2020年西藏尼瑪MS6.6和MS4.8地震震源機制測定＊

李旭茂 梁姍姍 鄒立曄 姜 鑫

（中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045）

引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定：2020年7月23日04時07分，西藏自治區(qū)那曲市尼瑪縣發(fā)生MS6.6地震，震源深度10 km，震中位置為（33.19°N，86.81°E）。此次地震是2020年我國大陸地區(qū)最高震級的地震，震中位于高海拔人口稀少地區(qū)，震中5 km范圍內(nèi)平均海拔約5 270 m，周邊10 km內(nèi)的村莊有藏曲村、佳絨藏布，20 km內(nèi)無鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地分布，50 km內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有榮瑪鄉(xiāng)，地震造成50余間老舊房屋損壞，未造成人員傷亡。尼瑪MS6.6地震發(fā)生后，余震不斷，當(dāng)日06時28分發(fā)生4.3級地震、08時10分發(fā)生4.1級地震、09時04分發(fā)生3.7級地震、14時48分發(fā)生3.6級地震、18時50時發(fā)生4.8級地震和23時17分發(fā)生3.5級地震，7月24日11時39分發(fā)生3.9級地震和16時06分發(fā)生3.4級地震，7月28日22時38分發(fā)生3.8級地震，7月31日19時20分發(fā)生4.3級地震。截至到2020年7月31日24時，共發(fā)生3.0級以上余震10次，其中3.0—4.0級地震6次，4.0—5.0級地震4次。

青藏高原按照構(gòu)造演化史和相關(guān)地球物理資料可以劃分為5個地體，分別為喜馬拉雅地體、岡底斯地體、羌塘地體、巴顏喀拉地體和昆侖地體[1]。此次尼瑪MS6.6地震發(fā)生在羌塘地體，處于班公湖—怒江和金沙江兩大斷裂帶之間，區(qū)域內(nèi)活動構(gòu)造較發(fā)育（圖1）。歷史上沿格林錯斷裂、角木茶卡—日干配錯斷裂、琵琶湖—吐坡錯斷裂、琵琶湖—映天湖斷裂帶、改則—洞措斷裂等斷裂帶發(fā)生過多次6.0級以上地震。此次尼瑪MS6.6地震微觀震中位于依布茶卡盆地西緣斷裂和依布茶卡—日干配錯斷裂帶之間。依布茶卡—日干配錯斷層是一個主要由單側(cè)發(fā)育的正斷層形成的半地塹和走滑斷層組成的復(fù)雜的變形場，從西北處穿過羌塘盆地，主體為左旋走滑斷裂性質(zhì)，局部伴隨拉張分量[2-4]。沿斷裂帶3—6級地震較集中，歷史上有6級以上地震活動，在依布茶卡—日干配錯斷裂上發(fā)生過2008年改則6.9級地震，震源機制顯示為正斷層型地震（圖1）。依布茶卡盆地西緣斷裂可能為晚更新世活動的正斷層。

通過前人對羌塘地塊GPS速度場的研究，發(fā)現(xiàn)羌塘地塊西部同時存在SN向收縮和EW向伸展，沒有大規(guī)模的快速滑移，羌塘地塊東部卻表現(xiàn)出明顯的整體物質(zhì)快速運移的剛性塊體運動特征[5]。通過研究地層活動時代發(fā)現(xiàn)，不同地體具有向北逐漸年輕的趨勢，指示著青藏高原向北生長的過程[6]。因此，整體來看，羌塘地體受到印度板塊向北移動的影響，除了擠壓變形外，還有地殼物質(zhì)水平方向的運移，反映出脆性破裂的形變特征[7]。由于震源機制可以直觀地反映地震破裂幾何特征和運動學(xué)特征，本文采用ISOLA近震全波形方法反演此次MS6.6地震主震及MS4.8較大余震震源機制解，并結(jié)合周邊地質(zhì)構(gòu)造和余震分布初步探討此次地震的發(fā)震構(gòu)造。

1 數(shù)據(jù)與方法

在本次研究中，震源機制反演所使用的初始地震目錄來自于中國地震臺網(wǎng)中心速報目錄。我們收集了西藏、青海、新疆區(qū)域波形資料，考慮到臺站信噪比和臺站方位角覆蓋情況，共篩選出8個臺站（圖2）三分量地震記錄參與震源機制反演。

在求取震源機制解時，我們采用ISOLA（ISO lated asperities）近震全波形反演方法[8]。本文通過單點源模型，利用等間隔搜索和最小二乘法反演得到此次尼瑪MS6.6地震的最佳矩張量解。ISOLA近震全波形反演方法可以分為純雙力偶（DC）、偏量矩張量（雙力偶分量DC+補償線性矢量偶極分量CLVD）、全矩張量（DC+CLVD+ISO分量）和固定震源機制4種求解方式，通過在點、線、面3種不同維度空間范圍內(nèi)搜索最佳解，但是固定震源機制求解方式僅可以反演得到矩心時間、深度和地震矩[9]。

圖1 研究區(qū)域構(gòu)造背景圖及自1970年以來3.0級以上歷史地震分布圖Fig. 1 Tectonic background map of the study area and historical earthquake distribution map with magnitude 3.0 or above since 1970

圖2 西藏尼瑪MS6.6地震震中位置和本研究使用的臺站分布圖Fig. 2 The epicenter location of the Nima MS6.6 earthquake in Tibet and the distribution of stations used in this study

圖3 本研究使用的速度模型Fig. 3 Velocity model used in this study

本次研究震源機制反演采用圖3中的一維速度模型，該模型取自CRUST1.0[10]。在進行震源機制反演時，我們固定震中位置（33.19°N，86.91°E），在震源深度方向進行等間隔搜索，搜索范圍為1—20 km，步長為1 km。為了盡可能減少地殼速度模型不確定性對本研究結(jié)果的影響，我們把濾波頻帶的下限頻率降低，下限頻率主要受臺站背景噪聲的影響，上限頻率主要受震中距、震級大小以及地殼速度模型準(zhǔn)確程度的影響[11]。由于兩次地震震級大小不同，兩次地震臺站的濾波頻段略有差異。主震反演時每個臺站的濾波頻帶范圍為0.02—0.04 Hz，MS4.8較大余震反演時，每個臺站的濾波頻帶范圍為0.04—0.06 Hz。格林函數(shù)采用離散波數(shù)法（discrete wavenumber）[12]，采樣間隔為0.2 Hz。

2 震源機制反演結(jié)果

我們通過震源機制反演分別得到2020年7月23日西藏尼瑪MS6.6主震和較大余震MS4.8地震的斷層面幾何參數(shù)、矩震級、矩心深度和震源區(qū)應(yīng)力狀態(tài)等震源參數(shù)。MS6.6主震斷層面解幾何參數(shù)節(jié)面Ⅰ走向8°/傾角46°/滑動角-93°，節(jié)面Ⅱ走向191°/傾角44°/滑動角-87°；矩震級MW6.4，最佳矩心深度7 km。獲得震源區(qū)應(yīng)力主軸的空間取向：主壓力軸P的方位角220°、傾伏角88°，主張力軸T方位角99°、傾伏角1°。MS4.8余震斷層面解幾何參數(shù)節(jié)面Ⅰ走向12°/傾角47°/滑動角-106°，節(jié)面Ⅱ走向214°/傾角45°/滑動角-74°；矩震級MW5.0，最佳矩心深度6 km。獲得震源區(qū)應(yīng)力主軸的空間取向：主壓力軸P的方位角207°、伏角78°，主張力軸T方位角113°、伏角1°（圖4）。我們以尼瑪MS6.6主震為例，通過比較本研究結(jié)果與德國地球科學(xué)中心（GFZ）、哈佛大學(xué)矩張量解（GCMT）、美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）、法國巴黎地球物理研究所（IPGP）等國外權(quán)威地震研究結(jié)構(gòu)給出的西藏尼瑪主震震源機制解參數(shù)結(jié)果的差別（表1），可以看出，差別不大，均為正斷型地震，也可反映出本文反演過程和結(jié)果具有可靠性。之后，我們采用最小空間旋轉(zhuǎn)角的方法[13]，定量反映本研究震源機制和其他國際機構(gòu)的差別，以本次研究得到的解作為初始解的中心震源機制，得到和其他機構(gòu)震源機制的最小空間旋轉(zhuǎn)角。最小空間旋轉(zhuǎn)角范圍為4.39°—18.53°，可以看出本次震源機制解和其他震源機制解具有一致性。

圖4 尼瑪MS6.6主震及MS4.8余震的震源機制解Fig. 4 Focal mechanism solutions of the Nima MS 6.6 main earthquake and MS4.8 aftershock

表1 不同研究機構(gòu)給出的2020年7月23日西藏尼瑪主震的震源機制解參數(shù)Table 1 Focal mechanism solution parameters of the main Nima earthquake in Tibet on July 23，2020 given by different research institutions

圖5給出了本次地震不同震源深度下波形互相關(guān)之間的關(guān)系。從圖中可以看出，在不同深度上震源機制解變化不大，在矩心深度7 km處，波形互相關(guān)系數(shù)最大。圖6為固定震中位置在垂直深度方向搜索MS6.6地震震源機制解對應(yīng)的理論波形和實際波形擬合圖，總體平均方差減少量VR=0.72。其中，在選中反演8個臺站波形的24個分量中，波形擬合方差減少量達到0.5以上的有18個，占總分量的75%，可見臺站理論波形和觀測波形有較好的擬合度。

圖5 西藏尼瑪MS6.6地震矩心深度與波形互相關(guān)系數(shù)Fig. 5 The centroid depth and the correlation coefficient of the waveform of the Nima MS6.6 earthquake in Tibet

圖6 西藏尼瑪MS6.6地震震源機制解對應(yīng)的三分量理論（紅色）和實際（黑色）波形對比圖Fig. 6 Comparison of the three-component theoretical（red）and observational（black）waveforms corresponding to focal mechanism solutions of the Nima MS6.6 earthquake in Tibet

我們通過大折刀法（Jackknifing method）對此次反演參數(shù)進行不確定度分析[14]，以此來評價震源機制反演得到的斷層面解參數(shù)的不確定度?？紤]到不同方位和震中距地震的記錄對反演結(jié)果的影響，我們對本次地震所使用的8個臺站每次減少1個臺站進行多次反演（圖7）。圖7是每次反演參數(shù)的直方圖，包括走向角（圖7a），傾角（圖7b），滑動角（圖7c），矩心位置（圖7d），矩心時間偏移（圖7e），雙力偶成分（圖7f）和kagan角（圖7h）。其中，矩心時間偏移（圖7e）指的是通過點源模型所得發(fā)震時間與采用的速報發(fā)震時間的偏移。從參數(shù)直方圖來看，各參數(shù)分布相對集中。我們把所有反演的震源機制結(jié)果都投影到震源球上（圖7g），可以看到經(jīng)過多次反演的地震斷層面節(jié)面線分布均較集中，說明反演結(jié)果比較穩(wěn)定。

從圖4中主震發(fā)生后的余震分布序列（截至2020年8月31日）情況來看，余震圍繞主震呈發(fā)散狀分布，主要集中分布在主震的NE向，主震的WS向和ES向余震分布較為稀疏，但都沿著斷裂帶方向。有學(xué)者通過升、降軌InSAR同震形變場數(shù)據(jù)約束對滑動分布反演，結(jié)果顯示此次地震發(fā)震斷層的傾向為ES向[15]。通過上述震源特征以及周邊地質(zhì)構(gòu)造，我們認為，發(fā)震斷層面與主震震源機制節(jié)面Ⅰ的性質(zhì)較為一致，據(jù)此推測節(jié)面Ⅰ是發(fā)震斷層面。

圖7 斷層面參數(shù)不確定度的估計（依次減少1個臺站）Fig. 7 Estimation of parameter uncertainty on fault plane（decreased by 1 station successively）

3 結(jié)論

本文通過ISOLA全波形反演方法分別得到2020年7月23日西藏尼瑪MS6.6主震和較大余震MS4.8地震的斷層面幾何參數(shù)、矩震級、矩心深度和震源區(qū)應(yīng)力狀態(tài)等震源參數(shù)。MS6.6主震斷層面解幾何參數(shù)節(jié)面Ⅰ走向8°/傾角46°/滑動角-93°，節(jié)面Ⅱ走向191°/傾角44°/滑動角-87°；矩震級MW6.4，最佳矩心深度7 km。獲得震源區(qū)應(yīng)力主軸的空間取向：主壓力軸P的方位角220°、伏角88°，主張力軸T方位角99°、伏角1°。MS4.8余震斷層面解幾何參數(shù)節(jié)面Ⅰ走向12°/傾角47°/滑動角-106°，節(jié)面Ⅱ走向214°/傾角45°/滑動角-74°；矩震級MW5.0，最佳矩心深度6 km。獲得震源區(qū)應(yīng)力主軸的空間取向：主壓力軸P的方位角207°、伏角78°，主張力軸T方位角113°、伏角1°。為了驗證近震全波形反演所得結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性，我們用本研究所得到的震源機制結(jié)果和國際上地震學(xué)方面權(quán)威機構(gòu)采用最小旋轉(zhuǎn)角法進行定量比較；同時我們還采用了大折刀法進行了多次震源機制反演，并對反演結(jié)果的不確定度進行定量分析，結(jié)果表明本研究所得到的震源機制是穩(wěn)定和可靠的。通過查詢GCMT震源區(qū)附近的歷史震源機制類型分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)以正斷型地震為主，存在走滑型地震，與此次震源類型具有較好的一致性。這兩次地震以及余震均發(fā)生在NEE走向日干配錯斷裂帶北部和NEE走向依布茶卡西緣斷裂之間。日干配錯斷裂北側(cè)的依布茶卡地塹內(nèi)部發(fā)育一系列NE走向的正斷層。結(jié)合周邊地質(zhì)構(gòu)造和余震分布，我們認為尼瑪MS6.6地震可能是由位于日干配錯斷裂和依布茶卡盆地西緣斷裂之間的一條正斷層活動所引發(fā)的。