重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心武隆MS5.0地震監(jiān)測(cè)情況及成因分析

戴應(yīng)洪，于天航，曹坤劍，王同軍

（重慶市地震局，重慶 401147）

0 引言

2017年11月23日發(fā)生在重慶市武隆區(qū)的MS5.0地震，是渝東南地區(qū)有儀器記錄以來的最大地震。首先介紹該次地震基本情況，包括地震監(jiān)測(cè)情況，災(zāi)害調(diào)查情況，余震序列情況等。然后從數(shù)字地震波分析方面，介紹了PTD方法計(jì)算震源深度，以及CAP方法反演震源機(jī)制的原理，并計(jì)算出了震源深度及震源機(jī)制等地震關(guān)鍵參數(shù)，最后從采氣采礦，電站水庫等人類工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)以及地質(zhì)構(gòu)造方面分析該地震發(fā)震機(jī)理。最終認(rèn)為該地震是典型的構(gòu)造型地震，震源深度約在8km左右，該地震與人類生產(chǎn)活動(dòng)關(guān)系不大。震源機(jī)制解結(jié)果顯示節(jié)面Ⅱ?yàn)榘l(fā)震斷層，其走向，傾角，滑動(dòng)角分別為234°/69°/～89°，是高傾角正斷型地震，通過比對(duì)震中區(qū)域斷層性質(zhì)，認(rèn)定發(fā)震斷層為傾向?yàn)槲鳌蔽鞯奈膹?fù)斷層。

1 武隆MS5.0地震監(jiān)測(cè)情況

2017年11月23日的重慶武隆MS5.0地震，重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心的36個(gè)測(cè)震臺(tái)站，以及接入的鄰省測(cè)震臺(tái)站共59個(gè)測(cè)震臺(tái)站均清晰地記錄了此次地震的波形，特別是接入的貴州地震局的3個(gè)寬頻帶地震計(jì)測(cè)震臺(tái)站（遵義臺(tái)，畢節(jié)臺(tái)，德江臺(tái)）解決了地震定位時(shí)張角過小的問題，所有測(cè)震臺(tái)站中震中距50km范圍內(nèi)臺(tái)站6個(gè)，100km范圍內(nèi)臺(tái)站15個(gè)，離震中最近的為武隆仙女山臺(tái)（XNS），震中距為25km，最遠(yuǎn)的臺(tái)站為四川的小金臺(tái)（XIJ），為568km，如圖1所示，圖中小圓為震中距在50km范圍內(nèi)，大圓為震中距在100km范圍內(nèi)。地震定位臺(tái)站的空隙角為64°，屬于臺(tái)站包圍較好的網(wǎng)內(nèi)地震。據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心速報(bào)數(shù)據(jù)，該地震發(fā)震時(shí)刻為2017年11月23日17時(shí)43分，震中位置為 29.40°N，107.94E°，震源深度 10km，震級(jí)MS5.0級(jí)。

重慶轄區(qū)彭水、黔江、合川等區(qū)縣震感明顯，由中國(guó)地震局、重慶市地震局和四川省地震局組成的現(xiàn)場(chǎng)工作隊(duì)依照《地震現(xiàn)場(chǎng)工作：調(diào)查規(guī)范》 （GB/T 18208.3-2011）、《中國(guó)地震烈度表》 （GB/T 17742-2008），通過災(zāi)區(qū)震害調(diào)查，確定此次地震災(zāi)區(qū)最高烈度Ⅵ度（6度），等震線長(zhǎng)軸總體呈北北東走向，長(zhǎng)軸20.9km，短軸11.8km。Ⅵ度（6度）區(qū)總面積194km2，宏觀震中位于重慶市武隆區(qū)火爐鎮(zhèn)車壩村。烈度區(qū)內(nèi)磚木結(jié)構(gòu)、土木結(jié)構(gòu)房屋出現(xiàn)少量墻體裂縫，部分房屋墻體出現(xiàn)明顯裂縫，多數(shù)房屋梭瓦、掉瓦。磚混結(jié)構(gòu)房屋極個(gè)別墻體出現(xiàn)貫通性裂縫，裝飾性墻體脫落，年久失修的圍墻倒塌，部分墻體出現(xiàn)裂紋，多數(shù)基本完好?？蚣芙Y(jié)構(gòu)房屋完好。

重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心正式提交的地震編目數(shù)據(jù)顯示，截至震后三個(gè)月，即2018年2月23日，共記錄到ML1.0級(jí)以上余震113次，其中ML1.0～1.9共 93次，ML2.0～3.0共 19次，ML3.0以上1次，最大的余震為2017年11月29日10時(shí)34分的武隆ML3.1級(jí)地震。

圖1震中距為50km和100km內(nèi)臺(tái)站分布Fig.1 The station distribution of the epicentral distance within 50km and 100km

2 震源深度的確定

地震震級(jí)為MS5.0，屬于中強(qiáng)地震，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，地表的破壞性相對(duì)較小，如果震源深度較淺，該震級(jí)對(duì)地表應(yīng)該有較強(qiáng)破壞，因此，地震震源深度是一個(gè)非常關(guān)鍵的地震參數(shù)。在地震定位時(shí)，由于垂直方向沒有臺(tái)站，無法用垂直方向臺(tái)站震相走時(shí)殘差來約束震源深度[1]，并且也沒有震中距小于震源深度的臺(tái)站（假定震源深度不超過20km），最近的武隆仙女山臺(tái)（XNS）震中距為25km，并且各個(gè)地震機(jī)構(gòu)在不同速度模型下的各種定位方法，得到的震源深度不是一個(gè)確定的值。

以下整理了各個(gè)地震機(jī)構(gòu)給出的初判震源深度（地震速報(bào)深度）：

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心速報(bào)震源深度為10km，四川測(cè)震臺(tái)網(wǎng)10km，云南測(cè)震臺(tái)網(wǎng)10km，湖北測(cè)震臺(tái)網(wǎng)6km，湖南測(cè)震臺(tái)網(wǎng)6km，重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)22km。重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心的編目結(jié)果震源深度為7.7km。

以上各個(gè)深度結(jié)果差別較大，要確定相對(duì)準(zhǔn)確震源深度，就需要有適合當(dāng)?shù)氐乃俣冉Y(jié)構(gòu)和深度計(jì)算程序，特別是合適的速度模型對(duì)于震源深度的準(zhǔn)確測(cè)定有著非常重要的作用。本文所用的PTD（初至P波到時(shí)差）方法計(jì)算震源深度時(shí)需要的當(dāng)?shù)厮俣饶Ｐ?，?015年“全國(guó)區(qū)域一維速度模型建設(shè)及推廣使用”項(xiàng)目時(shí)得到的重慶速度模型，如表1所示。

表1重慶2015地殼速度模型

震源深度的計(jì)算，需要可靠的理論和計(jì)算方法。為了準(zhǔn)確測(cè)定相對(duì)可靠的震源深度，本文利用PTD震源深度定位程序進(jìn)行計(jì)算。該程序是根據(jù)朱元清《一種確定地震深度的新方法》一文中提出的利用Pn、Pg震相測(cè)定震源深度的方法研制的程序[2]。在程序的計(jì)算過程中，在指定的深度范圍內(nèi)直接搜索使得理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值殘差最小的深度。

該方法利用了初至Pg和Pn震相相對(duì)較清晰，信噪比較高，人工標(biāo)注誤差小的特點(diǎn)，加之莫霍界面的波速比較容易確定并且比較穩(wěn)定，結(jié)合直達(dá)Pg波和折射Pn波的離源射線反向特征，上下方向相反且容易辨認(rèn)，能比較敏感地反映震源深度的變化。采用不同臺(tái)站的初至Pn和Pg到時(shí)差計(jì)算震源深度，可以避開發(fā)震時(shí)刻引起的誤差[3]。本次研究，采用了24個(gè)Pg震相，35個(gè)Pn震相，共組成571個(gè)樣本對(duì)，參與計(jì)算的Pg-Pn數(shù)據(jù)對(duì)較多，提高了區(qū)間的置信度，部分計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 PTD定位方法計(jì)算結(jié)果顯示Fig.2 Result display of PTD location method

計(jì)算結(jié)果顯示，本次武隆MS5.0地震震源深度在8.8km，這些震相到時(shí)組合的深度計(jì)算結(jié)果，是互相獨(dú)立的深度結(jié)果。由于理論模型和實(shí)際應(yīng)用的地殼模型存在差別，所以，在得到大量單個(gè)深度結(jié)果的情況下，如果深度結(jié)果能滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律，結(jié)果也符合高斯分布，則該結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，可以看出，這571個(gè)獨(dú)立的震源深度的集中度最大值和高斯分布極值耦合的最好[4]，如圖3所示。這個(gè)結(jié)果和重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)中心編目結(jié)果的7.7km相差不大，比較一致。

圖3 PTD定位方法結(jié)果震源深度分布及高斯分布Fig.3 Results in focal depth distribution and Gaussian distribution of PTD location method

3 震源機(jī)制的反演求解

CAP方法反演震源機(jī)制，原理是通過臺(tái)站記錄到的實(shí)際觀測(cè)波形與由當(dāng)?shù)厮俣饶Ｐ偷玫降睦碚摬ㄐ芜M(jìn)行對(duì)比，并不斷循環(huán)改變震源各項(xiàng)參數(shù)，在擬合最好的情況下得到反演的結(jié)果。在給定的當(dāng)?shù)厮俣饶Ｐ拖?，?jì)算各個(gè)參與反演的臺(tái)站位置的格林函數(shù)，結(jié)合震源函數(shù)合成理論波形。為了得到準(zhǔn)確的臺(tái)站位置的格林函數(shù)，速度模型還是選擇表1的重慶速度模型。

在反演過程中，將處理過后的觀測(cè)波形與計(jì)算得到的理論波形進(jìn)行擬合，全空間中進(jìn)行格點(diǎn)搜索震源參數(shù)，在擬合較好的情況下，得到了兩個(gè)節(jié)面的參數(shù)，和中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心（CENC）用兩種方法得到的結(jié)果相差不大。如表2所示。

表2各個(gè)機(jī)構(gòu)反演武隆Ms5.0地震震源機(jī)制結(jié)果

其中節(jié)面Ⅱ?yàn)檫@次地震的發(fā)震斷層，最佳擬合深度為7.8km，震源機(jī)制顯示該次地震為高傾角正斷性質(zhì)（圖4）。

圖4 CAP方法反演武隆Ms5.0地震震源機(jī)制解及波形擬合情況Fig.4 Mechanism inversion with CAP method for Wulong Ms5.0 earthquake

下面為震源深度在不同深度時(shí)的位移譜擬合結(jié)果，可以看出，震源深度的變化對(duì)兩個(gè)波形的擬合誤差影響明顯，但在最佳深度附近的震源機(jī)制變化不大，根據(jù)最小誤差的判定結(jié)果，此次地震的最佳震源深度為7.8km，此時(shí)波形擬合最好，最符合實(shí)際的震源機(jī)制（圖5）。

圖5震源機(jī)制的擬合誤差和隨不同震源深度的變化Fig.5 Variation of focal mechanism fit errors with different depth

4 地震成因討論

武隆MS5.0地震是渝東南地區(qū)有儀器記錄以來最大的地震，從歷史地震上看，武隆地區(qū)中強(qiáng)地震活動(dòng)性水平較低，地震區(qū)僅有部分ML1～2級(jí)的微小地震。

弱地震活動(dòng)性和弱構(gòu)造活動(dòng)背景下，發(fā)生MS5.0級(jí)地震，有必要探討該地震與區(qū)域上斷層的關(guān)系及其孕震環(huán)境。

早在20世紀(jì)初期，人們就意識(shí)到人類活動(dòng)可以造成有感地震。一些研究成果表明，采礦，水庫加卸載，采氣注水加壓等人類工業(yè)活動(dòng)都可以誘發(fā)地震，少數(shù)誘發(fā)地震震級(jí)較大，并能對(duì)當(dāng)?shù)卦斐梢欢ǖ钠茐腫5]。

經(jīng)過實(shí)地科考，武隆MS5.0地震震中附近區(qū)域無天然氣及礦產(chǎn)開采等現(xiàn)象，離涪陵采氣區(qū)距離約60km左右，超出了當(dāng)?shù)夭蓺庾⑺畨毫延绊懛秶?，并且采氣注水造成的地震震源深度多?km左右范圍，與武隆MS5.0地震8km左右的深度相差較大，沒有證據(jù)表明該地震與天然氣及礦產(chǎn)開采有關(guān)。

水庫誘發(fā)地震的討論由來已久，在工程及科研領(lǐng)域始終存在的一個(gè)爭(zhēng)論的問題是，水庫究竟是誘發(fā)了，還是觸發(fā)了地震活動(dòng)？目前普遍把水庫地震分為兩類，一類稱為“非構(gòu)造型”水庫地震，例如在巖溶發(fā)達(dá)的石灰?guī)r地區(qū)，蓄水會(huì)導(dǎo)致淺層巖溶坍塌，從而產(chǎn)生地震，這類為誘發(fā)地震，這類地震的震源深度一般較淺，震級(jí)較小，儀器記錄的波形上往往面波發(fā)育，卓越頻率較構(gòu)造地震低；另一類為“構(gòu)造型”水庫地震，庫區(qū)本來就存在發(fā)震斷層，并且該斷層應(yīng)力積累已達(dá)臨界值，水庫蓄水只是對(duì)原本可能要發(fā)生的地震起到“觸發(fā)”作用，使地震發(fā)震時(shí)間提前。這類地震，震級(jí)因斷層積蓄應(yīng)力而異，可以較大，地震波頻率成分復(fù)雜，若震源深度較深，則面波不發(fā)育，初至波初動(dòng)清晰。

震中位置距烏江水系最近距離僅為2km，其下游分布有銀盤電站和江口電站。銀盤水電站總庫容3.2億立方米，大壩為混凝土重力壩，最大壩高80m；江口電站水庫總庫容4.97億立方米，有效庫容3.02億立方米。

從各個(gè)測(cè)震臺(tái)站記錄的波形來看，該地震初動(dòng)清晰，面波不發(fā)育，地震頻率成分復(fù)雜，震級(jí)大，震源深度較深，完全符合一個(gè)構(gòu)造地震的特征。沒有證據(jù)表明該地震與電站水庫蓄水有關(guān)。

既然是構(gòu)造地震，那么必然與發(fā)震斷層有關(guān)，震源機(jī)制解告訴我們這次地震是一個(gè)張性正斷行為，斷層走向北東，高傾角，而震中區(qū)域構(gòu)造上，發(fā)育一系列基底斷層和中小斷裂，這些斷裂大多為基巖斷裂，長(zhǎng)期以來一直認(rèn)為這些斷層是不活動(dòng)的?；讛嗔褳榉蕉飞交讛嗔眩鏇_），七曜山—金佛山基底斷裂（正斷）以及彭水基底斷裂（逆沖），其他的中小斷裂為三會(huì)沖斷裂（逆斷），芙蓉洞斷裂（逆斷），馬武斷裂（正斷），郁山斷裂（正斷），和尚巖斷層（逆斷），火石埡斷裂（逆斷）等，如圖6所示。

圖6震中附近斷層分布情況Fig.6 The distribution of faults around the Wulong MS5.0 epicenter

震中附近的正斷型斷層為七曜山—金佛山基底斷裂，馬武斷裂和郁山斷裂三條斷層。而震中離七曜山—金佛山基底斷裂距離為28km左右，離郁山斷裂距離為30km左右，距離較遠(yuǎn)。震中處在馬武斷裂的延伸斷裂文復(fù)斷層之上，其走向也和反演出的節(jié)面Ⅱ的走向一致，傾向西—北西，傾角53～65°，長(zhǎng)約21km。斷層沿線巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，其中文復(fù)場(chǎng)以北發(fā)育落水洞23個(gè)，巖溶洼地7個(gè)，文復(fù)場(chǎng)以南發(fā)育落水洞54個(gè)，巖溶洼地8個(gè)，巖溶潭1個(gè)[6]。認(rèn)為武隆MS5.0地震的發(fā)震斷層為文復(fù)斷層。

5 結(jié)論與討論

武隆MS5.0地震是近年來渝東南地區(qū)的最大地震，未造成較大破壞，無較大余震，對(duì)比重慶測(cè)震臺(tái)網(wǎng)對(duì)該地震的正式編目結(jié)果中震源深度7.7km，根據(jù)PTD方法計(jì)算結(jié)果8.8km，以及震源機(jī)制反演的深度7.8km來驗(yàn)證，判斷地震的震源深度約在8km左右。

經(jīng)過分析，該地震為典型的構(gòu)造型地震，與人類生產(chǎn)活動(dòng)關(guān)系不大，震源機(jī)制解的結(jié)果顯示為高傾角的正斷型地震，發(fā)震斷層本文認(rèn)定為傾向?yàn)槲鳌蔽鞯奈膹?fù)斷層。

弱地震和構(gòu)造活動(dòng)背景下突然出現(xiàn)如此大的構(gòu)造地震，震區(qū)的應(yīng)力變化是怎么樣的，應(yīng)力變化的推動(dòng)力來自哪里，這些問題需要結(jié)合一些譬如GPS大地形變數(shù)據(jù)，鉆孔應(yīng)變數(shù)據(jù)，地磁場(chǎng)變化等前兆數(shù)據(jù)，做進(jìn)一步的探討與分析。

致謝：感謝“全國(guó)區(qū)域一維速度模型”課題組提供PTD深度定位程序。