2014年新疆于田7.3級(jí)地震發(fā)震構(gòu)造和震前地震活動(dòng)過(guò)程討論

宋春燕 馬 瑾 冉慧敏 黃輔瓊

1)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2)新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊 830011

3)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

0 引言

北京時(shí)間2014年2月12日新疆于田縣發(fā)生7.3級(jí)地震，由于2008年于田7.3級(jí)地震發(fā)生后緊接著發(fā)生了汶川8級(jí)地震，此次地震與前次地震的關(guān)系及其發(fā)生的背景和趨勢(shì)備受人們關(guān)注。程佳等(2014)研究認(rèn)為2014和2008年2次地震發(fā)生在阿什庫(kù)勒斷裂帶，存在相同的力源作用，2008年于田地震對(duì)本次地震有促進(jìn)作用。宋金等(2014)計(jì)算了2008年以來(lái)于田地區(qū)4次MS5.5以上地震產(chǎn)生的靜態(tài)庫(kù)侖破裂應(yīng)力場(chǎng)變化，認(rèn)為貢嘎錯(cuò)斷裂中段及東北段、普魯斷裂中西段和龍木措－邦達(dá)錯(cuò)斷裂帶存在一定的地震危險(xiǎn)性。

圖1 2014年于田7.3級(jí)地震區(qū)的地貌影像圖Fig.1 Topographical images of Yutian M S 7.3 earthquake region.

2008年于田7.3級(jí)地震震中位于阿爾金斷裂西部帚狀構(gòu)造末端，阿爾金斷裂和康西瓦斷裂的交會(huì)區(qū)，距本次于田7.3級(jí)地震僅約110km(圖1)。2次7級(jí)以上地震的發(fā)震機(jī)制及其對(duì)阿爾金斷裂活動(dòng)的意義是什么?有很多研究人員注意到7.3級(jí)地震余震有沿近SN方向分布的特征，但沒(méi)有進(jìn)行深入分析;我們還發(fā)現(xiàn)7.3級(jí)地震周?chē)?級(jí)以上地震沿近SN方向分布，這些SN向的地震活動(dòng)對(duì)本次7.3級(jí)地震的發(fā)生有何影響，值得研究。Furuya等(2011)利用InSAR圖像對(duì)2008年于田地震進(jìn)行同震位錯(cuò)反演后，認(rèn)為地震可能存在2個(gè)破裂面，本文研究發(fā)現(xiàn)2008和2014年于田地震有相似的地質(zhì)構(gòu)造背景和應(yīng)力條件，本次地震是否會(huì)存在2個(gè)破裂面，本文對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行了討論分析。

1 2014年于田地震的基本情況

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，北京時(shí)間2014年2月12日17時(shí)19分48.3秒新疆于田縣發(fā)生MS7.3地震，震中位于(36.1°N，82.5°E)，震源深度12km;2014年2月11日10時(shí)14分于田發(fā)生的MS5.4地震是其前震。

1.1 余震空間分布特征

采用新疆臺(tái)網(wǎng)定位結(jié)果，地震定位時(shí)，新疆地震臺(tái)網(wǎng)選用了周邊省份的幾個(gè)地震臺(tái)和流動(dòng)測(cè)震儀的數(shù)據(jù)，提高了余震的監(jiān)測(cè)能力，于田7.3級(jí)地震及其序列定位的精度為一類(lèi)精度。截至2014年6月12日，7.3級(jí)地震的MS3以上的余震發(fā)生了64次，其中MS5.0～5.9地震2次，MS4.0～4.9地震16次，MS3.0～3.9地震46次，最大余震為2月12日17時(shí)24分的MS5.7地震。于田7.3級(jí)地震的余震大致沿NE向分布(圖1)，余震區(qū)的西南段呈近SN向分布，沿NE向較長(zhǎng)，沿SN向較短;絕大部分余震與前震在余震區(qū)西南段密集分布(占序列總數(shù)的85%)，強(qiáng)余震(全部的5級(jí)和81%的4級(jí)地震)絕大多數(shù)都分布在這個(gè)區(qū)域，第1天的余震主要在這個(gè)區(qū)域呈近SN向分布，余震由西向東擴(kuò)展。

由1900年以來(lái)震源區(qū)附近5級(jí)以上地震震中分布可以看出(圖1)，自1982年開(kāi)始，在2014年于田7.3級(jí)地震近SN方向上發(fā)生過(guò)一系列的6級(jí)左右地震，即1982年11月1日5.5級(jí)、2011年9月15日5.5級(jí)、2012年8月12日6.2級(jí)地震，還有7.3級(jí)地震前1天的5.4級(jí)前震，這些地震沿N10°W方向分布，分布方向和余震區(qū)西南部分的地震分布一致。

1.2 7.3級(jí)地震前，SN方向破裂帶上的地震活動(dòng)特征

圖2是7.3級(jí)地震震源區(qū)附近5級(jí)以上地震震中分布圖，由于這個(gè)地區(qū)1982年的地震監(jiān)測(cè)能力較弱，1982年的5.5級(jí)地震記錄到的余震較少，從MS3.0以上余震分布可以看出沿SN向分布的趨勢(shì);2011年5.5級(jí)地震的余震很明顯沿SN向分布;2012

年6.2級(jí)地震在這組地震的最南端，與2014年7.3級(jí)地震的余震區(qū)有重疊部分，該地震的3級(jí)以上余震主要沿SN向分布。此次7.3級(jí)地震位于1982年5.5級(jí)和2012年6.2級(jí)地震之間，填補(bǔ)了此SN向地震帶的空段。

利用新疆地震局地震目錄，選取2005年以來(lái)，7.3級(jí)地震近SN向破裂帶 2級(jí)以上地震，基于 N－M、lg N－M圖像方法確立了于田地區(qū)2005年以來(lái)MS2.0以上地震的目錄是完整的。從2005年以來(lái)的震中隨時(shí)間遷移圖(圖3)可以看出，在這次7.3級(jí)地震前近SN向地震帶南部3級(jí)以上地震最先活動(dòng)，產(chǎn)生應(yīng)變釋放區(qū);之后北部3級(jí)地震開(kāi)始活動(dòng)，2011年之后2級(jí)以上地震從南北兩端快速向中間發(fā)展，達(dá)到了協(xié)同化條件(馬瑾等，2014)，其后在應(yīng)變積累區(qū)發(fā)生2014年于田7.3級(jí)地震。

圖2 震源區(qū)附近5級(jí)以上地震震源機(jī)制及余震分布Fig.2 Distribution of earthquakes above M S 5 and their aftershocks and focal mechanism parameters.

1.3 震源機(jī)制解

1.3.1 2014年于田7.3級(jí)地震震源機(jī)制

新疆地震局唐蘭蘭采用初動(dòng)加振幅比方法得到的震源機(jī)制結(jié)果與美國(guó)USGS、哈佛大學(xué)的結(jié)果基本一致(表1)，表明這次是以走滑為主并具有正傾滑分量的地震。P軸方位近SN，T軸方向近EW(圖4);節(jié)面I的斷層走向?yàn)榻麼E向，節(jié)面Ⅱ的斷層走向?yàn)镹NW向。

圖3 沿SN向破裂帶震中隨時(shí)間遷移Fig.3 Temporal-spatial distribution of earthquakes along the NE-trend fault.

表1 于田7.3級(jí)地震震源機(jī)制解Table 1 Focal mechanism parameters of Yutian M S 7.3 earthquake

1.3.2 于田7.3級(jí)地震周?chē)?級(jí)以上地震的震源機(jī)制解特征

由于田7.3級(jí)地震周?chē)?級(jí)以上地震的震源機(jī)制解(表2)可以看出，這些地震節(jié)面Ⅱ的走向?yàn)镹W—NNW向(圖2);節(jié)面Ⅱ的滑動(dòng)角顯示地震的破裂方式均表現(xiàn)出右旋走滑或正傾滑特征;P軸方位均為近SN向，T軸均近EW，具有相同的應(yīng)力條件。

圖4 于田7.3級(jí)地震震源機(jī)制圖解Fig.4 Focal mechanism parameters of Yutian M S 7.3 earthquake.

表2 震源機(jī)制解Table 2 Focal mechanism parameters

2 發(fā)震構(gòu)造討論

阿爾金斷裂是一條左旋走滑活動(dòng)斷裂，西起藏北郭扎錯(cuò)南，向東北經(jīng)東昆侖、阿爾金山延伸到甘肅金塔附近，全長(zhǎng)約1 600km;該斷裂帶為青藏高原北部邊界，總體走向NEE，斷面向SE傾，傾角60°～80°，為全新世活動(dòng)斷裂，左旋走滑和逆沖縮短十分明顯，由多層次的多條斷裂組合而成，排列形式有雁列、斜列和分支等多樣(國(guó)家地震局“阿爾金活動(dòng)斷裂帶”課題組，1992)。根據(jù)斷裂的展布及活動(dòng)特征，將該斷裂帶劃分為3段，西段斜穿昆侖山脈，將昆侖山劃分為以東和以西兩部分;中段沿阿爾金山脈，成為塔里木盆地和柴達(dá)木盆地的分界;東段截切祁連山脈。于田7.3級(jí)地震發(fā)生在阿爾金斷裂西段(庫(kù)牙克以西)，該段由1組斜接的分叉斷裂和“帚”狀斷裂組合，從東到西逐漸散開(kāi)(圖5)。

圖5 阿爾金斷裂帶7級(jí)以上地震分布Fig.5 Distribution of earthquakes above M S 7 in Altyn Tagh fault zone.

7.3 級(jí)地震及其余震震中位于硝爾庫(kù)勒盆地南緣的分支斷裂上，斷裂性質(zhì)以張扭性左旋走滑－正斷層為主。阿爾金活動(dòng)斷裂帶西南段構(gòu)造比較復(fù)雜，硝爾庫(kù)勒及其周邊的分支斷裂，呈左旋左階排列，易產(chǎn)生拉張作用，斷裂的左旋走滑運(yùn)動(dòng)，使夾持其間的塊體南北邊界受左旋剪切作用，容易形成張扭性分支斷層;前人在此(2014年于田7.3級(jí)地震以北)標(biāo)示了1條近NNW向的分支斷裂(國(guó)家地震局“阿爾金活動(dòng)斷裂帶”課題組，1992)。

據(jù)震后高精度衛(wèi)星影像資料顯示，這次地震造成約10km長(zhǎng)，NE走向的地表破裂帶，左旋位移量≤1m①大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2014年2月12日新疆于田地震(M S7.3)發(fā)展構(gòu)造認(rèn)識(shí)，http:∥www.cags.ac.cn/YWJX/2014/0221-2.html。。震后李海兵等②李海兵等，2014，2014年于田地震(M S 7.3)地表破裂特征及構(gòu)造意義:特殊的地表破裂帶，見(jiàn)“第七屆構(gòu)造地質(zhì)與地球動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)”報(bào)告。對(duì)地震震中區(qū)進(jìn)行了調(diào)查，查明了地震地表破裂的分布情況，現(xiàn)場(chǎng)考察在硝爾庫(kù)勒盆地南緣發(fā)現(xiàn)地震地表破裂帶，主要沿NE向左行破裂，地表破裂是錯(cuò)開(kāi)的不連續(xù)的2段，在破裂的西部沿NW向有較大規(guī)模的右旋破裂帶(X型破裂)，認(rèn)為破裂帶附近是于田7.3級(jí)的位置。

綜上所述，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造背景、震源機(jī)制解結(jié)果、余震分布和地表破裂特征，分析認(rèn)為于田7.3級(jí)地震受NE向阿爾金斷裂帶構(gòu)造應(yīng)力影響，在西段硝爾庫(kù)勒拉分盆地受到局部近EW向的拉張作用力，首先沿近SN向破裂;這個(gè)構(gòu)造部位的解鎖，促使阿爾金斷裂左旋錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生NE向破裂，應(yīng)力向E傳播。這與前人研究的該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境和應(yīng)力條件相符(國(guó)家地震局“阿爾金活動(dòng)斷裂帶”課題組，1992;尹光華等，2008;沈軍等，2013)。

3 2008年于田地震與本次地震的關(guān)系

2008年3月21日于田7.3級(jí)和2014年于田7.3級(jí)地震震中均位于阿爾金斷裂西段的帚狀分支斷裂，相距約110km。中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定2008年于田地震微觀震中在(35.60°N，81.60°E)。唐明帥等(2010)根據(jù)和田地震臺(tái)陣數(shù)據(jù)，應(yīng)用寬頻F－K分析方法，對(duì)2008年于田地震序列(2008年3月21日至8月31日的119次ML≥4.0余震)進(jìn)行重新定位，定位的主震震中在35.70°N，81.43°E，位于阿什庫(kù)勒拉分盆地(圖6)，是西昆侖山康西瓦斷裂帶與阿爾金山斷裂帶的交會(huì)部位，余震呈近SN向分布，長(zhǎng)約111km。眾多學(xué)者通過(guò)對(duì)該地區(qū)發(fā)震構(gòu)造的研究，分析認(rèn)為位于阿什庫(kù)勒盆地的阿爾金斷裂西南分支阿什庫(kù)勒－郭扎錯(cuò)斷裂是2008年于田地震的發(fā)震構(gòu)造(尹光華等，2008;李海兵等，2008;李志海等，2009;李杰等，2012;沈軍等，2013)。

2008年7.3級(jí)地震的震源機(jī)制為略帶走滑的正斷層，T軸近EW向(聶曉紅，2008)，與本次地震有相似的應(yīng)力條件。王凡等(2011)利用GPS觀測(cè)資料證實(shí)2008年于田地震存在顯著的左旋走滑分量。沈軍等(2013)對(duì)2008年于田地震進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)的地震地表破裂長(zhǎng)近31km，位于阿什庫(kù)勒盆地南緣的1條近SN向斷裂上，破裂帶總體走向近SN，但局部發(fā)育NNW向和NNE向共軛斷裂。說(shuō)明2008年于田地震也是在阿什庫(kù)勒拉分盆地受到局部近EW向的拉張作用力，產(chǎn)生近SN向破裂，從而導(dǎo)致了地震的發(fā)生。

2008年和2014年于田地震的局部動(dòng)力環(huán)境有所不同，前者地質(zhì)構(gòu)造和地震破裂方式較為復(fù)雜，地震發(fā)生區(qū)域由北部的康西瓦左旋走滑斷裂、西南部的喀喇昆侖右旋斷裂、東部的阿爾金左旋走滑斷裂、以及東南部的龍木錯(cuò)－郭扎錯(cuò)斷裂所圍，地震震源斷錯(cuò)為左旋正斷層，屬于拉張型;2014年于田地震震中位于阿爾金斷裂西段的帚狀分支斷裂，地震震源斷錯(cuò)為左旋走滑并具有正傾滑分量。但這兩次于田地震大的構(gòu)造環(huán)境和應(yīng)力條件相似(圖6)，地震都發(fā)生在拉分盆地及其附近，這個(gè)構(gòu)造部位的解鎖，有助于阿爾金斷裂的左旋錯(cuò)動(dòng)，2008年于田地震對(duì)2014年于田地震有觸發(fā)作用(萬(wàn)永革等，2010;程佳等，2014)。

圖6 于田地震發(fā)震構(gòu)造示意Fig.6 Sketch map of seismogenic structures of Yutian earthquake.

4 阿爾金地震帶1900年以來(lái)7級(jí)地震活動(dòng)及其對(duì)阿爾金斷裂帶的意義

有歷史記錄以來(lái)阿爾金斷裂曾發(fā)生過(guò)2次7級(jí)以上地震，分別為1924年民豐7級(jí)雙震，在本次地震以東約150km;2008年于田7.3級(jí)地震，距本次地震約110km。這幾次7級(jí)地震都發(fā)生在塔里木盆地南側(cè)、阿爾金斷裂帶西段。值得注意的是這些地震都分布在阿爾金斷裂帶的拉分盆地及其附近(圖7)。拉分盆地總是形成于走滑斷裂中次級(jí)走滑斷層錯(cuò)列過(guò)渡的巖橋區(qū)，并且是巖橋區(qū)走滑斷層派生出來(lái)的局部拉張應(yīng)力作用的結(jié)果。當(dāng)處于左旋左階或右旋右階的排列型式時(shí)，巖橋區(qū)就會(huì)遭受拉張作用，從而出現(xiàn)不同型式的伸展構(gòu)造，即拉分構(gòu)造。這些構(gòu)造部位容易成為閉鎖地段，是大震孕育發(fā)生的場(chǎng)所。

阿爾金斷裂帶作為青藏高原的北部邊界，現(xiàn)今大震活動(dòng)雖然不多，但古地震遺跡豐富，距今2 500～4 500a左右，先后發(fā)生過(guò)6次巨大地震(7.7級(jí)以上)(Washburn et al.，2001;國(guó)家地震局“阿爾金活動(dòng)斷裂帶”課題組，1992)。對(duì)阿爾金斷裂帶上新冰磧和新沖洪積物斷錯(cuò)研究表明(國(guó)家地震局“阿爾金活動(dòng)斷裂帶”課題組，1992)，阿爾金斷裂帶主干斷裂的一些地段已經(jīng)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間未強(qiáng)烈活動(dòng)，仍處于閉鎖狀態(tài)，在積蓄能量。2008年7.3級(jí)地震之后，于田地區(qū)地震活躍，2011年、2012年先后發(fā)生幾次6級(jí)左右地震，接著發(fā)生2014年7.3級(jí)地震;阿爾金斷裂中東段2009、2012、2013年也接連發(fā)生4次5級(jí)地震，表明阿爾金地震帶現(xiàn)今地震活動(dòng)仍處于活躍狀態(tài)。

利用中國(guó)地震局地震目錄選取1970年以來(lái)阿爾金斷裂兩側(cè)100km范圍內(nèi)的MS3.0以上地震資料，基于N－M、lg N－M圖像方法確認(rèn)阿爾金地震帶MS4.0以上地震目錄是完整的，以下我們主要分析4.0級(jí)以上地震的分布特征。

由阿爾金斷裂帶1970年以來(lái)4級(jí)以上地震M－T圖(圖8)可以看出，阿爾金斷裂帶地震強(qiáng)度有起伏式、成叢性活動(dòng)的特征，大致可以分為3個(gè)階段，1972—1981年、1983—2004年、2006年至今，在應(yīng)變釋放曲線上表現(xiàn)為3個(gè)明顯的應(yīng)變釋放階段。目前正處于第3個(gè)階段，已持續(xù)8a，這個(gè)階段釋放的應(yīng)變能遠(yuǎn)大于前2個(gè)階段的總和，說(shuō)明自2008年起阿爾金斷裂帶開(kāi)始了1個(gè)地震活躍時(shí)期，據(jù)前兩個(gè)階段的特征分析，這個(gè)活動(dòng)過(guò)程還要持續(xù)一段時(shí)間，可能會(huì)引起地震活動(dòng)的進(jìn)一步加強(qiáng)。

圖8 阿爾金斷裂帶1970年以來(lái)M S 4.0以上地震M－T圖和應(yīng)變釋放曲線Fig.8 M－T diagrams and strain release curve of M S≥4.0 earthquakes in Altyn Tagh Fault zone since 1970.

1924年以來(lái)的這幾次7級(jí)地震發(fā)生的構(gòu)造部位有許多共同之處，都發(fā)生在拉分盆地及其附近。阿爾金斷裂帶最普遍的組合型式為由一系列不同級(jí)別的次級(jí)斷裂構(gòu)成的羽列組合，因此不同規(guī)模的拉分構(gòu)造是阿爾金活動(dòng)斷裂的典型構(gòu)造型式之一。從2014年于田地震的余震分布過(guò)程看，應(yīng)力有從西向東作用的過(guò)程，本次地震增強(qiáng)了阿爾金斷裂的左旋錯(cuò)動(dòng)。既然阿爾金斷裂的活動(dòng)是通過(guò)這些盆地的連接和擴(kuò)展來(lái)造成錯(cuò)動(dòng)，進(jìn)一步有可能通過(guò)于田以東位于民豐庫(kù)牙克全新世盆地以及位于且末的賽爾庫(kù)勒全新世沉積盆地的地震造就阿爾金斷層的左旋錯(cuò)動(dòng)。阿爾金斷裂帶中東段有歷史記錄以來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)7級(jí)以上地震，需要我們密切關(guān)注。

5 結(jié)論和討論

(1)于田7.3級(jí)地震的余震主體上沿NE向分布，余震區(qū)的西南段呈近SN向分布，沿NE向段較長(zhǎng)，沿SN向較短;絕大部分余震與前震在余震區(qū)西南段密集分布(占序列總數(shù)的85%)，強(qiáng)余震(全部的5級(jí)和81%的4級(jí)地震)絕大多數(shù)都分布在這個(gè)區(qū)域，主震后第1天的余震主要在這個(gè)區(qū)域呈近SN向分布，余震由西向東擴(kuò)展。

(2)2014年于田地震SN向上自1982年開(kāi)始發(fā)生過(guò)一系列的5級(jí)以上地震，本次地震恰好填補(bǔ)了其中的空段，震前該方向上的地震活動(dòng)達(dá)到了協(xié)同化條件;震源機(jī)制解顯示這些地震的T軸均為近EW向，表明受到近EW向的拉張作用力。

(3)走滑斷裂中的次級(jí)走滑斷層錯(cuò)列過(guò)渡的巖橋區(qū)，處于左旋左階或右旋右階的排列型式時(shí)，會(huì)形成拉分盆地，遭受拉張作用。2014年于田7.3級(jí)地震發(fā)生在阿爾金斷裂帶西段硝爾庫(kù)勒拉分盆地南緣，結(jié)合分析地質(zhì)構(gòu)造背景、震源機(jī)制解結(jié)果、余震分布和地表破裂特征，認(rèn)為于田7.3級(jí)地震受阿爾金斷裂帶構(gòu)造應(yīng)力影響，在硝爾庫(kù)勒拉分盆地受到局部近EW向的拉張作用力，首先沿近SN向破裂，這個(gè)構(gòu)造部位的解鎖，促使阿爾金斷裂左旋錯(cuò)動(dòng)，產(chǎn)生NE向破裂，應(yīng)力向東傳播。

(3)2008年于田地震與本次于田地震有相似的應(yīng)力條件，是在阿什庫(kù)勒拉分盆地受到局部近EW向的拉張作用力，產(chǎn)生近SN向的破裂，從而促進(jìn)阿爾金斷裂左旋，對(duì)2014年于田地震有觸發(fā)作用。

(4)1924年以來(lái)阿爾金斷裂帶的這幾次7級(jí)地震發(fā)生在拉分盆地及其附近，這種特殊的構(gòu)造容易造成斷裂閉鎖、聚積應(yīng)力而發(fā)震，是大震孕育發(fā)生的場(chǎng)所，其中東段類(lèi)似的構(gòu)造是否還會(huì)引起地震活動(dòng)的進(jìn)一步加強(qiáng)，值得我們密切關(guān)注。