0 引言

北京时间2015年7月3日09时07分45.9秒，新疆和田地区皮山县（78.15°E，37.54°N）发生M_S 6.5地震，随后一段时间内发生一系列大小不等的余震，且频度逐步减少。据中国地震台网编目数据库统计，截至2015年9月30日，记录到皮山地震序列地震1 900多个，达到地震速报报送标准的（M_S 3.0以上）地震多达104个，其中M_S 3.5以上地震24个。余震频繁发生，给皮山地区抗震救灾及灾害评估带来一定难度。

皮山县地势总体西南高、东北低，此次皮山M_S 6.5地震震中位于皮山县西部，昆仑山与塔克拉玛干沙漠的过渡地带，隐伏断层较多，地质构造较为复杂。研究皮山M_S 6.5地震及余震序列的震源机制解，可为判定该地区地震成因、断层运动方式提供有力依据，为防震减灾、应急救援、抗震救灾决策提供数据依据。

1 反演方法选取

目前，国内求解震源机制解且运用比较成熟的方法主要有初动符号方法、P波和S波的最大振幅比方法、CAP方法等。初动符号方法需要地震台站分布在震中的不同方位，且无法得到地震的震源深度、震级方面的参数（张项等，2010）；P波和S波的最大振幅比方法的缺点是，震中距比较远的地震台P、S震相较弱，震相识别有一定难度；CAP方法一般使用近震的震相数据（Pg或Pn），信噪比较高，对台站的数量和方位角要求较低，反演结果对地壳速度结构模型的依赖相对较小，能够搜索出最佳深度和震源机制解，并给出地震矩震级（郑勇等，2009；吕坚等，2011；谢祖军等，2012；冉慧敏等，2014；李艳永等，2016a；李艳永等，2018；李艳永等，2019）。

基于上述反演方法的特点，采用CAP方法，选择2015年7月3日皮山M_S 6.5地震，并挑选出18个M_S3.5以上余震序列进行震源机制解反演。这是因为：①主震的面波和尾波持续时间较长，在此时段内发生的M_S 3.5余震序列震相淹没在主震波形里，初至震相无法清楚识别，难以得到满意的反演结果，计算的震源机制解不可靠；②M_S 3.5以下余震序列，初至震相较弱，无法得到反演结果或反演结果不可靠；③台站间的最大张角和台站方位角的分布影响着台站分布质量，若台站分布质量小于0.35，表明台站分布质量较好，则台站记录的地震参与反演计算；反之，台站分布质量较差，此地震不参与反演计算。

CAP方法（Zhao et al，1994；Zhu et al，1996）最初由赫尔姆伯格于1994年提出，后经朱露培、赫尔姆伯格进一步发展，于1996年命名为CAP方法。CAP方法的主要原理为：假设理论合成位移由任意一个双力偶产生，表达式如下

$ s\left(t \right) = {M_0}\sum\limits_{i = 1}^3 {{A_i}\left({\theta - {\phi _{\rm{s}}}, \delta, \lambda } \right)} {G_i}\left(t \right) $

(1)

式中，i = 1，2，3时分别表示垂直走滑、垂直倾滑和45°倾滑3种断层类型；M₀、A_i、θ、G_i分别表示标量地震矩、震源辐射花样系数、台站方位角和格林函数；ϕ_s、δ、λ表示震源机制解的走向、倾角、滑动角。

在反演过程中，若观测地震位移u(t)和合成地震位移s(t)一致，表达式如下

$ u\left(t \right) = s\left(t \right) $

(2)

设定目标函数e来衡量u与s的差异，公式如下

$ e = \left\| {{{\left({\frac{r}{{{r_0}}}} \right)}^p}} \right\| \cdot \left\| {u - s} \right\| $

(3)

式中，r为震中距；r₀为参考震中距；p为地震波形受几何扩散因子影响的指数因子，假设体波和面波均有几何扩散，则有：体波p = 1，面波p = 0.5。

2 资料选取

2015年7月3日新疆皮山发生M_S 6.5地震，选用新疆测震台网震中距400 km范围内7个地震台站的宽频带地震波形资料（震相数据来源于中国地震台网中心编目数据库，并结合使用新疆测震台网记录的原始地震波形数据），选取Crust2.0地壳速度结构模型（表 1），采用CAP方法，反演震源机制解。地震台站分布及相关参数见图 1、表 2。

由图 1可知，皮山M_S 6.5地震震中北部和西部地区地震台站分布比较均衡，但震中东部和南部台站分布较少，最大孔隙角达到124.4°，主要原因如下：皮山M_S 6.5地震震中地处地震监测能力较弱地区，震中东部紧邻塔克拉玛干沙漠，南部为昆仑山脉，环境恶劣，交通不便，台站架设困难，不利于开展台站维护工作，不能保障地震台站数据的正常传输。

3 发震构造与震源机制解 3.1 发震构造

郭寅（2016）、吴传勇（2017）认为，M_S 6.5地震震区位于西昆仑山地隆起区与塔里木盆地过渡地带，新构造运动以来，西昆仑山随着帕米尔的隆升，塔里木盆地持续下降。西昆仑山前分布多条活动断裂，在塔里木盆地边缘地带分布有泽普隐伏断裂、皮山东南隐伏断裂，微观震中位于泽普断裂附近，是典型的褶皱地震。泽普断裂属晚更新世断裂，断层长度215 km，NW走向，为逆冲断裂。

张广伟（2016）利用gCAP方法获取皮山M_S 6.5主震震源机制解，且利用双差定位法，给出余震序列空间分布特征，认为该地震发震断裂为泽普断裂，为逆冲型地震，并反演得到主震最佳质心深度为12 km，矩震级为M_W 6.4；地震定位结果显示，主震初始破裂深度为17.3 km，余震序列重定位结果表明，余震沿NWW方向单侧扩展，展布长度约50 km，震源优势分布在0—25 km深度，且在主震处及余震序列的NWW尾端，震源深度较深，而余震序列中间段震源较浅，表明了断层面破裂的不均匀性。深度剖面显示，断层面向SW倾斜，表现为铲形逆冲断层特征，且断层面倾角沿余震扩展的NWW向呈现逐渐增大趋势。

3.2 震源机制解 3.2.1 主震震源机制解

利用SEIS-CAP震源机制解反演软件，计算得到新疆皮山M_S 6.5地震震源机制解，其中：节面Ⅰ走向136°，倾角34°，滑动角94°；节面Ⅱ走向311°，倾角56°，滑动角87°。反演得到最佳震源深度为21.3 km，深度误差为0.4 km，属浅源地震类型；矩震级为M_W 6.3。

为验证震源机制解的可靠性，将参与此次地震波形反演的7个地震台站35个分向（每个台站5个分向，即体波垂向、体波径向、面波垂向、面波径向、面波切向）的理论波形与实际波形进行对比，结果见图 2（图中黑色曲线为实际波形，红色曲线为理论波形），可知：35个分向的理论波形和实际波形拟合相关系数平均值为0.74，其中33个分向的拟合相关系数大于0.5，反演拟合误差为9.05×10^-1，说明理论波形与实际波形反演结果较好，所获得的震源机制解信息较为可靠。

新疆区域地形地貌、地质构造复杂（李艳永等，2016b），根据“全国区域一维速度模型建设及推广使用”项目中产出的2015新疆模型（3400走时表的优化和改进），使用PTD方法和HypoSat方法，重新对皮山M_S 6.5地震深度进行测定，结果显示，2种方法测定的震源深度分别为21.6 km和20.8 km（赵石柱，2017），与本研究所得震源深度21.3 km相差不大，表明本研究测定结果准确、可靠。

为进一步验证皮山M_S 6.5地震震源机制解和震源深度的可靠性，搜集国内外著名研究机构给出的震源参数进行对比，结果见图 3、表 3。

由图 3、表 3可见：本研究与其他机构给出的震源机制解参数较为接近，震源深度与中国地震台网中心和中国地震局地球物理研究所给出的结果较为接近。

3.2.2 余震震源机制解

余震序列的震源机制也能阐述断层在破裂过程中应力变化的动态图像，为地震孕育过程的条件和环境提供重要依据（郭祥云，2010）。选取反演结果较好的18个M_S 3.5以上余震序列的震源机制解（表 4），与主震震源机制解进行对比，结合震源区地质构造及余震序列展布，判定节面Ⅰ为真实断层面（图 4）。

由表 4可知：17个余震属于逆断类型，1个属于正断类型，无走滑型地震，说明大部分余震序列的运动类型与主震一致，而1次正断型地震可能是余震发生过程中震源区应力稍作调整的反映；震源深度在10—20 km的余震有16个，其余2个余震深度不超过30 km，均属于浅源地震，与主震深度类型一致。

由图 4可知：①节面Ⅰ走向分布相对集中在110°—170°，断层总体走向SE；②节面Ⅰ倾角优势分布在20°—40°，说明余震序列发生在较缓的断层面上；③节面Ⅰ滑动角主要分布在70°—120°，可见余震序列的运动类型表现为逆倾滑型。

4 结论与讨论

综上所述，可以得出以下结论。

（1）2015年7月3日皮山M_S6.5地震位于昆仑山区与塔里木盆地过渡地带，发震构造为泽普断裂，与张广伟（2016）、郭寅（2016）得到的结论一致。

（2）使用CAP方法反演得到皮山M_S 6.5地震震源机制解，其中：节面Ⅰ走向136°，倾角34°，滑动角94°；节面Ⅱ走向311°，倾角56°，滑动角87°；最佳震源深度21.3 km，矩震级M_W 6.3。结合震源区地质构造及余震序列展布，判定节面Ⅰ为真实断层面。

（3）皮山M_S 6.5地震余震序列走向主要聚集在110°—170°，断层总体走向SE；倾角以20°—40°居多，说明此断层面倾角较平缓；滑动角以70°—120°居多，说明断层以逆倾滑动为主。

（4）此次地震理论波形与实际波形拟合较好（相关系数平均值为0.73），且与国内外著名研究机构给出的震源机制解参数一致，说明本研究给出的震源机制解比较准确、可靠。

（5）在参与反演的18个余震序列震源机制解中，17个余震表现为逆冲型，与主震运动方式一致，说明发震断层运动方式比较单一，受主震震源应力场影响较大，未发现距主震较远的余震震源机制发生变化的特点，与李金等（2016）给出的结论稍有不同。

在地震台站少或分布不均衡条件下，使用SEIS-CAP震源机制解反演软件也能得到较好震源机制解反演结果。该软件将扣除仪器响应、滤波、波形旋转等步骤进行集成处理，使得震源机制解计算时间大幅缩短，对于在新疆偏远地区发生的M_S 5以上地震，可以快速产出震源机制解，为启动应急预案提供及时、可靠的资料。

本研究所用的SEIS-CAP震源机制解反演软件由中国地震局地震预测研究所崔仁胜、陈阳、赵翠萍等团队提供，在此表示诚挚的谢意。