2018年新疆伽师MS5.5地震的发震构造初探

金 花, 冉慧敏, 赵石柱, 闫新义

(新疆维吾尔自治区地震局, 新疆 乌鲁木齐 830011)

0 引言

北京时间2018年9月4日5:52,新疆喀什地区伽师县发生MS5.5地震,震中及余震主要集中在塔里木盆地西部,位于天山山脉与盆地的连接部位。此次地震主要造成部分陈旧土木结构的房屋受损,部分住户房屋倒塌。震中附近分布有阿图什断裂、羊达曼断裂、麦盖提断裂、柯坪断裂带等。这些断裂周边长期以来地震活动频繁,历史上曾出现过1902年阿图什MS8.2地震、1955年乌恰2次MS7.0地震为首的震群、1990—1997年“伽师强震群区”、1996年伽师—阿图什地区MS6.7地震等[1-2]。伽师强震群已经引起一些学者的关注,如王勤彩等[3]通过尾波包络线反演方法对伽师强震群区地壳的非均匀结构进行研究,认为研究区下方中上地壳中具有非均匀结构;单新建等[4]对伽师强震群震源破裂特征进行分析,认为其破裂断层面为NE向。

2018年伽师MS5.5地震及其序列位于塔里木盆地西部,沉积层厚,震源区地表未见明显出露断层(图1),余震均沿未出露的断层方向展布。为获取精度更高的地震定位结果,本文用双差地震定位法对该地震及其余震进行重新定位,结合CAP方法计算震源机制解,并分析其发震构造。

图1 地震事件和台站分布图Fig.1 Distribution map of seismic events and stations

1 CAP方法计算震源机制解

1.1 CAP方法和数据处理

基于新疆测震台网产出的波形资料,选用宽频带波形记录,用CAP(Cut and Paste)方法计算2018年新疆伽师MS5.5地震主震及18次记录清楚的MS≥ 3.0余震的震源机制解,并依据余震分布与区域地质背景讨论地震的发震构造。CAP方法是将宽频带数字地震记录分成体波和面波2个部分进行反演,计算其理论合成波形与实际记录波形的误差函数,在相关参数空间中搜索出最佳矩张量解[5-6]。CAP方法近年来较为流行,国内许多专家应用该方法计算地震震源机制解与矩心深度,均得出了较好的结果[7-8]。

选取8个震中距小于400 km、信噪比较高且方位角较好的台站来计算主震及其余震的震源机制解(图1、表1)。同时采用CRUST2.0全球地壳模型得到伽师速度模型(表2),进行格林函数计算。由表2可算出地壳厚度为55 km。

表1 研究所用台站参数

表2 Crust2.0全球地壳速度模型

1.2 反演结果与数据分析

采用CAP方法获得此次MS5.5地震及MS3.0以上余震的震源机制解,并将其列于表3。从表中可见,伽师MS5.5地震的震源机制解结果为:节面Ⅰ:走向48°,倾角83°,滑动角3°;节面Ⅱ:走向318°,倾角87°,滑动角173°;P轴方位角3°,倾角3°,T 轴方位角273°,倾角7°;矩震级MW为5.3。该地震断层属于走滑型,震源深度9 km,属于上地壳地震。

表3 伽师MS5.5地震及18次MS3.0以上余震的震源参数和震源机制解

根据乔学军等[9]对新疆伽师强震群的InSAR观测研究,认为伽师地区1997—1998年强震群的发生主要受NEE断层和EW向断层的触发和影响,这与本文CAP方法所得的断裂倾向一致,均为NEE向。由于此次地震地表无明显的断层出露,初步判定2018年新疆伽师MS5.5地震可能受控于柯坪断裂带附近的隐伏断裂,节面Ⅰ为破裂面。将本次地震的理论合成波形与8个台站的实测波形进行拟合,结果如图2所示。由图2可知,8个台站共记录到37个震相,相关系数平均值为0.75,大于0.6的有30个,占总数的81%,属于强度相关。这说明本文反演的震源机制解结果较好,数据可靠性较高。

图2 波形拟合结果图Fig.2 Fitting results of theoretical synthetic and measured waveform

1.3 地震序列分析

从节面解对此次地震序列进行分析:

(1) 由节面特征分析(表3、图3)可知,走向:节面Ⅰ分布离散,优势取向为NEE向,近45°;倾角:节面Ⅰ倾角优势分布为30°～60°,而主震的倾角为83°,说明余震整体断层面比主震断层面缓,极个别余震分布在近直立的断层面上;节面Ⅰ滑动角依据文献[10]研究,计算出走向滑动地震占总数的67%,倾向滑动和斜向滑动共占33%。由此可知走向滑动占绝对优势,其次是倾向滑动和斜向滑动,说明该地区存在地壳非均匀性。

图3 18次余震震源机制解节面、P轴、T轴解显示图Fig.3 Nodal plane, P axis, and T axis from the focal mechanism solution of the eighteen aftershocks

(2) 由应力特征分析(图3)可知:从P 、T轴方位角分布来看,P轴优势分布方向为300°～359°,即优势方位为近NNW-SSE向,T轴优势方位为近EW向。 从P 、T轴倾角分布来看,均为倾角接近水平的0°～30°最多。

2 伽师地震及其余震重定位

2.1 方法与资料选取

使用表2中的地壳速度模型,采用双差定位方法对伽师地区主震发生后3个月内MS≥1.5的地震进行重新定位。双差定位方法由Waldhauser等[11-12]首先提出,是一种相对定位方法,可以将地震事件两两组对,再依据组对事件的震相到时的区别得到其相对空间分布。该方法的优势在于同单个地震定位方法相比,可以减少地壳介质密度横向不均匀导致的定位误差,在最后计算中消除路径效应,使地震定位的精度明显提高。近年来双差定位法在相关领域得到了广泛应用[13-15]。

在使用双差定位法进行重新定位时,需满足同一个地震的记录台站数≥3个。原来共计141个地震,去掉震相数小于最小观察数的地震,重定位后得到129个地震。

2.2 空间展布特征

图4、图5分别为重定位前、后主震和余震的震中分布。由于距余震序列较近的出露断层方向主要沿近EW向平行，分别沿AA′、BB′作近EW向平行和垂直于断层方向的震源深度剖面(图5)。由图4、5可知,同定位前结果比较,重定位后序列分布ES向余震偏少,发生了转移,由ES向变为SW向收敛。重定位后,余震整体分布呈NEE向,余震沿主震的NEE和SWW向分布,其中SWW向地震最多。

图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

图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

根据双差法重定位后沿不同剖面的地震分布情况,伽师地震主震位于序列中间,余震分布在其周边。深度沿剖面的走向与剖面的地形升降有关,地势低的地方震源深度多集中于15～25 km,而地势高的地方震源深度多聚集在5～10 km。在沿主震东北方向、走向角45°方向上做剖面(图6),发现序列深度由深至浅分布,优势深度主要聚集在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,并有逐渐变浅的趋势。在沿主震西北方向、走向角315°方向上做剖面(图7),发现深度一开始分布在5～12 km,中段逐渐加深,分布在6～25 km,最后又趋于变浅,分布在5～10 km。

3 结论与讨论

(1) 通过双差法重新定位伽师MS5.5地震及其余震,结合震源机制解结果发现余震整体分布和此次地震的走向具有很好的一致性,余震整体呈NEE方向展布,和出露的发震断层走向存在一定的夹角,并未沿断裂带走向分布,说明这次地震发生的区域可能存在走向为NEE向的隐伏断裂。伽师MS5.5地震序列的破裂优势方向为NEE-SWW向,倾角以30°～60°为主,滑动角以-30°～0°、150°～180°居多,震源机制类型以走向滑动为主。

图6 重定位后不同时间段沿走向角45°剖面的余震深度分布图Fig.6 Distribution of aftershock depths along strike angle 45°profile in different time periods after relocation

图7 重定位后不同时间段沿走向角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) 伽师MS5.5地震震源区P轴和T轴方位分别以近NNW-SSE向和近EW向优势分布,当P 轴、T轴均在近水平应力作用时,地震序列以走向滑动为主。重新定位后,余震序列震源深度优势集中在5～12 km,极少部分深度集中在15～25 km,说明该范围深度上震源区介质速度横向变化较大,易积累应力[16-19]。

(3) 伽师地震余震序列的空间形态沿发震破裂存在非均匀特征,余震向主震的NEE和SWW两个方向延伸。余震展布区域的宽度较宽,西南方向地震数量较多,东北方向数量较少,表明主震的东北方向性质较坚硬,制约了余震的扩散。