新疆皮山MS5.1、叶城MS5.0地震震源机制解分析①

刘 萍， 魏芸芸， 张琳琳

(新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011)

据新疆区域地震台网测定，2021年9月4日9时54分、5日1时52分分别发生新疆维吾尔自治区皮山MS5.1地震、叶城MS5.0地震，震源深度分别为7 km和10 km，两次地震相距约13 km，时间间隔约16 h。据新疆地震台网记录结果，截至2021年10月1日，共记录到ML≥0.0地震307次(包含前震)，其中ML1.0～1.9地震187次，ML2.0～2.9地震80次，ML3.0～3.9地震25次，ML4.0～4.9地震9次，ML5.0～5.9地震3次，最大地震为9月4日9时54分皮山MS5.1地震。两次地震后，序列最大地震为9月5日1时55分ML4.7地震。其中在皮山MS5.1地震前记录到地震73次，其中ML1.0～1.9地震35次，ML2.0～2.9地震18次，ML3.0～3.9地震10次，ML4.0～4.9地震8次，ML5.0～5.9地震1次，最大地震为9月4日9时28分ML5.0地震。皮山MS5.1地震震中位于西昆仑山与塔里木盆地的过渡部位、塔里木盆地的西南缘，大地构造上位于塔里木中央地块西南缘，为塔里木盆地西南边缘地带(图1)。新构造划分上，震区北部为塔里木断陷区的叶城拗陷带，南部为昆仑山强烈隆起区的西昆仑北麓新隆起带，GPS观测资料显示该构造带以挤压缩短变形为主，右旋走滑速率为(1～3)mm/a[1-4]。皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震微观震中位于泽普断裂。泽普断裂从莎车西经泽普至杜瓦展布，是塔里木盆地西南规模较大的隐伏断裂，断裂走向NWW，倾向南西，断面陡倾，全长约210 km, 断层倾角为67°～76°[5-7]。该断裂是与泽普背斜相伴生的逆断层，为第四纪隐伏活动断层。皮山MS5.1地震发生在西昆仑地震带。震中100 km范围内1900年以来发生MS≥5.0地震9次(含余震)。其中，5.0≤MS≤5.9地震5次，6.0≤MS≤6.9地震4次。距此次震群震级最大、时间最近的为2015年7月3日皮山MS6.5地震，距离约37 km， 震源机制解类型解为逆冲型[8]，与本次地震震源类型一致。吴传勇[9]认为皮山6.5级地震发生在西昆仑山前的皮山逆断裂—褶皱带上,山前地区为典型的逆冲构造带，形成典型的薄皮推覆构造系统。为了了解此次地震的发震构造，更好地判定震区未来地震活动趋势，本文中采用CAP方法反演2021年9月4日皮山MS5.1地震和2021年9月5日叶城MS5.0地震及前震的震源机制解。

图1 皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震附近地震构造与历史地震

1 资料与方法

1.1 数据资料

收集地震周边地区的叶城台(YCH)、阿图什台(ATS)、和田台阵6 (HTTZ6)、和田台阵0 (HTTZ0)、英吉沙台(YJS)、岳普湖台(YPH) 、巴楚台(BCH)、西克尔台(XKR) 、塔什库尔干台(TAG)、喀什台(KSH)、乌什台(WUS)、于田台(YUT)数字地震波形用于反演震源机制解(表1)，台站分布均匀合理(图2)，对皮山MS5.1和叶城MS5.0地震包围较好，在台站分布上最大程度减小对反演结果的影响。

表1 研究区内台站参数表

两次地震处于地震台站分布稀疏地区，可参考的研究成果较少，所以速度模型选择目前广泛使用的CRUST2.0，做为此次地震的速度结构模型，得到该区域一维速度结构模型(表2)。

表2 地壳速度模型表

1.2 研究方法

震源机制携带着应力场和震源破裂错动的信息，是了解区域应力场和地震成因的有效途径之一。学者利用各种方法解算震源机制解，例如P波初动、P/S振幅比，波形反演(CAP)等方法[10-16]。确定中小地震震源机制广泛应用的P波初动方法，是根据初动极性获得震源信息，此方法需要大量分布在不同震中距和方位角的地震台站记录。波形反演方法是利用地震波的震源信息和地球结构信息，以较少的台站资料得到可靠的震源信息，最终反演出震源机制解。皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震发生在西昆仑地震带，受地理环境影响，属于监测能力比较弱的地区，震中周围台站数量较少，所以本文中采用波形反演(CAP)方法[17-18]进行震源机制解反演。CAP方法是利用记录的近震数据把宽频带数字波形记录分为Pnl波和面波两个部分，分别拟合Pnl波和面波，然后再分别计算它们的理论地震图和实际观测波形的目标误差函数，在给定的参数空间中进行网格搜索，最终搜索出最佳深度和震源机制解[19-20]。为了减少因几何扩散而产生的衰减对波形的影响，先进行震中距矫正，其得到的绝对误差值作为目标误差函数，

(1)

式中，r为震中距；r0为选定的参考震中距；p为比例因子用以保障震中距r处的权重与r0相当；u为实际地震记录；s为合成地震图。基于所定义的目标误差函数，采用网格搜索的方法在M0、θ-φ、δ、λ以及震源深度空间进行搜索，得到最佳的震源机制解、矩震级和震源深度。

2 计算结果分析

根据新疆区域数字测震台网记录的波形数据，采用CAP方法反演，挑选宽频带地震台的数据进行处理，利用距震中500 km范围内的8个台站的波形资料，对挑选出的宽频带数据去倾斜、除仪器响应并旋转至大圆路径。对皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震波形中的Pnl波部分使用带宽为0.05～0.12 Hz、面波部分使用带宽为0.04～0.1 Hz的带通滤波器进行滤波。计算1～50 km深度下的各台站格林函数，破裂时间分别设为1.1 s和1.0 s，首先在各深度对断层走向、倾角、滑动角以10°间隔进行网格搜索，得到的皮山MS5.1地震节面I：走向303°，倾角64°，滑动角74°；节面Ⅱ：走向156°，倾角29°，滑动角119°，P轴方位44°(图3)；矩震级为4.8，矩心深度为19 km(图4)。得到的叶城MS5.0地震节面I：走向287°，倾角50°，滑动角108°；节面Ⅱ：走向80°，倾角43°，滑动角70°，P轴方位4°(图5)； 矩震级为4.76，矩心深度为19 km(图6)。

图3 皮山MS5.1地震矩张量反演理论地震波形(红色)图与实际观测地震波形(黑色)图

图4 皮山MS5.1地震矩张量反演中波形拟合误差随深度的变化

图5 叶城MS5.0地震矩张量反演理论地震波形(红色)图与实际观测地震波形(黑色)图

图6 叶城MS5.0地震矩张量反演中波形拟合误差随深度的变化

皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震发生后，不同机构解算两次地震的震源机制解(表3)，通过对比本文中得到的震源机制解和各个研究机构得出的震源机制解结果相近。皮山MS5.1地震前1天，皮山地区接连发生多次MS≥3.0地震，利用CAP方法计算此次前震序列中可计算的5个地震的震源机制解(表4，图7)。其中3次为逆冲型地震，2次为正断型地震。

图7 皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震及序列震源机制解空间分布图

表3 皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震震源机制解结果对比表

表4 皮山MS5.1和叶城MS5.0地震前震序列震源机制解

3 结 语

皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震发生在西昆仑地震带，震中位于泽普断裂，断裂总体呈NWW向延伸，为逆断层性质。利用CAP方法反演得到皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震的震源机制解类型均为逆冲型，与泽普断裂的断错性质基本一致。两次地震震源机制解所得到的节面Ⅰ走向分别为303°、287°，倾角分别为64°、50°，与附近走向为NWW，倾角为67°～76°的泽普隐伏断裂较为接近，初步判断两次地震的节面Ⅰ为发震断层面。地震活动是构造运动最直接的反映，皮山MS5.1地震和叶城MS5.0地震发生在西昆仑山前的逆冲推覆构造上，持续的造山带推覆挤压作用使前陆变形区形成薄皮推覆构造，并向盆地方向推覆，持续推覆挤压作用不仅作用在浅表，还使深部应力不断增加。西昆仑地区中强地震以挤压型逆断层破裂为主，两次地震震源机制解类型也均为逆断型，与所处地区构造类型一致。皮山MS5.1地震前半小时内5个地震中2个地震为正断型，与区域历史地震的震源机制解不一致，表明其可能是在震源区应力调整过程中产生的地震事件，也是今后跟踪前震序列需重点关注的特征。