2017年精河<i>M</i><sub>S</sub>6.6地震邻区构造应力场特征与发震断层性质的厘定

引用本文

刘兆才, 万永革, 黄骥超, 等. 2019. 2017年精河M_S6.6地震邻区构造应力场特征与发震断层性质的厘定. 地球物理学报, 62(4): 1336-1348, doi: 10.6038/cjg2019L0707.

Liu Z C, Wan Y G, Huang J C, et al. 2019. The tectonic stress field adjacent to the source of the 2017 Jinghe M_S6.6 earthquake and slip property of its seismogenic fault. Chinese J. Geophys. (in Chinese), 62(4): 1336-1348, doi: 10.6038/cjg2019L0707.

2017年精河M_S6.6地震邻区构造应力场特征与发震断层性质的厘定

刘兆才¹, 万永革¹, 黄骥超¹, 靳志同^1,2, 杨帆¹, 李瑶²

1. 防灾科技学院, 河北三河 065201;
2. 中国地震局地球物理研究所, 北京 100081

收稿日期 2017-11-13, 2018-08-30 收修定稿

基金项目: 国家自然科学基金（41674055，41704053）和河北省地震局地震科技星火计划项目（DZ20170109001）共同资助

第一作者简介: 刘兆才, 男, 1993年生, 在读硕士研究生, 主要从事震源机制、构造应力场等研究.E-mail:y_shunjian@126.com

通讯作者: 万永革, 男, 1967年生, 研究员, 主要从事地震学、地球动力学等方面研究.E-mail:wanyg217217@vip.sina.com

摘要：2017年8月9日新疆精河发生M_S6.6地震，深入了解该地震的构造应力背景及其所破裂断层的活动特性对理解其孕震过程及震后的地震危险性估计十分重要.本研究自GCMT目录收集了2017年8月9日新疆精河M_S6.6地震震中及其邻区的253个震源机制解，应用MSATSI软件反演了该地震及其邻区的应力场.反演结果显示，西北区域应力场的最大主压应力轴的方位从西到东呈现出NNW-NS-NNE的渐变过程，东南区域应力场最大主压应力轴的方位稳定于NNE向，倾角都较小；最大主张应力轴都基本沿东西向，倾角相对较大；西北区域较大的R值显示出区域应力场主要受近NS向水平挤压作用，中部挤压分量相对较大，西部和东部挤压分量相对较小.根据所反演的区域构造应力场，结合发震的库松木契克山前断裂的地质调查参数，估算该断裂的理论滑动角为137.7°，误差为21.3°，验证了地质上得到的库松木契克山前断裂的逆冲兼右旋走滑性质.判断该断裂滑动性质的另一种方法是通过发生在该断裂上地震的震源机制验证.本研究首先计算了发生在库松木契克山前断裂不同机构给出的震源机制节面在所反演的局部应力场作用下的理论滑动角，发现理论滑动角与实际地震震源机制滑动角相差很小，验证了反演的局部应力场的正确性；而后计算了局部应力场作用下的库松木契克山前断裂上的理论震源机制与实际发生地震震源机制的三维空间旋转角，发现两者在给定的误差范围内是一致的.本研究自地球物理角度确证了库松木契克山前断裂的滑动性质，为该地区的地震孕育环境、地震活动性和地球动力学研究提供了基础.

关键词: 震源机制解精河地震应力场反演滑动角三维空间旋转角

The tectonic stress field adjacent to the source of the 2017 Jinghe M_S6.6 earthquake and slip property of its seismogenic fault

LIU ZhaoCai¹, WAN YongGe¹, HUANG JiChao¹, JIN ZhiTong^1,2, YANG Fan¹, LI Yao²

1. Institute of Disaster Prevention, Sanhe Hebei 065201, China;
2. Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China

Abstract: The M_S6.6 earthquake occurred in Jinghe County, Xinjiang on August 9, 2017. It is very important to study the background tectonic stress of the earthquake and the active characteristics of the ruptured fault in order to understand its seismogenic process and estimate the subsequent seismic risk of the earthquake. Based on the 253 focal mechanism solutions around the Jinghe M_S6.6 earthquake on August 9, 2017 collected from GCMT, this study carries out the inversion of the stress field in the source region by using MSATSI software. The inversion results of north-west show that the azimuths of the maximum principal compressive stress of the regional stress field present the gradual process of NNW-NS-NNE from west to east, and The position of the maximum principal compressive stress axis in the southeast region are stable to NNE direction, with a small dip angle. And the minimum principal compressive stress axis are mainly in EW direction with a relatively large dip angle. The larger R values of north-west region indicate that the regional stress field is mainly subjected to horizontal extrusion in NS directions. The compressive components in the central part are relatively large, while they are relatively small in the southern and eastern parts. Based on the inversion results of the regional tectonic stress field and the geological survey parameters of the seismogenic fault (Kusongmuxieke mountain front fault), the theoretical slip angle of the fault is estimated to be of 137.7° with an error of 21.3°. The results show that the Kusongmuxieke mountain front fault has a thrust and right-lateral strike-slip property, which is consistent with the geological survey. Another way to judge the slip feature of the fault is the focal mechanism of the earthquake that occurred on it. Firstly, we calculate the theoretical slip angles of the focal mechanisms given by different institutions which occurred on the Kusongmuxieke mountain front fault under the local stress field. We found that the theoretical slip angle is little different from that of the actual seismic focal mechanism. Therefore, the correctness of the local stress field is verified. After that we calculate the three-dimensional rotation angle between the above theoretical focal mechanism and the actual seismic focal mechanism. The results show that the two are consistent within a given error range. From the perspective of geophysics, the slip properties of Kusongmuxieke mountain front fault are confirmed, which provides the foundation for the research on the seismogenic environment, seismicity and geodynamics in the area.

Keywords: Focal mechanism Jinghe earthquake Stress field inversion Slip angle Three-dimensional rotation angle

0 引言

根据中国地震台网测定(http://news.ceic.ac.cn/CC20170809072752.html)，北京时间2017年8月9日07时27分新疆精河县发生M_S6.6地震，震中位于东经82.89°，北纬44.27°，震源深度约为11 km.此次地震引起了许多研究机构的关注，中国地震局地球物理研究所迅速给出了该次地震的震源机制解、余震精定位等初步结果；中国地震局地质研究所给出了区域地震构造图；中国地震局地壳应力研究所给出了构造应力场的初步结果(http://www.csi.ac.cn/manage/eqDown/05LargeEQ/201708090727M6.6/zonghe.html).这些基础资料对于研究本次地震的孕震机理具有非常重要的参考意义.

基于地震震源机制解反演构造应力场是研究地球动力的主要方法之一(如Gephart and Forsyth, 1984；Michael, 1987；Hardebeck and Michael, 2006; Wan et al., 2016).前人基于震源机制对新疆区域构造应力场也做了大量研究，高国英等(2010)运用2003—2008年新疆74次M_S≥4.5地震的震源机制解分析了该期间震源机制反映出的新疆区域应力场特征；李金等(2015)在基于天山地震带2003—2014年306个M_S3.5以上的震源机制解资料，将天山地震带划分为一定的网格，利用每个网格节点及其周围一定范围内的多个震源机制解进行应力张量反演；王盛泽和高国英(1992)根据新疆及其邻近地区1931—1990年122次地震的震源机制解结果, 研究了区域内现代构造应力场的基本特征.张红艳等(2006)和龙海英等(2008)也都利用震源机制解对北天山中断及乌鲁木齐地区做过应力场反演的研究.虽然前人研究已经给出了此次地震周围区域大致的应力场方向，但是本文拟对2017年精河地震震源区及邻区进行较精细的应力场反演，求解其应力场的空间分布，并以此理解此次地震的孕育机理和构造应力场背景.

根据中国地震局地质研究所给出的区域地震构造图及中国地震信息网发布的余震信息(http://www.csi.ac.cn/manage/eqDown/05LargeEQ/201708090727M6.6/zonghe.html)，初步推断此次地震震中附近的库松木契克山前断裂为发震断裂.然而由于地表剥蚀，地质现象的复杂性，很难得到较为准确的库松木契克山前断裂的具体滑动角.本研究希望根据地质调查得到的已知地震断层面的走向、倾角，结合利用震源机制解所反演得到的局部应力场确定该断层的滑动角具体值.为验证估计断层滑动角的正确性，我们拟计算不同机构给出的主震震源机制对估计断裂参数(地质调查已知的断裂走向、倾角和估算的滑动角)的三维空间旋转角(Kagan，1991；万永革，2008；Wan and Sheng, 2009)，以此作为采用前述方法估计的断裂参数和发生在其上的震源机制是否一致的准则，验证发震断裂滑动性质，以期为该区域地震活动性研究提供背景资料.

1 数据与断裂资料 1.1 震源机制解数据

本文搜集了全球矩心矩张量目录(GCMT)(Dziewonski et al., 1981；Ekström et al., 2012)中精河M_S6.6地震震源及其周围(74°E—90°E，35°N—46.5°N)1976年1月1日—2017年4月30日所有震源机制解数据共253个(图 1).并参照Zoback(1992)世界应力图的划分标准(表 1)，根据震源机制解P、T、B轴倾伏角的大小，将震源机制解类型划分为6种.图 1中分别用蓝、黑、紫、绿的膨胀区颜色表示正断型和正断兼走滑型、逆冲型和逆冲兼走滑型、走滑型、不确定型(过渡型)的震源机制解.对上述地震进行统计后发现，逆冲型和逆冲兼走滑型地震震源机制为116个，占所有地震震源机制的45.8%；走滑型地震震源机制为73个，占所有地震震源机制的28.9%；正断型和正断兼走滑型地震震源机制为36个，占所有地震震源机制的14.2%；不确定型地震震源机制数量最少，为28个，占所有地震震源机制的11.1%.精河M_S6.6地震的类型与区域内多数地震相同，为逆冲型主事件.在此需要说明的是，本研究为了避免研究机构不同和震源机制解反演方法不同而造成震源机制解精度偏差对应力场反演结果的影响，且由于未能获得公开的精确小震震源机制解数据，只采用精度较高的GCMT震源机制结果.

图 1 精河地区震源机制解分布图 Figure 1 Distribution of focal mechanism solutions in Jinghe areas

表 1 震源机制解分类依据表 Table 1 Categories of tectonics stress regime for focal mechanism

1.2 库松木契克山前断裂资料

根据该地震初步研究结果(http://www.csi.ac.cn/manage/eqDown/05LargeEQ/201708090727M6.6/zonghe.html)得到该地震发生在库松木契克山前断裂上.根据前人(陈建波, 2007, 2008)的研究，库松木契克山前断裂位于中天山北部的库松木契克山山前，该断裂东起基普克一带附近，向西经过乌拉斯泰、乌兰特尔干和扫子木图，沿库松木契克山前延伸至赛里木湖，在大地构造上位于准噶尔新生代拗陷与赛里木湖隆起之间.该断裂分为东、中、西三段，断裂总体走向110°~120°，长约160 km，倾向SSW，倾角40°~60°，以逆断层为主，兼有右旋走滑性质，是一条区域性大断裂，属全新世断层(Q₄)，新活动十分明显.而且该断裂具有多期活动的特点，古地震研究该断层可能有4次较大的地震事件，其中中段和东段在晚更新世-全新世仍在强烈地活动，全新世以来的右旋水平错动量为1.8~2.5 m，垂直错动量在0.5~0.8 m之间.

2 应力场反演 2.1 方法

本研究采用Hardebeck和Michael(2006)提出的应力场反演方法，使用Martínez-Garzón等(2014)采用MATLAB编写的MSATSI程序，基于震源机制解资料计算精河地震震源区的构造应力场.该应力张量反演方法准则有两个：(1)使每个小区域的构造应力在震源机制节面上的剪应力与断层的滑动方向最为一致；(2)反演的过程中加上一个合理的阻尼使反演的相邻区域的应力张量变化最小.

该程序中，输入的震源机制解在反演之前被分到许多子区(网格)，然后采用阻尼最小二乘反演(Menke, 1989)，同时对网格点的应力张量进行整体平滑.Hardebeck等对不同的数据选取方式作过研究，发现在反演过程中加入最优阻尼系数，可以消除传统应力反演方法中人为因素带来的应力旋转，实现观测值与理论值的最佳符合，最大限度地减少相邻区域之间的应力差异(Hardebeck and Michael, 2006；郭祥云等，2017).因此选取最优的阻尼系数至关重要，可以更好地在反演过程中分配观测值与理论值误差项和模型长度项的相对权重.本文采用MSATSI软件包提供的方法，通过设定一系列的阻尼值，得到应力场反演模型长度与数据拟合，空心旁所标数字是阻尼系数e的取值(图 2)，+字表示所选择的最佳阻尼系数，折中曲线的拐点(本文中e=1)即为最佳阻尼系数.拐点左侧，模型复杂程度提高，反演误差有所改善，但是观测值和理论值匹配度急剧降低；拐点右侧，随着模型的简化，反演误差会急剧增大(Hardebeck and Michael, 2006；王晓山等，2015；郭祥云等，2017；崔华伟等，2017).

图 2 模型长度与数据拟合误差之间的折中曲线图空心圆旁所标数字是阻尼参数e的取值，+字表示所选择的最佳阻尼系数. Figure 2 Trade-off between model length and misfit calculated from the corresponding damping parameters Damping values are indicated beside each point. The selected damping parameter is shown with a cross.

本研究将精河地区以1°×1°网格将研究区域划分为192个应力单元格，每个网格采用的震源机制至少为1个，但程序会采用阻尼最小二乘反演(Menke, 1989)同时得到每个网格点的应力张量并进行平滑，即利用邻近网格节点及其周围一定范围内的多个震源机制解进行应力张量平滑约束.

根据地震双力偶源模型的概念，存在两个可能的断层面：真正的断层面和辅助断层面(Aki and Richards, 1980)，两个节面具有相同的可能性(Martínez-Garzón et al., 2014).这里随机采用其中一个节面进行构造应力场反演，所以采用重采样的方法来对应力场参数的不确定度评估.本研究在95%的置信度下，对全部数据进行5000次的抽样，以确定应力场参数的不确定度.采样的迭代次数对于解的不确定度评价有重要意义，重采样次数过少会导致结果的可信度较低，次数过多又会导致计算量大，计算时间冗长(Martínez-Garzón et al., 2014).Efron和Tibshirani(1986)指出重抽样次数应该是输入数据数量的20倍.本研究采用5000次抽样，远超出Efron和Tibshirani(1986)所给定的值，这就保证了结果的可信度.

经过计算得到最优状态下的三个主轴的应力方向及应力形因子R值(Gephart and Forsyth, 1984):

(1)

其中σ₁、σ₂、σ₃分别表示最大、中间、最小主压应力.R为应力形因子，该参数为相对应力大小.众所周知，完整的应力张量需要三个主应力σ₁、σ₂、σ₃的量值及T、B和P方向.然而确定绝对应力大小是非常困难的(Aki and Richards, 1980; Wan et al., 2006；万永革等，2006).为使问题简化，引入约束σ₁+σ₂+σ₃=0, 即仅考虑偏应力张量(由于改变流体静压强的大小不能改变各断层面上切应力的方向)，并结合应力比定义式(1)(Angelier, 1979, 1984; Gephart and Forsyth, 1984; Michael, 1984; 许忠淮，1985)，就可以将6个独立参数简化成5个独立参数表示.

而R值的意义是：当R值接近于1.0时，表示最小主压应力(σ₃)与中间主应力(σ₂)表现的张应力状态是一致，即中间主应力也表现出一定的拉张成分，处于双轴拉张状态，两轴无法区分；当R值接近于0.5时，最大主压应力轴和最小主压应力轴均确定；当R值接近于0时，表示主压应力(σ₁)与中间主应力(σ₂)表现的压应力状态是一致的，处于双轴压缩状态，两轴无法区分(Guiraud et al., 1989；万永革等，2011；黄骥超和万永革，2015；Wan et al., 2016；李祥等，2016；黄骥超等，2016).

2.2 结果分析

根据上述的反演方法和所设定的参数，采用上述震源机制资料进行应力场反演，得到应力场的最优方向(图 3，表 2).可以看出：西北整个区域应力场压轴方向由西到东呈现出NNW-NS-NNE渐变过程，东南区域应力场的压轴方位较稳定，为NNE向，整个区域应力场的主压应力倾伏角普遍较小，在0.04°~37.89°之间变化，处于近水平的挤压状态.而且可以看出西北整个地区的R值都较大，都大于0.6.东南区域的R值较小.该应力场反演结果与前人的结果也较为一致(谢富仁等，2004；Wan, 2010；李金等，2015).

图 3 应力场反演结果 σ₁表示最大主压应力轴；σ₂表示中间应力轴；σ₃表示最大主张应力轴；红点表示95%置信度下σ₁轴不确定范围；绿点表示95%置信度下σ₂轴不确定范围；蓝点表示95%置信度下σ₃轴不确定范围；黑色实线加号表示最优解；颜色表示反演的应力形因子分布. Figure 3 Results of stress field inversion Axes of maximum compressive, intermediate, and maximum tensional stresses are denoted as σ₁, σ₂ and σ₃, respectively. The 95% confidence intervals of σ₁, σ₂ and σ₃, are plotted in red, green and blue dots, respectively. The black crosses represent the best solutions. Color shows the distribution of the inverted stress shape ratio.

表 2 1°×1°网格划分反演得到的应力场参数 Table 2 Inverted stress field parameters on grid of 1°×1°

分区中心	σ₁轴		σ₂轴		σ₃轴		R值
分区中心	方位角/(°)	倾伏角/(°)	方位角/(°)	倾伏角/(°)	方位角/(°)	倾伏角/(°)	R值
(74, 35)	-141.54 -321.5~38.4	37.89 -52.1~90	32.4 -147.5~212.4	51.96 -38~89.1	126.17 105.6~145.4	2.94 -18.1~39.3	0.06 10~0.55
(74, 37)	-175.32 -194.2~-162.2	1.56 -52.1~56.2	-76.71 -256.3~103.2	79.71 -3~90	94.4 2.8~194.1	10.17 -65.2~89	0.5 0.07~0.97
(74, 38)	2.75 -13.5~14.6	4.2 -45~22.4	-100.95 -280.8~78.7	72.76 -16.9~89.2	94.01 -85.3~273.9	16.68 -72.9~89.9	0.72 0.36~1
(74, 39)	-176.31 -194~-158	3.25 -13.9~45	-77.43 -257.3~102.5	69.83 -20~88.1	92.51 -87.3~272.5	19.89 -70~90	0.84 0.54~0.99
(74, 41)	-5.35 -19.2~6.2	5.05 -45~18.3	89.51 73.1~125.5	43.79 -40.8~81.1	-100.56 -280.5~79.4	45.77 6.6~89.8	0.95 0.55~0.99
(75, 37)	-173.05 -226.6~-142.2	5.28 -20~45	-75.11 -253.2~91.7	56.21 -31.9~88.5	93.47 -86.5~272.2	33.26 -56.7~89.2	0.53 0.11~0.99
(75, 38)	-2.62 -26.4~19.8	12.66 -45~37.1	-123.77 -303.6~56.2	66.53 -20.4~89.6	91.92 -78.8~265.8	19.42 -68.4~88.2	0.55 0.17~0.99
(75, 39)	4.3 -11.6~16.6	9.08 -44.9~22	-92.36 -269.8~-66.8	35.95 -52.6~86.7	106.35 -67.6~285.8	52.56 -35.5~89.6	0.79 0.43~1
(75, 40)	2.08 -9.3~11.9	7.9 0.9~24.1	-109.02 -275.5~-76.2	68.92 -20~86.3	94.89 44.3~261.1	19.41 -69.2~84.6	0.85 0.6~0.99
(75, 41)	-2.94 -11.2~6.3	5.05 -45~16.6	-93.83 -101.1~-76.5	9.96 -67.4~11.1	113.61 -66.3~291.9	78.81 21.1~89.8	0.95 0.56~0.98
(75, 42)	-5.23 -14.9~5.5	5.24 -45~20.6	97.42 75.9~260	67.27 -19.9~85.5	-97.36 -277~82.1	22.05 -55.4~90	0.93 0.5~0.99
(76, 35)	26.84 16.2~36.3	14.28 -41.4~35.2	-133.46 -311~43.5	74.87 52.7~89.5	118.09 105.7~133.6	4.89 -24.9~34.6	0.56 0.2~0.95
(76, 36)	18.24 7.1~29.7	2.77 -44.6~18.1	-79.18 -258.7~100.8	69.44 -19.9~89.3	109.27 -70.3~288.9	20.35 -69.5~89.3	0.67 0.45~1
(76, 38)	7.18 -7~31	4.27 -44.9~18.6	-88.74 -251.4~12.8	54.09 9.2~89.6	100.24 85.3~121.4	35.58 -15.1~80.7	0.59 0.3~0.98
(76, 39)	12.78 -2.9~26.8	6.34 -44.4~29.7	-103.93 -283.3~75.7	76.11 -12.7~89.6	104.17 -60.3~262.2	12.3 -76.7~87.8	0.68 0.27~1
(76, 40)	1.65 -9~8.9	6.68 -0.5~17	-94.43 -264.5~-76.6	42.12 -46.4~77	98.89 79.8~274.2	47.1 -40.6~88.5	0.88 0.58~0.99
(76, 41)	-1.61 -15.9~8.5	3.65 -45~12.4	-92.11 -99.2~-79.3	7.86 -32.6~18.2	113.14 -65.4~292	81.33 57.2~89.7	0.82 0.47~0.84
(76, 42)	171.18 154.2~179.4	0.21 -11.4~45	-98.81 -109.8~-88.6	4.49 -46.7~20.7	78.47 -101.5~258.4	85.5 43~89.9	0.89 0.51~0.95
(76, 44)	165.19 151.1~174.7	3.69 -9~44.7	71.35 64.2~85.9	46.13 -18~46.7	-101.28 -280.6~78.2	43.63 42.9~89.6	0.85 0.49~0.95
(77, 35)	27.38 14.7~36.6	11.97 -43.7~40	-138.35 -318~41.3	77.66 49.1~89.6	118.01 104.5~131.8	2.95 -28.3~38.2	0.49 0.11~0.97
(77, 36)	-162.79 -174.5~-155.3	0.55 -15.9~44.5	-70.82 -250.8~109.1	74.32 -15.3~90	107.06 -72~286.8	15.67 -73.8~89.7	0.68 0.43~1
(77, 38)	5.27 -4.5~21.9	3.23 -44.7~20.2	-92.45 -253.4~84.8	67.24 32.2~89.5	96.61 88~110.6	22.51 -10.3~57.8	0.59 0.28~0.97
(77, 39)	4.67 -8.1~16.5	10.78 -2.8~32.4	-121.19 -275.2~-78.7	72 -15.6~88.8	97.44 47.6~240.5	14.25 -72.6~80.4	0.64 0.39~1
(77, 40)	-3.18 -16.1~7.5	9.23 -0.4~19.5	-93.8 -108.8~-77.6	3.82 -39.7~50.9	153.96 83.2~268	80 38.9~87.6	0.87 0.53~0.98
(77, 41)	177.55 156.9~188.7	0.64 -11.1~45	87.26 73.3~100.2	24.24 -18.3~47.7	-91.02 -270~87.9	65.75 42.3~90	0.77 0.42~0.88
(77, 42)	-10.36 -28.2~0.5	0.11 -45~10.7	79.69 70~91	25.74 -26~34.6	-100.59 -280.4~79.4	64.26 55.1~89.9	0.83 0.44~0.91
(77, 43)	168.96 160.4~179.4	6.82 -4.1~44.8	78.01 71~89.4	7.88 -28.2~32	-60.61 -239.2~117.2	79.55 57.2~89.9	0.92 0.53~0.99
(78, 35)	22.03 0.3~159.1	11.79 -72.6~88.5	-145.86 -325.8~34.1	77.95 -5.2~89.8	112.55 105.2~121.4	2.46 -12~26.7	0.24 0.01~0.68
(78, 36)	-162.73 -327.1~-154.6	22.66 -61.5~84.4	10.67 -166.7~190.2	67.21 -11~89.4	106.29 94.3~117.7	2.35 -17~17	0.32 0.02~0.67
(78, 37)	-165.67 -172.6~-155.9	10.55 -3.7~44.2	-55.19 -233.2~115.2	61.97 -26.3~89.2	99.21 -70.4~131.4	25.64 -63~87.1	0.74 0.52~1
(78, 39)	5.88 -5.7~18.4	5.21 -0.8~15	-91.94 -270.6~-67.8	56.15 -32.5~85.6	99.32 75.9~271.8	33.33 -56~88.5	0.79 0.66~1
(78, 40)	-4.82 -16.6~6.3	5.9 -0.1~14.7	-97.74 -108.3~-84.3	26.24 -27.8~35.3	96.89 83.9~265	63 53.6~87.6	0.82 0.5~0.93
(78, 41)	-4.64 -13.6~4.8	3.15 -45~11.6	86.07 76.9~96.3	12.73 -23.4~33.4	-108.27 -286.8~69.9	76.87 55.9~89.7	0.85 0.55~0.91
(78, 42)	-3.52 -18.3~10.2	1.55 -44.9~12.7	87.93 0~107.8	43.09 -3.1~52.6	-95.17 -267.3~-52.3	46.86 0~89.3	0.79 0.45~0.85
(78, 43)	170.95 163.1~179	1.17 -8.5~44.8	80.17 71.4~89.2	33.74 -20.2~68.1	-97.3 -277.2~82.7	56.24 21.4~90	0.94 0.6~0.97
(78, 44)	167.61 159.6~176.5	0.17 -9.6~44.9	41.55 -110.5~86.7	89.71 -0.2~89.71	-102.39 -199.4~35.6	0.23 -89.7~90	0.94 0.65~0.99
(79, 35)	-165.35 -171.8~-154.6	0.99 -55.5~75	-53.8 -233.7~125.7	87.29 15~90	104.61 98.3~116.3	2.52 -13.6~19.4	0.21 0.02~0.63
(79, 37)	-168.28 -174~-156.9	11.03 -1.6~44.3	-50.62 -90~104.2	67.22 -18.3~90	97.72 -58.2~127.3	19.67 -62.6~84.1	0.72 0.49~1
(79, 39)	1.45 -5.2~12	2.73 -45~11.2	-92.84 -270.4~86.4	57.46 -32.4~85.3	93.19 -86.7~272.8	32.39 -57~89.8	0.85 0.67~0.99
(79, 40)	-10.06 -25~4.8	5.3 -45~13.8	81.13 70.7~94.5	12.59 -25.6~38.1	-122.44 -301.8~52.7	76.31 51.1~89.9	0.89 0.49~0.92
(79, 41)	-10.37 -23.7~2.7	6.06 -45~17	-100.61 -108.4~-87.4	2.28 -21.5~22.5	148.85 -24.8~326.1	83.53 65.7~89.8	0.8 0.4~0.88
(79, 42)	-6.52 -11.5~2.5	3.86 -45~9.2	83.57 78.3~94.6	1.31 -44.7~35.1	-167.74 -347.5~11.7	85.93 54.9~89.9	0.93 0.6~0.96
(80, 35)	-167.42 -171.8~-157.8	7.68 -4.8~44.4	-23.89 -200.1~155.1	80.48 58.6~89.8	101.82 96.6~111.9	5.59 -13.1~23.3	0.4 0.25~0.77
(80, 36)	-168.03 -173.8~-160.8	6.85 -13.6~44.6	-22.54 -202.1~157	81.7 63.4~89.8	101.41 94.5~109.1	4.66 -7~18.7	0.42 0.18~0.66
(80, 41)	-9.39 -19.2~-0.6	5.95 -45~14.6	-103.29 -111.8~-91	33.13 -20~37.3	89.57 -90~263	56.25 1.6~89.1	0.81 0.49~0.88
(80, 42)	-8.06 -15.3~-0.2	7.45 2.2~13.3	-100.52 -105.9~-90.4	18.18 -17.3~24.2	103.29 92.6~242.9	70.25 64.9~87.4	0.86 0.56~0.88
(80, 43)	-8.22 -13.6~-2.5	4.29 -45~10.8	-98.87 -103.7~-92.2	8.56 -19.9~18.6	108.13 -65.2~287.4	80.41 69.3~89.9	0.94 0.64~0.94
(80, 45)	-8.01 -14.3~-2	2.76 -44.9~8.4	82.15 75.2~87.5	3.29 -33.1~26.6	-137.92 -313.3~25.6	85.7 56.6~89.7	0.99 0.71~0.98
(81, 35)	8.26 -37~143.3	8.02 -80.2~88	179.6 0.2~359.5	81.89 -7.6~89.2	-81.91 -91.2~-73.1	1.21 -10.2~16.1	0.27 0~0.41
(81, 39)	3.43 0~10.9	2.34 -44.9~8.5	-89.55 -266.7~-78.2	51.74 -38~87.6	95.27 -84.7~275.2	38.16 -51.8~89.7	0.9 0.75~1
(81, 41)	-5.95 -12.3~2.1	6.63 -0.9~13.9	-99.43 -104.4~-88	27.58 -19~29.2	96.41 -82.1~273.2	61.5 60.6~89.6	0.89 0.59~0.95
(81, 42)	-7.22 -13.1~-0.2	5.76 -44.9~11.7	-100.23 -103.6~-90.4	27.56 -20.7~27.56	93.6 76.1~270	61.74 61.74~89.8	0.9 0.63~0.95
(82, 35)	8.57 -16.2~149.1	13.98 -67.3~87	-173.61 -350.5~5.7	76.01 -11.2~89.3	-81.56 -91.9~-74.6	0.51 -4.1~16.5	0.33 0.01~0.46
(82, 36)	8.46 2.1~17.1	6.51 -44.8~30.4	-174.85 -317.8~-2.6	83.48 59.3~89.8	-81.59 -88.9~-74.7	0.37 -6.7~18.3	0.48 0.15~0.7
(82, 41)	-4.74 -16.5~4.2	4.82 -45~14.4	-98.34 -108.1~-85.9	36.73 -19.3~44.3	91.65 -88.3~270.9	52.85 45.1~89.5	0.86 0.55~0.94
(82, 42)	-5.96 -11.1~2.5	5.15 1.1~12	-100.15 -104.2~-88.2	39.04 -26.7~43.2	90.32 88.1~264.9	50.49 46~88.5	0.93 0.65~0.99
(82, 43)	-6.96 -12.6~0.3	3.57 -44.8~11.7	84.68 77.7~89.9	24.71 -23~29.4	-104.66 -282.9~69.7	65 60.4~89.8	0.99 0.66~0.98
(82, 44)	-7.48 -13.3~-1.6	2.02 -44.9~7.6	86.17 77.2~88.3	60.99 -17.2~60.99	-98.6 -278.1~81.3	28.92 28.92~89.4	0.96 0.68~0.99
(82, 45)	-7 -14.2~-0.7	1.72 -44.9~7.1	86.22 76.6~88.9	61.87 -24.5~61.87	-97.92 -277.9~81.9	28.07 28.07~89.6	0.97 0.74~0.99
(83, 36)	10.82 4.8~17.2	3.89 -44.9~15.3	170.82 -9.1~348.8	85.86 72.3~89.9	-79.28 -85.1~-73.3	1.41 -10.8~14.5	0.53 0.32~0.73
(83, 41)	-1.43 -7.8~6.1	3.36 -45~10.3	-93.54 -118.5~-84.3	32.21 -34.6~43.5	93.87 83.4~273.2	57.58 45.8~89.4	0.9 0.62~0.95
(83, 42)	-5.38 -14.4~4.7	4.2 -45~12.5	-97.92 -105.9~-55.7	31.11 -23~49.1	91.52 -59.4~270.9	58.55 40.8~89.5	0.93 0.59~0.94
(83, 43)	-7.66 -19~0.9	1 -45~11.1	86.59 72.3~263.3	76.76 -13~76.76	-97.89 -277.7~81.7	13.2 -76.4~89.7	0.91 0.63~0.97
(83, 44)	-8.7 -19~-0.4	0.8 -44.8~9.8	83.95 76.8~91.8	59.82 -21.5~59.82	-99.1 --278.2~80.9	-23.9 -64.9~89.9	0.93 0.64~1
(84, 36)	13.43 7.2~19.3	2.62 -44.8~15.5	151.26 -6.3~327.6	86.47 69.4~89.8	-76.67 -83~-72	2.37 -16.7~18.2	0.56 0.35~0.77
(84, 37)	13.86 10.3~19.6	1.53 -44.5~9.4	132.6 -44.2~309.4	86.82 71.6~89.6	-76.21 -79.4~-70.6	2.79 -15.1~17.9	0.66 0.51~0.85
(84, 42)	-1.52 -12.4~9.7	0.29 -45~8.9	88.54 79.7~99.8	11.42 -31.7~52.2	-92.97 -272.8~87	78.57 37.8~89.8	0.96 0.6~0.96
(84, 43)	172.55 158.9~184.5	3.18 -10~45	65.37 -114.2~241.5	79.34 -10~88.2	-96.88 -276.4~82.8	10.17 -79.7~89.8	0.82 0.6~1
(85, 44)	-179.64 -191.9~-168.3	4.74 -6~45	85.96 0~101.2	42.82 -30.2~50.1	-84.58 -264.4~95.4	46.79 39.7~89.9	0.93 0.57~0.96
(86, 35)	18.12 10.7~23.9	0.04 -44.5~14.7	108.67 -71.2~288.5	86.18 72.6~90	-71.88 -76.8~-66.5	3.82 -18.5~15.7	0.45 0.23~0.69
(86, 36)	17.79 5.2~23.8	1.84 -44.9~16.9	127.28 -52.5~307.1	84.5 68.9~89.9	-72.38 -79.7~-67.4	5.18 -18.4~18.6	0.47 0.21~0.75
(86, 37)	17.39 11.9~23.7	1.58 -43.5~11	124.76 103.5~290.3	84.72 61.4~89.1	-72.75 -78.5~-67.1	5.04 -26.8~28.4	0.73 0.57~0.94
(86, 42)	-169.57 -176.2~-156.4	2.9 -5.9~44.8	-79.13 -86~-66	8.59 -41~53.7	81.92 -97.9~261.5	80.93 36.2~89.7	0.79 0.5~0.95
(86, 43)	-170.87 -180.9~-156.8	7.68 -2.2~44.7	-79.97 -101.1~-17.1	6.62 -74.7~79.2	50.36 -97.7~228.1	79.83 6~89.6	0.83 0.47~0.99
(87, 35)	18.55 10.7~24.1	1.12 -44.5~19.6	124.22 -54.8~303.6	85.84 67.7~89.8	-71.52 -79.4~-66.1	4 -21.5~19.4	0.45 0.25~0.72
(87, 36)	-161.72 -168.9~-156.3	0.76 -11.5~44.5	99.53 -80~279.5	85.04 71.9~89.9	-71.65 -77.7~-66	4.9 -18.7~17.5	0.52 0.33~0.73
(87, 37)	-162.16 -168.7~-157.1	0.76 -8.3~44.4	101.86 -76.2~281.5	82.7 65.6~90	-72.06 -78.4~-67.4	7.26 -15.7~24	0.69 0.49~0.89
(87, 42)	-166.66 -176.3~-151.1	4.49 -6.6~44.9	-75.71 -88~-61.1	11.94 -30.3~50.5	83.1 -95.2~263.1	77.23 39.5~89.7	0.72 0.41~0.94
(87, 43)	-168.4 -178.2~-150	9.08 -4.3~44.8	-77.82 -93~-60.2	3.6 -63.7~23.5	33.57 -96.2~153	80.22 26~88.9	0.69 0.38~0.95
(88, 35)	-161.09 -167.3~-155.6	1.44 -14.6~44.3	32.7 -147.2~212.7	88.52 75.3~89.9	-71.08 -77~-65.6	0.35 -19.8~9.7	0.38 0.19~0.55
(88, 38)	-160.89 -168.2~-152.5	1.34 -8.9~44	-13 -192.9~167	88.42 -0.7~89.8	109.09 37.9~208	0.84 -87.4~89.5	0.84 0.62~0.99
(88, 41)	-163.6 -175.6~-147.2	4.18 -8.1~44.9	106.16 94~122.8	3.35 -67.3~82.3	-22.4 -202.2~157.5	84.64 7.6~90	0.73 0.38~0.99
(88, 43)	-168.24 -180.5~-153.8	7.31 -5.1~45	-77.01 -90.8~-63.8	9.56 -26.7~41.2	64.93 -114.6~240.7	77.93 48.6~89.9	0.69 0.34~0.92
(89, 35)	-160.15 -334.1~4.6	8.27 -80.3~89.2	29.66 -150.3~209.6	81.61 -7.1~89.9	-69.95 -77.9~-62.3	1.41 -21.1~10.2	0.2 0~0.41
(89, 36)	-157.71 -171.6~-146.8	5.66 -19.9~44.7	89.07 63.1~169.2	75.9 61.6~80.9	-66.41 -71.1~-59.7	12.87 8~26.1	0.34 0.11~0.58
(89, 38)	-159.67 -166.7~-151	1.17 -12.3~43.9	98.14 -81.8~278.1	84.5 -3.8~90	-69.56 -197.7~-18.3	5.38 -79.1~83.7	0.81 0.6~1
(89, 41)	-160.75 -180.1~-138.7	4.3 -6.9~45	108.86 94.5~132	5.24 -15.8~39.4	-31.61 -211.6~138.6	83.21 50~89.9	0.67 0.28~0.75
注：以上的数值范围为各参数95%置信度的不确定范围.

表 2 1°×1°网格划分反演得到的应力场参数 Table 2 Inverted stress field parameters on grid of 1°×1°

该应力场的反演结果表明，研究区域虽然主压应力方向发生轻微变化，整体还是受印度板块与欧亚板块碰撞所形成的NS向的挤压.在这种挤压背景下，西北地区的主压应力NNW逐渐偏向NNE，呈现一种扇形扩展的主压应力分布，与天山地区山脉的走向较为一致，说明该地区为挤压造山的背景构造应力状态.西北地区的中部较大的应力形因子表明，这里的主张应力值与中间应力值较为接近，致使这里的挤压造山兼有隆升和向东西方向扩展的两种分量，且这两种分量的值相对于主压应力均较小，而西北地区的东部和西部相对较小的应力形因子致使向东西方向的扩展分量较小，主要是物质隆升分量.将两种效应综合起来，中部的隆升相对于西部和东部的隆升分量小.这与乌鲁木齐的地壳应力场状态(万永革，2015)形成鲜明对比，乌鲁木齐市区处于东部和西部天山山脉之间凹陷区，其应力场表现为垂直向的拉张应力为主，受到东西和南北两个方向的挤压可能具有较大的隆升.本研究结果说明天山山脉中部的高R值区域的隆升不如东部和西部明显.研究区域的东南部却与西北部形成强烈的对比，R值多数在0.5以下，并且北部较大，南部略小.这里是青藏高原的柴达木块体的北部(张培震等，2003)，R值从南向北逐渐增大表明青藏高原的挤压隆升分量逐渐缩小，属于青藏高原的挤压应力场向柴达木地块的走滑应力场过渡的区域.

3 库松木契克山前断裂理论震源机制估算 3.1 滑动角估计

万永革等(2008)根据地震断层错动方向与局部应力场在该断层面上作用的剪切应力方向一致的假定，提出了根据已知应力场参数估计给定断层面滑动角方法.我们前面已经得到库松木契克山前断裂参数及地震发生处的应力张量，由此可以计算库松木契克山前断裂的滑动角.

库松木契克山前断裂附近的局部应力张量参数(图 3红色方框内)为：σ₁轴最优解走向为-8.7°，95%置信度的不确定范围为(-19°~-0.4°)，误差为9.3°；σ₁轴倾伏角最优解为0.8°，95%置信度的不确定范围为(-44.8°~9.8°)，误差为27.3°；σ₃轴最优解走向为-99.1°，95%置信度的不确定范围为(-278.2°~80.9°)，误差为1°；σ₃轴倾伏角最优解为23.9°，95%置信度的不确定范围为(-64.9°~89.9°)，误差为32.4°；R值最优解为0.93，95%置信度的不确定范围为(0.64~1)，误差为0.18.这些参数组成了库松木契克山前断裂所在区域局部应力场的应力张量，将该应力张量投影到库松木契克山前断裂的走向和倾角组成的断层面上，可以得到该断层的剪切应力方向.假定剪切应力方向与该断层的滑动方向一致，就可以估计该断层上的理论滑动角.前面已述及地质断层调查资料得到库松木契克山前断裂的走向为110°~120°，此处取该断裂走向中值为115°、倾角中值为50°，误差分别为5°和10°，从而得到的理论滑动角为137.7°，误差为21.3°，证实该断裂在所选用的局部应力的作用下确实具有逆冲兼右旋走滑的性质，与地质调查结果(陈建波等，2007；陈建波，2008)相符.

3.2 震源机制验证

上述估计的库松木契克山前断裂上的可能震源机制需要得到发生在该断裂上的实际震源机制的检验.Kagan(1991)提出衡量两个震源机制的差别可以通过计算两个震源机制空间最小旋转角来评判，其中地震的震源机制采用四元向量表示, 某震源机制通过四元向量围绕旋转极旋转成另一个地震的震源机制，其中最小的旋转角就代表旋转前后两个地震震源机制的差别(万永革，2008；Wan and Sheng, 2009).本研究拟采用上面估算的库松木契克山前断裂上的震源机制与实际发生的震源机制的三维空间旋转角，以此判断该断裂上的力学性质与实际震源机制的差别.

我们只查找到发生在该断裂的2011年10月16日5.0级精河地震和2017年8月9日6.6级精河地震，多家研究机构给出了这两个地震的震源机制.为了验证多家研究机构给出的震源机制与本文所计算的应力场的关系，我们首先将3.1节给出的库松木契克山前断裂所在区域的应力张量投影到各家机构给出的震源机制的走向和倾角上，估计出该节面的理论滑动角，并与所给定的震源机制的滑动角进行比较，结果见表 3(其中分别计算两次地震不同机构给出的震源机制走向和倾角的标准差作为误差，2017年地震走向和倾角误差为7.1°和8.4°；2011年地震走向和倾角误差为5°和2.5°).从力学特性来看，采用我们所给出的应力场估算的断层滑动角与实际地震震源机制的滑动角的最大差值为18°，最小差值为0°，均在误差范围之内.这说明，采用本研究反演的应力张量所估计该断裂上的各机构给出的震源机制的滑动角，与相应的实测震源机制的滑动角在误差范围内是一致的，反映了我们所给出的应力参数的正确性.

表 3 两次精河地震震源机制解与本研究根据其节面估计滑动角差别及与库松木契克山前断裂的理论震源机制的三维空间旋转角 Table 3 Focal mechanism solutions of two Jinghe earthquakes and the estimated differences of the slip angle based on their fault planes, and the three-dimensional rotation angle between theoretical focal mechanism of the Kusongmuxieke mountain front fault and that occur on it

地震	节面Ⅰ			理论滑动角 (°)	差值 (°)	误差 (°)	空间最小旋转角 (°)	震源机制解来源
地震	走向 (°)	倾角 (°)	滑动角 (°)	理论滑动角 (°)	差值 (°)	误差 (°)	空间最小旋转角 (°)	震源机制解来源
2017年8月9日精河地震	76	44	80	80.0	0.0	15.8	40.9	中国地震台网中心
	94	50	103	108.7	5.7	14.8	25.9	GCMT
	96	46	99	110.0	11.0	13.8	29.2	中国地震局地球物理研究所
	85	46	85	93.5	8.5	13.2	38.7	中国地震局地震预测研究所大震应急组
	87	67	86	104.0	18.0	23.3	46.0	新疆维吾尔族自治区地震台网中心
2011年10月16日精河地震	102	46	123	118.5	4.5	13.1	11.7	GCMT
2011年10月16日精河地震	92	41	105	102	3	9.6	24.3	陈建波等(2012)
注：理论滑动角为区域应力张量投影到各家机构给出的震源机制的走向和倾角上估算的结果；差值为理论滑动角和震源机制滑动角的差值；误差为根据上述参数由数值方法求得(万永革等，2008).

我们还将计算各个机构给出的震源机制与所估计的库松木契克山前断裂的理论震源机制的三维空间旋转角(表 3).其中2011年精河地震震源机制的三维空间旋转角的最小值为11.7°，小于给定的理论震源机制滑动角的误差范围.2017年精河地震的三维空间旋转角的最小值为25.9°，略大于所给出的该断裂上理论滑动角的误差范围.说明我们估计的理论震源机制基本能反映该断裂上地震的震源机制.两个地震中与库松木契克山前断裂的理论震源机制的三维空间旋转角最小的均为GCMT给出的结果.这反映了GCMT采用远震体波、长周期地幔波等并使用方位和区域覆盖较好全球地震波记录的正确性，而采用单一震相资料给出的震源机制具有一定的局限性，说明采用资料、方法等不一致会导致震源机制测定的结果有某些系统性的偏差.

4 结论与讨论

本研究从GCMT目录中获得了精河地区及其周边区域的震源机制解资料，并根据所得震源机制解对震源区应力场进行了反演，研究结果表明该西北区域的应力场的最大主压应力σ₁轴的方位从西到东呈现出NNW-NS-NNE的渐变过程，东南区域的最大主压应力σ₁轴的方位较为稳定，表现为NNE向，而且倾角都较小；最大主张应力σ₃轴倾角都相对较大, 显示出区域应力场主要受近NS向水平挤压作用.本结果跟Wan(2010)基于中国地壳应力数据库及全球矩心矩张量目录(GCMT)给出的中国现代构造应力场结果和李金(2015)基于震源机制解反演的天山地震带应力张量结果基本一致；西北区域结果与高国英(2010)在北天山西段应力场和前人(李莹甄，2011；龙海英，2008；张红艳，2006)在乌鲁木齐地区应力场研究基本一致；伽师地区与周仕勇等(2001)研究一致.但与许忠淮等(许忠淮等, 1989; Xu et al., 1992)利用多个小地震的P波初动方向数据推断了新疆部分地区主应力轴的方向略有差异，主要表现为该结果在西部的主压应力轴表现为NNW，可能是当时许忠淮等划分反演分区相对较大，早期的地震资料不够丰富所致.

虽然我们推测的研究西北区域中部的隆升不如东部和西部强烈，但需要注意的是，这种结论是假定挤压运动分量一致的情况下得到的结论.对于挤压运动分量较小的区域，由于应力场反演模型假设应力张量矩阵的迹为零，导致分解到隆升分量和东西向扩展方向的也应该较小；反之如果挤压运动分量较大，导致分解到隆升分量和东西向扩展方向的也相应增大.但究竟研究区域的挤压运动分量有多大，中部区域和东部及西部的挤压运动分量有多大差别，这方面的研究已超出了本文的讨论范围，需要依靠GPS资料、深部地球物理背景及地质观测等进行进一步验证.

本研究的数据量虽然相对较少，但是借助MSATSI程序的阻尼最小二乘方法反演应力场依然可以得到相对可靠的结果，且前面也对局部应力场的正确性进行了验证.如果有大量可靠的小震震源机制解，反演的应力场将更具有效性，这也是我们下一步的研究目标.

本研究基于万永革等(2008)给出的方法，利用局部应力场参数，进一步确定了库松木契克山前断裂的理论滑动角，结果表明该断裂确实具有右旋走滑和逆冲的性质，且通过计算各机构给出该断裂震源机制的理论滑动角，验证了本研究应力场参数的准确性.通过比较计算不同机构给出的震源机制解对库松木契克山前断裂理论震源机制的三维空间旋转角，说明我们估计的理论震源机制基本能反映该断裂上地震的震源机制.这为该地震孕震背景的动力学解释提供了基础.

致谢防灾科技学院盛书中副教授及审稿人对本文提出了建设性意见，本文图件是采用Generic Mapping Tools软件(Wessel and Smith, 1995)绘制的.

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地球物理学报 2019, Vol. 62 Issue (4): 1336-1348	PDF