2023年12月18日甘肃积石山6.2级地震序列震源机制解与发震构造分析

摘要：2023年12月18日积石山发生了6.2级地震，地震序列丰富且跟踪结果显示为主-余震型。基于甘肃区域数字地震台网提供的震相报告，采用双差定位方法对积石山地震序列重新定位，再通过CAP方法反演主震和16次MS≥3.0余震震源机制，初步分析积石山6.2级地震序列的发震构造。结果显示：（1）重定位后获得的832次地震事件总体呈NNW—SSE向展布，长轴约15 km，宽2～6 km；西北端分布较窄，东南端较宽；震源深度集中在5～13 km，主震震源深度为13.95 km。（2）采用CAP方法得到积石山6.2级地震的震源机制解，节面Ⅰ：走向161°/倾角40°/滑动角120°；节面Ⅱ：走向304°/倾角56°/滑动角67°；矩心深度为9 km，矩震级MW为5.94;节面Ⅱ走向与震源区附近余震展布方向一致，可判定为发震断层面。16次MS≥3.0余震活动中12次为逆冲型地震，4次为逆走滑特征，矩心深度主要集中在6～11 km范围，与重定位结果接近。（3）应力张量反演结果显示最大主应力σ1方位角10.8°、俯角0.2°，与其震源区所处区域构造应力场基本一致，显示出震源区受NNE向近水平力的作用，反映区域内构造活动主要受区域构造应力场控制。根据地震序列重定位、震源机制以及震源区应力结果，结合区域构造活动和应力场特征，初步分析认为，积石山6.2级地震的发震构造可能是拉脊山断裂带中一条NE倾向的次级逆冲活动断裂。

关键词：积石山6.2级地震; 重定位; 震源机制解; 发震构造

中图分类号： P319.56文献标志码：A文章编号： 1000-0844（2024）04-0908-10

DOI：10.20000/j.1000-0844.20240301002

Focal mechanism solutions and seismogenic structure of the MS6.2

earthquake sequence in Jishishan， Gansu， on December 18， 2023WANG Lixia ZHANG Hui XU Rong DONG Qing LI Minjuan CHEN Yuxin

（1. Gansu Earthquake Agency， Lanzhou 730000， Gansu， China;

2.Geological Environmental Center of Hubei Province， Wuhan 430034， Hubei， China）Abstract：

An MS6.2 earthquake occurred in Jishishan County， Gansu Province， on December 18， 2023. The mainshock-aftershock type is the earthquake sequence. Based on the seismic phase report provided by the Gansu Digital Seismic Network， the double-difference positioning method was employed to relocate the Jishishan earthquake sequence， and the focal mechanisms of the mainshock and 16 aftershocks with MS≥3.0 were then inverted using the CAP method. A preliminary analysis of the seismogenic structure of the Jishishan earthquake sequence was performed. Results indicate the following： （1） The relocated 832 events are distributed in the NNE-SSE trending， with a long axis of approximately 15 km and a width of 2-6 km. The focal depths of the sequence are concentrated at 5-13 km， and the focal depth of the mainshock is 13.95 km. （2） Based on the focal mechanism solution of the MS6.2 mainshock obtained by the CAP method， the strike， dip， and rake angles of the nodal planes Ⅰ andⅡ are 161°/40°/120° and 304°/56°/67°， respectively. The centroid depth is 9 km， and the moment magnitude is 5.94. The seismogenic fault plane is identified as plane Ⅱ because its strike is consistent with the distribution direction of aftershocks. Among 16 MS≥3.0 aftershocks， 12 are thrust earthquakes， and 4 are reverse strike-slip earthquakes. The centroid depths of aftershocks are mainly concentrated in the range of 6-11 km， which is close to the relocation results. （3） The inversion result of the stress tensor shows that the azimuth angle of maximum principal stress is 10.8° and the depression angle is 0.2°， which is consistent with the tectonic stress field in the source area. This finding indicates that the NNE-trending near-horizontal force affects the source area， and the regional tectonic stress field mainly controls the tectonic activities in the region. Based on the relocation results， focal mechanism solutions， and stress in the source area， combined with the characteristics of tectonic activity and stress field， the seismogenic structure of the Jishishan MS6.2 earthquake may be a secondary thrust active fault with an NE trend in the Lajishan fault zone.

Keywords：Jishishan MS6.2 earthquake; relocation; focal mechanism solution; seismogenic structure

0引言

据中国地震台网测定，北京时间2023年12月18日23时59分，甘肃省临夏州积石山县（35.7°N，102.79°E）发生6.2级地震。根据甘肃地震台网速报目录，截至2024年1月31日24时，共记录到余震1 130次，其中ML0.0～0.9地震211次，ML1.0～1.9地震720次，ML2.0～2.9地震169次，ML3.0～3.9地震23次，ML4.0～4.9地震7次（图1），主震发生后记录到的最大余震为4.1级地震。

甘肃积石山6.2级地震的震源区位于青藏高原东北缘，处在祁连活动地块南边界的拉脊山北缘断裂带。区域构造复杂，历史上发生过多次特大地震（图1）。1900年以来，在积石山6.2级地震震中300 km范围发生过6级以上地震19次，其中包括1920年12月16日宁夏海原8.5级、1920年12月25日宁夏海原7.0级、1927年5月23日甘肃古浪8.0级等大地震，以及近年来发生的1990年4月26日青海共和7.0级和2017年8月8日四川九寨沟7.0级等地震。中国地震局根据实地震害调查、仪器烈度、余震分布、震源机制和遥感等资料，2023年12月22日公布了此次积石山6.2级地震烈度图（https：//www.gsdzj.gov.cn/info/1024/20233.htm），如图1（b）所示。由图1可知，极震区的长轴走向为NNW、长轴约124 km，短轴约85 km，最大烈度为Ⅷ度。积石山地震造成了临夏州积石山县及其周边村镇较为严重的人员伤亡和财产损失，是国内近年来地震受灾较为严重的一次地震事件。

地震序列的空间分布特征和震源机制解是确定发震构造、判断序列后续发展趋势的重要依据［1-3］。此次积石山MS6.2地震序列丰富，共发生MS3.0以上余震16次，其中3次MS4.0～4.9，13次MS3.0～3.9地震。地震序列中最大余震为4.1级，分别发生在12月19日和12月21日，主震和次大地震震级差为2.1，是典型的主震-余震活动类型［4］。

本文首先利用甘肃区域地震台网记录的观测报告，采用双差定位方法［1］对甘肃积石山6.2级地震序列进行重定位，分析序列的空间展布。然后利用甘肃台网记录的宽频带地震波形数据，采用剪切-粘贴法［5-6］ （Cut and Paste，简称CAP），反演此次积石山6.2级地震及16次3级以上余震的震源机制结果。基于序列震源机制解通过震源区应力张量反演，确定构造应力场特征。最后，结合本区域附近的构造活动情况，初步探讨了此次积石山6.2级地震的发震构造。

1序列重定位

双差定位方法是近年来比较盛行的一种相对定位方法。基本原理是：将空间范围内的地震事件进行两两组队，通过事件对之间震相的到时差来获得两事件的相对空间位置，能够在一定程度上消除区域速度结构横向不均匀造成的影响，可以很好地刻画发震断层的形态。因此，双差定位方法近年来在国内多次重大地震序列精定位工作中发挥了重要作用［7-14］。本文从全国编目网下载积石山地震序列ML0以上地震的震相报告进行重定位，从Xin等［15］获得精确度较高的全国0.5°×0.5°的速度结构（USTClitho1.0）中，提取了甘东南地区的平均一维速度模型（表1，图2），P波和S波速度比为1.729。

首先对震相数据进行如下处理：（1）震级大于0;（2）参与定位的台站数量不小于4个。利用这些震相数据进行地震重定位，要求震相大于5，满足条件的地震有1 122个，组成事件对48 377个，其中P波震相对156 546个，S波震相对116 068个，参与定位的台站数量为30个（图1）。图3（a）显示了筛选后P波和S波观测震相的时距曲线比较线性集中，重定位反演时P波和S波的权重分别为1.0和0.5，每个地震对形成的双差数据的最小数为4，事件对间的最大距离为10 km，最终获得832次ML0以上地震定位结果。图3（b）统计了定位前深度主要集中在5～11 km，重定位后［图3（c）］地震序列震源深度集中在5～13 km，深度分布符合统计规律。

重定位结果显示，纬度、经度和深度的平均定位误差分别为14.9 m、19.1 m和40.8 m;走时残差为0.027 s（图4）;主震震中位于35.743°N、102.827°E;震源深度为13.95 km。此次积石山地震余震活动丰富，根据余震的平面分布［图5（a）］，发现重定位后的余震序列位于拉脊山北缘断裂西侧，呈现明显的NNW—SSE向线性分布的构造形态，长轴约15 km，余震区宽度2～6 km，符合中国大陆西部6级逆冲型地震的地下破裂尺度经验统计结论［16］。主震位于序列的东南端，东南端的序列分布比西北端较宽，余震活动主要集中在5～13 km深度（图5）。

根据深度剖面结果显示，余震主要集中在主震深度之上，沿AA′方向［图5（b）］可以看出余震向NNW破裂的特征比较明显，在主震西北方向上发生了多次较大的余震;沿BB′方向［图5（c）］，余震序列自上而下逐渐变宽，整体表现为NE向倾斜的分布特征。

2序列MS≥3.0地震震源机制解

积石山6.2级地震震中区附近地震监测能力较好，震中250 km范围内有36个台站（图1）。为了更好地了解本次地震的发震机制，我们采用CAP方法反演主震和16次MS≥3.0余震的震源机制解。与其他反演震源机制解方法相比，CAP方法在台站较少情况下也能得到可靠结果，能够避免地壳横向变化不均匀和对速度模型依赖等的影响［17-20］，得到稳定可靠的震源机制结果。同时，CAP方法在波形反演过程中通过深度震相以及控制体波与面波的相对强度，可以很好地约束深度范围［21］，所获得的震源深度相对更加准确。

反演中，宽频带波形数据首先筛选出波形完整且信噪比较好的记录，进行去除仪器响应、去均值、去线性趋势、旋转至大圆路径等预处理;其次，选用上文提出的甘东南地区速度结构模型（表1），采用频率波数法［22］计算格林函数，得到理论地震图。将宽频带数字地震波形记录分割为体波Pnl与面波两部分，体波窗长设置为35 s，滤波频段为0.05～0.2 Hz;对4级以下的较小震级事件，选用0.05～0.1 Hz频段滤波来提高拟合效果;面波窗长设置为70 s，滤波频段0.05～0.1 Hz。最后，通过计算理论波形与观测波形间的误差函数，在给定参数空间中进行网格搜索，当误差函数最小时为最佳解。

根据积石山6.2级地震的反演误差随深度的变化［图6（b）］，矩心深度为9 km时误差最小，对应其最佳双力偶解。图6（a）为最佳拟合深度的理论波形与实际波形的拟合情况，可以看出不同波段各

红线表示理论波形，黑线为观测波形，波形下方的数字代表波形的拟合程度（用百分比表示）分量理论波形与观测波形拟合相关系数达到0.8以上的超过了87%，拟合效果较好。其震源机制结果表现为逆冲型，MW为5.94，最佳双力偶的两个节面参数分别为：节面Ⅰ：走向161°，倾角40°，滑动角120°;节面Ⅱ：走向304°，倾角56°，滑动角67°。结合地震序列重定位后余震NNW展布分析及剖面BB′向NE倾斜的特点，分析认为节面Ⅱ为本次积石山地震的发震断层面。此外，参考国内外不同研究机构提供的此次6.2级地震震源机制解（表2），本文结果与其他研究机构所出结果基本一致，都表现为逆冲为主的破裂类型。

除了主震，我们还计算了序列中3级以上余震的震源机制参数，包括16个余震结果（表3），反演深度集中在6～11 km。根据序列震源机制分布结果［图8（a）］，16次余震中12次为逆冲性质、4次为逆走滑性质，序列余震震源机制类型以逆冲性质为主，与主震破裂类型基本一致。根据序列震源机制解节面的走向与倾角玫瑰图统计结果（图7），节面Ⅰ的走向优势方向为170°，倾向为SW，倾角优势在50°～60°;节面Ⅱ走向优势方向为320°，倾向为NE，倾角优势为40°～50°，结合重定位的深度剖面结果展布为NE倾向。由此确定节面Ⅱ为此次序列可能的发震断层。

为了更好地了解震源区的应力状态，基于16次余震事件震源机制解，采用SSI方法［27-28］反演震源区应力场，该方法假设断层面上的剪应力与断层滑动方向一致，然后通过网格搜索来找到一组地震作为最佳拟合应力张量，可以给出具有实际物理意义的主应力σ₁、σ₂、σ₃和反映主应力相对大小的应力形因子φ［29］，表示为：

φ=σ₂-σ₃/σ₁-σ₃

结果显示：主应力轴σ₁方位角10.8°、俯角0.2°;主应力轴σ₂方位角280.9°、俯角0.3°;主应力轴σ3方位角142.1°、俯角89.6°，φ为0.65±0.20［图8（c）］。根据Zoback［30］对震源机制的划分标准，此次积石山地震区属于典型的逆冲型错动环境。根据地震序列重定位后的空间呈NNW向展布，及震源区应力张量反演情况，此次积石山6.2级地震序列是受NNE向接近水平力的推动，致使NNW向的断裂发生左旋走滑错动，这与其震源区所处区域构造应力场及构造错动类型一致［31］。

3区域构造与发震机理分析

积石山6.2级地震序列发生在祁连活动地块南边界的拉脊山北缘断裂附近，该断裂全长约230 km，自西向东其走向由NW60°渐变为近EW、NNW向，断面总体倾向SW，倾角为45°～55°，性质以挤压逆冲为主［32］。受全新世活动的日月山断裂右旋挤压应力的影响，西段以逆左旋走滑活动为主，东段则以垂直升降运动为主，反映了受强烈的挤压逆冲特性［33］。

从区域构造特征看，积石山地震序列发生在青藏高原东北缘，受印度板块持续NE向推挤作用，拉脊山断裂带受北侧海原断裂和南侧西秦岭北缘断裂不同滑动速率的影响，以及受北侧阿拉善块体和东侧鄂尔多斯刚性块体的阻挡作用，拉脊山和东侧的西宁—兰州次级块体在NNE向主压应力作用下，其构造变形表现为SE向顺时针旋转挤出，使走滑断裂带端部形成挤压-逆冲断裂带，成为调节两组不同走滑性质的断裂之间应力差异的构造转换区域。这种构造环境下应力利于集中，也易于释放［32］。

根据主震震源机制反演结果，两个节面倾角分别为40°和56°，节面走向为NW向，与拉脊山北缘断裂带的性质相似，但重定位剖面BB′余震序列表现为NE倾斜的展布特征。同时，余震序列震源机制参数显示可能的发震构造表现为NW走向、NE倾向，此认识与拉脊山北缘断裂带SW倾向的特征相佐。结合基于地震序列MS≥ 3.0余震震源机制解反演的震源区应力场特征，显示震源区的最大主应力σ1方向为NNE向，最小主应力σ3方向为NW向，与该区域的构造应力场［31］方向基本一致。表明区域构造活动主要受区域构造应力场的控制，主震震源机制解显示本次地震的破裂类型为逆冲型，余震序列的震源机制也表现出相似的特征，整体显示断层错动类型为逆冲型。最新全球定位系统（Global Positioning System，GPS）观测资料分析结果显示［34］，拉脊山地区一直处于地壳水平挤压缩短状态，尤其受2008年汶川8.0级地震的影响，拉脊山断裂带受到的水平挤压增强，致使此次积石山6.2级地震成为拉脊山地区经过长年的挤压作用累积应变能释放的产物。

综合以上分析，认为本次积石山6.2级地震可能是拉脊山北缘断裂带附近为NW走向、NE倾向的次级逆冲隐伏断裂，在NNE向构造应力作用力下发生的一次强震活动。

4结论

本文利用甘肃地震台网提供的震相报告，首先对积石山6.2级地震序列采用双差定位方法进行重定位;然后利用甘肃区域台网记录的波形资料，采用CAP方法获得了主震与序列中16次MS≥3.0余震的震源机制解和震源矩心深度，基于地震序列的震源机制结果反演了震源区应力场情况；最后初步讨论了此次积石山6.2级地震的发震构造活动特征。主要认识与结论如下：

（1） 经过重定位后，积石山6.2级地震序列余震活动呈NNW—SSE向展布，长轴约15 km，余震区宽度为2～6 km;主震位于序列的ES端，ES端余震分布比WN端密集，序列的震源深度主要发生在5～13 km，余震活动在主震深度之上，其中，BB′深度剖面余震序列表现为NE倾斜的分布特征。

（2） 采用CAP方法反演得到积石山6.2级地震的震源机制解，节面Ⅰ：走向161°，倾角40°，滑动角120°;节面Ⅱ：走向304°，倾角56°，滑动角67°;矩心深度为9 km，矩震级MW为5.94。与不同机构和作者反演的结果基本一致，此次地震的破裂性质为逆冲型。结合地震序列重定位后余震NNW展布及剖面BB′方向上NE倾斜的特点，初步认为节面Ⅱ为本次积石山地震的发震断层面。

（3） 16次MS≥3.0余震活动中12次为逆冲性质，4次为逆走滑特征。余震活动类型以逆冲性质为主，与主震活动性质基本一致，表明震源区的余震活动受主震影响较大。余震矩心深度主要集中在6～11 km，与重定位结果相近。序列震源机制解节面参数统计显示，断层节面为NW走向、NE倾向、倾角优势为40°～50°;结合重定位的深度剖面NE倾斜展布，确定此次地震的发震断层面为节面Ⅱ。应力张量反演结果显示最大主应力σ1方位角10.8°、俯角0.2°，与其震源区所处区域构造应力场基本一致，显示出了震源区在NNE向近水平力作用下，使NNW向断裂发生了具有左旋错动的破裂特征。

（4） 基于地震序列重定位、震源机制结果和震源区应力张量特征，结合区域构造活动和GPS资料，认为此次地震的发震构造可能为拉脊山断裂带中一条走向为NNW、倾向为NE的次级活动断裂。

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（本文编辑：贾源源）