近期新疆震源機(jī)制解與地震活動(dòng)特征研究①

高國(guó)英，聶曉紅，龍海英

（新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引言

震源機(jī)制解直接反映了地殼現(xiàn)今應(yīng)力狀況和斷層構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特性。以往有不少學(xué)者利用震源機(jī)制解資料分析了中國(guó)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的基本特征［1－2］，以及中國(guó)部分地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的特征［3］。依據(jù)應(yīng)力性狀和力源特征將中國(guó)大陸及鄰區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)應(yīng)力分區(qū)劃分四個(gè)級(jí)別［4］。新疆區(qū)域遼闊，基本包含了四個(gè)級(jí)別的應(yīng)力區(qū)。

新疆及其鄰區(qū)是地殼運(yùn)動(dòng)和構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)多樣化的地區(qū)之一，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震頻繁發(fā)生，地震震源機(jī)制解資料也較豐富。筆者1997年曾給出了1944－1990年新疆及其鄰近地區(qū)146次中強(qiáng)震震源機(jī)制解［5］；2005年分析了1991－2002年新疆44次中強(qiáng)震震源機(jī)制解［6］。在上述工作基礎(chǔ)上，本文又補(bǔ)充給出了2003－2009年新疆及其周邊88次MS≥4.5地震震源機(jī)制解。至此，我們較系統(tǒng)的給出了新疆及其周邊1944－2009年近278次地震震源機(jī)制解。60多年的震源機(jī)制解資料時(shí)間跨度長(zhǎng)、地震分布區(qū)域廣，涵蓋了新疆四大構(gòu)造帶；地震強(qiáng)度從M4.5至8.1。大量震源機(jī)制解結(jié)果為我們深入開展區(qū)域現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)和斷層構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特性、應(yīng)力場(chǎng)基本特征，以及不同時(shí)期、不同構(gòu)造區(qū)域應(yīng)力變化等研究提供了非常豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文結(jié)果是對(duì)近期新疆及其周邊區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)與新疆地震活動(dòng)的初步探討，可為地震科學(xué)研究、地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、工程地震等研究工作補(bǔ)充新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 資料選取

常用的求解震源機(jī)制的方法主要有P波初動(dòng)符號(hào)法、波形矩張量反演和振幅比方法［7－8］。本文采用P波初動(dòng)符號(hào)法，用下半球投影的計(jì)算方法求解震源機(jī)制解，給出了2003－2009年新疆及其周邊地區(qū)88次MS≥4.5地震的震源機(jī)制解。

2003年以來隨著數(shù)字化臺(tái)網(wǎng)不斷改造，新疆地震監(jiān)測(cè)能力有了大幅度提高，至目前新疆有69個(gè)測(cè)震臺(tái)站（包括1個(gè)和田臺(tái)陣），因此MS≥4.5地震平均有30個(gè)臺(tái)站以上有較清晰的P波初動(dòng)記錄（地震大初動(dòng)符號(hào)更多），基礎(chǔ)資料可靠。本次研究時(shí)段的7年中給出震源機(jī)制解的地震有88次，而前期12年中提供震源機(jī)制解的地震只有44次［6］，表明新疆地震監(jiān)測(cè)能力明顯提高。經(jīng)對(duì)比分析境內(nèi)MS≥5地震震源機(jī)制解結(jié)果與美國(guó)哈佛大學(xué)結(jié)果大多數(shù)一致（由于篇幅限制不能給出系統(tǒng)分析結(jié)果）。由于我們還完成了期間MS≥4.5～4.9地震震源機(jī)制（42次），認(rèn)為統(tǒng)一選用新疆結(jié)果進(jìn)行分析較合適。其中新疆南部，特別是西昆侖、阿爾金地震帶和天山西部地區(qū)由于新疆臺(tái)網(wǎng)分布的局限性，有7次地震選取了美國(guó)哈佛大學(xué)結(jié)果。

2 地震活動(dòng)與震源機(jī)制解

大量研究表明，地殼中的應(yīng)力狀態(tài)與地震活動(dòng)的關(guān)系十分密切，研究現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與強(qiáng)震活動(dòng)的關(guān)系對(duì)認(rèn)識(shí)地震孕育過程和地震預(yù)測(cè)探索研究都具有重要的理論和實(shí)際意義。

2.1 地震活動(dòng)特征分析

為結(jié)合震源機(jī)制解分析，我們首先對(duì)新疆及周邊的同期地震活動(dòng)基本特征進(jìn)行討論。分析認(rèn)為，地震活動(dòng)具有以下特征：

（1）地震活動(dòng)強(qiáng)度大。分析2003－2009年新疆及其周邊MS≥4.5地震震中分布（圖1），期間發(fā)生MS≥7地震3次，分別是2003年9月23日中、俄、蒙交界7.9級(jí)（距新疆約40km）、2005年10月8日巴基斯坦7.8級(jí)（距新疆約180km）和2008年3月21日新疆于田7.4級(jí)地震。5年中在新疆及周邊連續(xù)發(fā)生3次7級(jí)地震，其地震活動(dòng)水平與上世紀(jì)初新疆地震活動(dòng)水平相當(dāng)：1902年8月阿圖什發(fā)生8.3級(jí)大震，1906年3月和12月在庫車和瑪納斯分別發(fā)生7.3和7.7級(jí)地震，這一組MS≥7地震是上世紀(jì)最強(qiáng)的一組地震活動(dòng)。在2003－2009年期間還發(fā)生2003年巴楚－伽師6.8級(jí)、2008年烏恰6.9級(jí)震群（6.9級(jí)、6.5級(jí)和6.0級(jí)）。這一組地震活動(dòng)強(qiáng)度大、時(shí)間上集中。如果考慮2001年11月昆侖山口西8.1級(jí)地震，則認(rèn)為2001－2008年新疆及周邊經(jīng)歷了一組強(qiáng)震活躍，是自1906年以來地震強(qiáng)度最大的成組地震活動(dòng)。一組強(qiáng)震活躍之后的未來幾年新疆地震活動(dòng)強(qiáng)度可能不會(huì)太高，將進(jìn)入一個(gè)相對(duì)弱活動(dòng)狀態(tài)［9］。

（2）中強(qiáng)地震時(shí)空分布差異性明顯。在新疆周邊強(qiáng)震活躍背景下，境內(nèi)中強(qiáng)震活動(dòng)頻繁。期間發(fā)生的4次6級(jí)地震（烏恰6.9級(jí)震群計(jì)1次）較集中分布在天山西部約700km范圍，并沿構(gòu)造呈NE向分布。除2003年巴楚6.8級(jí)地震外，其余3次6級(jí)地震沿新疆西部邊境發(fā)生。區(qū)內(nèi)MS≥5地震分布于84°以西的天山和西昆侖地震帶。新疆流動(dòng)重力測(cè)量2005－2008年南天山至西昆侖地區(qū)的重力場(chǎng)演化過程形態(tài)異常，重力變化空間梯度較大，反映出強(qiáng)震活動(dòng)背景［10］。而84°以東大區(qū)域范圍，特別是天山東部地區(qū)近些年處于較明顯的平靜狀態(tài)。區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)空間圖像表現(xiàn)出西部活躍而東部平靜的差異性特征，哪個(gè)區(qū)域未來幾年發(fā)生強(qiáng)震的危險(xiǎn)性更大？也為地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)人員提出新的科學(xué)問題。

由地震活動(dòng)的時(shí)間序列分析（圖1），3次7級(jí)地震前都伴隨6級(jí)左右地震發(fā)生，在時(shí)間上表現(xiàn)出1～2年的叢集性特點(diǎn)：2003年9月7.9級(jí)地震前7個(gè)月，巴楚發(fā)生6.8級(jí)地震；2005年10月7.8級(jí)地震前8個(gè)月，烏什發(fā)生6.3級(jí)地震；2008年3月于田7.4級(jí)地震前，2007年7月特克斯發(fā)生5.9級(jí)地震，相隔8個(gè)月。以7級(jí)地震活動(dòng)為主的三組叢集性活動(dòng)持續(xù)時(shí)間分別為11個(gè)月、18個(gè)月和20個(gè)月，顯示出地震強(qiáng)度越大，呈叢集性活動(dòng)持續(xù)時(shí)間越短的特點(diǎn)。7級(jí)地震前，6級(jí)左右地震發(fā)震構(gòu)造與7級(jí)地震都不在同一構(gòu)造帶，顯示出一次7級(jí)大震前后應(yīng)力變化可能影響到較大區(qū)域、跨不同構(gòu)造塊體，從而形成大區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整變化過程。（3）深度分布具有區(qū)域性。MS≥4.5地震深度大多數(shù)分布在10～40km范圍，占96%，深度在100～170km范圍的少數(shù)地震集中分布在西昆侖或興都庫什中深源地震區(qū)。

圖1 新疆地區(qū)2003－2009年MS≥4.5地震時(shí)空分布Fig.1 The space－time distribution of earthquakes with MS≥4.5from 2003to 2009in Xinjiang area.

2.2 中強(qiáng)震震源機(jī)制解分析

新疆是印度與歐亞板塊擠壓受力強(qiáng)烈區(qū)域。由于構(gòu)造環(huán)境的差異，不同構(gòu)造環(huán)境和類型的地區(qū)，其構(gòu)造幾何格局、地殼變形特征、位錯(cuò)方式和動(dòng)力學(xué)過程等都有很大差異［11］。

新疆分布著多條大型構(gòu)造，其中西昆侖、北天山和阿爾泰構(gòu)造帶走向大致為NNW向；阿爾金和南天山西段構(gòu)造基本為NE走向；南天山東段近EW向。表1給出了2003－2009年新疆及其周邊88次MS≥4.5地震震源機(jī)制解。結(jié)合圖2分析，震源斷錯(cuò)性質(zhì)較復(fù)雜.有50%地震為走滑錯(cuò)動(dòng)；30%為逆沖性質(zhì)；20%為正斷層。地震震源斷錯(cuò)性質(zhì)存在區(qū)域性特征，在北天山西段包括中天山地區(qū)其斷層性質(zhì)為走滑兼逆沖，約55%的地震震源斷錯(cuò)為走滑錯(cuò)動(dòng)；在南天山東段的烏什—庫車構(gòu)造活動(dòng)以逆沖為主，地震震源機(jī)制表現(xiàn)出較為明顯的逆沖性質(zhì)，2005年烏什6.3級(jí)地震代表了這一地區(qū)以逆沖為主的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)；南天山西段至烏恰交匯區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)性質(zhì)復(fù)雜，約60%地震震源斷錯(cuò)為走滑型，2008年烏恰6.9級(jí)地震震源機(jī)制反映出走滑錯(cuò)動(dòng)特點(diǎn)，而2003年巴楚－伽師6.8級(jí)地震為逆沖型；在和田南部區(qū)域，2008年3月于田7.4級(jí)地震則是以拉張為主的正斷層錯(cuò)動(dòng)，其他幾次地震既有走滑錯(cuò)動(dòng)，也有逆沖性質(zhì)；NE走向的阿爾金斷裂帶其構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征為走滑型，5次地震震源斷錯(cuò)基本為右旋走滑。各區(qū)域都存在少量的正斷層錯(cuò)動(dòng)。多數(shù)地震震源斷層面走向與發(fā)震構(gòu)造走向和強(qiáng)震極震區(qū)烈度長(zhǎng)軸走向基本一致。6級(jí)以上地震主要是受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制，而影響中等地震的因素則可能較多。地震震源機(jī)制顯示出的震源斷層錯(cuò)動(dòng)的復(fù)雜性從某種程度上可能反映了新疆在大區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下，區(qū)域內(nèi)部不同構(gòu)造、塊體間的相互作用的差異性。通常由板塊運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的作用力是控制區(qū)域大環(huán)境應(yīng)力狀態(tài)的主導(dǎo)因素，而板內(nèi)塊體間相互作用以及由于空間非均勻結(jié)構(gòu)和巖石非均勻力學(xué)特性產(chǎn)生的影響，是造成次級(jí)和局部應(yīng)力變化的原因［4］。

圖2 新疆2003－2009年MS≥4.5地震震源機(jī)制解Fig.2 The focal mechanism solutions of earthquake with MS≥4.5in Xinjiang from 2003to 2009.

由表1和圖3（a）看出，地震震源機(jī)制解最大主壓應(yīng)力P軸方位優(yōu)勢(shì)分布NNW340°～NS360°。P軸方位基本與新疆主要構(gòu)造走向垂直，不同區(qū)域P軸方位優(yōu)勢(shì)分布存在差異。在北天山西段—中天山以及南天山東段的庫車周圍主壓應(yīng)力多數(shù)以NNW向分布，也存在NNE方向的壓應(yīng)力。表1中2003年巴楚6.8級(jí)和2008年于田7.4級(jí)地震余震P軸方位的一致性較差，可能是由于震后強(qiáng)震震源區(qū)處于應(yīng)力的不斷調(diào)整變化中，造成余震震源斷錯(cuò)性質(zhì)和P軸方位的多變。T軸優(yōu)勢(shì)分布為近EW向，2008年于田7.4級(jí)地震就是在拉張作用下產(chǎn)生的正斷層錯(cuò)動(dòng)。結(jié)果顯示出這一時(shí)期新疆主要受近NNW向的主壓應(yīng)力和近EW向的張應(yīng)力控制。

表1 新疆及周邊2003－2009年MS≥4.5地震震源機(jī)制解

續(xù)表1

2.3 應(yīng)力場(chǎng)時(shí)空變化特征分析

新疆1944－1990年MS≥6地震震源機(jī)制解研究得到，新疆區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)主壓應(yīng)力優(yōu)勢(shì)分布在NS向10°左右［12］，表現(xiàn)出強(qiáng)震活動(dòng)主要受近NS向的應(yīng)力場(chǎng)控制。1991－2002年新疆44次中強(qiáng)震震源機(jī)制解P軸優(yōu)勢(shì)分布為 NNE向約30°［6］（圖3（b）），尤其是1997－1998年伽師－巴楚11次6級(jí)地震顯示出較明顯的受NNE－SSW向作用力的結(jié)果。

圖3 不同時(shí)段中強(qiáng)地震P軸方位優(yōu)勢(shì)分布Fig.3 The predominance distribution of P axis of moderate－strong earthquakes in different time

本文選取2003－2009年全疆MS≥5.5地震進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)反演，得到最大主壓應(yīng)力為339°，上述分析主壓應(yīng)力P軸優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹NW340°～NS360°，二者結(jié)果基本吻合。據(jù)GPS觀測(cè)結(jié)果，天山及鄰近地區(qū)應(yīng)變場(chǎng)的主壓應(yīng)變優(yōu)勢(shì)分布方向?yàn)镹NW，基本與天山山體的走向正交［13］。結(jié)果與新疆近SN向的背景應(yīng)力場(chǎng)和作者前期給出的NNE向結(jié)果有差異，反映出不同時(shí)期新疆大區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的變化特點(diǎn)。新疆及周邊在大范圍和長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)區(qū)域應(yīng)力作用保持均勻和穩(wěn)定，基本受近NS向應(yīng)力場(chǎng)控制。但在基本應(yīng)力場(chǎng)作用下，可能由于不同時(shí)期由南向北擠壓作用的某種變化，以及受力的動(dòng)力環(huán)境或者應(yīng)力強(qiáng)弱發(fā)生改變，有可能造成不同時(shí)期應(yīng)力場(chǎng)方向的偏轉(zhuǎn)變化。

在南天山西段－烏恰以及和田周圍地區(qū)主壓應(yīng)力基本為NE向分布，展示出在新疆南部塔里木塊體以南區(qū)域受NE向應(yīng)力場(chǎng)控制。尤其是發(fā)生在新疆南部的2005年巴基斯坦7.8級(jí)、2008年于田7.4級(jí)和烏恰6.9級(jí)地震P軸方位分布在N10°W～N40°E范圍內(nèi)。這幾次強(qiáng)震震源機(jī)制既反映了各自震源區(qū)及其附近受力狀態(tài)，同時(shí)也顯示出較大區(qū)域范圍內(nèi)不同級(jí)別的構(gòu)造受控于同一動(dòng)力源應(yīng)力作用。構(gòu)造應(yīng)力區(qū)受控于區(qū)域塊體間的相互作用，在較大區(qū)域范圍內(nèi)應(yīng)力作用具有較強(qiáng)的相關(guān)性［4］。

P軸傾角隨時(shí)間過程的階段性變化伴隨強(qiáng)震活躍與平靜（圖4）。2003年新疆強(qiáng)震活躍，曾發(fā)生巴楚6.8級(jí)、中俄蒙交界7.9級(jí)等多次中強(qiáng)地震，期間P軸傾角穩(wěn)定性較差；2005年烏什6.3級(jí)和巴基斯坦7.8級(jí)強(qiáng)震前P軸傾角的變化也是較明顯的，特別是巴基斯坦7.8級(jí)強(qiáng)震前P軸傾角達(dá)這兩年中最大值（41°）；2006－2007年新疆地震處于弱活動(dòng)狀態(tài)，P軸傾角穩(wěn)定在20°以內(nèi)，平均13°；2008年于田7.4級(jí)地震開始新疆進(jìn)入一組強(qiáng)震活動(dòng)，P軸傾角平均為33°。尤其是于田7.4級(jí)和烏恰6.9級(jí)地震前，幾次中等地震P軸傾角分別增大至60°和69°，為2003年以來最大值。P軸傾角的變化與新疆地震活動(dòng)的強(qiáng)弱交替相關(guān)，這一特點(diǎn)與1991－2002年中強(qiáng)地震主壓應(yīng)力P軸仰角的變化類似［6］。新疆構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的基本特點(diǎn)是以水平擠壓為主的逆斷層活動(dòng)，出現(xiàn)主壓應(yīng)力P軸傾角明顯增大現(xiàn)象，表明在不同時(shí)期張應(yīng)力起控制作用。

圖4 88次地震P軸傾角隨時(shí)間變化Fig.4 The change of the P axis elevation angle with time from 88events.

3 結(jié)論與討論

（1）研究時(shí)段內(nèi)，不同強(qiáng)度地震空間分布具有較明顯的層次性特征。3次7級(jí)地震分布在新疆周邊，時(shí)間集中、強(qiáng)度較大，是上世紀(jì)以來較強(qiáng)的一組7級(jí)地震活動(dòng)；期間發(fā)生的4次6級(jí)地震（包括1次震群）集中分布在天山西部約700km范圍內(nèi)；5級(jí)地震顯示出明顯的西強(qiáng)東弱的特點(diǎn)。地震活動(dòng)特點(diǎn)與1991－2002年有較大差異。1991－2002年新疆境內(nèi)地震活動(dòng)強(qiáng)度大、頻度高，境內(nèi)發(fā)生1次7級(jí)和16次6級(jí)地震。二個(gè)時(shí)段地震活動(dòng)水平的差異，可能說明不同時(shí)期新疆區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的變化。

（2）88次地震分布在不同的構(gòu)造區(qū)域，震源機(jī)制解存在較大差異。在北天山西段包括中天山地區(qū)，以走滑錯(cuò)動(dòng)為主；南天山東段表現(xiàn)出較為明顯的逆沖性質(zhì)；南天山西段至烏恰交匯區(qū)又表現(xiàn)出走滑錯(cuò)動(dòng)特點(diǎn)。地震震源機(jī)制顯示出的震源斷層錯(cuò)動(dòng)的復(fù)雜性，從某種程度上可能反映了新疆在大區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下，區(qū)域內(nèi)部不同構(gòu)造、塊體間的相互作用的差異性。

（3）地震震源機(jī)制主壓應(yīng)力P軸優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹NW340°～NS360°，與 MS≥5.5地震反演得到最大主壓應(yīng)力339°一致。結(jié)果與新疆近SN向的背景應(yīng)力場(chǎng)和1991－2002年期間NNE向結(jié)果有差異，表現(xiàn)出不同時(shí)期新疆大區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的變化特點(diǎn)。造成大震前P軸傾角增大現(xiàn)象的因素也許是多方面的，但其中的主要原因可能是在強(qiáng)震前大區(qū)域應(yīng)力增強(qiáng)的同時(shí)，其應(yīng)力性狀，包括受力方向、應(yīng)力強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)等都發(fā)生了改變，因此造成受力狀態(tài)的改變，在一定的構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境中張應(yīng)力起控制作用。

感謝審稿專家對(duì)本文提出的修改意見。

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