基于重復(fù)微震研究小江斷裂帶的深部構(gòu)造變形

李 樂(lè) 陳棋福 鈕鳳林 何家斌 付 虹

1）中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所（地震預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），北京100036

2）中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京100029

3）中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249

4）Rice University，Houston，TX 77005，USA

5）云南省地震局，昆明650224

（作者電子信箱，李樂(lè)：lile＠seis.ac.cn）

小江斷裂帶是我國(guó)大陸地震活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)之一。古地震和歷史地震資料、綜合斷裂活動(dòng)背景和地震活動(dòng)性分析表明，位于川滇塊體東邊界的小江斷裂帶存在地震空區(qū)與潛在的強(qiáng)震危險(xiǎn)。巴顏喀拉地塊東邊界發(fā)生2008年汶川8.0級(jí)巨震不到兩年，其南邊界的甘孜—玉樹(shù)斷裂帶在2010年發(fā)生了玉樹(shù)7.1級(jí)大地震，使與該地塊相連的小江斷裂帶的強(qiáng)震危險(xiǎn)性更受關(guān)注。斷層滑動(dòng)速率是評(píng)估未來(lái)地震危險(xiǎn)性的重要依據(jù)，但獲取孕震深處的滑動(dòng)速率具有相當(dāng)大的難度。地質(zhì)考察和GPS等淺表觀測(cè)雖能給出斷層滑動(dòng)速率，然而，這些觀測(cè)結(jié)果對(duì)于分析斷裂不同深度，尤其是深部孕震區(qū)構(gòu)造應(yīng)變累積活動(dòng)信息是不夠的。模型設(shè)定的不確定性及地表觀測(cè)資料的局限性，限制了其反演推斷，如對(duì)小江斷裂帶這種復(fù)雜構(gòu)造的深部變形信息的精度，利用重復(fù)微震估算滑動(dòng)速率在一定程度上可彌補(bǔ)這一不足。

利用數(shù)字地震學(xué)的方法與資料，識(shí)別出在同一斷層位置重復(fù)發(fā)生破裂并具有高度相似波形記錄的微震（簡(jiǎn)稱重復(fù)微震），為直接獲取斷層在地表以下不同深度的滑動(dòng)速率提供了新的途徑。Nadeau和McEvilly（1999）利用發(fā)生在美國(guó)加州帕克菲爾德（Parkfield）區(qū)域內(nèi)的圣安德烈斯（San Andreas）斷層上的板緣重復(fù)微震，率先估算了地下不同深度的斷層滑動(dòng)速率，展示了滑動(dòng)速率深淺差異的分布圖像。作者在對(duì)唐山斷裂帶和龍門(mén)山斷裂帶的重復(fù)微震研究中，提出并應(yīng)用了基于板內(nèi)重復(fù)微震的地震矩和重復(fù)間隔簡(jiǎn)單估算滑動(dòng)速率的方法。結(jié)果展示了龍門(mén)山斷裂帶不同深度的滑動(dòng)速率，深部滑動(dòng)速率明顯高于淺表觀測(cè)的結(jié)果，揭示出汶川巨震前孕震閉鎖區(qū)構(gòu)造活動(dòng)的深淺差異，這種差異變化有助于了解汶川巨震的發(fā)生機(jī)理，同時(shí)也展示了利用重復(fù)微震探測(cè)深部構(gòu)造活動(dòng)進(jìn)而分析強(qiáng)震危險(xiǎn)性的重要性。

本研究利用云南數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)1999—2011年的波形資料，通過(guò)辨識(shí)源于同一位置破裂的重復(fù)微震來(lái)估算小江斷裂帶不同段落、不同深度的斷層滑動(dòng)速率。針對(duì)研究區(qū)臺(tái)站分布稀疏的客觀情況，應(yīng)用了在子采樣條件下基于S－P相對(duì)到時(shí)差來(lái)約束地震相對(duì)位置的方法，在小江斷裂帶識(shí)別出29組重復(fù)微震，其復(fù)發(fā)間隔存在差異變化。重復(fù)微震的時(shí)空分布初步分析表明：準(zhǔn)周期的重復(fù)微震在空間上相對(duì)獨(dú)立，遠(yuǎn)離其他重復(fù)微震和背景地震；在重復(fù)微震集中分布的區(qū)域，位置相近的重復(fù)微震可能會(huì)相互作用而影響其復(fù)發(fā)間隔；在背景地震活躍階段，相鄰背景地震發(fā)生引起的應(yīng)力變化可能縮短重復(fù)微震的復(fù)發(fā)間隔。利用重復(fù)微震的地震矩和重復(fù)間隔，估算出小江斷裂帶孕震深處3～12km 的滑動(dòng)速率為1.6～10.1mm／a，顯示不同破裂段的深部滑動(dòng)速率存在明顯差異。