2018年新疆伽師MS5.5地震的發(fā)震構(gòu)造初探

金 花, 冉慧敏, 趙石柱, 閆新義

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局, 新疆 烏魯木齊 830011)

0 引言

北京時間2018年9月4日5:52,新疆喀什地區(qū)伽師縣發(fā)生MS5.5地震,震中及余震主要集中在塔里木盆地西部,位于天山山脈與盆地的連接部位。此次地震主要造成部分陳舊土木結(jié)構(gòu)的房屋受損,部分住戶房屋倒塌。震中附近分布有阿圖什斷裂、羊達曼斷裂、麥蓋提斷裂、柯坪斷裂帶等。這些斷裂周邊長期以來地震活動頻繁,歷史上曾出現(xiàn)過1902年阿圖什MS8.2地震、1955年烏恰2次MS7.0地震為首的震群、1990—1997年“伽師強震群區(qū)”、1996年伽師—阿圖什地區(qū)MS6.7地震等[1-2]。伽師強震群已經(jīng)引起一些學者的關(guān)注,如王勤彩等[3]通過尾波包絡線反演方法對伽師強震群區(qū)地殼的非均勻結(jié)構(gòu)進行研究,認為研究區(qū)下方中上地殼中具有非均勻結(jié)構(gòu);單新建等[4]對伽師強震群震源破裂特征進行分析,認為其破裂斷層面為NE向。

2018年伽師MS5.5地震及其序列位于塔里木盆地西部,沉積層厚,震源區(qū)地表未見明顯出露斷層(圖1),余震均沿未出露的斷層方向展布。為獲取精度更高的地震定位結(jié)果,本文用雙差地震定位法對該地震及其余震進行重新定位,結(jié)合CAP方法計算震源機制解,并分析其發(fā)震構(gòu)造。

圖1 地震事件和臺站分布圖Fig.1 Distribution map of seismic events and stations

1 CAP方法計算震源機制解

1.1 CAP方法和數(shù)據(jù)處理

基于新疆測震臺網(wǎng)產(chǎn)出的波形資料,選用寬頻帶波形記錄,用CAP(Cut and Paste)方法計算2018年新疆伽師MS5.5地震主震及18次記錄清楚的MS≥ 3.0余震的震源機制解,并依據(jù)余震分布與區(qū)域地質(zhì)背景討論地震的發(fā)震構(gòu)造。CAP方法是將寬頻帶數(shù)字地震記錄分成體波和面波2個部分進行反演,計算其理論合成波形與實際記錄波形的誤差函數(shù),在相關(guān)參數(shù)空間中搜索出最佳矩張量解[5-6]。CAP方法近年來較為流行,國內(nèi)許多專家應用該方法計算地震震源機制解與矩心深度,均得出了較好的結(jié)果[7-8]。

選取8個震中距小于400 km、信噪比較高且方位角較好的臺站來計算主震及其余震的震源機制解(圖1、表1)。同時采用CRUST2.0全球地殼模型得到伽師速度模型(表2),進行格林函數(shù)計算。由表2可算出地殼厚度為55 km。

表1 研究所用臺站參數(shù)

表2 Crust2.0全球地殼速度模型

1.2 反演結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

采用CAP方法獲得此次MS5.5地震及MS3.0以上余震的震源機制解,并將其列于表3。從表中可見,伽師MS5.5地震的震源機制解結(jié)果為:節(jié)面Ⅰ:走向48°,傾角83°,滑動角3°;節(jié)面Ⅱ:走向318°,傾角87°,滑動角173°;P軸方位角3°,傾角3°,T 軸方位角273°,傾角7°;矩震級MW為5.3。該地震斷層屬于走滑型,震源深度9 km,屬于上地殼地震。

表3 伽師MS5.5地震及18次MS3.0以上余震的震源參數(shù)和震源機制解

根據(jù)喬學軍等[9]對新疆伽師強震群的InSAR觀測研究,認為伽師地區(qū)1997—1998年強震群的發(fā)生主要受NEE斷層和EW向斷層的觸發(fā)和影響,這與本文CAP方法所得的斷裂傾向一致,均為NEE向。由于此次地震地表無明顯的斷層出露,初步判定2018年新疆伽師MS5.5地震可能受控于柯坪斷裂帶附近的隱伏斷裂,節(jié)面Ⅰ為破裂面。將本次地震的理論合成波形與8個臺站的實測波形進行擬合,結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,8個臺站共記錄到37個震相,相關(guān)系數(shù)平均值為0.75,大于0.6的有30個,占總數(shù)的81%,屬于強度相關(guān)。這說明本文反演的震源機制解結(jié)果較好,數(shù)據(jù)可靠性較高。

圖2 波形擬合結(jié)果圖Fig.2 Fitting results of theoretical synthetic and measured waveform

1.3 地震序列分析

從節(jié)面解對此次地震序列進行分析:

(1) 由節(jié)面特征分析(表3、圖3)可知,走向:節(jié)面Ⅰ分布離散,優(yōu)勢取向為NEE向,近45°;傾角:節(jié)面Ⅰ傾角優(yōu)勢分布為30°～60°,而主震的傾角為83°,說明余震整體斷層面比主震斷層面緩,極個別余震分布在近直立的斷層面上;節(jié)面Ⅰ滑動角依據(jù)文獻[10]研究,計算出走向滑動地震占總數(shù)的67%,傾向滑動和斜向滑動共占33%。由此可知走向滑動占絕對優(yōu)勢,其次是傾向滑動和斜向滑動,說明該地區(qū)存在地殼非均勻性。

圖3 18次余震震源機制解節(jié)面、P軸、T軸解顯示圖Fig.3 Nodal plane, P axis, and T axis from the focal mechanism solution of the eighteen aftershocks

(2) 由應力特征分析(圖3)可知:從P 、T軸方位角分布來看,P軸優(yōu)勢分布方向為300°～359°,即優(yōu)勢方位為近NNW-SSE向,T軸優(yōu)勢方位為近EW向。 從P 、T軸傾角分布來看,均為傾角接近水平的0°～30°最多。

2 伽師地震及其余震重定位

2.1 方法與資料選取

使用表2中的地殼速度模型,采用雙差定位方法對伽師地區(qū)主震發(fā)生后3個月內(nèi)MS≥1.5的地震進行重新定位。雙差定位方法由Waldhauser等[11-12]首先提出,是一種相對定位方法,可以將地震事件兩兩組對,再依據(jù)組對事件的震相到時的區(qū)別得到其相對空間分布。該方法的優(yōu)勢在于同單個地震定位方法相比,可以減少地殼介質(zhì)密度橫向不均勻?qū)е碌亩ㄎ徽`差,在最后計算中消除路徑效應,使地震定位的精度明顯提高。近年來雙差定位法在相關(guān)領域得到了廣泛應用[13-15]。

在使用雙差定位法進行重新定位時,需滿足同一個地震的記錄臺站數(shù)≥3個。原來共計141個地震,去掉震相數(shù)小于最小觀察數(shù)的地震,重定位后得到129個地震。

2.2 空間展布特征

圖4、圖5分別為重定位前、后主震和余震的震中分布。由于距余震序列較近的出露斷層方向主要沿近EW向平行，分別沿AA′、BB′作近EW向平行和垂直于斷層方向的震源深度剖面(圖5)。由圖4、5可知,同定位前結(jié)果比較,重定位后序列分布ES向余震偏少,發(fā)生了轉(zhuǎn)移,由ES向變?yōu)镾W向收斂。重定位后,余震整體分布呈NEE向,余震沿主震的NEE和SWW向分布,其中SWW向地震最多。

圖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

圖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

根據(jù)雙差法重定位后沿不同剖面的地震分布情況,伽師地震主震位于序列中間,余震分布在其周邊。深度沿剖面的走向與剖面的地形升降有關(guān),地勢低的地方震源深度多集中于15～25 km,而地勢高的地方震源深度多聚集在5～10 km。在沿主震東北方向、走向角45°方向上做剖面(圖6),發(fā)現(xiàn)序列深度由深至淺分布,優(yōu)勢深度主要聚集在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,并有逐漸變淺的趨勢。在沿主震西北方向、走向角315°方向上做剖面(圖7),發(fā)現(xiàn)深度一開始分布在5～12 km,中段逐漸加深,分布在6～25 km,最后又趨于變淺,分布在5～10 km。

3 結(jié)論與討論

(1) 通過雙差法重新定位伽師MS5.5地震及其余震,結(jié)合震源機制解結(jié)果發(fā)現(xiàn)余震整體分布和此次地震的走向具有很好的一致性,余震整體呈NEE方向展布,和出露的發(fā)震斷層走向存在一定的夾角,并未沿斷裂帶走向分布,說明這次地震發(fā)生的區(qū)域可能存在走向為NEE向的隱伏斷裂。伽師MS5.5地震序列的破裂優(yōu)勢方向為NEE-SWW向,傾角以30°～60°為主,滑動角以-30°～0°、150°～180°居多,震源機制類型以走向滑動為主。

圖6 重定位后不同時間段沿走向角45°剖面的余震深度分布圖Fig.6 Distribution of aftershock depths along strike angle 45°profile in different time periods after relocation

圖7 重定位后不同時間段沿走向角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) 伽師MS5.5地震震源區(qū)P軸和T軸方位分別以近NNW-SSE向和近EW向優(yōu)勢分布,當P 軸、T軸均在近水平應力作用時,地震序列以走向滑動為主。重新定位后,余震序列震源深度優(yōu)勢集中在5～12 km,極少部分深度集中在15～25 km,說明該范圍深度上震源區(qū)介質(zhì)速度橫向變化較大,易積累應力[16-19]。

(3) 伽師地震余震序列的空間形態(tài)沿發(fā)震破裂存在非均勻特征,余震向主震的NEE和SWW兩個方向延伸。余震展布區(qū)域的寬度較寬,西南方向地震數(shù)量較多,東北方向數(shù)量較少,表明主震的東北方向性質(zhì)較堅硬,制約了余震的擴散。