近期新疆震源机制解与地震活动特征研究①

2012-01-27高国英聂晓红龙海英

地震工程学报 2012年1期

高国英，聂晓红，龙海英

（新疆维吾尔自治区地震局，新疆乌鲁木齐 830011）

0 引言

震源机制解直接反映了地壳现今应力状况和断层构造运动特性。以往有不少学者利用震源机制解资料分析了中国现代构造应力场的基本特征［1－2］，以及中国部分地区现代构造应力场的特征［3］。依据应力性状和力源特征将中国大陆及邻区现代构造应力场应力分区划分四个级别［4］。新疆区域辽阔，基本包含了四个级别的应力区。

新疆及其邻区是地壳运动和构造应力场多样化的地区之一，构造运动强烈，地震频繁发生，地震震源机制解资料也较丰富。笔者1997年曾给出了1944－1990年新疆及其邻近地区146次中强震震源机制解［5］；2005年分析了1991－2002年新疆44次中强震震源机制解［6］。在上述工作基础上，本文又补充给出了2003－2009年新疆及其周边88次MS≥4.5地震震源机制解。至此，我们较系统的给出了新疆及其周边1944－2009年近278次地震震源机制解。60多年的震源机制解资料时间跨度长、地震分布区域广，涵盖了新疆四大构造带；地震强度从M4.5至8.1。大量震源机制解结果为我们深入开展区域现今地壳运动和断层构造运动特性、应力场基本特征，以及不同时期、不同构造区域应力变化等研究提供了非常丰富的基础数据。本文结果是对近期新疆及其周边区域应力场状态与新疆地震活动的初步探讨，可为地震科学研究、地震预测预报、工程地震等研究工作补充新的基础数据。

1 资料选取

常用的求解震源机制的方法主要有P波初动符号法、波形矩张量反演和振幅比方法［7－8］。本文采用P波初动符号法，用下半球投影的计算方法求解震源机制解，给出了2003－2009年新疆及其周边地区88次MS≥4.5地震的震源机制解。

2003年以来随着数字化台网不断改造，新疆地震监测能力有了大幅度提高，至目前新疆有69个测震台站（包括1个和田台阵），因此MS≥4.5地震平均有30个台站以上有较清晰的P波初动记录（地震大初动符号更多），基础资料可靠。本次研究时段的7年中给出震源机制解的地震有88次，而前期12年中提供震源机制解的地震只有44次［6］，表明新疆地震监测能力明显提高。经对比分析境内MS≥5地震震源机制解结果与美国哈佛大学结果大多数一致（由于篇幅限制不能给出系统分析结果）。由于我们还完成了期间MS≥4.5～4.9地震震源机制（42次），认为统一选用新疆结果进行分析较合适。其中新疆南部，特别是西昆仑、阿尔金地震带和天山西部地区由于新疆台网分布的局限性，有7次地震选取了美国哈佛大学结果。

2 地震活动与震源机制解

大量研究表明，地壳中的应力状态与地震活动的关系十分密切，研究现代构造应力场与强震活动的关系对认识地震孕育过程和地震预测探索研究都具有重要的理论和实际意义。

2.1 地震活动特征分析

为结合震源机制解分析，我们首先对新疆及周边的同期地震活动基本特征进行讨论。分析认为，地震活动具有以下特征：

（1）地震活动强度大。分析2003－2009年新疆及其周边MS≥4.5地震震中分布（图1），期间发生MS≥7地震3次，分别是2003年9月23日中、俄、蒙交界7.9级（距新疆约40km）、2005年10月8日巴基斯坦7.8级（距新疆约180km）和2008年3月21日新疆于田7.4级地震。5年中在新疆及周边连续发生3次7级地震，其地震活动水平与上世纪初新疆地震活动水平相当：1902年8月阿图什发生8.3级大震，1906年3月和12月在库车和玛纳斯分别发生7.3和7.7级地震，这一组MS≥7地震是上世纪最强的一组地震活动。在2003－2009年期间还发生2003年巴楚－伽师6.8级、2008年乌恰6.9级震群（6.9级、6.5级和6.0级）。这一组地震活动强度大、时间上集中。如果考虑2001年11月昆仑山口西8.1级地震，则认为2001－2008年新疆及周边经历了一组强震活跃，是自1906年以来地震强度最大的成组地震活动。一组强震活跃之后的未来几年新疆地震活动强度可能不会太高，将进入一个相对弱活动状态［9］。

（2）中强地震时空分布差异性明显。在新疆周边强震活跃背景下，境内中强震活动频繁。期间发生的4次6级地震（乌恰6.9级震群计1次）较集中分布在天山西部约700km范围，并沿构造呈NE向分布。除2003年巴楚6.8级地震外，其余3次6级地震沿新疆西部边境发生。区内MS≥5地震分布于84°以西的天山和西昆仑地震带。新疆流动重力测量2005－2008年南天山至西昆仑地区的重力场演化过程形态异常，重力变化空间梯度较大，反映出强震活动背景［10］。而84°以东大区域范围，特别是天山东部地区近些年处于较明显的平静状态。区内地震活动空间图像表现出西部活跃而东部平静的差异性特征，哪个区域未来几年发生强震的危险性更大？也为地震预测预报人员提出新的科学问题。

由地震活动的时间序列分析（图1），3次7级地震前都伴随6级左右地震发生，在时间上表现出1～2年的丛集性特点：2003年9月7.9级地震前7个月，巴楚发生6.8级地震；2005年10月7.8级地震前8个月，乌什发生6.3级地震；2008年3月于田7.4级地震前，2007年7月特克斯发生5.9级地震，相隔8个月。以7级地震活动为主的三组丛集性活动持续时间分别为11个月、18个月和20个月，显示出地震强度越大，呈丛集性活动持续时间越短的特点。7级地震前，6级左右地震发震构造与7级地震都不在同一构造带，显示出一次7级大震前后应力变化可能影响到较大区域、跨不同构造块体，从而形成大区域应力场的调整变化过程。（3）深度分布具有区域性。MS≥4.5地震深度大多数分布在10～40km范围，占96%，深度在100～170km范围的少数地震集中分布在西昆仑或兴都库什中深源地震区。

图1 新疆地区2003－2009年MS≥4.5地震时空分布Fig.1 The space－time distribution of earthquakes with MS≥4.5from 2003to 2009in Xinjiang area.

2.2 中强震震源机制解分析

新疆是印度与欧亚板块挤压受力强烈区域。由于构造环境的差异，不同构造环境和类型的地区，其构造几何格局、地壳变形特征、位错方式和动力学过程等都有很大差异［11］。

新疆分布着多条大型构造，其中西昆仑、北天山和阿尔泰构造带走向大致为NNW向；阿尔金和南天山西段构造基本为NE走向；南天山东段近EW向。表1给出了2003－2009年新疆及其周边88次MS≥4.5地震震源机制解。结合图2分析，震源断错性质较复杂.有50%地震为走滑错动；30%为逆冲性质；20%为正断层。地震震源断错性质存在区域性特征，在北天山西段包括中天山地区其断层性质为走滑兼逆冲，约55%的地震震源断错为走滑错动；在南天山东段的乌什—库车构造活动以逆冲为主，地震震源机制表现出较为明显的逆冲性质，2005年乌什6.3级地震代表了这一地区以逆冲为主的构造运动特点；南天山西段至乌恰交汇区构造运动性质复杂，约60%地震震源断错为走滑型，2008年乌恰6.9级地震震源机制反映出走滑错动特点，而2003年巴楚－伽师6.8级地震为逆冲型；在和田南部区域，2008年3月于田7.4级地震则是以拉张为主的正断层错动，其他几次地震既有走滑错动，也有逆冲性质；NE走向的阿尔金断裂带其构造运动特征为走滑型，5次地震震源断错基本为右旋走滑。各区域都存在少量的正断层错动。多数地震震源断层面走向与发震构造走向和强震极震区烈度长轴走向基本一致。6级以上地震主要是受区域构造应力场控制，而影响中等地震的因素则可能较多。地震震源机制显示出的震源断层错动的复杂性从某种程度上可能反映了新疆在大区域应力场作用下，区域内部不同构造、块体间的相互作用的差异性。通常由板块运动产生的作用力是控制区域大环境应力状态的主导因素，而板内块体间相互作用以及由于空间非均匀结构和岩石非均匀力学特性产生的影响，是造成次级和局部应力变化的原因［4］。

图2 新疆2003－2009年MS≥4.5地震震源机制解Fig.2 The focal mechanism solutions of earthquake with MS≥4.5in Xinjiang from 2003to 2009.

由表1和图3（a）看出，地震震源机制解最大主压应力P轴方位优势分布NNW340°～NS360°。P轴方位基本与新疆主要构造走向垂直，不同区域P轴方位优势分布存在差异。在北天山西段—中天山以及南天山东段的库车周围主压应力多数以NNW向分布，也存在NNE方向的压应力。表1中2003年巴楚6.8级和2008年于田7.4级地震余震P轴方位的一致性较差，可能是由于震后强震震源区处于应力的不断调整变化中，造成余震震源断错性质和P轴方位的多变。T轴优势分布为近EW向，2008年于田7.4级地震就是在拉张作用下产生的正断层错动。结果显示出这一时期新疆主要受近NNW向的主压应力和近EW向的张应力控制。

表1 新疆及周边2003－2009年MS≥4.5地震震源机制解

续表1

2.3 应力场时空变化特征分析

新疆1944－1990年MS≥6地震震源机制解研究得到，新疆区域应力场主压应力优势分布在NS向10°左右［12］，表现出强震活动主要受近NS向的应力场控制。1991－2002年新疆44次中强震震源机制解P轴优势分布为 NNE向约30°［6］（图3（b）），尤其是1997－1998年伽师－巴楚11次6级地震显示出较明显的受NNE－SSW向作用力的结果。

图3 不同时段中强地震P轴方位优势分布Fig.3 The predominance distribution of P axis of moderate－strong earthquakes in different time

本文选取2003－2009年全疆MS≥5.5地震进行应力场反演，得到最大主压应力为339°，上述分析主压应力P轴优势方向为NNW340°～NS360°，二者结果基本吻合。据GPS观测结果，天山及邻近地区应变场的主压应变优势分布方向为NNW，基本与天山山体的走向正交［13］。结果与新疆近SN向的背景应力场和作者前期给出的NNE向结果有差异，反映出不同时期新疆大区域应力场的变化特点。新疆及周边在大范围和长时间内区域应力作用保持均匀和稳定，基本受近NS向应力场控制。但在基本应力场作用下，可能由于不同时期由南向北挤压作用的某种变化，以及受力的动力环境或者应力强弱发生改变，有可能造成不同时期应力场方向的偏转变化。

在南天山西段－乌恰以及和田周围地区主压应力基本为NE向分布，展示出在新疆南部塔里木块体以南区域受NE向应力场控制。尤其是发生在新疆南部的2005年巴基斯坦7.8级、2008年于田7.4级和乌恰6.9级地震P轴方位分布在N10°W～N40°E范围内。这几次强震震源机制既反映了各自震源区及其附近受力状态，同时也显示出较大区域范围内不同级别的构造受控于同一动力源应力作用。构造应力区受控于区域块体间的相互作用，在较大区域范围内应力作用具有较强的相关性［4］。

P轴倾角随时间过程的阶段性变化伴随强震活跃与平静（图4）。2003年新疆强震活跃，曾发生巴楚6.8级、中俄蒙交界7.9级等多次中强地震，期间P轴倾角稳定性较差；2005年乌什6.3级和巴基斯坦7.8级强震前P轴倾角的变化也是较明显的，特别是巴基斯坦7.8级强震前P轴倾角达这两年中最大值（41°）；2006－2007年新疆地震处于弱活动状态，P轴倾角稳定在20°以内，平均13°；2008年于田7.4级地震开始新疆进入一组强震活动，P轴倾角平均为33°。尤其是于田7.4级和乌恰6.9级地震前，几次中等地震P轴倾角分别增大至60°和69°，为2003年以来最大值。P轴倾角的变化与新疆地震活动的强弱交替相关，这一特点与1991－2002年中强地震主压应力P轴仰角的变化类似［6］。新疆构造运动的基本特点是以水平挤压为主的逆断层活动，出现主压应力P轴倾角明显增大现象，表明在不同时期张应力起控制作用。

图4 88次地震P轴倾角随时间变化Fig.4 The change of the P axis elevation angle with time from 88events.

3 结论与讨论

（1）研究时段内，不同强度地震空间分布具有较明显的层次性特征。3次7级地震分布在新疆周边，时间集中、强度较大，是上世纪以来较强的一组7级地震活动；期间发生的4次6级地震（包括1次震群）集中分布在天山西部约700km范围内；5级地震显示出明显的西强东弱的特点。地震活动特点与1991－2002年有较大差异。1991－2002年新疆境内地震活动强度大、频度高，境内发生1次7级和16次6级地震。二个时段地震活动水平的差异，可能说明不同时期新疆区域应力场强度的变化。

（2）88次地震分布在不同的构造区域，震源机制解存在较大差异。在北天山西段包括中天山地区，以走滑错动为主；南天山东段表现出较为明显的逆冲性质；南天山西段至乌恰交汇区又表现出走滑错动特点。地震震源机制显示出的震源断层错动的复杂性，从某种程度上可能反映了新疆在大区域应力场作用下，区域内部不同构造、块体间的相互作用的差异性。

（3）地震震源机制主压应力P轴优势方向为NNW340°～NS360°，与 MS≥5.5地震反演得到最大主压应力339°一致。结果与新疆近SN向的背景应力场和1991－2002年期间NNE向结果有差异，表现出不同时期新疆大区域应力场的变化特点。造成大震前P轴倾角增大现象的因素也许是多方面的，但其中的主要原因可能是在强震前大区域应力增强的同时，其应力性状，包括受力方向、应力强度以及结构等都发生了改变，因此造成受力状态的改变，在一定的构造应力环境中张应力起控制作用。

感谢审稿专家对本文提出的修改意见。

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