天山活动地块地震的震源机制

丁 亮，高尔根，孙守才，邓晓果，刘 骁

（1.防灾科技学院，河北 三河 065201;2.中国地震局地球物理勘探中心，河南 郑州 450002）

天山活动地块地震的震源机制

丁 亮1，高尔根1，孙守才1，邓晓果2，刘 骁1

（1.防灾科技学院，河北 三河 065201;2.中国地震局地球物理勘探中心，河南 郑州 450002）

利用天山地块的地震震源机制解，并结合Google Earth遥感影像验证了柯坪地区内逆冲推覆构造带发震断裂的走向。讨论了喀什地区地震空区的形变特征和区域应力场，同时根据Google Earth遥感影像中地震空区的地貌类型，分析了地震空区周围的形变特征，推断地震空区附近薄弱介质区域的地震危险性较高。此外，还根据天山地区的地震震源机制在Google Earth遥感影像上的分布规律，并结合地质信息分析了震源机制分区差异性的形成原因和造成这种差异的背景应力场。

活动地块；震源机制；Google Earth图像；天山

0 引言

天山活动地块［1-2］位于西域活动地块中，属于Ⅱ级地块。在印度板块与欧亚大陆自晚新生代以来碰撞的背景下，天山活动地块受到由南向北的强烈挤压［3］而发育有 17条规模较大的断裂［4］。天山地块中地壳介质的不均匀［5-6］使得其内部构造应力分布不均，造成局部地区地质构造活动强烈，形成了天山地区地貌上的差异。郭飚［7］等利用地震层析成像的方法研究了天山地块区地壳和上地幔介质的不均匀性。刘代芹［8］利用天山中部重力场的时空变化特征研究了局部地区在应力集中情况下介质的物理特性。胥颐［9］认为天山地区正负磁异常带与地震活动区域有关。天山地震带的低速带内部物质发生的形变是由帕米尔、南天山和塔里木之间的相对运动引起的［10］。物性结构、形变速率、升降幅度等方面的差异造成伽师、乌恰、喀什一带发生强烈地震［10］。持续的应力作用下，地壳介质会发生形变和强烈的构造运动，这种变形可以通过分析GPS观测数据进行提取，从而可以将大地测量学的方法用来研究天山地块地壳运动和推断地壳应力场。马宗晋［12］利用GPS测量的数据给出了天山地块区现代构造运动下的地壳位移速率。Abdrakhmatov K Y［11］利用GPS观测资料反演出了中国大陆地地壳水平运动的统一速度场。利用GPS的观测数据能推测出天山地块应力分布。应力的作用形式决定了发震断裂的运动机制，利用震源机制反演天山地区地壳应力场成为可行的方法。龙海英［13］等利用天山地区中强地震的震源机制给出了天山地区区域应力背景场的力学参数，分析了北天山地区中强地震的发震断裂主要以倾滑逆断层为主。李莹甄［14］等利用天山中段的地震震源机制给出乌鲁木齐地区震源机制解与区域应力场特征，并分析了乌鲁木齐地区区域构造应力场应力的方向性质。

随着遥感技术的发展，利用航空影像研究地壳断裂活动性质成为可能，InSAR技术已应用于提取地壳形变信息和分析地震前后地表的位移量［15］。并在分析汶川地震地面位移效应和地质灾害方面取得较好的效果［16］。作为较易获取的遥感影像，Google Earth遥感影像已经用于地震应急研究［17］和地震勘探［18］。 我们利用天山地块中矩震级大于5.0的地震资料获取发震断裂的位置，并通过这些地震的震源机制解推断断裂的应力性质和地震的力学特征，地震震源机制解包含主节面和辅节面，结合Google Earth影像所反映的地貌特征可以分析发震断层真实的破裂面，同样基于Google Earth图像中所显示的发震构造，可以评价相同类型的构造区域的地震危险性，对地震危险区的划定具有参考价值。

1 资料选取

地震震源位错理论［19，20］和活动地块理论［2］认为断层发生的快速位错是导致地震的主要原因，断裂带的分布与地震震中的位置有较大的相关性，地震震中分布特征能直接反应活动断裂的展布规律，并且地震的震源机制能反映出断层的运动形式。为了结合Google Earth图像验证天山活动地块中几个较大的断裂的走向和地球动力学信息，我们选取了1980年1月1日至2013年1月1日时间段内38°～48°N，70°～90°E范围内，矩震级大于5.0的183个地震，通过分析地震震中位置确定近期发生构造运动的活动断裂带的空间位置。

我们利用哈佛全球矩心矩张量解数据，下载了上述183个地震的震源机制解进行分析。由于矩震级能反应出地震破裂过程中释放的能量的量级，矩震级与震源区的破裂范围大小和介质性质有关［21］：

M0为地震矩，单位N·m，μ为剪切模量，D是震源断裂面积上的平均位错，S是断裂面积。由于震源机制解包含主节面和辅节面，因此在分析震源机制解时结合Google Earth遥感影像，从地貌上大致分辨出发震断裂真实的破裂面。

Google Earth是Google公司发布的一款具有全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）功能的软件。我们下载了Google Earth所提供的遥感影像，经过坐标校正后将遥感图进行构造解译，并将地震的震中投影到遥感影像上，同时，我们将地震的震源机制图像添加在遥感影像中，并根据震源机制的差异将天山地块的进行分区研究，这便于结合地貌特征分析断层性质和区域构造应力场。

2 研究分析

图1所示为天山地块中矩震级大于5.0的183个地震的震中位置。天山地区地震分布不均匀，整体呈现南天山地震多，北天山地震少，震级较大的地震主要集中在天山南部地区。天山地块处于印度板块与欧亚板块的缝合带上，自南向北的挤压应力使得天山南部的构造薄弱的地区易形成应力集中区域，进而发生强烈的构造形变，造成天山南部地区地震频繁，同时震级较大。在40°N附近能观测到方位为NEE向地震条带，在39°31′16.45″N，74°16′03.46″E位置处可见地震空区。

图1 天山地块地震震中Fig.1 Epicenters in Tianshan Block Earthquakes

图2给出了喀什地区西南侧地震空区附近的震级大于5.0的地震震中和震源机制。该地震空区发生过强烈构造运动和介质形变，地貌上表现为褶皱带，反应出该区域的运动形式以挤压形变为主，地震空区附近以逆断层震源机制为主，空区东北侧的地震主要发生在构造不连续处。结合表1中给出的震源机制参数可推断空区东北侧的应力方向为北北东方向，而西侧的应力沿着北西方向。空区东北侧与西侧的震源机制有明显的差异，产生这种现象的原因可能是在挤压应力作用下地震空区内的介质将应力沿着弱弹性介质传递，造成区域应力集中进而诱发地震。地壳介质的物性差异和挤压应力的非均匀分布造成了地震空区东北侧与西侧震源机制的差别。挤压应力沿着地壳介质的薄弱区发生积累造成缓慢的地壳形变并进而发展形成强烈构造运动。由此可得出，地震空区附近的薄弱介质区域地震危险性较高。

图2 地震空区周围地震震源机制Fig.2 Earthquake Focal M echanism around the Seism ic Gap

表1 地震空区周围地震及其震源机制解参数Tab.1 Ear thquake Focal M echanism Param eters around Seism ic Gap

表1中给出了空区周围地震的震源机制解参数，结合Google Earth图像，可以从震源参数中所给出的两个节面中确定出真实发震断裂的走向，地震空区东北侧断裂走向为106°—122°之间，断裂倾角在44°—63°之间。空区西侧断裂走向为43°—128°之间，断裂倾角为53°—88°之间。地震空区东侧编号为10—15的地震及震源机制表明断裂以逆断层和斜滑逆冲断层为主。

发震断裂的力学性质受到外部应力和地壳介质性质的影响，在图3给出了区域Ⅱ中地震震源机制，在区域Ⅱ（39°0′0″N，76°15′00″E—39°45′0″N，78°00′00″E）中，地震的震中分布不均匀，部分地区较为集中。这反映了区域构造应力的差异，同时也表明该区域中地壳介质的不均匀性和区域构造运动的差异，能观测到地震震源机制的分区差异性。

结合表2所给定的震源机制参数，在77°00′00″E以东，地震震源机制以逆断层为主，而在39° 30′00″N，76°55′00″E附近地震震源机制表现为正断层，震源机制的转变显示了区域地质构造的复杂性，在挤压应力的作用下，地壳介质发生构造形变造成局部应力集中发生错断形成逆冲断层，在正断层由于挤压变形造成局部地区产生张性断裂，张性断裂属于被动形变，其所造成的地面形变量较小，故在Google Earth遥感影像中不能有效地识别。

图3 区域Ⅱ地震震源机制解Fig.3 Earthquake Focal M echanism s in A reaⅡ

震源机制的分区差异反映了天山地块内部应力的不均匀分布，应力的这种分布形式与天山地块中介质的非均匀性有关。认为正断层的震源机制存在于背斜转折端，而逆断层的震源机制则存在于两翼根部的挤压型区域。并且，在外部挤压应力的作用下，地震发生的位置主要集中于正断层震源机制区域和逆断层震源机制区域，而这两个区域之间的过度区域相对稳定，地震危险性较小。图4给出了柯坪推覆构造带（区域Ⅲ（39°35′48.12″～40°49′12.32″N，76°35′48.12″～78°50′55.46″E））内发生的地震的震源机制。区域中挤压褶皱发育，并有较大规模的断层。结合该地区的地震的震源机制和遥感影像图，可推断出发震断裂的走向和区域应力场。

褶皱的走向反应了区域形变特征，图4所示地貌特征和表3给定的参数能推断出区域中断裂走向呈北北东向或北东向，断裂走向在38°～82°范围内，并且可推测出区域应力场呈北北西向。

3 结论与讨论

本文利用天山地块的地震震源机制解并结合Google Earth图像作为约束条件，尝试验证天山地块区中断裂的走向信息，得到了较好的效果。由于Google Earth图像容易获取，且其提供的精度能满足研究宏观断裂位置以及分析区域构造变形特征要求。因而具有较大的优势。但要研究局部地震断裂的位移量和应力变化则需要借助其他测量手段。

表2 区域Ⅱ的震源机制参数Tab.2 Ear thquake Focal M echanism s Param eters in AreaⅡ

图4 柯坪逆冲推覆构造区震源机制Fig.4 Earthquake Focal M echanism in Kepin A rea

表3 区域Ⅲ震源机制解参数Tab.3 Earthquake Focal M echanism Param eters in A reaⅢ

分析了喀什地区地震空区及其周边地区的形变特征。喀什地区附近的地震空区发生过强烈的构造变形，在地貌上表现为挤压褶皱，地震空区附近的地震震中呈现区域分布，且震源机制表现为逆断层发震机制。表明在挤压应力的作用下地震空区将应力传递地壳介质相对薄弱的区域。该类区域的介质在同样大小的应力作用下更容易发生地壳形变和构造运动，因而，认为地震空区附近薄弱介质区域地震危险性较高。

分析了喀什-伽师地区中地震震源机制解的分片特征，地震断层的力学性质受到外部应力和发震断层的性质影响，天山地块受到由南向北的挤压应力作用下，地层形成褶曲和层间滑脱作用，在大规模隆起的转折端形成一系列的正断层，同时在地层边界区域由于挤压应力集中，形成逆断层。这就造成了在喀什-伽师地区地震震源机制出现逆断层-正断层的变化，与挤压应力相比，拉张型应力造成的地壳形变量较小，故很难在Google Earth遥感影像中识别，区域上，震源机制的分片差异性表明天山地块中地壳介质的不均匀性。在逆冲型断裂与拉张型断裂之间的过渡区中大震较少，其原因可能是应力在正断裂和逆断裂区耗散，故过渡区地震危险性较小。

验证了柯坪断隆区断裂的走向，在压应力作用下，地壳介质形成的褶皱带与断裂带的走向有很大的相关性，结合Google Earth遥感影像和震源机制参数，得出柯坪断隆区的断裂走向在38°～82°范围内，挤压应力为北北西方向，这种结果与前人［22，23］的研究成果接近，从而证明了结合Google Earth遥感影像和震源机制推测断裂性质的方法是有效的。

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Earthquake Focal M echanism of Tianshan Blocks

Ding Liang1，Gao Ergen1，Sun Shoucai1，Deng Xiaoguo2，Liu Xiao1

（1.Institute of Disaster Prevention，Sanhe 065201，China；2.Geophysical Exploration Center，China Earthquake Administration，Zhengzhou 450002，China）

Based on Google Earth image and Earthquake focalmechanism solutions of Tianshan active tectonic blocks，we determined the strike of earthquake fault.We also discussed the deformation characteristics and regional stress field of seismic gap.According to Google Earth remote sensing image of earthquake gap area，we believed that nonrigid region holds high-risk of earthquake.Moreover，Google Earth Image with CMT resu lt indicated the difference of structure and media，and we analyzed the stress filed of this situation.

active tectonic block；earthquake focalmechanism；Google Earth Image；Tianshan

P315.3

A

1673-8047（2014）02-0042-07

2014-02-20

国家自然科学基金 （41174043）；中央高校基本科研业务费项目（ZY20120101）

丁亮（1991— ），男，硕士研究生在读，研究方向为地震监测。