2014年以來云南永善地區(qū)M≥4.7地震震源機(jī)制解及發(fā)震構(gòu)造

肖本夫，祁玉萍*，龍 鋒，申 源，梁厚朗，田優(yōu)平

（1. 四川省地震局，成都 610041；2. 湖南省地震局，長沙 410004）

0 引言

2014年以來，云南省昭通市永善縣先后發(fā)生了3次M≥4.7地震，其中最大地震為2014年4月5日M5.3地震。3次地震在大地構(gòu)造位置分區(qū)上屬于上揚(yáng)子陸塊西緣四川前陸盆地?cái)⒂?筠連疊加褶皺帶，在地質(zhì)背景上均位于雷波-永善三角形塊體構(gòu)造區(qū)內(nèi)，該構(gòu)造區(qū)由NS向的峨邊-金陽斷裂、NE向的蓮峰-昭通斷裂和NW向的馬邊-鹽津隱伏斷裂圍限而成，構(gòu)造活動(dòng)性強(qiáng)。其中，峨邊-金陽斷裂以走滑兼逆沖性質(zhì)為主；蓮峰-昭通斷裂主要表現(xiàn)為右旋走滑兼逆沖、或以逆沖為主的錯(cuò)動(dòng)方式；馬邊-鹽津隱伏斷裂以左旋走滑、或左旋走滑兼逆沖性質(zhì)為主。區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，全新世和晚更新世活動(dòng)斷裂發(fā)育，分布范圍廣、規(guī)模巨大、方向變化大且活動(dòng)水平較高，屬于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定地區(qū)[1-2]。自有歷史記載以來，周邊曾發(fā)生過1216年馬湖7級地震、1936年雷波西寧級地震和1974年大關(guān)北7.1級地震[2]。

地震的震源機(jī)制解從一定角度描述了震源的性質(zhì)，能夠直觀地反映地震破裂幾何特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和發(fā)震構(gòu)造信息，不僅是研究區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力和地震災(zāi)害的基礎(chǔ)，也是認(rèn)識地震活動(dòng)與地質(zhì)構(gòu)造之間關(guān)系、勾畫活動(dòng)斷層形態(tài)等方面的重要參數(shù)[3]。因此，及時(shí)地確定地震震源機(jī)制和發(fā)震構(gòu)造對于研究地震孕震機(jī)理、應(yīng)力場分布和構(gòu)造的地震危險(xiǎn)性具有非常重要的意義。本文利用四川和云南區(qū)域臺網(wǎng)的寬頻帶地震波形資料，采用CAP方法計(jì)算得到2014年以來云南永善地區(qū)3次M4.7以上地震的震源機(jī)制解和矩震級等參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)余震序列分布、震后地震烈度分布和地質(zhì)構(gòu)造特征探討3次地震的發(fā)震構(gòu)造。

1 研究方法與數(shù)據(jù)資料

1.1 方法原理

本文使用CAP[4-5]全波形擬合反演方法對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，該方法主要是基于雙力偶震源模型的假設(shè)前提，將寬頻帶數(shù)字地震波形數(shù)據(jù)分為面波部分和體波部分，分別計(jì)算真實(shí)觀測記錄與理論合成波形的誤差函數(shù)，使用網(wǎng)格搜索法得到最佳深度和震源機(jī)制解，同時(shí)確定出地震矩震級[6-7]?；驹砣缦拢?/p>

式中：i=1，2，3時(shí)分別對應(yīng)垂直走向滑動(dòng)斷層、垂直傾向滑動(dòng)斷層和45°斜滑斷層；M0為標(biāo)量地震矩；為射線系數(shù)；為格林函數(shù)；為臺站方位角；分別為所求震源機(jī)制解的走向、傾角、滑動(dòng)角參數(shù)。

因?yàn)樾枰蠼獾恼鹪礄C(jī)制解參數(shù)不多，并且0≤θ≤2π，，0≤λ≤2π，故可直接采用網(wǎng)格搜索得到最佳震源機(jī)制解。

求解方程（4）可定義一個(gè)誤差目標(biāo)函數(shù)來衡量s與u的差異：

式中：r為震中距；r0為選定的參考震中距；p為指數(shù)因子（考慮到幾何擴(kuò)散因子對地震波形的影響），可使地震的矩震級值較為可靠[8]。通常情況下，體波p=1.0，面波p=0.5。

1.2 數(shù)據(jù)資料

本研究選取的云南永善地區(qū)3次M≥4.7地震的基本地震參數(shù)見表1。

表 1 CENC、NEIC給出3次地震的地震參數(shù)

研究主要選用四川和云南區(qū)域地震臺網(wǎng)記錄到的寬頻帶地震波形數(shù)據(jù)，臺站空間分布見圖1。由于研究區(qū)域地震構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜，為了能夠保證反演結(jié)果的可靠性，首先采用人工目視篩選方法選取其中具有高信噪比的波形數(shù)據(jù)，其次速度模型參數(shù)可能對反演計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生一定影響，因此本研究在選取速度模型時(shí)，參考了四川盆地及鄰區(qū)修正速度模型[9-10]（M1）、云南魯?shù)榈貐^(qū)速度模型[11]（M2）和西南地區(qū)地殼和上地幔速度模型[12]（M3）（圖2）。

在上述工作的基礎(chǔ)上，采用頻率-波數(shù)（F-K）方法計(jì)算各個(gè)臺站位置的格林函數(shù)，然后由格林函數(shù)和震源函數(shù)合成理論波形，最后根據(jù)公式（4）的誤差目標(biāo)函數(shù)搜索出合成理論波形與觀測地震波形的誤差，并選擇誤差函數(shù)最小的震源機(jī)制解作為計(jì)算結(jié)果[13-14]。通過對比3種速度模型的計(jì)算結(jié)果（表2），發(fā)現(xiàn)速度模型對計(jì)算結(jié)果影響較小。但根據(jù)計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定性和波形擬合效果，最終選取了計(jì)算結(jié)果相對穩(wěn)定且波形擬合平均相關(guān)系數(shù)較高的四川盆地及鄰區(qū)修正速度模型（M1）。

2 震源機(jī)制解

圖 1 研究區(qū)構(gòu)造背景及地震震中和臺站分布

圖 2 不同地殼速度模型

在數(shù)據(jù)處理過程中，對每個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)地震波形數(shù)據(jù)去除儀器響應(yīng)后積分得到位移記錄，再將其由UD-NS-EW分量旋轉(zhuǎn)至Z-R-T三分量，分成面波部分和體波部分[8]。為消除由速度積分到位移時(shí)產(chǎn)生漂移和長周期地脈動(dòng)的影響，分別對面波部分進(jìn)行0.05～0.10 Hz帶寬范圍、體波部分進(jìn)行0.05～0.20 Hz帶寬范圍的Butterworth帶通濾波。反演時(shí)使用格點(diǎn)搜索法對不同假想震源的節(jié)面參數(shù)和震源深度進(jìn)行搜索，并選取波形擬合誤差最小的參數(shù)作為最可靠的擬合結(jié)果，進(jìn)而確保反演結(jié)果的可靠性[8, 15]。

分別選取3次地震震源機(jī)制解計(jì)算結(jié)果中波形擬合相關(guān)系數(shù)相對較高且穩(wěn)定的結(jié)果，并將3次地震計(jì)算結(jié)果和部分研究機(jī)構(gòu)的震源機(jī)制解結(jié)果進(jìn)行對比（圖3）。盡管不同機(jī)構(gòu)在反演震源機(jī)制解的過程中可能采用了不同的臺站波形數(shù)據(jù)、地殼速度模型和反演參數(shù)等，但計(jì)算結(jié)果基本表現(xiàn)一致，再次佐證了3次地震的震源機(jī)制解計(jì)算結(jié)果相對可靠。反演計(jì)算結(jié)果顯示，在震源性質(zhì)上，3次地震中僅有2014年4月5日M5.3地震為逆沖型地震，其余2次地震均具備高傾角性質(zhì)，屬走滑型地震。

3 分析與討論

2014年以來，云南永善地區(qū)3次M≥4.7地震的P軸方位分別為 309°、275°和 130°，優(yōu)勢方向?yàn)榻?EW 和 NW 向，T軸方位分別為 180°、182°和 39°，優(yōu)勢方向?yàn)榻麼S和NE向。根據(jù)歷史地震和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境研究結(jié)果，在時(shí)間尺度上研究區(qū)內(nèi)1974年5月11日曾發(fā)生永善-大關(guān)7.1級地震，張四昌等[16]采用地震活動(dòng)圖像和震源機(jī)制解資料進(jìn)行構(gòu)造分析，得到永善-大關(guān)7.1級地震序列主要破裂特征為NW向左旋斷層和NE向右旋斷層組合成的共軛破裂。雖然永善-大關(guān)7.1級地震的發(fā)震時(shí)間距2014以來的3次M≥4.7地震相對較長，但二者的空間距離較近，并且應(yīng)力狀態(tài)總體上壓、張應(yīng)力主軸優(yōu)勢方向相對一致，反映了本研究結(jié)果與前人的研究成果[17-20]相吻合。在空間尺度上，研究區(qū)位于青藏高原東南緣的川滇地區(qū)，受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響顯著，斷塊差異運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，主要斷裂包括：峨邊-金陽斷裂、蓮峰-昭通斷裂、馬邊-鹽津隱伏斷裂、大涼山斷裂等多條活動(dòng)斷裂，3次地震及其余震序列均位于峨邊-金陽斷裂、蓮峰-昭通斷裂和馬邊-鹽津隱伏斷裂的圍限區(qū)域內(nèi)及斷裂周邊，其中走向近NS向的峨邊-金陽斷裂為3次主震距離最近的一條斷裂。聞學(xué)澤等[1]基于區(qū)域活動(dòng)構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)、重新定位的小震分布和震源機(jī)制解等多學(xué)科信息，研究得到3條斷裂均具備走滑兼逆沖或逆沖為主的錯(cuò)動(dòng)方式。本研究反演結(jié)果中2014年4月5日M5.3地震為逆沖型地震，其余2次地震屬走滑性質(zhì)地震，與聞學(xué)澤等[1]所得結(jié)論較為一致。根據(jù)3次地震后1.0級以上地震序列展布情況（圖4a），余震序列的優(yōu)勢方位為NE向，同時(shí)結(jié)合震后地震現(xiàn)場調(diào)查的NE向地震烈度衰減長軸方向（圖4b～4c），可排除馬邊-鹽津隱伏斷裂和大涼山斷裂為3次地震發(fā)震構(gòu)造的可能性。此外，2019年5月16日M4.7地震有1個(gè)節(jié)面與峨邊-金陽斷裂走向一致，且空間分布上較為接近，故認(rèn)為峨邊-金陽斷裂可能參與了地震的孕震過程，且對M4.7地震孕震影響更大。但綜合地震震源位錯(cuò)機(jī)制、余震序列和地震烈度圖來看，發(fā)震構(gòu)造的優(yōu)勢走向?yàn)镹E向更為合理。因此推測3次地震同時(shí)受到蓮峰-昭通斷裂與峨邊-金陽斷裂的影響，其發(fā)震構(gòu)造可能是位于2條斷裂之間的無名斷裂，或是蓮峰-昭通斷裂的前端盲斷裂。

圖 3 不同機(jī)構(gòu)3次地震震源機(jī)制解

4 結(jié)論

本文基于CAP全波形擬合反演震源機(jī)制解方法，利用四川和云南數(shù)字地震臺網(wǎng)記錄的寬頻帶臺站地震波形記錄，反演得到2014年以來云南永善3次M≥4.7地震震源機(jī)制解及相關(guān)震源參數(shù)，并對地震的發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行了探討。

圖 4 3次地震及序列震中分布、地震烈度及構(gòu)造解釋剖面

1）基于CAP方法得到永善3次M4.7以上地震的震源機(jī)制解，2014年4月5日M5.3地震的走向?yàn)?236°/9°，傾角 68°/31°，滑動(dòng)角 112°/47°，矩震級為MW4.85；2014年8月17日M5.0地震的走向?yàn)?18°/49°，傾角 71°/87°，滑動(dòng)角?3°/?161°，矩震級為MW4.96；2019 年 5 月16 日M4.7 為走向 266°/173°，傾角 80°/73°，滑動(dòng)角?163°/?10°，矩震級為MW4.60。

2）研究區(qū)位于青藏高原東南緣的川滇地區(qū)，受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響顯著，斷塊差異運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育。受斷裂活動(dòng)等因素影響，3次地震的余震序列優(yōu)勢方向和地震烈度衰減長軸方向表現(xiàn)為NE向；結(jié)合區(qū)域構(gòu)造環(huán)境和震源機(jī)制解結(jié)果，推測3次地震的發(fā)震構(gòu)造可能是位于蓮峰-昭通斷裂與峨邊-金陽斷裂之間的無名斷裂，或是蓮峰-昭通斷裂的前端盲斷裂。

致謝 感謝評審專家寶貴且建設(shè)性的修改意見，感謝云南省地震局提供地震現(xiàn)場烈度調(diào)查資料；本文部分圖件使用GMT和Zmap軟件繪制，在此一并表示感謝。