2014年7月9日麦盖提MS5.1地震震源机制解与发震断层研究

张志斌 李艳永 朱浩清 裴 亮

（中国乌鲁木齐830011新疆维吾尔自治区地震局）

2014年7月9日麦盖提MS5.1地震震源机制解与发震断层研究

张志斌 李艳永 朱浩清 裴 亮

（中国乌鲁木齐830011新疆维吾尔自治区地震局）

北京时间2014年7月9日麦盖提县发生MS5.1地震，基于新疆地震台网数字波形资料，利用CAP方法反演本次地震及附近区域2009—2014年MS3.0以上地震震源机制解，得到麦盖提MS5.1地震节面Ⅰ的参数为：走向0°，倾角80°，滑动角-169°；节面Ⅱ的参数为：走向268°，倾角79°，滑动角-10°；P轴方位角224°，倾角15°；T轴方位角314°，倾角1°。经震源机制解和地质资料综合研究认为，节面Ⅱ为可能破裂面。该区域地震以走向滑动为主，构造应力场主要表现为受近南北向挤压为主的应力场作用，局部叠加塔里木块体和南天山扭力作用。

麦盖提MS5.1地震；发震断层；CAP方法；震源机制解；应力场

0 引言

据新疆地震台网测定，北京时间2014年7月9日5时52分，新疆维吾尔自治区喀什地区麦盖提县发生MS5.1地震，震中位于（39.3°N，78.3°E），震源深度8km。此次地震震中距巴楚县57km、距麦盖提县71km，震区房屋部分损毁，未造成人员伤亡。

地震在应力场作用下孕育发生，虽然单个中、小地震的震源机制解能反映地震断层活动性质，但用其力轴来代表该区域构造应力场方向则不适宜（龙海英等，2007）；多个地震的震源机制解可反映较大区域内构造应力场特征（许忠淮等，1983；许忠淮等，1987；兰从欣等，2005；张玲等，2013）。震源机制解直观反映地震破裂几何、运动学特征和震源区发震断层附近的应力状态，是研究区域构造应力的基础。

目前，对于不同震级的地震震源，地震学已建立起复杂程度不同的震源模型，包括各向同性点源模型（IPS，Isotropic Point Source）、矩心矩张量模型（CMT，Centroid Moment Tensor）、有限矩张量模型（FMT，Finite Moment Tensor）和有限断层模型（Finite Fault Model）等（Chen P，2005）。对于中等强度地震而言，虽然CMT模型不能提供地震破裂方向等信息，但参数少（10个参数：6个矩张量分量，3个空间位置参数，1个时间参数）利于反演，能够有效描述震源性质，在大多数天然大地震研究中，通常将双力偶模型作为等效力与断层的错动等效，则参数减少到8个（震源机制解3个，空间位置3个，震级1个，发震时间1个），因此，在震后短时间内即可得到该地震的双力偶解（Gao Yet al，2000；高原等，2001）。

震源机制解就是基于双力偶点源模型，根据地震波记录获得表示断层错动面的几何参数，包括：断层面走向、倾角、滑动角和3个主应力轴的空间位置，能够直观反映地震错动面几何形状和运动学特征。目前测定震源机制解的方法主要有：P波初动或P、SV、SH初动和振幅比、波形反演方法。其中P波初动反演震源机制解比较困难：①P波初动需要大量方位角和震中距分布较好的台站；②对于节面方位角附近的地震记录，很难判断P波初动极性；③P波初动方法无法得到地震深度和震级大小（谢祖军等，2012）。新疆区域辽阔，地震台网密度稀疏，很难满足P波初动反演震源机制解所需的观测资料。随着对地球介质结构研究的不断深入，理论地震图计算能力的提高以及宽频带大动态数字地震仪的大量应用，许多专家、学者在波形反演方面积累大量经验（韦生吉等，2009），且能克服P波初动反演缺点。波形反演已成为中等及以上规模地震震源机制解反演的主要手段。其中Zhao与Helmberger提出的CAP（Cut and Paste）法具有一定代表性（陈伟文等，2012）。

1 方法原理

CAP方法主要思想是将区域范围内宽频带数字观测波形记录分成体波（Pn1）、SH波和面波部分，并采用不同滤波频段，分别进行拟合，移动每个部分的波形，使其吻合最好。在双力偶点源模型假设下，分别计算其理论地震图与实际观测波形的误差目标函数，在给定参数空间范围内进行网格搜索，从而反演得到震源机制解。基本原理为：一个双力偶源产生的理论合成位移可表示为

式中，i = 1，2，3分别表示3种基本断层类型：垂直走向滑动断层、垂直倾向滑动断层和45°倾向滑动断层。Gi（h，t）为格林函数，h表示震源深度；Ai为辐射花样，M0为标量地震矩，θ为台站方位角；φi、σ、λ分别为所求震源机制解的走向、倾角和滑动角。

在计算理论地震图时采用频率—波数法（任枭等，2007），分别对频率和波数进行积分，采用传播矩阵方法计算得到地震的全波场位移，计算各种频率下体波和面波波形，从而进行震源参数反演（谢祖军等，2013）。

在实际反演过程中，以理论地震位移s（t）和观测地震位移u（t）的一致作为判断标准，即

经实际计算和大量工作验证，CAP方法在反演震源参数上具有以下优点：①综合利用近震中体波和面波信息，约束更全面；②将Pn1和面波部分分别采取不同权重，充分利用Pn1和面波振幅比，从而对震源深度及震源机制解更好约束；③在反演过程中，允许体波和面波部分有不同的时间平移，在一定程度上可降低速度模型不准确引起的误差；④在误差定义中使用绝对振幅而不是归一化振幅，能更好识别震相节面，避免振幅归一化后带来其他局部最小值解，从而获取更准确的震源机制解；⑤引入震中距影响因子，考虑地震波随震中距离的衰减对波形的改造作用，避免反演结果主要受近台记录影响（吕坚等，2008；陈伟文等，2012；洪德全等，2013）。

2 数据资料

麦盖提MS5.1地震位于塔里木盆地西南端，附近有隐伏的乔喀塔格断裂带，断裂全长250km，为第四纪断裂（新疆通志·地震志，2002）。塔里木盆地为刚性块体，西南端与天山和昆仑山相接触，内部发生地震较少。在综合考虑乔喀塔格断裂带展布方位及震源机制解解算信噪比要求，选取新疆地震台网2009年1月到2014年8月位于塔里木盆地西南缘（38.9°—39.6°N，77.3°—79.2°E）的MS3.0以上地震，去除落在乔喀塔格断裂带之外的地震事件，主要集中落在乔喀塔格断裂带的两个分支断层上，见图1，考虑到2009年8月19日MS3.1地震靠近乔喀塔格断裂带，也加入区域应力场进行计算，试图通过MS5.1地震震源机制解推断此次地震的发震断层，结合该区域断层上地震震源机制解，进一步了解此断层区域现代构造应力场的主要特征，为此区域的深入研究奠定基础。

由图1可见，震中除东南方向台站较少，其他方位被台站均匀包围。综合台站资料的信噪比和CAP方法所具有的优势，选取震中距300km内、P波记录清晰且方位角准确的台站，仪器幅频特性在0.05—20 Hz频率范围内是平直的。数据处理过程如下：①去除仪器响应，防止各台站仪器放大倍数不一致；②对速度记录积分得到位移记录，由速度记录转换成位移记录；③将三分向UD—NS—WE位移记录旋转成大圆路径的R—T—Z分向记录，旋转后分为Pn1和面波两个部分；④利用频率—波数法计算格林函数，先后反演垂直向和径向的Pn1波，再反演三分量面波，通过波形互相关对齐波形，以达到最佳拟合效果；⑤反演过程中，对Pn1和三分量面波部分选择不同滤波频带，Pn1部分经带宽为0.05—0.2 Hz、面波部分经带宽为0.05—0.1 Hz的4阶Butterworth带通滤波（冉慧敏等，2013）。

利用频率—波数（F—K）法计算每个震中距的格林函数，得到理论地震图。采用Crust 2.0地层模型（表1）计算格林函数，地壳厚度为55km。

图1 研究所用地震事件与台站分布Fig.1 Distribution of the seismic events and stations used in this study

表1 Crust 2.0 全球地壳速度模型Table 1 The global crust velocity model of Crust 2.0

3 反演分析

根据图1中震中台站波形记录，结合表1给出的地壳速度模型，利用CAP方法解算2014年7月9日麦盖提MS5.1地震的震源机制解，图2为震源机制解反演过程中拟合误差随深度的变化，图3为震源机制解反演波形拟合结果。

从图2可以看出，震源深度变换对波形拟合误差影响比较明显，而根据误差最小判定原则，本次地震的最小误差在0.206 4—0.207 2，对应最佳震源深度为16km。图3是拟合误差最小时震源深度对应的震源机制解，以及由F—K方法计算的台站理论波形与实际波形相关系数。从图3可以看出，10个台站的Pn1和面波部分共50个震相，相关系数平均值为0.7，其中大于60的有39个震相，达到总数的78%；而其中又有19个震相大于80，占49%，属于强相关；反演方差为2.072×10-1。反演结果表明，模型选择和理论地震图构建合理，且理论地震图与观测地震图拟合度高，反演结果可信。节面Ⅰ参数为：走向0°，倾角80°，滑动角-169°；节面Ⅱ参数为：走向268°，倾角79°，滑动角-10°；P轴：方位角224°，倾角15°；T轴：方位角134°，倾角1°。此外，对于此次地震，GCMT、中国地震台网中心（频域和时域波形联合反演）等研究机构给出相关震源机制解，见表2，本文得到的震源机制解与其他研究机构结果基本一致，可见本文台站选取比较合理，计算结果可靠。

图2 拟合误差误差随深度变化Fig.2 The ft-error changes with focal-depth

图3 CAP方法反演地震波形拟合结果Fig.3 The result of seismic waveform ftting result by CAP method

表2 麦盖提MS5.1地震震源机制解对比结果Table 2 The comparison results of Markit MS5.1 earthquake focal mechanism solutions

为了进一步探究该区域的构造应力场特征，计算本区域断层附近2009年4月至2014年8月发生的12次MS3.0以上地震震源机制解，见表3。

表3 MS3.0以上地震震源机制解Table 3 Focal mechanism solution of earthquakes of above MS3.0

根据误差最小判定原则，此区域选取的地震最小误差在7.83×10-3—1.48×10-5区间范围内，误差处在理想范围内。分析此区域地震震源机制解的节面解：①节面走向：由图4可见，节面Ⅱ集中分布在270°—340°角域内；②节面倾角：大多集中在80°范围内；③节面滑动角：主要集中在-90°— -180°角域内，结合刁桂苓等（1996）研究分析，在90°±30°和-90°±30°为倾向滑动，0°±30°和150°—180°、-150°— -180°为走向滑动，其余角域为斜向滑动。分析此区域12个地震，其中8个地震的位错类型为走向滑动，其余为斜向滑动。

分析此区域的应力轴：①P轴空间分布：从图4可见，P轴方位分布显示存在近S向和WNW向两个优势方向，140°—210°角域内有5个P轴，占总数的42%，270°—330°角域内有4个P轴，占总数的33%。从P轴倾角分布看，在0°—10°角域内有8个P轴，占66.7%，说明此区域P轴倾角都较小；②T轴空间分布：由图4可知，T轴方位大部分分布在ES向内，60°—130°角域内，有4个T轴分布，占总数的33%；180°—240°角域内，有5个T轴分布，占总数的42%，和P轴走向分布对比，其两个优势方向互不重叠，互补且近乎正交。另外，T轴和P轴的倾角分布比较接近，在0°—20°角域内有9个T轴，占全部T轴的75%，相比之下，T轴比P轴更接近于水平方向。

图4 12个地震震源机制解节面、P轴、T轴玫瑰图Fig.4 The rose diagrams of mechanism nodal plane，P，T axis of twelve earthquakes

4 结论

综上所述，得出以下结论：麦盖提MS5.1地震的震源机制解结果为：节面Ⅰ：走向0°，倾角80°，滑动角-169°；节面Ⅱ：走向268°，倾角79°，滑动角-10°；P轴方位224°，倾角15°，T轴方位134°，倾角1°，矩震级MW4.8，矩心深度为16km。结合背景地质构造及震中位置，震中在塔里木盆地西南部，该区域存在隐伏的乔喀塔格断裂带，断裂带总体走向NWW，断层倾向SSW。节面Ⅱ为近EW向，倾角陡，近直立，带有一定左旋走滑性质，主压应力轴方位224°，为SSW—NNE向，主压应力轴倾角15°。新疆地区整体受近SN向应力场控制，在不同时期，应力场会有一定偏转（高国英，2010），符合震源机制解结果，据此地震推断受控于乔喀塔格断裂带次级断裂带，破裂面为节面Ⅱ。

塔里木盆地西南端走向优势分布WNW向，与乔喀塔格断裂带走向接近。结合本区域P轴和T轴分布图分析，主压应力轴P轴方位以近WNW向和近SSW向为主，T轴方位以近SW向和近ESE向为主。依据P轴和T轴方位成正交分布，分为两组：①P轴近SSW向（即SSW—NNE向）和T轴近ESE向。与新疆地区整体受近SN向应力场控制相符。同时也与高国英等（2010）的研究相符合；②P轴近WNW向（即WNW—ESE向）和T轴近SSW向，形成WNW向的压应力，根据张培震等（1996）的研究，认为塔里木块体顺时针旋转可能对天山及周围构造变形产生直接影响，由帕米尔弧NE向加剧推进和南天山的作用，及块体自身右旋运动，形成WNW向的受力过程。可见，本区域应力场特征总体呈现为：近SN向挤压应力场起为乔喀塔格断裂带提供主要力源，局部叠加塔里木块体与南天山扭应力场。

受早期地震波形质量所限，地震事件主要选取近5年的数据，MS5.0以上地震就只有一个，压应力轴和主张应力轴分布趋势不集中，是否与研究震级偏小有关，需要后期采用多种方法分析论证。塔里木块体内部应力变化研究对于认识本区域地震机理和板块运动形式具有重要意义，值得进一步研究。

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Analysis of focal mechanism solution and seismic fault of Markit MS5.1 earthquake on July 9，2014

Zhang Zhibin，Li Yanyong，Zhu Haoqing and Pei Liang
（Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830011，China）

Markit MS5.1 earthquake occurred on July 9，2014.Base on the records of Xinjiang Seismic Networks，we obtained the focal mechanism of this earthquake and the earthquakes of above MS3.0 in the area from 2009 to 2014 with the “cut and paste” （CAP） method.Our result of the MS5.1 earthquake shows :the strike，dip and rake angles of nodal plane Ⅰ are 0°，80°and -169°； the other nodal plane is 268°，79°，-10°；The azimuth and dip angle are 224°and 15° for P axis； 314°and 1°for T axis；We comprehensive study considered the possibility of the rupture surface of the sectionⅡ through the seismic source mechanism solution and geological data.The earthquake s this region are most of the strike-slip.The regional structural stress feld is mainly characterized by the action of NS compressional stress feld，and the local torsion effect of the Tarim block and the South Tianshan Mountains.

Markit MS5.1 earthquake，seismogenic fault，cut and paste method，source mechanism，stress feld

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.001

张志斌（1988—）男，助理工程师，2011年毕业于中国地质大学（武汉）地球物理专业，主要从事地震监测工作，测震服务器维护等工作

地震科技星火计划青年项目（XH13028Y）、中国地震局2015年度测震台网青年骨干培养专项（20150429）共同资助

本文收到日期：2015-04-07