新疆伽师地区地壳三维速度结构及中强震震源机制揭示的区域孕震环境

Regional Seismogenic Environment Revealed by the 3D Crustal Velocity Structure and Focal Mechanism of Moderate and Strong Earthquakes in Jiashi Area, Xinjiang, China

摘要

为了详细探讨伽师震区上地壳精细速度结构与地震活动的关系，基于新疆数字地震台网提供的震相观测报告和宽频带波形数据，使用双差层析成像方法获得了伽师地区（76.5°E~78.0°E，39.3°N~40.3°N）2009年以来地震精定位结果和较高分辨率的三维V _P、V _S和V _P/V _S结构，并分析了2020年伽师M _S6.4地震序列中M _S≥5.0地震的全矩张量解，综合研究区域内地震时空分布特征、震源机制和速度结构等信息，探讨伽师震源区发震构造及孕震环境. 结果表明，研究区重定位后的地震分布与已知断裂相关性差. 2020年伽师M _S6.4地震序列呈NNW和近EW向2个优势方向分布，其余震在震后48 h内主要在距主震约20 km处近EW向的奥兹格尔他乌断裂上及其附近展布；序列中4次中强地震全矩张量解显示出具有明显的非双力偶成分，均为体积缩小的压性破裂；伽师地区地壳速度结构存在明显的不均匀性：2020年伽师M _S6.4地震震中位于P波高速体内、S波高速体边缘及低波速比区域，且在中下地壳存在大范围的S波低速异常. 结合周边地质构造及前人研究结果，我们认为，2020年M _S6.4主震的发震构造为柯坪塔格推覆体中的近EW向隐伏逆断裂，与其共轭的NNW向隐伏断裂也参与了整个伽师M _S6.4地震序列的发震过程. 伽师地区强震频发是塔里木盆地向南天山持续俯冲挤压，触发推覆构造和盆山交界处若干隐伏断裂活动的构造运动结果，速度结构所揭示的介质横向不均匀性也造成震源破裂机制的多样性.

关键词

伽师地区 / 地震定位 / 速度结构 / 全矩张量 / 孕震环境

Key words

Jiashi region / earthquake location / velocity structure / full moment tensor solution / seismogenic environment

0 引言

2020年1月19日21时27分，新疆伽师发生M _S6.4地震（77.21°E，39.83°N，震源深度16 km）（图1，表1）. 此次地震是自2003年以来在该地区发生的一次最强烈地震. 伽师M _S6.4主震发生后，震中附近发生多次余震活动，最大一次余震为当日22时23分，在主震震中区域NE侧（77.36°E，39.89°N）发生M _S5.2地震. 此外，这次地震是一次有明显前震的前主余型地震序列，2020年1月18日在主震震中南侧附近（77.18°E，39.83°N）发生一次强烈的M _S5.4前震. 从区域构造上来看，伽师M _S6.4地震发生在塔里木盆地北缘、天山造山带和帕米尔构造弧交界地区，属于盆地与造山带的结合部位，地震活动比较显著.

伽师震区（76.5°E~78°E，39.3°N~40.3°N）位于印度板块和亚欧板块碰撞前沿地带，地质构造背景极其复杂. 该区域发育着多条断裂（图1），如柯坪断裂（F1）、奥兹格尔他乌断裂（F2）、皮羌断裂（F3）、阿图什背斜北翼断裂（F4）、伽师隐伏断裂（F5）和巴什托普断裂（F6）等. 其中距离伽师M _S6.4地震最近的两条断裂分别是近EW走向的柯坪塔格断裂和奥兹格尔他乌断裂（https://www.eq-igl.ac.cn），这两条断裂均具有典型的逆断层性质. 南侧的柯坪塔格断裂总体北倾，倾角40°~60°，呈上陡下缓铲式分布，运动方式以逆断为主兼具左旋走滑特征；北侧的奥兹格尔他乌断裂倾向为N，倾角约35°带有逆冲性质断裂（闵伟等，2006；宋方敏等，2007）.

1996年以来，曾发生多次显著中强地震活动. 发生的强震有：1996年阿图什M _S6.9地震，1997—1998年伽师强震群（不到两年时间内，伽师附近发生10次M _S≥6.0地震），2003年巴楚-伽师M _S6.8地震，2020年伽师M _S6.4地震等（图1）.

由于伽师震区复杂的地质构造背景、频繁的强震活动以及较高的强震危险性，该地区成为地震学家广泛关注和研究的重点地区之一，围绕着该区域地震孕育、发生和致灾机理等方面取得了一系列重大进展和重要研究成果. 赵翠萍等（2008a）通过对1998—2003年伽师3次不同震源机制类型M _S6.0以上地震进行震源破裂过程和余震活动特征研究，表明伽师震源区的介质强度和局部应力场极度不均匀；何玉梅等（2001）研究了1996年阿图什M _S6.9地震破裂过程，表明该地震是发生在柯坪断裂带上的一次具有逆倾和较小走滑分量的由西向东单侧破裂事件；刘启元等（2000）利用流动台站及远震体波接收函数的叠加偏移分析及非线性反演技术，得到了震源区地壳和上地幔三维速度结构，认为1997年伽师强震群分布在壳幔界面梯度带的上方，其发生与隐伏断裂有关；同时根据伽师地区上地壳各向异性结果推测，震区可能存在多条NNW向的隐伏断裂（Li et al.， 2023）；周仕勇等（2001）应用改进的主地震相对定位法对1997年伽师强震群M _L3.0以上地震进行精确定位，并结合震源机制解推断其发震构造为NNW向的雁型断裂；单新建等（2002）基于1997年伽师强震群震源机制及破裂特征，认为其主压应力与区域构造应力场方向存在差异，小区域局部特征明显；王卫民等（2005）基于有限地震断层方法，反演了2003年伽师M _S6.8地震破裂过程，认为该地震与1996年阿图什地震相似，而与1997—1998年伽师强震群有明显的区别；赵翠萍等（2008b）在时间域上反演了1997—2004年伽师震源区52次中等强度地震的矩张量，揭示出伽师震源区内，震源机制呈现出明显的分区特征.

针对2020年伽师M _S6.4地震，郭志等（2021）通过综合分析该地震序列的重定位结果、震源机制及震中区域地质构造背景，推断地震的发震断层为近EW走向柯坪塔格断裂带的西段；崔仁胜等（2021）认为此次地震是发生在柯坪逆冲推覆构造带滑脱面以下的中下地壳，主震由NNW向W倾的高角度隐伏断裂和近EW向S倾构造先后破裂组成；张文婷等（2021）基于此次地震的InSAR同震形变场，认为发震断裂是柯坪断裂. 这些研究工作对伽师地区震源特征、发震构造及形成机理等问题有了详细的认识和理解，但从深部地球物理场角度以介质物理属性联合震源参数特征共同揭示孕震环境尚显不足.

研究震源区精细的地壳速度结构特征对揭示其深部孕震环境、动力学机制、发震构造、以及未来地震危险性等方面都具有现实的科学意义（李大虎等，2021；花茜等，2022；熊熊，2022）. 另外，地震序列精定位及中强地震全矩张量反演能够提供可靠的发震构造信息，能够精确描述发震断层的位置及断层在深部的空间展布形态，特别是结合全矩张量反演中双力偶及非双力偶成分共同揭示地震成因、震源破裂模式、孕震环境等方面的信息（Chapman and Leaney，2011；Vavryčuk， 2011； 梁姗姗等，2019；崔华伟等，2021）.

因此，本文将收集2009年以来伽师地区的天然地震事件观测资料，采用双差层析成像法（tomoDD）（Zhang and Thurber，2003， 2006）进行震源位置和速度结构的联合反演，获取伽师震区高分辨率的地壳三维P波和S波速度结构，并结合历史地震活动性、近期中强地震（M _S≥5.0）全矩张量解以及区域地质构造特征，探讨伽师震区上地壳精细速度结构与地震活动的关系，解释其地震孕育、发生过程，为深部孕震环境及其动力学机制研究提供坚实的科学基础和地球物理学依据.

1 数据与方法

1.1　数据收集与整理

为保证研究区域内（76.5°E~78°E，39.3°N~40.3°N）足够的射线分布和增加边缘地区的射线覆盖率，我们将该区域沿经纬度方向各扩展0.5°（76°E~78.5°E，38.8°N~40.8°N）作为反演范围（图2a），为此本研究收集了自2009年1月1日至2022年12月31日以来新疆数字地震台网提供的研究区及周边地区地震观测报告资料，共计14359个地震事件. 为了保证地震震相数据的质量和可靠性，根据原始震相报告拟合出的地震波走时曲线去除偏差较大的震相数据（走时残差在±0.3 s范围内的震相）（图2b），其中初至P波92 413条，初至S波88 581条.

文中利用新疆区域地震台网所记录的宽频带数字地震波形资料，对2020年伽师M _S6.4主震及M _S≥5.0的余震序列进行全矩张量反演. 我们选取了300 km震中距范围内，三分量记录完整、高信噪比、台站方位角覆盖良好的高质量地震波形. 经过仔细查看与筛选，共有12个台站参与反演（图1）. 在反演之初，需对原始事件波形进行降采样、去均值、去倾斜趋势、去仪器响应等预处理，并对数据进行二阶巴特沃斯带通滤波. 全矩张量反演运用与地震定位和速度反演同样的一维层状速度模型，采用离散波数法（Bouchon，1981）计算格林函数，采样率为0.2 Hz.

另外，本文搜集了前人研究和全球矩心矩张量目录（global centroid moment tensor project，GCMT，https://www.globalcmt.org/）中伽师震源区其周边地区震源机制解资料，并结合本文研究结果共同探讨伽师震源区地壳结构特征及深部孕震环境.

1.2　双差层析成像法

本文应用双差层析成像法（tomoDD）对伽师震源区开展震源位置和三维速度结构联合反演. 该方法基本思路为：假设相邻的两个地震事件到达同一台站的路径相似，对地震对的走时残差做差，即得到双差数据，将其作为反演中的观测数据实现震源位置和三维速度结构的联合反演. 关于该方法更为详细的理论推导，本文中不再赘述，具体请参阅相关文献（Zhang and Thurber，2003， 2006）. 双差层析成像方法考虑了相邻震源到同一台站地震波传播路径上的速度差异以及介质速度结构的空间不均匀性，有效地约束了震源位置，使得地震重定位结果更为精确. 此外，联合直达波震相绝对走时和相对走时资料以及对反演模型的光滑约束，显著提高了震源密集区速度结构的分辨率. 该方法已经被广泛应用于震源区、断裂带、俯冲带、火山、盆地等小尺度区域精细结构成像及活动构造特性研究（王长在等，2018；左可桢和陈继峰，2018）.

根据挑选震相到时资料，共有22个台站（图2a）参与地震定位和速度结构联合反演. 采用郭志等（2021）对伽师震源区进行双差定位时所构建的一维速度模型（表1）作为参考模型，将其转换为三维初始速度模型用于反演计算. 该模型综合了前人对天山及塔里木地区的地震学研究成果.

首先，我们需要根据研究区域范围和地震射线分布密集程度选择成像网格大小. 经过多次尝试不同网格间距（0.2°×0.2°、0.25°×0.25°、0.3°×0.3°和0.5°×0.5°）的检测板测试，根据检测板分辨情况最终确定研究区水平向网格间距为0.25°×0.25°，垂直节点位于0 km，5 km，10 km，15 km，20 km，25 km，30 km，40 km，50 km的深度处. 双差层析成像方法采用带阻尼的最小二乘联合梯度（least square QR-factorization，LSQR）算法，反演过程中选取的阻尼系数和平滑系数对解的稳定性有影响. 因此，在反演之前，我们必须对这两个控制参数进行权衡分析. 文中通过构建数据方差和模型方差间的均衡曲线来确定（Eberhart-Phillips，1986；Eberhart-Phillips and Michael，1993）反演中使用的最佳阻尼因子和平滑权重因子. 经分析，选取最佳阻尼因子500，光滑因子150（图3）作为反演过程中的控制参数.

1.3　近震全波形反演法

本研究利用近场地震波形数据，以ISOLA（ISOlated asperities）（Sokos et al.， 2008， 2013）方法求取震源机制解. ISOLA方法采用最小二乘理论的时间域全波形反演方法，通过观测波形和理论波形拟合误差的L2范数最小化得到最佳地震矩张量解；通过时空网格搜索确定事件矩心位置和矩心时间偏移，可以计算纯双力偶（DC）、偏量矩张量（双力偶分量DC+补偿线性矢量偶极分量CLVD）和全矩张量（DC+CLVD+ISO分量）3种模式反演结果.

在反演中，我们采用单点源全矩张量反演模式进行计算，利用地震定位结果，固定震中坐标位置，在震源深度方向搜索，搜索范围为1~30 km，搜索步长为1 km，矩心时间搜索范围设为发震时刻前后5 s，以0.1 s为搜索步长，最终反演得到2020年伽师M _S6.4主震及M _S≥5.0的余震序列的全矩张量解，详细结果如表2所列.

2 结果分析

2.1　分辨率测试

为了保证震源位置和速度结构反演结果的可靠性和稳定性，本研究采用检测板方法测试结果的分辨率. 以0.25°×0.25°网格和±5.0%速度扰动相间的棋盘模型作为理论模型进行分辨率测试. P波和S波不同深度的检测板结果表明（图4和图5），近地表区域（0 km和5 km）受地形起伏以及沉积层低速层影响，分辨率较低；在10~40 km深度范围内，P波和S波的速度模型均得到了较好的恢复，分辨率较高；50 km深度处由于地震射线密度低，恢复能力差，分辨率较低. 因此本文在后续分析讨论研究区10~40 km深度范围内速度结构.

2.2　地震重定位结果

经过联合反演后，最终获得了14 208个地震重定位结果，重定位后所有台站的残差均方根显著减小，其平均值由0.106 s降到了0.012 s（图7b），其中研究区内8 517个，其沿经度、纬度和深度上的平均相对误差分别为0.60 km、0.66 km和1.02 km（图6），震中分布如图7a所示，红色圆点代表2020年伽师M _S6.4地震序列. 可以看出，在2009—2022年之间，伽师震源及邻近区曾发生过大量的地震活动. 这些地震除部分分布在近EW向奥兹格尔他乌断裂以外，其余地震未沿已知断裂带分布，而是沿着NE、SE和NNW等不同走向分布，呈明显的块状或条带状交错分布，并与已知断裂带交汇. 这种复杂的空间地震几何分布形态，再次表明伽师地区地质构造复杂，暗示可能存在着众多纵横交错的隐伏活断裂. 地震序列空间分布的差异，同时也说明震源区的介质强度和局部应力场存在强烈的不均匀性.

由2020年伽师M _S6.4地震序列重定位结果（图7a）可以看出，整个地震序列分布在近EW向的柯坪断裂和奥兹格尔他乌断裂上及两条断裂之间处，并展现出2个优势分布方向：近EW向的优势分布方向和NNW向的次级优势分布方向，两者呈现出倒“L”型共轭分布特征. 其中NNW向最南端分布着M _S5.4前震和M _S6.4主震；近EW向余震序列主要分布于柯坪断裂北侧的奥兹格尔他乌断裂断裂及其附近.

图7c给出了2020年伽师地震序列M _S5.4前震后7天内地震序列空间展布，可以看出前震发生48小时内，发生了大量的余震活动，大量余震集中在近EW向方向断裂上，震级较大余震靠近该断裂东端的区域上. 2020年伽师重定位地震序列时空分布特征显示出主震和余震活动处于不同断裂带上，表明M _S6.4地震并非单一破裂活动所引起，推测该地震的发生受近EW向和NNW向2条隐伏断裂共同控制. 其他的一些研究也表明，2020年伽师6.4级地震可能引起了柯坪推覆构造附近多条断裂的同时活动（崔仁胜等，2021；李金等，2021）.

2.3　地震全矩张量反演

在全矩张量反演模式下，通过不同深度震源机制反演，以波形拟合方差最大值所对应的震源深度为最佳矩心深度，得到2020年伽师M _S6.4地震序列中M _S≥5共4次地震全矩张量解.

以伽师M _S6.4地震为例，通过全矩张量反演，可以得到最佳拟合机制解和矩心深度. 图9a为固定震中位置在垂直深度方向搜索该地震震源机制解对应的波形拟合图，其对应波形的平均方差减少量VR为0.69，具体计算公式参考（徐志国等，2021）. 可看出参与反演的台站实际波形和理论波形拟合较好. 该地震双力偶机制解节面Ⅰ：走向75°，倾角68°，滑动角116°；节面Ⅱ：走向203°，倾角33°，滑动角43°；矩震级M _w =6.0，最佳拟合矩心深度10 km；此时得到的ISO、CLVD和DC三部分所占的百分比分别是8.9%、35.1%和56.1%，说明此次地震含有较大成分的非双力偶分量，反映了震源或介质的特殊性与复杂性. 图8给出了该地震不同震源深度与波形互相关系数之间的关系. 从图中可以看出在不同深度上全矩张量机制解变化不大，均显示为逆冲型为主地震，矩心深度为10 km处，波形互相关系数最大.

表2为本文反演得到的2020年伽师M _S6.4地震序列震源机制解，图9为4次中强震全矩张量反演对应的三分量理论与实际波形拟合图. 整体上波形拟合效果较好，说明我们所得震源参数较为可靠. 我们将本文震源机制研究结果与美国哈佛大学全球矩张量解（GCMT）的结果进行对比（表2）. 选取本研究得到的震源机制解为参考解，计算其与GCMT的最小旋转角（万永革等，2019），由表2可以看出4次地震事件最小旋转角均小于30°. 表明本文计算的结果与其他结果较为一致，同时也表明本研究震源机制的可靠性. 不同结果存在一定偏差，其原因可能与反演过程中台站资料选取、网格搜索步长或速度模型的不同有一定的关系，但这些偏差是完全可以接受的.

本文震源机制结果显示除前震M _S5.4与主震明显不同，主震与2次5.0级以上余震的震源机制类似，均为逆冲型地震. 结合余震分布数量、展布状态和震源区活动构造，我们认为2020年伽师M _S6.4地震的发震构造是可能是柯坪塔格推覆体中接近柯坪断裂和奥兹格尔他乌断裂，并且与其走向近似平行的NWW向隐伏逆断裂.

需要说明是，由于图7c显示2020年伽师地震序列近EW向东端离柯坪断裂的距离约8 km左右，其中两个较大余震深度在15 km左右；柯坪断裂为逆冲型断裂，总体倾向为北，倾角在40°~60°，因此不排除柯坪断裂即为上述所说近EW向隐伏发震断裂.

为了进一步探讨2020年伽师M _S6.4地震的发震构造模式和直观展示破裂机制，把本研究所得4次地震全矩张量解结果投影到Hudson震源类型图上，并分析震源机制特征. 由图11可以看出，4次地震均不在原点，并且ISO和CLVD都是负值，代表破裂过程中有一定的体积缩小，说明震源性质属于挤压性质断裂.

3 讨论

3.1　三维速度结构与地震活动的关系

图12和图13给出了反演得到的不同深度P波和S波分布，同时将发生在层面上下各2.5 km范围内的地震垂直投影在该层面上. 由反演结果可以看出伽师地区速度结构存在显著的横向不均匀性：在深度为10 km处，以柯坪断裂为界，断裂以北的天山地区表现为明显的P波大范围高速异常，而断裂以南的塔里木盆地则显示出明显部分区域低速异常，中上地壳低速异常区域可能与塔里木盆地内部较厚的沉积层有关（唐小勇等，2011）；深度为15 km和20 km处，P波速度异常特征与10 km处相似，但在研究区西南处出现小范围的高速异常. 2020年伽师M _S6.4地震位于P波高速体内，同时也位于S波高速体边缘. 地震波高速异常代表介质具有较高的强度、不容易发生破裂，高速坚硬介质有利于高强度应力的积累和集中释放，为强震的孕育和发生创造了条件. 因此该地震的发生可能与高速异常体代表的障碍体有关；深度为25 km时，研究区西南处的P波高速异常进一步扩展，使得在该深度上的低速异常范围减少；深度为30和40 km处，低速异常区域重新扩大，柯坪断裂以北的天山地区显示出不同程度的低速异常. 对于S波速度结构，其异常分布特征总体差异不大，仅深度在25~40 km之间，显示出S波低速异常范围远大于P波，产生原因可能与P波S波震相数量和拾取精度有关

波速比是反映岩石物理性质和流变学特征的重要参数，且对地壳流体的存在更加敏感. 因此，我们得到V _P和V _S的同时也给出了研究区的波速比结构（图14）. 可以看出，研究区波速比结构同样存在显著的横向不均匀性. 深度为10~15 km处，研究区内主要断裂，如柯坪断裂、奥兹格尔他乌断裂、皮羌断裂和巴什托普断裂等附近均表现为波速比低值异常，其中2020年伽师M _S6.4地震发生在较低波速比异常处. 随着深度增加，波速比低值异常不再沿着主要断裂带分布，并且低值异常范围逐渐减少，出现大范围的波速比高值异常.

且从图中我们还可以得出，伽师地区中小地震活动与速度结构具有一定的关联性，其多发生在低V _p和低波速比异常区内，此类区域通常为脆性易碎的介质，当应变力累积到一定程度就会产生破裂而发生地震.

为进一步研究伽师震源区地震孕育发生的深部构造背景，根据重新定位后2020年伽师M _S6.4地震优势方向为NNW和近EW分别做2个剖面AA’和BB’（如图15和图16所示），并将发生在剖面两侧各10 km范围内的地震垂直投影在该剖面上. 根据AA’剖面，可以看出P波和S波速度结构在伽师M _S6.4地震震源区及其西侧区域和皮羌断裂所在区域下方存在两个明显的高速异常体；在柯坪断裂南侧（BB’）有着较大范围的低速异常，并分布着大量小地震活动，对应着塔里木盆地处；而北侧则有着较高的波速. 两端速度的差异性反映了塔里木盆地和天山造山带的介质性质不同. 波速比结构显示，两个剖面在深度为10~20 km处有低波速比异常成片分布现象存在，伽师M _S6.4地震位于其中. 剖面下地壳底部波速比值相对增高，说明下地壳整体呈塑性.

3.2　2020年伽师地震序列地震非双力偶成分

2020年伽师地震序列中4次M _S≥5.0中强地震全矩张量解均显示出一定程度ISO和CLVD分量（图11，表2），反映了不同构造位置发生地震的震源破裂过程具有复杂性. 我们结合伽师地区该序列空间分布与区域地质构造环境，探讨非双力偶成分的可能因素有以下两个方面：

第一，非平面的破裂机制产生的非双力偶成分（Vavryčuk，2001， 2011）. 2020年伽师M _S6.4地震序列发生在共轭隐伏断层上，且震源区附近还分布有近EW向的柯坪断裂和奥兹格尔他乌断裂，从而使得震源区断裂交错分布，很有可能发生多次破裂，从而产生非双力偶成分.

第二，震源区高孔隙流体作用于断层产生的较强非双力偶成分（Zhang et al，2019；Xu et al，2020）. 本研究结果显示出伽师地区中下地壳存在大范围的S波低速异常和较高V _P/V _S（图13~图16），相对较低的速度代表其作为相对“较软”的块体，具有较低的力学强度. 深反射地震剖面显示出莫霍面隆起的特征（张先康等，2002）；地震层析成像结果显示出天山造山带下地壳和上地幔存在低V _P、低V _S和高泊松比异常，暗示了天山造山带下方存在地幔热物质上涌（胥颐等，2000；Lei，2011）. 因此，我们认为伽师地震的发生，深部流体可能起到一定的控制作用.

3.3　地震孕震环境

由于塔里木盆地向天山造山带方向俯冲（刘启元等，2000；Lü et al.，2020），在山前形成了多排近EW走向、平行展布的推覆体，形成柯坪塔格推覆构造. 该构造是典型的逆冲叠瓦推覆构造，现今主要以挤压构造变形为主，其地壳变形明显，存在着自西向东减小的趋势（Wang et al.，2020）. 前人研究表明，在整个柯坪塔格推覆构造背景中，除了形成大量的逆冲断层，还会由于岩石力学属性和区域构造应力场在不同区域均存在差异，导致在该构造背景下，可能会伴生发生规模相对较小的正断层和走滑断层. 这些伴生断层同样具备发生中强地震的能力（刘启元等，2000；张文婷等，2021；张迎峰等，2021），而本研究区域正好位于柯坪塔格推覆构造带西侧. 根据本文所得2020年伽师M _S6.4地震震源机制解及哈佛大学GCMT提供的1996—2003年6.0级以上地震震源机制解可以看出（图10），位于伽师地区西北部的1996年阿图什M _S6.9地震发震构造近东西走向，震源机制为逆冲型地震事件，说明该震源区构造应力环境是挤压状态；1997—1998年的伽师强震群，除1998年3月19日M _S6.0地震震中位于天山构造带上，震源机制为纯逆冲型，其余8次M _S6.0以上地震均位于塔里木盆地内部或盆山交界处，震源机制为走滑和正断层两种破裂类型（单新建等，2002；赵翠萍等，2008a）；而同样发生在盆地内的2003年巴楚-伽师M _S6.8地震及盆山交界处的2020年伽师M _S6.4地震震源机制同样为逆冲型. 以上表明伽师地区存在挤压和拉张并存的区域构造环境，地震发震机制特征与区域地质构造活动性质相吻合.

对比伽师地区1996年至今发生的4次6级中强地震序列活动特征，我们可以发现，1996年阿图什M _S6.9地震和2003年巴楚伽师M _S6.8地震与2020年伽师M _S6.4地震的地震序列类型和余震扩展方向各不相同，但3次主震震源机制均为逆冲型性质，且发震断层面走向均趋于EW向，与柯坪塔格推覆构造性质相一致，这反映了在挤压环境下的地壳缩短作用，表现出来柯坪塔格推覆构造长期以来的断层性质. 因此，这些地震同为塔里木盆地向南天山俯冲，在伽师地区引发逆断层活动所引起的. 而1997—1998年伽师强震群，他们的震源机制与该区主要断裂性质不相符，为柯坪塔格推覆构造逆冲背景环境下所形成的伴生断层和壳幔上部不均匀所共同作用的结果.

4 结论

本文基于新疆地震台网提供的地震目录和震相数据，使用tomoDD方法对伽师地区2009年以来的地震活动进行了精定位，并获得了较高分辨率的三维V _P、V _S和V _P/V _S模型；使用ISOLA方法计算了2020年伽师M _S6.4地震和序列中4次较大地震的全矩张量解，同时收集了研究区域1996年至今前人中强地震震源机制解资料；综合分析了该区域地震活动的时空分布特征、发震构造和深部孕震环境. 主要结论如下：

（1）地震精定位结果显示，2020年伽师M _S6.4地震整个序列主要分布在柯坪断裂和奥兹格尔他乌断裂之间，呈“倒L”型分布，显示出不对称的共轭分布特征.

（2）全矩张量解结果显示，2020年伽师M _S6.4地震是一次逆冲型为主的地震事件，与1996年阿图什M _S6.9地震、2003年巴楚-伽师M _S6.8地震的震源机制类似，均为逆冲型，发震断层面走向与柯坪塔格推覆构造运动性质一致. 2020年地震序列中前震、主震和余震的中ISO和CLVD值均为负，说明震源性质属于挤压性质断裂.

（3）双差层析成像结果显示，伽师地区地壳速度结构呈现出明显的横向不均匀性. 2020年伽师M _S6.4地震震中附近P波速度结构表现出明显的高速异常. 高速异常代表的坚硬介质容易产生应力积累和集中释放，为强震的孕育的发生创造条件.

（4）结合前人研究结果和周边地质构造环境，我们认为伽师地区历史上所发生的4次中强震序列发震构造相同，均是塔里木盆地向南天山俯冲产生的推挤作用不断作用于柯坪塔格推覆构造上，以及震源区若干隐伏断裂等地质条件和复杂速度结构共同作用下产生的.

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基金资助

地震科技星火计划项目(XH213703Y)

中央高校基本科研业务费专项资金(E3E40401X2)