四川木里小震群活動特征研究1

蔡一川 戴仕貴 魏婭玲

（四川省地震局，成都 610041）

四川木里小震群活動特征研究1

蔡一川 戴仕貴 魏婭玲

（四川省地震局，成都 610041）

本文通過對四川木里地區(qū)地震震源位置的重新確定，反演了地震震源機制解，結(jié)果顯示：①重定位后的小震群震中分布成帶狀，地震震源深度分布在0—12km范圍內(nèi)；②經(jīng)過對震群空間分布進行仔細分析，認為其發(fā)震構(gòu)造是小金河斷裂西側(cè)的一條NWW向分支斷裂；③3次4.0級以上地震震源參數(shù)存在明顯差異，淺源逆沖事件表現(xiàn)出受垂直方向應(yīng)力（重力）作用的特征，走滑事件表現(xiàn)出與區(qū)域應(yīng)力構(gòu)造活動有關(guān)。

震群活動 地震條帶 雙差定位方法 震源機制

蔡一川，戴仕貴，魏婭玲，2015.四川木里小震群活動特征研究.震災(zāi)防御技術(shù)，10（4）：933—940.doi：10.11899/zzfy20150411

引言

地震震群活動是地殼變動的結(jié)果，是地殼運動增強的客觀反映，當大范圍構(gòu)造應(yīng)力出現(xiàn)增強時，首先會在介質(zhì)相對較薄弱的部位發(fā)生顯著地震或以震群活動的方式表現(xiàn)出來。本文中的“小震群”意指在較短時間內(nèi)局部區(qū)域內(nèi)密集發(fā)生的一組中小地震（MS≤5.0）。正在活動中的震群，究竟是“大震”的前兆震群，還是并不伴有后續(xù)大震發(fā)生一般性的震群活動，對其作出快速、準確判別，對減輕地震災(zāi)害和維護社會穩(wěn)定具有重要的現(xiàn)實意義。在我國，基于小震群活動開展的大震預(yù)測研究一直是眾多研究人員關(guān)注的重點（趙根模，1990；柯龍生等，1977；朱麗霞，1999；啜永清等，2000；Lund等，2002；劉正榮，2004；王俊國等，2005；崔子健等，2011）。

四川木里縣地處青藏高原南緣，是橫斷山脈在四川境內(nèi)表現(xiàn)最典型的地帶，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；其大地構(gòu)造位置屬于松潘-甘孜地槽區(qū)南緣的兩個I級構(gòu)造單元揚子準地臺與松潘-甘孜地槽的槽臺結(jié)合部；小金河斷裂帶為槽臺結(jié)合的接觸性斷裂，位于木里縣城南14km處，此斷裂由一系列東西向展布、北傾、中部向南弧形突出的斷裂組成。2013年7月至12月期間，四川區(qū)域臺網(wǎng)地震觀測資料揭示，在四川木里地區(qū)發(fā)生了大量微震和有感小震群活動，11月22日發(fā)生的3次ML≥4.0地震造成木里縣部分房屋開裂，給當?shù)鼐用竦纳顜砹瞬恍〉挠绊?，因此很有必要對該震群地震活動特征進行分析研究。定位結(jié)果表明，這些地震以震群形式集中發(fā)生在四川木里縣項腳鄉(xiāng)，得到的可定位地震竟達64 538次，最大震級為ML4.5，震中集中分布在幾公里范圍內(nèi)。目前，由于研究者們對此震群成因尚存有不同認識，因此本文采用雙差定位方法對此震群進行重新定位，用CAP方法對ML≥4.0地震求解震源機制解，對震群地震頻次與錦屏一級水庫水位關(guān)系進行分析，試圖對此小震群活動特征進行一些初步的探索和分析。

1 資料與方法

1.1 臺站和資料的選取

四川木里震群發(fā)生前，震中集中區(qū)域附近250km范圍內(nèi)正常運行的固定臺站22個（圖1，紅色三角形）、水庫臺站37個（圖1，綠色五角星）。在臺站觀測儀器的配置上，22個固定臺站全部配備寬頻帶記錄儀（四川臺17個、云南臺5個），37個水庫臺站全部配備短周期記錄儀。四川、云南區(qū)域臺網(wǎng)固定臺站與四川水庫企業(yè)臺站并網(wǎng)監(jiān)測，構(gòu)成的地震監(jiān)測網(wǎng)對木里震群區(qū)形成了很好的方位覆蓋，保證了地震定位結(jié)果的可靠性。其中，記錄Sg與Pg到時差小于4s的臺站有5個，近臺方位分布較好，在地震事件定位中發(fā)揮了重要作用。

圖1 重定位臺站分布Fig.1 The distribution of stations for the earthquake relocation

2013年7月至12月期間，并網(wǎng)觀測到的可定位地震64538次，其中ML4.0—4.9地震4次，ML3.0—3.9地震38次，ML2.0—2.9地震489次，ML1.0—1.9地震5952次，為研究木里震群活動特征提供了資料保證。在進行初始編目定位時，采用了LOC3D、Hypo2000和單純形定位方法，由于不同定位方法的速度模型和參數(shù)存在差別，因此定位結(jié)果可能出現(xiàn)系統(tǒng)偏差。在研究中為了獲得較為可靠的初始震源位置，選擇ML≥1.0、記錄臺站數(shù)≥5的地震事件，統(tǒng)一采用Hypo2000定位方法（Wang等，2007）和林向東等（2013）的速度模型進行重定位。林向東等（2013）的模型是根據(jù)川西地區(qū)人工地震測深剖面和波形擬合結(jié)果，并做適當調(diào)整后建立的速度模型（見圖2）。

圖2 研究地區(qū)地殼速度模型Fig. 2 The crustal velocity model used in the study region

1.2 方法基本原理及參數(shù)設(shè)置

在小震定位方面采用了雙差定位方法，該方法的基本原理是：如果兩個地震震源之間的距離小于事件到臺站的距離，那么震源區(qū)和這個臺站之間的整個射線路徑幾乎相同，則可以通過地震事件兩兩組對的方法在一定程度上消除地殼速度結(jié)構(gòu)橫向不均勻性帶來的定位誤差。近年來，雙差定位法在我國得到了廣泛應(yīng)用（李永紅等，2011；馮紅武等，2013；張廣偉等，2013）。本研究中采用適合木里地區(qū)的速度模型開展雙差定位。由于S波到時資料拾取精度相對P波要低些，因此在定位過程中將P波權(quán)重設(shè)為0.5—1.0，而S波權(quán)重設(shè)為0.1—0.5。為了獲得較高精度的定位結(jié)果，設(shè)定事件對的距離閥值為800m，事件對與臺站之間的最大距離設(shè)為200km，最小連接數(shù)和最小觀測數(shù)為8。這些設(shè)置在本例的實際應(yīng)用中很好地排除了干擾，既保留了P波震相相對較高的精度，又保證了足夠多的數(shù)據(jù)量。

在震源機制的研究中，國內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過系統(tǒng)研究積累了大量寶貴的經(jīng)驗，已經(jīng)取得了大量重要成果（呂堅等，2011；易桂喜等，2012；趙凌云等，2010）。其中，Zhao等（1994）和Zhu等（1996）提出的CAP（Cut And Paste）方法獲取震源機制解，在國內(nèi)外諸多研究成果中得到了充分證明。其優(yōu)點體現(xiàn)在反演震源機制解時使用的是近震寬頻帶波形資料，彌補了利用P波初動求解震源機制解受臺站數(shù)量限制的缺陷。

2 震群重定位結(jié)果分析

為了了解木里小震群的活動特征，本文盡可能多地收集研究區(qū)域內(nèi)所有地震的各類震相數(shù)據(jù)，首先采用Hypo2000定位方法進行初始定位，然后采用雙差定位方法重新定位。共獲得6094個重定位結(jié)果，定位成功率為94.5%，E-W、N-S和U-D三個方向大致的定位誤差分別為0.21、0.2和0.38km。

圖3 木里小震群重定位前、后震中分布Fig.3 The epicenter distribution before and after relocation of the earthquake swarm in the Muli area

圖3（a）是初始定位震中分布圖，結(jié)果顯示地震震中集中在小金斷裂帶西側(cè)的木里項腳一帶，分布成團狀，沒有明顯的幾何特征，僅有少數(shù)微震彌散在其四周。重定位后，ML≥1.0地震震中分布顯示出在平面上高度集中，在西北-東南向呈條帶分布，對密集區(qū)進行放大，獲得重定位震中分布如圖3（b）所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小震群分布呈“劍狀”幾何特征，“劍柄”位于東南端，“劍尖”指向西北。通過對震群空間分布判定，木里震群并不發(fā)生在小金主斷裂帶上，而是發(fā)生在小金斷裂西側(cè)的NWW向分支斷裂上。依照圖3（b）對小震群序列按NW和NE方向進行了剖面劃分，并將地震震源深度投影到AA'和BB'兩個剖面上（見圖4）。圖4（a）是地震條帶沿直線AA'的震源擴展剖面圖，顯示木里小震群總體震源深度較淺，在地震條帶AA'的東南段，地震震源深度分布范圍為0—12km，西北段地震震源深度集中分布在7—10km范圍內(nèi)；地震條帶總長約8km，空間幾何圖形就像一個橫著的大寫字母“L”。圖4（b）是地震條帶沿直線BB'的震源擴展剖面圖，震源深度沿BB'剖面總體展布傾角較徒，由最小二乘擬合得到的平均展布傾角約86°，略傾向北，震源深度呈南淺北深的特征。

圖4 木里小震群重定位后深度剖面圖Fig.4 The depth profile map after relocation of the earthquake swarm in the Muli area

3 較大地震震源機制反演結(jié)果分析

首先，選取四川、云南區(qū)域臺網(wǎng)震中距小于250km的寬頻帶儀器數(shù)據(jù)資料，共有21個臺（圖1中的紅色三角形），在0.05—20Hz的頻率范圍內(nèi)這些臺站儀器的幅頻特性曲線都是平直的，可獲得較好的臺站儀器記錄。然后，再從這些臺站中篩選出信噪比較高、P波初動明顯、臺站方位分布良好的臺站記錄參與反演計算。在研究時間段內(nèi)，木里地區(qū)共發(fā)生ML≥4.0地震4次（見表1），表1中的事件D屬于疊加地震，故僅對其它3次地震進行了反演，且獲得了較可靠結(jié)果。反演結(jié)果顯示，3次ML≥4.0地震震源深度（表2）與精定位結(jié)果給出的震源深度值很接近（表1）。

表1 四川木里ML≥4.0地震重定位結(jié)果Table 1 The relocation results of ML≥4.0 earthquakes in the Muli area

表2 四川木里ML≥4.0地震震源機制解反演結(jié)果Table 2 The inversion results of ML≥4.0 earthquake in the Muli area

續(xù)表

采用CAP方法反演獲得了四川木里震群中3次ML≥4.0地震震源機制解，圖5給出了3次4級以上地震震源機制反演的深度擬合誤差分布圖，其震源機制解參數(shù)列于表2。結(jié)果顯示，2013年10月22日18時事件A的震源機制反演結(jié)果在2—8km震源深度范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，震源深度在4km處獲得最小深度擬合誤差，這表明該地震屬淺源地震，錯動類型為逆沖，震源機制P軸方位近NS向，其傾角近水平（1°）；2013年11月22日03時事件B的震源機制反演結(jié)果在20km深度范圍內(nèi)比較一致，震源深度在7km處獲得最小深度擬合誤差，錯動類型表現(xiàn)為走滑，其深度值較事件A的深度值增加了3km，震源機制P軸方位為N50°W向，傾角近水平（1°）；2013年11月22日07時事件C的震源機制反演結(jié)果在20km深度范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，震源深度在8km處獲得最小深度擬合誤差，錯動類型也為走滑，其深度值較事件A的深度值增加了4km，震源機制P軸方位則表現(xiàn)為近N25°W向，傾角為6°。綜上所述，從地震震源機制解節(jié)面、力軸參數(shù)和錯動類型來看，這3次4級以上地震震源參數(shù)存在明顯差異，淺源逆沖事件A受垂直方向應(yīng)力作用明顯，走滑事件B和C與區(qū)域構(gòu)造活動有關(guān)，說明該區(qū)域發(fā)生的小震群活動具有一定的復(fù)雜性。

圖5 木里地區(qū)ML≥4.0地震震源機制隨不同震源深度變化圖Fig.5 The variation of the focal mechanism solution with different depth of ML≥4.0 earthquakes in the Muli area

4 震群活動與錦屏一級水庫蓄水的關(guān)系

由北向南穿行的雅礱江在四川木里縣與鹽源縣交界處的白碉一帶，突然來了一個近于180°的大轉(zhuǎn)折，向北繞行約150km，形成一個“幾”字形的錦屏大河灣后，然后才繼續(xù)向南流去。木里小震群位于錦屏一級水庫的上游，與庫大壩之間的距離約為50km，屬于錦屏一級水庫庫區(qū)范圍（見圖1）。2012年10月8日，錦屏一級水電站庫區(qū)開始下閘蓄水，到2012年底水位從海拔（下同）1652m升至1713m，完成第一階段蓄水，水位上升61m；2013年6月中旬開始第二階段蓄水，7月18日水位升至1800m的水庫死水位，完成第二階段蓄水，在第一階段蓄水的基礎(chǔ)上，水位上升87m，蓄水總量約24.2億立方米；2013年9月15日開始第三階段蓄水，至10月15日水位上升至1840m，水位再次上升40m（圖6a）。

圖6（b）是木里震群地震頻次5日滑動均值，從圖中可以看出，研究區(qū)域水庫地震類型屬于直接響應(yīng)類型，在第一階段蓄水期間，研究區(qū)域地震頻次沒有發(fā)生變化；在第二階段蓄水期間，庫水位上升至一個新的高度，研究區(qū)地震頻次快速增加，由平靜期5次/日，迅速升高至400次/日；在第三階段蓄水期間，庫水位上升至最高1840m，地震頻次反而出現(xiàn)了階段性下降，較大地震的發(fā)生略滯后于最高庫水位，在庫水最高位后的6—40天內(nèi)，發(fā)生了4次4.0級以上地震，地震頻次在11月22日達到了最高值1528次/日，隨后又逐漸減少。圖5顯示出地震頻次與庫水位上升有明顯關(guān)聯(lián)特征，從而可以判定庫水位加載過程所導(dǎo)致的裂隙或斷層面上的應(yīng)力變化，成為庫區(qū)震群活動的直接影響因素。

圖6 錦屏一級水庫水位與地震頻次的關(guān)系Fig.6 The relationship between water level of Jinping reservoir and frequency of the earthquake swarms

5 小結(jié)與討論

通過對四川木里地區(qū)小震群震源位置的重新確定、反演較大地震震源機制解、小震群活動頻次與錦屏一級水庫庫水位上升關(guān)系的研究分析，得出以下結(jié)論：

（1）木里小震群地震頻次與錦屏一級水庫庫水位的上升有明顯關(guān)聯(lián)特征，庫水位加載過程所導(dǎo)致的斷層面上的應(yīng)力變化是小震群活動的直接影響因素。

（2）該小震群有一個明顯的地震條帶，長約8km，地震震源深度分布在0—12km范圍內(nèi)。經(jīng)過對震群空間分布進行仔細分析，認為發(fā)震構(gòu)造與小金河斷裂西側(cè)的一條NWW向分支斷裂有關(guān)，并不發(fā)生在NW向小金河主斷裂帶上。

（3）在震群較大的地震震源機制的研究中，分析出了兩種錯動類型，其中，發(fā)震時間靠前的淺源逆沖斷層錯動表現(xiàn)出受垂直方向應(yīng)力（重力）作用的特征；發(fā)震時間相對較晚的走滑斷層錯動明顯與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場（或地應(yīng)力場）變化引發(fā)的構(gòu)造活動增強有關(guān)。

根據(jù)上述結(jié)論可知，木里小震群活動頻次與錦屏一級水庫庫水位上升關(guān)系密切，看似僅為一般性的水庫誘發(fā)地震；但是，該地區(qū)小震群活動分布明顯成帶，且絕大多數(shù)地震震源深度較一般性水庫誘發(fā)地震震源深度偏深，表現(xiàn)出區(qū)域應(yīng)力有增強的現(xiàn)象。因此，正在活動中的四川木里小震群究竟是前兆震群，還是一般性的普通震群，目前尚存爭議。

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The Active Characteristics of Small Earthquake Swarms in the Muli Area of Sichuan Province

Cai Yichuan， Dai Shigui and Wei Yaling

（Earthquake Administration of Sichuan Province， Chengdu 610041， China）

In this article， we relocated the seismic source location of the Sichuan Muli areas earthquakes， and inverted the focal mechanism of those larger earthquakes. The relationship between the water level of the Jinping reservoir and the frequency of the earthquake swarm was analyzed. The results showed that: 1）The epicenter of the relocated small earthquake swarm distributes into seismic zone， and the earthquake focal depth is in the range of 0—12 km. （2）By analyzing the earthquake swarm spatial distribution， we found that the earthquake swarms are generated from one branch fault on the west Xiaojin fault；（3）The focal mechanism of three earthquakes with magnitude greater than 4.0 is significantly different， in which the shallow source thrust events are effected by the vertical stress， and the strike-slip events are related to regional tectonic activity.

Earthquake swarm activities；Seismic zone；Double difference location method；Focal mechanism

中國地震局測震臺網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項（專題編號：20140320、20140321）

2014-11-22

蔡一川，男，生于1979年。工程師。主要從事系統(tǒng)運維工作。E-mall：caiyichuan197910@sina.com