2018, Vol. 38
2. 中国地震局地壳应力研究所，北京市安宁庄路1号，100085
震源机制解能够反映断层的错动类型及区域构造应力场状态[1-5]。前人[6-7]利用断层滑动资料和震源机制解数据对北天山中段及呼图壁周围的应力场进行过许多研究，但很难确定断层滑动擦痕发生的具体年代[8]。该研究区地震活动相对于北天山西段较弱，在1965~2009年有震源机制解数据的MS≥3.0地震仅有23次，存在震源机制解数据少、分布不均且密度有限等不足。本研究首先利用新疆测震台网记录的宽频带波形数据，采用CAP(cut and paste)方法[9-10]获得研究区内2010年以后的震源机制解。进一步结合早期的震源机制解数据，利用Hardebeck等[11]方法原理以及Martínez-Garzón等[12]开发的MSATSI软件反演研究区的应力场时空特征。
1 资料选取选取呼图壁地区(43.0°~44.5°N，86.0°~88.0°E)作为研究区，使用的数据包括：早期利用P波初动求解得到的研究区内1965~2009年23次MS≥3.0地震震源机制解，由CAP方法反演得到的2010-01-15~2017-01-02的MS≥3.0地震的震源机制解。反演过程中，使用CRUST2.0速度结构模型得到该区域的一维速度结构模型(图 1)。
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图 1 本文所采用的地壳结构速度模型 Fig. 1 The crustal velocity model used in study region |
根据Frohlich[13]提出的三角形图解法(图 2)，统计不同类别的73次地震的震源机制解(图 3)。其中，逆断型占48%，正断型占30%，走滑型占14%，过渡型占8%。表 1给出研究区1965~2016年MS≥4.5地震的震源机制解。
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图 2 震源机制解类型三角形 Fig. 2 The triangular of different type of focal mechanism solutions |
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图 3 研究区MS≥3地震震源机制解分布 Fig. 3 Spatial distribution of focal mechanism solutions(MS≥3) |
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表 1 研究区内MS≥4.5地震震源机制解 Tab. 1 Spatial distribution of focal mechanism solutions(MS≥4.5) |
为整体把握震源机制所体现的应力场方向特征，对震源机制参数进行归一频度统计(图 4)。结果显示，节面Ⅱ在NWW向存在明显的优势分布，根据呼图壁地区所属的北天山中东段构造分布特点，节面Ⅱ更符合该区域的构造带特征，更能代表应力场的分布特征；节面倾角分布在30°~90°，覆盖范围较大；滑动角在90°附近有明显的优势分布，契合研究区以逆断为主的断层作用机制特征；主压应力P轴近NNE向且仰角较小，主张应力T轴仰角较大，说明该区域主要以来自NNE向的水平挤压作用为主，这与前人[14-16]研究基本一致。
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图 4 震源机制解参数归一化频度统计 Fig. 4 The normalized frequency statistics of focal mechanism parameter |
根据呼图壁地区断层构造分布特点，将研究区以87°E为界划分为东西2个分区。其中，西部断层主要呈NWW向分布，东部(乌鲁木齐市周围)断层主要呈NEE和近WE向分布。利用MSATSI软件对每个分区分别进行应力场反演，结果如表 2和图 5所示。
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表 2 应力场反演结果 Tab. 2 Result of stress field inverted along Hutubi |
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图 5 研究区西部和东部应力场反演结果的球面投影图 Fig. 5 Inverted stress results based on different regions 红色表示σ1，绿色表示σ2，蓝色表示σ2，黑色十字表示最优解，彩色点表示95%的置信区间 |
结果显示，东部和西部的应力场存在一定差异，最大主压应力轴方位相差9°，东部的最大主压应力方位更偏东，西部最大主压应力轴存在34°倾角，东部最大主压应力轴处于水平状态，表明东部的水平挤压作用明显强于西部；中间主应力轴倾角都较小，呈近WE向，最大主张应力轴倾角都较大，说明东部和西部应力结构类型都表现为逆冲为主的断层破裂模式。
研究区西部R值为0.73，表明最大主压应力轴方位确定，中间应力轴表现为张应力状态，最大主张应力轴存在不确定性；东部R值为0.30，表明最大主张应力轴方位确定，中间应力轴表现为压应力状态，最大主压应力轴方位存在不确定性。由于东部中间主应力轴主要近EW向，表明东部不仅受到NNE向的水平挤压，还受到中间应力轴近EW向(方位110°，倾角30°)挤压。这与万永革用大量断层滑动资料反演的乌鲁木齐市地壳应力场结论相符，认为可能是博格达山和博罗科努山迁移物质在乌鲁木齐市的山前坳陷堆积造成该区域处于挤压隆升状态，形成近EW向的压应力作用。
2.2.2 不同时期反演结果分别以1965~2009年和2010~2016年两个时段反演整个呼图壁地区的应力场(表 3，图 6)。结果显示，2010~2016年研究区最大主压应力轴方位相对于1965~2009年偏东，倾角变缓，说明近期的水平挤压作用更明显；中间主应力表现为近WE向和NWW向，倾角都较平缓，最大主张应力倾角都较小，显示两个时期应力结构类型都表现为逆冲为主的断层破裂模式。R值都较大，分别为0.71和0.64，说明在整个呼图壁地区两个时期的最大主压应力轴方位都较确定，中间主应力表现为张应力状态，最大主张应力轴不确定。但总体来看，两个时间段最大主压应力轴都呈NNE向，反映整个呼图壁地区可能主要受一种较稳定的NNE向应力场控制。
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表 3 应力场反演结果 Tab. 3 Result of stress field inverted along Hutubi |
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图 6 分时段应力场反演结果的球面投影图 Fig. 6 Inverted stress results in different periods |
研究区应力结构类型表现为逆断型。整个区域主压应力P轴近NNE向且倾角较小，说明整个呼图壁地区应力场以NNE向水平挤压作用为主要特征。从空间上看，东部的水平挤压作用更为显著；从时间上看，近期受到更为显著的NNE向应力场控制，反映了研究区在不同时段应力场的调整变化，但没有改变该区域最大主压应力轴呈NNE向的总体特征，说明整个呼图壁地区可能主要受一种较稳定的NNE向应力场控制。
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2. Institute of Crustal Dynamics, CEA, 1 Anningzhuang Road, Beijing 100085, China