源機制解結果發現余震整體分布和此次地震的走向具有很好的一致性,余震整體呈NEE方向展布,和出露的發震斷層走向存在一定的夾角,并未沿斷裂帶走向分布,說明這次地震發生的區域可能存在走向為NEE向的隱伏斷裂。伽師MS5.5地震序列的破裂優勢方向為NEE-SWW向,傾角以30°～60°為主,滑動角以-30°～0°、150°～180°居多,震源機制類型以走向滑動為主。

圖6 重定位后不同時間段沿走向角45°剖面的余震深度分布圖Fig.6 Distribution of aftershock depths along strike angle 45°profile in different time periods after relocation

圖7 重定位后不同時間段沿走向角315°剖面的 余震深度分布Fig.7 Distribution of aftershock depths along strike angle 315°profile in different time periods after relocation

(2) 伽師MS5.5地震震源區P軸和T軸方位分別以近NNW-SSE向和近EW向優勢分布,當P 軸、T軸均在近水平應力作用時,地震序列以走向滑動為主。重新定位后,余震序列震源深度優勢集中在5～12 km,極少部分深度集中在15～25 km,說明該范圍深度上震源區介質速度橫向變化較大,易積累應力[16-19]。

(3) 伽師地震余震序列的空間形態沿發震破裂存在非均勻特征,余震向主震的NEE和SWW兩個方向延伸。余震展布區域的寬度較寬,西南方向地震數量較多,東北方向數量較少,表明主震的東北方向性質較堅硬,制約了余震的擴散。