地震层析成像通过反演地震观测数据来获得地球内部物理参数的空间分布，为探测地球内部不同尺度的非均匀结构提供了重要的信息，提供了认识地震的孕育、发生、发展以及其深部过程的途径，已经发展成研究地球内部非均匀结构和动力学过程的最重要的工具[1]，地震波到时层析成像反映的地震与活动断裂及地质构造之间的相关关系[2]，对研究地震成因、未来强震预测具有重要的意义。双差层析成像方法[3]中引入在定位方面比较先进的双差地震定位方法[4]避免了常规地震定位中的弥散现象，可应用于获得的震源区精细速度结构，为揭示震源区介质性质及地震发生的深部环境研究提供了更为可靠的信息[5], 因此广泛应用于重要断裂带和强震震源区域的地壳结构研究[6-9]。

根据中国地震台网中心测定，北京时间2017年8月9日7时27分，新疆精河发生6.6级地震，震中位置44.3°N，82.9°E，震源深度11 km。本文使用中国地震台网观测报告，提取直达波的到时数据，使用双差层析成像方法获得新疆精河6.6级地震震源区域的三维速度结构和余震序列的重新定位结果，根据波速的分布特征，对震源区域介质特征分析，根据重新定位结果，拟合发震断层面，对发震断层的几何特征和发震构造做出推测。

双差层析成像方法运用绝对走时和相对走时来实现震源参数和三维速度结构的联合反演。此方法采用网格节点法进行模型参数化，将空间划分为三维网格节点，采用伪弯曲射线追踪法找到地震波的最小走时路径，并计算理论走时及走时对震源位置和慢度的偏导数，联合使用绝对走时、双差走时数据进行反演。其中双差数据主要用于确定震源区的精细结构，绝对走时数据主要确定震源区以外区域的速度结构。此方法采用阻尼最小二乘分解算法求解，在三个方向采取相同的光滑权重对模型进行光滑约束，多次迭代直至得到稳定的解。在反演的过程中，先赋予绝对走时较高的权重，在一维速度模型的基础上，建立一个比较大区域的三维速度结构的结果，经过迭代之后，将绝对走时的权重降低，增加差分数据的权重，以提高震源区速度结构的分辨率。

地震震源i 到观测台站k 的地震波观测到时与理论到时之间的残差r_kⁱ与震相到时对震源位置和速度模型的微扰有可表示为:

（1）

其中，T_kⁱ是震源i 到台站k 的观测到时，Δτⁱ是震源i 的发震时刻，u 为慢度，ds 为射线路径的线元，（x₁，x₂，x₃）为震源位置坐标，式（1）中最后一项为慢度扰动在震源i 到观测台站k 路径的积分。

地震i和j到台站k的走时残差之差（双差）表示为

（2）

当两次地震的距离很小时，射线路径相同，式（2）的积分项可以抵消。通过联合反演就可以得到震源区精细的速度结构及地震重新定位结果。由于该方法联合使用绝对走时和相对走时，增加了双差方程，因此相比于传统方法可以揭示更多的精细结构信息。

根据成丛小震发生在大震断层面及其附近的原则，将模拟退火算法和高斯—牛顿算法结合起来，寻求1个平面，使所有小震震源位置到该平面距离的平方和最小，从而可以求解主震断层面走向、倾角、位置及其误差，在此基础上考虑区域构造应力参数，还可以估计在已求得的断层面上的滑动角，目前已在唐山地震序列的研究中得到了非常可靠的结果[10]。

本次地震震中位于库松木契克山前断裂附近，该断裂为全新世活动断裂，性质为右旋逆断，走向EW。该断裂是位于北天山西段北缘的一条边界断层，同时也是一条区域性的活动断层，按其活动性特征由西向东可划分为东、中、西3段。其中，东段东起基普克一带，向西经乌拉斯泰、乌兰特尔干、扫子木图至龙口以西的阿沙勒河西岸，总体走向300°～310°，全长约50 km，由4条走向280°～290°的断层斜列组合而成，单条断层的长度9～13 km，断层面倾向S，主要表现为逆断层性质[10]。

选取2017年8月7日至2017年10月11日在新疆精河6.6级地震余震区（434°N~44.5°N，82°E~83.5°E）记录的定位地震的直达波到时数据。观测报告中人工拾取的震相数据可能存在拾取错误或误差较大等问题，根据时距曲线来剔除一些明显的异常数据，剔除误差5 s以上的数据，从而剔除了较显著的异常数据，并保留大部分数据。经过Ph2dt脚本预处理后，最后选取了由12个台站记录的288条天然地震的资料，包含1824条P波到时数据、1784条S波到时数据，以及61 424条相对到时数据。图1为精河地震序列和台站的射线图，同时给出了经度方向和纬度方向的射线投影。图2给出原始报告的震级和震源深度频次图，余震序列的深度范围为0~20 km，震级范围为M_L 1.5~5级。

图1 地震序列和台站射线图
Fig.1 Ray map of earthquake sequence and stations

图2 震级和深度频次
Fig.2 Frequency diagram of magnitude and depth

在研究区域按经度和纬度设置反演网格点, 经度和纬度方向网格节点间距0.1°，深度方向垂直向下，网格节点间距5 km。初始模型对层析成像结果有较大影响，3400走时表的西部部分适用于新疆地区，本文中层析成像的初始模型选取了根据3400走时表推算的速度模型[11]。阻尼因子和平滑权重的选取对反演结果的稳定性有着较大影响，经过权衡分析[12]，选取阻尼因子和平滑权重分别为70和200。速度结构反演的可靠性主要通过DWS值来判定，DWS值对每一段射线路径进行了距离加权,其反映的模型周围的相对射线密度比仅用射线总和更具可靠性[13]，研究表明当 DWS大于100时，反演的结果具有较可靠[14]。

图3给出层析成像的结果，其中P波和S波的分布图中删去了DWS低于100的区域。P波空间分布（图3（a）~（c））和S波速度空间分布（图3（d）~（f））均显示出余震序列发生在高速区域和低速区域的交界处，震源区域的西北侧波速高于东南侧，波速分布和构造相关，东南侧为山脉，西北侧为盆地，低速区与山脉对应，高速区有盆地对应。比较三个深度的P波速度和S波速度可知，震源区域存在低速层，深度5 km处的P波和S波速度高于10 km和15 km处。沿经度方向的剖面图（图3（g））显示，余震序列东侧存在低速区域，该区域有少量余震分布，推测该区域是地壳的薄弱位置，受主震的应力触发而发生一系列小震。沿纬度方向的剖面（图3（h））显示，余震序列位于深度10~20 km的低速区域，该区域中间波速较两侧高，推测为余震应力释放的主要区域。已有研究认为地震集中区域位于高速体内相对低速区域，小震集中区域可能是低速区域[15]。

图4给出重新定位结果和两个方向的深度投影，重新定位结果在X、Y和Z三分向的平均误差为1.38 km、1.32 km和2.9 km，平均走时均方根残差0.36 s，余震主要分布主震的西南侧，呈东西向带状分布。

图3 层析成像结果
Fig.3 Tomography results

图4 重新定位结果
Fig.4 Relocation results

精河M_S6.6 地震的矩震级M_W约为6.3。断层节面I 走向76°，倾角44°，滑动角80°; 节面Ⅱ走向269°，倾角47°，滑动角99°; 其中，节面Ⅰ为发震断层，波形拟合的最佳质心深度为23 km[16]。

结合地震序列优势长轴走向（近东西向）和主震震源机制解选取矩形区域的余震，使用高斯牛顿法和模拟退火算法对断层面进行拟合，得到断层面的走向为79.1°，倾角为75.2°，标准差分别为1.45和1.34。震源断层拟合的结果也和震源机制解节面Ⅰ一致。图5给出断层面拟合结果三维图，结果显示余震呈近东西向分布，断层面底部向南侧倾斜，结合震源机制解反演结果，推测南倾的节面为发震断层，此次地震的发震构造为逆冲推覆断层。

图6给出2017年8月9日至2017年10月11日余震序列的时空演化描述，在主震发生3 d内，余震分布较集中，之后向西侧和南侧发展，断裂两侧余震发育不均衡，南侧余震较多，符合推覆体断层上盘易发生地震的特征。

图5 重新定位结果和断层拟合
Fig.5 Relocation result and fault fitting

图6 余震序列时空演化
Fig.6 Space-time evolution of aftershock sequences

使用中国地震台网观测报告资料，提取的新疆精河6.6级地震序列的震相数据，应用双差层析成像方法获得了震源区域的三维速度结构和重新定位结果。层析成像结果显示，余震序列发生在高速区域和低速区域的交界处，震源区域的西北侧波速高于东南侧，震源区域存在低速层，P波和S波速度在震源区域的东南侧偏低，西北侧偏高。

基于地震重新定位结果，结合高斯牛顿法和模拟退火算法拟合发震断层，获得的断层面的走向和倾角。重定位结果显示余震呈近东西向分布，拟合得到的断层面向南侧倾斜，推测此次地震发震构造为逆冲断层，走向为近东西向，西北侧为下盘，东南侧为上盘。发震初期余震分布较集中，之后向西侧和南侧发展，断裂两侧余震发育不均衡，南侧余震较多，符合推覆体断层上盘易发生地震的特征。