中国地震台网(CSN)测得:2003 年4 月17 日00:48:37.7(文中发震时刻均为国际时)，在青海省德令哈市怀头他拉乡西北部高山区发生了震级为6.7级地震，震中位置为37.56°N，96.52°E，其后发生了一系列余震，持续约3个月，最大余震震级4.8.

这次地震发生在青藏高原东北缘的祁连断褶带的南部，地震区是个位于柴达木北缘断裂(含锡铁山断裂、阿木尼克山断裂等)与宗务隆山断裂之间的怀头他拉第三、第四纪背斜褶皱区^[1](图 1c).

图 1

Fig. 1

图 1 研究德令哈地震使用的地震台站及地震区的构造背景 (a)流动数字地震台(A)(b)使用的国家数字地震台网的台站(□)；(〇)构造背景⑴及地震. Fig. 1 Seismic stations used (a·b) and Delingha earthquakes with tectonic background (c)

地震序列较孤立地震事件携带的震源体及地下构造信息更为丰富，地震序列的时空变化图像含有震源破裂基本过程的信息，也可用来研究震源区的发震构造特征.主震震级较高的地震序列发生后，根据震源参数的变化特征，结合地质或其它地球物理资料研究地震的发震构造，一直是研究者关注的科学问题之一^[2-5].本文通过对德令哈地震序列震源机制解及其特征的研究，参考重新定位后的德令哈地震序列的空间展布状态、哈佛大学测得的主要地震的震源机制解结果、以及震源区地质构造背景分析，以望获得关于德令哈地震序列发震构造的认识，并探讨该地震序列活动所反映的青藏高原东北部现今构造运动特点.

本文作者曾利用中国国土资源部科研专项(20010201)布设在青藏高原东北祁连山周边的8个宽频带流动数字地震台站(图 1a)，以及国家数字地震台网中28个台站(图 1b)的宽频带地震记录，根据直达体波到时，用双差地震定位法^[6]，对德令哈地震序列的主震和截止至2003年10月25日的M2.4以上的95次余震进行了重新定位.定位后的地震震中沿NWW-SEE 方向呈线性展布(图 1c，图 7)，余震区长约22km, 宽约9km；余震震源深度为4~22km^[7].

图 7

Fig. 7

图 7 德令哈地震3级以上余震震中分布(a)和深度分布图(b) 虚线示意推断的可能断层面. Fig. 7 Epicenters of M≥3.0 Delingha aftershocks (a) and their depth distribution along A-A； profile (b)

本文基于德令哈地震的重新定位结果，利用图 1所示台站的波形记录，采用功能较强的地震分析软件geotool^[8]，将三分向波形图旋转到R-T-Z(径向-横向-垂向)方向，读取了能清晰看出的P 波、SV波和SH 波的初动方向及初至双振幅数据.在选定的坐标系中，我们遵从Snoke方法对SV 波和SH波初动方向的专门规定读取了其正、负方向.Snoke方法^[9-10]利用双力偶点源模型，采用3个独立震源机制参数的网格尝试法，计算一系列直达P 波、SV 波和SH 波的初动方向以及SV/P、SH/P或SV/SH 振幅比的理论值，将其与实际观测值对比，求取满足小于设定的矛盾数据上限的震源机制解，选择其中矛盾符号数最少和振幅比残差最小的机制解作为最佳解.

为试验方法的有效性，本文作者曾利用上述台站(图 1)记录到的近震体波波形资料，应用Snoke方法测定了德令哈地震序列主震和3 个不同震级(4.8、3.9 和2.6)余震的震源机制解^[11].对这几个震例用Snoke方法测定震源机制解的结果与仅用P波初动方向数据测定结果的对比表明，Snoke方法在P波初动方向数据基础上加入SH 波、SV 波初动方向和SV/P、SH/P 或SV/SH 振幅比数据后，能使震源机制解得到更有效的约束，提高了解答的可信度.

本文共测得德令哈地震主震和截止至2003 年4月22日M2.4以上的47个余震的共48个震源机制解，结果列于表 1，并用下半球等面积投影绘于图 2.作为解答质量的参考量度之一，在表 1中还列出了各个解答的矛盾符号比和振幅比残差.振幅比残差是各台站的振幅比对数(以10为底)的观测值与计算值之差的RMS值.用Snoke程序要预先规定对数振幅比残差的上限值(通常取为0.60)，超过上限的振幅比值将被舍弃，并作为求矛盾符号比时的矛盾数据(errorratio).矛盾符号比是P、SV 和SH 波初动方向和振幅比的总矛盾数与全部数据数的比值.测定每个解所用的台站数均为8个以上.表 1所列的矛盾符号比绝大多数低于20%，说明所得解答是可接受的.

表 1(Table 1)

表 1 德令哈地震序列主余震震源机制解测定结果(单位:°) Table 1 Focal mechanism solutions of the Delinha mainshock and aftershocks (unit: °)

表 1 德令哈地震序列主余震震源机制解测定结果(单位:°) Table 1 Focal mechanism solutions of the Delinha mainshock and aftershocks (unit: °)

图 2

Fig. 2

图 2 德令哈地震序列48个地震的震源机制解测定结果 黑点表示挤压P波初动方向，空黑圈表示拉伸P波初动方向；红点表示有SH 或SV 波初动方向、或有(SV/P)、(SH/P)振幅比读数的点，数字标记地震编号(表 1). Fig. 2 Focal mechanism solutions of 48 Delingha earthquakes obtained from jointly inverting polarity data of P，SV and SH and amplitude ratio data of (SV/P) or (SH/P) Dots: black means compressive P，hollow denotes dilatant P，and red stands for use of other readings of polarity or amplitude ratio.Numerals mark earthquake number as in Table 1.

用格点尝试法求震源机制解时，当数据在震源球面上的分布不好时，可能会出现多解性.俞春泉等^[12]曾用聚类分析和核查关键数据的方法处理了多解问题.由于Snoke方法涉及数据类型和可调参数更多，一时难作类似分析.本文在求解时，只要出现多个解簇，这种解一律不取.

从表 1和图 2可知，用P 波和S波初动方向及振幅比数据测定的主震(1号地震)的震源机制解结果与哈佛大学用长周期地震波形资料测定的震源机制解(见表 2中1号地震)几乎完全一致.该结果说明主震是NWW-SEE 走向的逆断层活动.图 3给出青藏高原及周边地区M≥5地震的震源机制解分布图(引自文献^[13]).由图可见，青藏高原东北部在祁连山和昆仑山之间是一个大型的陆内挤压带，在此带内多数地震的震源机制解都表现为是NWW-SEE 走向的逆断层活动.2003年德令哈地震的逆断层机制与青藏高原东北缘挤压带内多数其它地震的机制特征是一致的，即这次逆断层地震又为这个挤压带的现代挤压、抬升活动提供了一个新的证据.

表 2(Table 2)

表 2 美国哈佛大学(HRV)测得的震源机制解(单位:°) Table 2 Harvard focal mechanismsouions of 7 Delingha eathquakes (unit:｡)

表 2 美国哈佛大学(HRV)测得的震源机制解(单位:°) Table 2 Harvard focal mechanismsouions of 7 Delingha eathquakes (unit:｡)

图 3

Fig. 3

图 3 青藏高原及周边M≥5地震的震源机制解分布 图中五星表示德令哈地震的位置(引自文献[13]) Fig. 3 Focal mechanism solutions of M≥5 earthquakes in and around Qinghai-Xizang plateau[13].

从表 1和图 2可见，除21和25号两个余震是近似正断层型机制外，其余45 个地震基本皆是沿NWW -SEE走向的断层发生的逆断层错动.图 4a统计了这45个余震的震源机制解A、B 两节面的走向分布，可看出优势走向方向为NWW-SEE，这与主震节面的走向是一致的.图 4b给出45 个余震的两节面的倾角分布，向NNE 倾的节面A 的优势倾角约为31°，向SSW 倾的节面B 的优势倾角约为59°.即多数余震的节面倾角分别与主震的低倾角(30°)和高倾角(60°)是一致的.图 4说明，多数余震与主震有类似的逆断层震源机制解.

图 4

Fig. 4

图 4 震源机制解节面A 和节面B的走向(a)和倾角(b)分布半径上的数字表示地震数目. Fig. 4 Statistics of the strikes (a) and dips (b) of nodal plane A and B of focal mechanism solutions

图 6a在德令哈附近地区的构造底图上绘出了主震和47个余震的震源机制解.

图 6

Fig. 6

图 6 德令哈地震序列主震和一期余震的震源机制解(a)与主震和二期余震的震源机制解(b) Fig. 6 Focal mechanism solutions of first phase aftershocks (a) and second phase aftershocks (b) of the Delingha earthquake sequence

2003年4 月17 日发生了6.7 级主震后，开始余震的频度和强度衰减较快，主震后约3个月，初期余震活动基本平息，随后震源区平静了4个多月(图 5).但到了2003年12月，震源区的东侧又开始活动起来，并于2004年上半年出现第二期地震活动，后来到2005年5月才平静下来(图 5).经查中国地震台网地震目录，2005年5月后直至2008年底，在震源区范围内一直没有记录到2.5级以上的地震.

图 5

Fig. 5

图 5 德令哈地震序列两期活动M-t图 Fig. 5 M-t plot showing two phase activity of the Delingha earthquake sequence

在两期地震活动中，我们查得美国哈佛大学测定的2003年4月6.7 级主震和二期活动中6 次较大地震的震源机制解，数据和相应震源机制投影图列在表 2中.将哈佛大学的7 次地震的震源机制按其测定的位置绘在构造底图上，如图 6b.从表 2 和图 6b可看出，除主震外，其余6 次较大地震的震源机制解是逆断层型和走滑断层型的都有，并且3 个机制一致性较好的走滑型地震发生在震源区的东侧.

为分析主震和多数余震的震源机制中哪个节面更可能是断层面，本文根据文献^[7]的地震定位结果，选出并绘出一期余震中3 级以上地震的地表分布(图 7a)和沿A-A'剖面的深度分布(图 7b).由图 7可见，平面震中除有沿NWW-SEE 走向分布的趋势外，还有向NNE 鼓出的趋势.在深度剖面分布图上较深部的地震粗略显示出向NNE 倾斜的趋势.震源分布的这种特征说明，主震和一期余震的主体断层可能是以低角度向NNE 倾的逆断层.

由于定位时使用台站的台距皆较大(图 1a，最近的德令哈台震中距约50km)，因而定位精度有限.根据此定位结果还难以用几何面拟合的方法^[14]反演断层产状.本文由地震空间分布对断层面的推断仅是一种可能性.

据文献^[15]和^[16]的结果，德令哈附近地区现今构造应力场的最大主压应力为NNE-SSW 的水平方向，最小主压应力是直立的，这是逆断层型应力状态.

考虑到一般情况下，断层破裂面易取与最大主压应力方向夹角较小的平面^[17]，因而向NNE 倾斜的、倾角约30°的节面(图 4)更可能是这次逆断层地震的断层面.这一推断与由地震空间分布特征推断的结果是一致的.

有少数余震的机制，如表 1和图 2中的21号和25号地震，显示出可能是近南北走向的正断层的活动.尽管有限数据对这两个震源机制解的约束不算强，但它们提出了一种可能性，即在总体逆断层活动中，也可能出现个别断层走向与挤压力方向一致的正断层活动.例如，一个具体可能机制是在主断层破裂带的中央部位逆冲量最大，在两侧逐渐降为零，逆冲上盘的前缘形成弧状变形带，在弧顶位置易形成张性作用.上述2个正断层地震中，较大(M4.1)的21号地震正好在破裂带的中间位置，可能说明是弧顶的张性作用所致.

基于本文的分析结果，图 8给出了2003年德令哈两期地震活动的地震断层错动的可能模型:主震和一期余震是NWW-SEE 走向的逆断层错动的结果，更可能是北边的上盘沿低倾角断层面向南仰冲；个别余震是近逆冲弧顶处走向接近最大挤压应力方向的张性正断层活动；在逆断层的东侧，在NNE-SSW 挤压作用下，同时发生了走滑断层活动.

图 8

Fig. 8

图 8 德令哈地震序列的断层错动模型 Fig. 8 A faulting model for the Delingha earthquake sequence

虢顺民等^[18]在论述青藏高原东北缘的晚第四纪块体划分时，指出包含德令哈地区的东北缘区域内，第四纪活动断裂主要有北西西、北北西两组，其次是北东、北东东、东西和近南北向四组.图 8 模型中的断裂有可能是上述的北西西和近北南(或近东西)向断裂在现代NNE-SSW 挤压作用下活动的结果.

(1) 2003年4 月17 日德令哈6.7 级地震及其多数一期余震的震源机制解显示出较好的一致性，主震和45个2.4级以上余震的震源机制解的二组节面优势走向均沿NWW-SEE 方向，与余震序列的震中展布方向一致.这说明，这次地震序列的大部分地震都是在NWW-SEE 走向逆断层上的活动.

(2) 德令哈地震的主要破裂面可能是向NNE倾的低倾角的逆断层.个别正断层余震可能是震源区挤压变形弧顶区附近发生的局部张性破裂.

(3) 2004年在震源区东侧发生的二期地震活动中，较大地震显示有逆断层与走滑断层两种机制，并且走滑断层地震偏在东侧.说明德令哈地区在NNE-SSW 挤压作用下逆断层和走滑断层的地震都可能发生.

(4) 青藏高原东北缘祁连山与昆仑山之间是一个宽阔的陆内挤压带，该带内的现代地震以逆断层活动为主.德令哈地震正是发生在挤压带内的逆断层地震之一，这是青藏高原东北缘继续处于挤压隆升活动之中的一个表现.青藏高原东北部这一继承性新构造运动是德令哈地震序列的发震原因.

感谢审稿人提出的宝贵意见!