2013年肅南—門源交界MS5.1地震重新定位、震源機(jī)制及發(fā)震構(gòu)造研究①

姚家駿

(1.中國地震局地球物理勘探中心，河南 鄭州 450000； 2.青海省地震局，青海 西寧 810001)

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監(jiān)測研究

2013年肅南—門源交界MS5.1地震重新定位、震源機(jī)制及發(fā)震構(gòu)造研究①

姚家駿1，2

(1.中國地震局地球物理勘探中心，河南 鄭州 450000； 2.青海省地震局，青海 西寧 810001)

摘要：針對(duì)2013年9月20日甘肅肅南—青海門源交界發(fā)生的MS5.1地震，采用Hypo2000定位方法對(duì)地震序列中ML≥1.0的事件進(jìn)行重新定位。重定位后震源位置的水平和垂直方向平均誤差分別為1.87 km和3.64 km，走時(shí)殘差為0.51 s，余震沿冷龍嶺斷裂的走向分布，長約20 km，寬約2.5 km；橫向剖面顯示震源深度集中在3～10 km，縱向剖面顯示出一個(gè)約30°傾角的破裂面。采用CAP方法得到了MS5.1主震的震源機(jī)制解，節(jié)面I走向360°，傾角68°，滑動(dòng)角117°；節(jié)面Ⅱ走向126°，傾角為34°，滑動(dòng)角42°，矩震級(jí)MW5.05，最佳震源矩心深度10 km。

關(guān)鍵詞：肅南—門源交界地震； Hypo 2000； CAP方法； 冷龍嶺斷裂

0引言

據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)測定，北京時(shí)間2013年9月20日5時(shí)37分在甘肅省張掖市肅南裕固族自治縣和青海省海北藏族自治州門源回族自治縣交界(37.7° N,101.5° E)發(fā)生MS5.1地震。截止2014年2月28日震源區(qū)共發(fā)生ML1.0以上余震42次，其中ML1.0～1.9 32次，ML2.0～2.9 8次，ML3.0～3.9 2次，無ML4.0以上的余震。

震中位于青藏高原東北緣祁連山中東段的托萊山斷裂與冷龍嶺斷裂交匯處。祁連山中東段作為青藏高原東北緣的邊界帶，是我國構(gòu)造活動(dòng)和地震活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一，存在一系列全新世活動(dòng)斷裂，如海原斷裂、古浪斷裂、老虎山斷裂、毛毛山—金強(qiáng)河活動(dòng)斷裂、冷龍嶺斷裂、托萊山斷裂等，曾發(fā)生1927年古浪8.0級(jí)、1986年門源6.4級(jí)、1990年景泰—天祝6.2級(jí)等地震[1]。2008年汶川8.0級(jí)地震以來，中國大陸西部發(fā)生多次強(qiáng)烈地震，祁連山中東段的地震危險(xiǎn)性受到高度重視[2-4]。2013年7月20日甘肅岷縣漳縣MS6.6地震打破了青藏高原東北緣自2003年甘肅民樂—山丹6.1級(jí)地震以來6級(jí)地震的平靜狀態(tài)，有可能預(yù)示著青藏高原東北緣進(jìn)入新一輪的地震活躍時(shí)期[5]。在此背景下，岷縣漳縣地震發(fā)生約兩個(gè)月后，祁連山中東段即發(fā)生了本次MS5.1地震，引起了不少關(guān)注(據(jù)2014年度甘肅省地震趨勢會(huì)商會(huì))。因此有必要深入研究本次地震的余震分布、震源機(jī)制及構(gòu)造背景等特征，全面認(rèn)識(shí)該地震特征。

本文利用甘青兩省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)，采用Hypo2000定位方法對(duì)本次地震部分余震進(jìn)行重新定位；采用CAP方法反演2013年9月20日肅南、門源交界MS5.1主震的震源機(jī)制解，在此基礎(chǔ)上，對(duì)本次地震的發(fā)震構(gòu)造及其與1986年門源6.4級(jí)地震的關(guān)系進(jìn)行討論。

1地震序列的重新定位

1.1臺(tái)站分布及觀測數(shù)據(jù)

本次地震震中200 km范圍內(nèi)有21個(gè)地震臺(tái)站，對(duì)震區(qū)形成了良好的方位覆蓋(圖1)。為了檢查震相數(shù)據(jù)的可靠性，繪制了Pg和Sg的震相走時(shí)曲線(圖2)。圖中清晰地區(qū)分出了Pg、Sg震相走時(shí)曲線，震相走時(shí)離散度較小，可認(rèn)為原始震相觀測報(bào)告的可靠性較高。利用震相觀測數(shù)據(jù)，本研究選擇MS5.1地震序列ML≥1.0的事件進(jìn)行重定位。

圖1　震中附近臺(tái)站及地殼模型分區(qū)示意圖Fig.1　Distribution of stations near the epicenter and Division plot for crustal models

圖2　Pg和Sg的震相走時(shí)曲線Fig.1　The travel time curves of Pg and Sg

1.2定位方法及地殼模型

震源區(qū)位于青藏高原與黃土高原的過渡地帶，地殼結(jié)構(gòu)橫向差異較大?；诖耍疚牟捎肏ypo2000定位方法對(duì)本次地震的主震及余震進(jìn)行重新定位。該方法是F W Klein在Geiger法的思想上發(fā)展起來的一種單事件絕對(duì)定位方法[6]，其最大優(yōu)點(diǎn)是考慮到地下結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的狀況，可以采用多速度模型，更符合地殼結(jié)構(gòu)橫向不均勻的地區(qū)[7-9]。

表 1　Hypo2000定位使用的速度分區(qū)表

Crust 1.0是一個(gè)常用的地殼模型。模型中的地形數(shù)據(jù)來自美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的etopo1數(shù)據(jù)，在全球尺度上提供了1°×1°分辨率的地殼速度結(jié)構(gòu)，其分辨精度與結(jié)果比較可靠?？紤]到目前青海北部地殼結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究比較薄弱，本研究選用Crust 1.0模型進(jìn)行地震重新定位及震源機(jī)制解反演。根據(jù)震源區(qū)兩側(cè)河西走廊以及青藏高原內(nèi)部地殼結(jié)構(gòu)的差異，在震中附近設(shè)置6個(gè)區(qū)域結(jié)構(gòu)模型(圖1)，每個(gè)區(qū)域采用Crust1.0模型提供的地殼速度模型。表1是圖1中每個(gè)分區(qū)節(jié)點(diǎn)號(hào)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)，Mode 1～Mode 6是利用Crust1.0模型提供的地殼速度模型，由于篇幅限制，不在文中一一列出。

1.3定位結(jié)果

依據(jù)上述的速度模型，采用Hypo2000地震定位法，得到39個(gè)ML1.0以上地震的重新定位結(jié)果。重定位后，震源位置的水平和垂直方向平均誤差分別為1.87 km和3.64 km，走時(shí)殘差為0.51 s。根據(jù)定位后震中空間分布特征(圖3)，本次地震序列主要分布在門源盆地北邊冷龍嶺斷裂西端硫磺溝大拐彎處*地名主要引自陳文彬博士論文《河西走廊及鄰近地區(qū)最新構(gòu)造變形基本特征及構(gòu)造成因分析》，余震沿冷龍嶺斷裂走向分布，長度約20 km，寬約3 km；主震在冷龍嶺主峰崗什尕北麓，ML≥2.0余震主要集中主震附近及其西北側(cè)，東南側(cè)主要是ML<2.0小震。

沿空間分布的橫向與縱向拉剖面AA′、BB′，觀察震源深度沿剖面的分布情況(圖3)，由于該區(qū)海拔較高，本文考慮了地形影響因素。橫向剖面AA′顯示地震在地面以下3～10 km處均有分布；根據(jù)縱向剖面BB′地震深度分布的不同，可勾勒出一個(gè)傾角約30°的破裂面。

2門源MS5.1震源機(jī)制解

地震學(xué)家近年來發(fā)展了CAP(Cut and Paste)方法反演震源機(jī)制[10-11]。該方法將寬頻帶地震記錄分成Pnl和面波兩個(gè)部分進(jìn)行反演，其反演結(jié)果對(duì)速度模型和地殼橫向變化的依賴性相對(duì)較小，具有較高的可靠性，同時(shí)可減小對(duì)臺(tái)站數(shù)量和方位角分布的要求[12-13]。本文利用震中周邊臺(tái)站的寬頻帶波形資料反演本次地震的震源機(jī)制解。

圖4(a)為門源MS5.1主震震源機(jī)制解及波形擬合圖，灰色虛線表示理論地震圖，黑線表示實(shí)際觀測地震，其下的數(shù)字分別表示理論地震圖相對(duì)觀測地震圖的相對(duì)移動(dòng)時(shí)間和二者的相關(guān)系數(shù)，波形左側(cè)的文字分別為震中距、臺(tái)站名、方位角。圖4(b)為反演誤差隨深度變化，不同深度下搜索的震源機(jī)制解所對(duì)應(yīng)的誤差。由圖可以看出當(dāng)深度為10 km時(shí)誤差最小，此深度以及對(duì)應(yīng)的震源機(jī)制解即為所求的解。其中，節(jié)面I走向360°，傾角68°，滑動(dòng)角117°；節(jié)面Ⅱ走向126°，傾角為34°，滑動(dòng)角42°，矩震級(jí)MW5.05。對(duì)比中國地震局地球物理研究所(CEA-IGP)、哈佛矩心矩張量解(CMT)等國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)給出的本次MS5.1主震震源機(jī)制解參數(shù)[圖4(c)、表2]，本文所得結(jié)果與其都比較接近，反映本文反演結(jié)果是比較可靠的。

F1：祁連山北緣斷裂；F2：昌馬—俄博斷裂； F3：托萊山斷裂；F4：冷龍嶺斷裂圖3　地震序列重定位后震中分布及深度剖面Fig.3　Epicenters distribution of the earthquake sequence and depth profiles after relocation

圖4　MS5.1主震震源機(jī)制解反演結(jié)果Fig.4　Inversion of the focal mechanism solution of the MS5.1 mainshock

4結(jié)論

采用Hypo2000定位方法對(duì)2013年9月20日甘肅肅南—青海門源交界MS5.1地震序列進(jìn)行重新定位，得到39個(gè)ML≥1.0地震定位結(jié)果。定位后，震中清晰地分布在冷龍嶺斷裂老虎溝東岔口—硫磺溝段，西起冷龍嶺斷裂西端硫磺溝大拐彎處，東經(jīng)崗什尕、抓石蛋達(dá)坂至老虎溝東岔口附近，長度約20 km；縱向深度剖面顯示出一個(gè)傾角約30°、向NE向傾斜的破裂面。

采用CAP方法反演了MS5.1地震的震源機(jī)制解，節(jié)面I走向360°，傾角68°，滑動(dòng)角117°；節(jié)面Ⅱ走向126°，傾角為34°，滑動(dòng)角42°，矩震級(jí)MW5.05，為逆沖兼走滑型地震。震前的GPS資料顯示出青藏高原東北緣托萊山—冷龍嶺斷裂現(xiàn)今滑動(dòng)性質(zhì)為走滑兼擠壓，且已存在一定量的應(yīng)變積累[14]，本次逆沖型地震反映了托萊山—冷龍嶺斷層現(xiàn)今滑動(dòng)性質(zhì)。

表 2　不同研究機(jī)構(gòu)得到的震源機(jī)制解參數(shù)

由于震源區(qū)海拔高，終年積雪，缺乏最新的地質(zhì)構(gòu)造研究資料，地震現(xiàn)場工作隊(duì)的考察報(bào)告也不完善，冷龍嶺主峰崗什尕附近斷裂構(gòu)造的更詳細(xì)特征，還需要更多的研究。

致謝：本研究使用了青海省地震局、甘肅省地震局提供的觀測數(shù)據(jù)，寫作過程中得到了中國科學(xué)院測量與地球物理研究所有關(guān)專家的指導(dǎo)，文中圖件用GMT軟件繪制，在此表示誠摯的謝意！

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Relocation of 2013 Sunan-MenyuanMS5.1 Earthquake and Analysis

of Focal Mechanisms and Seismogenic Structure

YAO Jia-jun1，2

(1.TheGeophysicalExplorationCenterofCEA,Zhengzhou450000,Henan,China;

2.EarthquakeAdministrationofQinghaiProvince,Xining810000,Qinghai,China)

Abstract:On September 20, 2013, an earthquake ofMS5.1 occurred in the Sunan-Menyuan boundary region. Using the data recorded by Gansu and Qinghai Digital Seismic Networks, we relocated theML≥1.0 events in the earthquake sequence using the Hypo2000 location algorithm. After relocation, the vertical and horizontal average errors were found to be 1.87 km and 3.64 km, respectively, and the root mean square residual error of travel time is 0.51 s. The results show that the mainshock occurred at the northern foot of Gangshiga, the main peak of Lenglongling, and the aftershocks are primarily distributed along the Lenglongling fault zone, with a length and width of approximately 20 km and 2.5 km, respectively. The transverse section exhibits focal depth focus in 3～10 km, and longitudinal section shows a fracture plane that dips toward the northeast and the dip angle is approximately 30°. The focal mechanism solution of the mainshock is also determined using the cut and paste (CAP) method. The results show that the best double couple solutions of the event and the other nodal plane are 360°, 68°, and 117° and 126°, 34°, and 42°, respectively, for strike, dip, and rake angles. Further, the moment magnitude is MW5.05, and the best centroid depth is 10 km.

Key words：Sunan-Menyuan earthquake; Hypo2000; CAP method; Lenglongling fault zone

DOI:10.3969/j.issn.1000-0844.2015.04.1077

中圖分類號(hào):P315.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào):1000-0844(2015)04-1077-05

作者簡介：姚家駿(1981-)，男，助理研究員，河南泌陽人，現(xiàn)主要從事地震資料處理工作。E-mail:qhyaojiajun@163.com。

基金項(xiàng)目：地震科技星火計(jì)劃(XH14050Y)；2015年震情跟蹤定向工作任務(wù)(2015010119)

收稿日期：①2014-11-21