2023年12月18日甘肅積石山6.2級地震序列震源機制解與發震構造分析

摘要：2023年12月18日積石山發生了6.2級地震，地震序列豐富且跟蹤結果顯示為主-余震型。基于甘肅區域數字地震臺網提供的震相報告，采用雙差定位方法對積石山地震序列重新定位，再通過CAP方法反演主震和16次MS≥3.0余震震源機制，初步分析積石山6.2級地震序列的發震構造。結果顯示：（1）重定位后獲得的832次地震事件總體呈NNW—SSE向展布，長軸約15 km，寬2～6 km；西北端分布較窄，東南端較寬；震源深度集中在5～13 km，主震震源深度為13.95 km。（2）采用CAP方法得到積石山6.2級地震的震源機制解，節面Ⅰ：走向161°/傾角40°/滑動角120°；節面Ⅱ：走向304°/傾角56°/滑動角67°；矩心深度為9 km，矩震級MW為5.94;節面Ⅱ走向與震源區附近余震展布方向一致，可判定為發震斷層面。16次MS≥3.0余震活動中12次為逆沖型地震，4次為逆走滑特征，矩心深度主要集中在6～11 km范圍，與重定位結果接近。（3）應力張量反演結果顯示最大主應力σ1方位角10.8°、俯角0.2°，與其震源區所處區域構造應力場基本一致，顯示出震源區受NNE向近水平力的作用，反映區域內構造活動主要受區域構造應力場控制。根據地震序列重定位、震源機制以及震源區應力結果，結合區域構造活動和應力場特征，初步分析認為，積石山6.2級地震的發震構造可能是拉脊山斷裂帶中一條NE傾向的次級逆沖活動斷裂。

關鍵詞：積石山6.2級地震; 重定位; 震源機制解; 發震構造

中圖分類號： P319.56文獻標志碼：A文章編號： 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

據中國地震臺網測定，北京時間2023年12月18日23時59分，甘肅省臨夏州積石山縣（35.7°N，102.79°E）發生6.2級地震。根據甘肅地震臺網速報目錄，截至2024年1月31日24時，共記錄到余震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（圖1），主震發生后記錄到的最大余震為4.1級地震。

甘肅積石山6.2級地震的震源區位于青藏高原東北緣，處在祁連活動地塊南邊界的拉脊山北緣斷裂帶。區域構造復雜，歷史上發生過多次特大地震（圖1）。1900年以來，在積石山6.2級地震震中300 km范圍發生過6級以上地震19次，其中包括1920年12月16日寧夏海原8.5級、1920年12月25日寧夏海原7.0級、1927年5月23日甘肅古浪8.0級等大地震，以及近年來發生的1990年4月26日青海共和7.0級和2017年8月8日四川九寨溝7.0級等地震。中國地震局根據實地震害調查、儀器烈度、余震分布、震源機制和遙感等資料，2023年12月22日公布了此次積石山6.2級地震烈度圖（https：//www.gsdzj.gov.cn/info/1024/20233.htm），如圖1（b）所示。由圖1可知，極震區的長軸走向為NNW、長軸約124 km，短軸約85 km，最大烈度為Ⅷ度。積石山地震造成了臨夏州積石山縣及其周邊村鎮較為嚴重的人員傷亡和財產損失，是國內近年來地震受災較為嚴重的一次地震事件。

地震序列的空間分布特征和震源機制解是確定發震構造、判斷序列后續發展趨勢的重要依據［1-3］。此次積石山MS6.2地震序列豐富，共發生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為4.1級，分別發生在12月19日和12月21日，主震和次大地震震級差為2.1，是典型的主震-余震活動類型［4］。

本文首先利用甘肅區域地震臺網記錄的觀測報告，采用雙差定位方法［1］對甘肅積石山6.2級地震序列進行重定位，分析序列的空間展布。然后利用甘肅臺網記錄的寬頻帶地震波形數據，采用剪切-粘貼法［5-6］ （Cut and Paste，簡稱CAP），反演此次積石山6.2級地震及16次3級以上余震的震源機制結果。基于序列震源機制解通過震源區應力張量反演，確定構造應力場特征。最后，結合本區域附近的構造活動情況，初步探討了此次積石山6.2級地震的發震構造。

1序列重定位

雙差定位方法是近年來比較盛行的一種相對定位方法?；驹硎牵簩⒖臻g范圍內的地震事件進行兩兩組隊，通過事件對之間震相的到時差來獲得兩事件的相對空間位置，能夠在一定程度上消除區域速度結構橫向不均勻造成的影響，可以很好地刻畫發震斷層的形態。因此，雙差定位方法近年來在國內多次重大地震序列精定位工作中發揮了重要作用［7-14］。本文從全國編目網下載積石山地震序列ML0以上地震的震相報告進行重定位，從Xin等［15］獲得精確度較高的全國0.5°×0.5°的速度結構（USTClitho1.0）中，提取了甘東南地區的平均一維速度模型（表1，圖2），P波和S波速度比為1.729。

首先對震相數據進行如下處理：（1）震級大于0;（2）參與定位的臺站數量不小于4個。利用這些震相數據進行地震重定位，要求震相大于5，滿足條件的地震有1 122個，組成事件對48 377個，其中P波震相對156 546個，S波震相對116 068個，參與定位的臺站數量為30個（圖1）。圖3（a）顯示了篩選后P波和S波觀測震相的時距曲線比較線性集中，重定位反演時P波和S波的權重分別為1.0和0.5，每個地震對形成的雙差數據的最小數為4，事件對間的最大距離為10 km，最終獲得832次ML0以上地震定位結果。圖3（b）統計了定位前深度主要集中在5～11 km，重定位后［圖3（c）］地震序列震源深度集中在5～13 km，深度分布符合統計規律。

重定位結果顯示，緯度、經度和深度的平均定位誤差分別為14.9 m、19.1 m和40.8 m;走時殘差為0.027 s（圖4）;主震震中位于35.743°N、102.827°E;震源深度為13.95 km。此次積石山地震余震活動豐富，根據余震的平面分布［圖5（a）］，發現重定位后的余震序列位于拉脊山北緣斷裂西側，呈現明顯的NNW—SSE向線性分布的構造形態，長軸約15 km，余震區寬度2～6 km，符合中國大陸西部6級逆沖型地震的地下破裂尺度經驗統計結論［16］。主震位于序列的東南端，東南端的序列分布比西北端較寬，余震活動主要集中在5～13 km深度（圖5）。

根據深度剖面結果顯示，余震主要集中在主震深度之上，沿AA′方向［圖5（b）］可以看出余震向NNW破裂的特征比較明顯，在主震西北方向上發生了多次較大的余震;沿BB′方向［圖5（c）］，余震序列自上而下逐漸變寬，整體表現為NE向傾斜的分布特征。

2序列MS≥3.0地震震源機制解

積石山6.2級地震震中區附近地震監測能力較好，震中250 km范圍內有36個臺站（圖1）。為了更好地了解本次地震的發震機制，我們采用CAP方法反演主震和16次MS≥3.0余震的震源機制解。與其他反演震源機制解方法相比，CAP方法在臺站較少情況下也能得到可靠結果，能夠避免地殼橫向變化不均勻和對速度模型依賴等的影響［17-20］，得到穩定可靠的震源機制結果。同時，CAP方法在波形反演過程中通過深度震相以及控制體波與面波的相對強度，可以很好地約束深度范圍［21］，所獲得的震源深度相對更加準確。

反演中，寬頻帶波形數據首先篩選出波形完整且信噪比較好的記錄，進行去除儀器響應、去均值、去線性趨勢、旋轉至大圓路徑等預處理;其次，選用上文提出的甘東南地區速度結構模型（表1），采用頻率波數法［22］計算格林函數，得到理論地震圖。將寬頻帶數字地震波形記錄分割為體波Pnl與面波兩部分，體波窗長設置為35 s，濾波頻段為0.05～0.2 Hz;對4級以下的較小震級事件，選用0.05～0.1 Hz頻段濾波來提高擬合效果;面波窗長設置為70 s，濾波頻段0.05～0.1 Hz。最后，通過計算理論波形與觀測波形間的誤差函數，在給定參數空間中進行網格搜索，當誤差函數最小時為最佳解。

根據積石山6.2級地震的反演誤差隨深度的變化［圖6（b）］，矩心深度為9 km時誤差最小，對應其最佳雙力偶解。圖6（a）為最佳擬合深度的理論波形與實際波形的擬合情況，可以看出不同波段各

紅線表示理論波形，黑線為觀測波形，波形下方的數字代表波形的擬合程度（用百分比表示）分量理論波形與觀測波形擬合相關系數達到0.8以上的超過了87%，擬合效果較好。其震源機制結果表現為逆沖型，MW為5.94，最佳雙力偶的兩個節面參數分別為：節面Ⅰ：走向161°，傾角40°，滑動角120°;節面Ⅱ：走向304°，傾角56°，滑動角67°。結合地震序列重定位后余震NNW展布分析及剖面BB′向NE傾斜的特點，分析認為節面Ⅱ為本次積石山地震的發震斷層面。此外，參考國內外不同研究機構提供的此次6.2級地震震源機制解（表2），本文結果與其他研究機構所出結果基本一致，都表現為逆沖為主的破裂類型。

除了主震，我們還計算了序列中3級以上余震的震源機制參數，包括16個余震結果（表3），反演深度集中在6～11 km。根據序列震源機制分布結果［圖8（a）］，16次余震中12次為逆沖性質、4次為逆走滑性質，序列余震震源機制類型以逆沖性質為主，與主震破裂類型基本一致。根據序列震源機制解節面的走向與傾角玫瑰圖統計結果（圖7），節面Ⅰ的走向優勢方向為170°，傾向為SW，傾角優勢在50°～60°;節面Ⅱ走向優勢方向為320°，傾向為NE，傾角優勢為40°～50°，結合重定位的深度剖面結果展布為NE傾向。由此確定節面Ⅱ為此次序列可能的發震斷層。

為了更好地了解震源區的應力狀態，基于16次余震事件震源機制解，采用SSI方法［27-28］反演震源區應力場，該方法假設斷層面上的剪應力與斷層滑動方向一致，然后通過網格搜索來找到一組地震作為最佳擬合應力張量，可以給出具有實際物理意義的主應力σ₁、σ₂、σ₃和反映主應力相對大小的應力形因子φ［29］，表示為：

φ=σ₂-σ₃/σ₁-σ₃

結果顯示：主應力軸σ₁方位角10.8°、俯角0.2°;主應力軸σ₂方位角280.9°、俯角0.3°;主應力軸σ3方位角142.1°、俯角89.6°，φ為0.65±0.20［圖8（c）］。根據Zoback［30］對震源機制的劃分標準，此次積石山地震區屬于典型的逆沖型錯動環境。根據地震序列重定位后的空間呈NNW向展布，及震源區應力張量反演情況，此次積石山6.2級地震序列是受NNE向接近水平力的推動，致使NNW向的斷裂發生左旋走滑錯動，這與其震源區所處區域構造應力場及構造錯動類型一致［31］。

3區域構造與發震機理分析

積石山6.2級地震序列發生在祁連活動地塊南邊界的拉脊山北緣斷裂附近，該斷裂全長約230 km，自西向東其走向由NW60°漸變為近EW、NNW向，斷面總體傾向SW，傾角為45°～55°，性質以擠壓逆沖為主［32］。受全新世活動的日月山斷裂右旋擠壓應力的影響，西段以逆左旋走滑活動為主，東段則以垂直升降運動為主，反映了受強烈的擠壓逆沖特性［33］。

從區域構造特征看，積石山地震序列發生在青藏高原東北緣，受印度板塊持續NE向推擠作用，拉脊山斷裂帶受北側海原斷裂和南側西秦嶺北緣斷裂不同滑動速率的影響，以及受北側阿拉善塊體和東側鄂爾多斯剛性塊體的阻擋作用，拉脊山和東側的西寧—蘭州次級塊體在NNE向主壓應力作用下，其構造變形表現為SE向順時針旋轉擠出，使走滑斷裂帶端部形成擠壓-逆沖斷裂帶，成為調節兩組不同走滑性質的斷裂之間應力差異的構造轉換區域。這種構造環境下應力利于集中，也易于釋放［32］。

根據主震震源機制反演結果，兩個節面傾角分別為40°和56°，節面走向為NW向，與拉脊山北緣斷裂帶的性質相似，但重定位剖面BB′余震序列表現為NE傾斜的展布特征。同時，余震序列震源機制參數顯示可能的發震構造表現為NW走向、NE傾向，此認識與拉脊山北緣斷裂帶SW傾向的特征相佐。結合基于地震序列MS≥ 3.0余震震源機制解反演的震源區應力場特征，顯示震源區的最大主應力σ1方向為NNE向，最小主應力σ3方向為NW向，與該區域的構造應力場［31］方向基本一致。表明區域構造活動主要受區域構造應力場的控制，主震震源機制解顯示本次地震的破裂類型為逆沖型，余震序列的震源機制也表現出相似的特征，整體顯示斷層錯動類型為逆沖型。最新全球定位系統（Global Positioning System，GPS）觀測資料分析結果顯示［34］，拉脊山地區一直處于地殼水平擠壓縮短狀態，尤其受2008年汶川8.0級地震的影響，拉脊山斷裂帶受到的水平擠壓增強，致使此次積石山6.2級地震成為拉脊山地區經過長年的擠壓作用累積應變能釋放的產物。

綜合以上分析，認為本次積石山6.2級地震可能是拉脊山北緣斷裂帶附近為NW走向、NE傾向的次級逆沖隱伏斷裂，在NNE向構造應力作用力下發生的一次強震活動。

4結論

本文利用甘肅地震臺網提供的震相報告，首先對積石山6.2級地震序列采用雙差定位方法進行重定位;然后利用甘肅區域臺網記錄的波形資料，采用CAP方法獲得了主震與序列中16次MS≥3.0余震的震源機制解和震源矩心深度，基于地震序列的震源機制結果反演了震源區應力場情況；最后初步討論了此次積石山6.2級地震的發震構造活動特征。主要認識與結論如下：

（1） 經過重定位后，積石山6.2級地震序列余震活動呈NNW—SSE向展布，長軸約15 km，余震區寬度為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發生在5～13 km，余震活動在主震深度之上，其中，BB′深度剖面余震序列表現為NE傾斜的分布特征。

（2） 采用CAP方法反演得到積石山6.2級地震的震源機制解，節面Ⅰ：走向161°，傾角40°，滑動角120°;節面Ⅱ：走向304°，傾角56°，滑動角67°;矩心深度為9 km，矩震級MW為5.94。與不同機構和作者反演的結果基本一致，此次地震的破裂性質為逆沖型。結合地震序列重定位后余震NNW展布及剖面BB′方向上NE傾斜的特點，初步認為節面Ⅱ為本次積石山地震的發震斷層面。

（3） 16次MS≥3.0余震活動中12次為逆沖性質，4次為逆走滑特征。余震活動類型以逆沖性質為主，與主震活動性質基本一致，表明震源區的余震活動受主震影響較大。余震矩心深度主要集中在6～11 km，與重定位結果相近。序列震源機制解節面參數統計顯示，斷層節面為NW走向、NE傾向、傾角優勢為40°～50°;結合重定位的深度剖面NE傾斜展布，確定此次地震的發震斷層面為節面Ⅱ。應力張量反演結果顯示最大主應力σ1方位角10.8°、俯角0.2°，與其震源區所處區域構造應力場基本一致，顯示出了震源區在NNE向近水平力作用下，使NNW向斷裂發生了具有左旋錯動的破裂特征。

（4） 基于地震序列重定位、震源機制結果和震源區應力張量特征，結合區域構造活動和GPS資料，認為此次地震的發震構造可能為拉脊山斷裂帶中一條走向為NNW、傾向為NE的次級活動斷裂。

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（本文編輯：賈源源）