四川西昌MS5.1地震構(gòu)造研究

魏婭玲,蔡一川,羅 松,周文英

(四川省地震局,四川 成都 610041)

本研究收集整理了四川地震臺網(wǎng)的地震波形資料、地震目錄和目錄震相數(shù)據(jù)；選用3種不同速度模型和CAP(Cut And Paste)方法，反演了西昌Ms5.1地震震源機(jī)制解、搜索其矩心震源深度，選取最佳結(jié)果；對余震空間分布進(jìn)行初步分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合余震序列空間展布、震源機(jī)制、地震烈度等震線分布和附近斷裂構(gòu)造特征，研究此次地震的構(gòu)造成因，以期為進(jìn)一步討論序列類型和震情趨勢提供一定依據(jù)。

1 區(qū)域斷裂構(gòu)造和地震活動背景

2018年10月31日四川西昌MS5.1地震發(fā)生在西昌市南西的安寧河河谷西側(cè)，地處我國南北地震構(gòu)造帶的中南段，區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，震區(qū)附近主要活動大斷裂有則木河斷裂帶、安寧河斷裂帶、磨盤山—昔格達(dá)斷裂帶和金河—箐河斷裂帶。安寧河斷裂帶是青藏高原東南緣的一條活動性深大斷裂帶，北起石棉縣，與北西向的鮮水河斷裂和北東向的龍門山斷裂相交，形成“Y”字型，向南穿過會理縣、越過金沙江，進(jìn)入云南省，全長近150 km，寬約20 km,由6～7條較為規(guī)則的南北向斷裂組成，展布于安寧河谷兩側(cè)，為高角度的沖斷層，以傾東為主，局部傾西，傾角約為40°～60°，是一條以左旋水平走滑為主，具有強(qiáng)烈擠壓特征的最新活動斷裂帶(唐榮昌等，1989；冉勇康等，2008)。則木河斷裂帶總體走向330°，斷層面傾向北東，傾角為50°～70°，個(gè)別斷層面近乎直立，其北端于西寧附近與南北向安寧河斷裂反接相連，向南東經(jīng)西昌邛海西岸、大箐梁子、普格、松新、寧南、過金沙江后，延入巧家盆地，在巧家附近與小江斷裂連成一體，全長約140 km，具有左旋走滑兼拉張的運(yùn)動特征(徐錫偉等，2005；張培震，2008；魏文薪等，2012)。磨盤山—昔格達(dá)斷裂帶位于安寧河斷裂帶以西，平行于安寧河斷裂帶，呈南北向延伸，斷裂北端始于冕寧里莊以北，向南經(jīng)磨盤山、得力鋪、普威、昔格達(dá)至魚鲊，南延達(dá)云南元謀附近，全長約300 km，東西寬12～20 km，為一條向西陡傾的壓性斷裂(四川省地震局，1986)。金河—箐河斷裂帶是一條區(qū)域性大斷裂帶，北起冕寧，向南經(jīng)金河后，逐漸向西偏轉(zhuǎn)經(jīng)箐河進(jìn)入云南省內(nèi)與永勝—賓川斷裂相接，長約200 km，其總體走向近南北，略呈向東凸出的弧形，西傾，傾角為50°～70°，具有擠壓性質(zhì)特征(四川省地震局，1986)。

聞學(xué)澤等(2008)通過分析川西安寧河—?jiǎng)t木河斷裂附近區(qū)域地震活動圖像隨時(shí)間的演變、沿?cái)嗔颜共嫉臍v史強(qiáng)震背景以及小震時(shí)—空分布特征，得知：安寧河斷裂自1536年后、則木河斷裂自1850年后均未發(fā)生過大于7級的地震，兩斷裂帶都具有發(fā)生中—長期大地震的潛勢；1977年1月至2006年12月安寧河斷裂附近ML≥4.0地震一直持續(xù)處于平靜期，具有第一類地震空區(qū)的背景，并伴有第二類地震空區(qū)的形成與演化(見圖1)；空區(qū)內(nèi)沿安寧河斷裂又存在2個(gè)小震空段，估計(jì)出安寧河斷裂2個(gè)閉鎖斷裂段潛在地震的最大可能震級均為7.4級。而此次西昌MS5.1地震就發(fā)生在安寧河斷裂1977年1月至2001年12月形成的收縮地震空區(qū)內(nèi)(見圖1a，西昌市南西的空心圓表示此次地震震中位置)，且位于1977年1月至2006年12月形成的地震空區(qū)的邊緣(見圖1b)，應(yīng)該引起關(guān)注。因此，對該次地震的構(gòu)造成因進(jìn)行研究, 無論是在地震預(yù)測還是在防震減災(zāi)工作的需求上都值得探索與研究。

圖1 安寧河—?jiǎng)t木河斷裂附近區(qū)域2個(gè)時(shí)段內(nèi)ML≥4.0地震空區(qū)圖像(聞學(xué)澤等，2008)

2 數(shù)據(jù)和模型

2.1 臺站和資料的選取

四川省西昌市Ms5.1地震發(fā)生前, 震中區(qū)域附近300 km內(nèi)的寬頻帶地震臺站有33個(gè)，為震源機(jī)制解反演提供了豐富資料?；谒拇?、云南2省地震臺網(wǎng)寬頻帶地震波形資料和CAP方法，選用了 80 km≤震中距≤ 300 km、信噪比相對較高的14個(gè)地震臺站進(jìn)行波形反演。震中與參加反演的臺站分布如圖2a所示，其中YAJ、ZAT、DOC、HUP、YOS 5個(gè)臺屬于云南地震臺網(wǎng)共享臺站，其他臺站均屬于四川地震臺網(wǎng)固定臺站。從圖2a可以看出，反演臺站對地震震中具有很好的控震能力。

據(jù)四川地震臺網(wǎng)地震目錄結(jié)果統(tǒng)計(jì)，自2018年10月31日Ms5.1主震發(fā)生至11月31日，四川地震臺網(wǎng)共記錄到余震151次，其中，ML1.0～1.9余震23次，ML2.0～2.9余震4次，ML3.0～3.9余震1次,最大余震為11月20日的ML3.9地震。從震區(qū)余震序列分布圖(圖2b)可以看出，余震序列成簇狀分布在兩個(gè)局部區(qū)域，絕大多數(shù)余震成簇狀分布在主震震源區(qū)，少數(shù)余震成簇狀分布在距主震震中以北約26 km的地方，兩簇余震均展布在磨盤山—昔格達(dá)斷裂帶的得力鋪斷裂附近，無明顯長、短軸分布現(xiàn)象。

2.2 方法和速度模型

本研究采用國際上地震學(xué)者建立的CAP方法(Zhao et al，1994；Zhu et al，1996；Tan et al，2006)，該方法將地震波形分解為體波(Pn1)和面波兩部分，分別計(jì)算合成波形和實(shí)際波形的擬合誤差函數(shù)，搜索最佳震源深度和震源機(jī)制解，同時(shí)計(jì)算出地震矩震級。國內(nèi)有許多地震工作者使用該方法作過不少研究(趙凌云等，2000；呂堅(jiān)，2011；羅鈞等，2014；魏婭玲等，2016；易桂喜等，2017)，其研究成果也充分驗(yàn)證了該方法的穩(wěn)定性和可靠性。

圖3 參加反演的3個(gè)速度模型

為了提高研究結(jié)果的可靠性，綜合研究區(qū)域地殼速度模型的研究成果，這里選用了圖3中的A、B、C 三個(gè)模型用于西昌市MS5.1地震反演。其中模型A表示林向東等(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，并做過適當(dāng)調(diào)整，地殼分層相對較為精細(xì)；模型B表示Crust2.0模型(SJ?BERG et al,2011),雖然空間分辨率不高，但結(jié)果還是比較可靠的，還給出了各速度層的密度分布；模型C是地震行業(yè)科技專項(xiàng)研發(fā)的四川區(qū)域一維速度模型(朱元清等，2017)，V上地殼P=6.0 km/s,V下地殼P=6.7 km/s,Vpn=8.1 km/s,H上地殼=33 km,H下地殼=21 km，該模型將四川地區(qū)地殼分為上、下兩層, 速度結(jié)構(gòu)分層較為簡單。

圖4 由模型A反演得到的波形擬合圖

3 機(jī)制解結(jié)果及對比分析

3.1 震源機(jī)制解

通過上述3個(gè)速度模型反演得到的波形擬合都比較理想，結(jié)果穩(wěn)定、可靠， 3個(gè)機(jī)制解結(jié)果應(yīng)該都是可用的。由圖4、圖5和圖6波形擬合圖可以看出，模型A反演計(jì)算出的各臺站波形擬合互相關(guān)系數(shù)均大于62%，rms(擬合誤差)為5.53e-003；模型B反演計(jì)算出的各臺波形擬合互相關(guān)系數(shù)均大于49%，rms值為7.303e-003；模型C反演計(jì)算出的各臺波形擬合互相關(guān)系數(shù)均大于53%，rms值為6.247e-003；通過對比分析得知，分層較為精細(xì)的模型A的互相關(guān)系數(shù)相對最大，且擬合誤差值又最小，模型B的擬合誤差值最大；說明模型A的反演結(jié)果應(yīng)該比模型B和模型C的結(jié)果更加準(zhǔn)確，故選擇模型A的反演結(jié)果作為最佳結(jié)果，見表1。此次地震最佳的震源機(jī)制解及震源矩心深度為：節(jié)面I走向?yàn)?83°、傾角為65°、滑動角為-6°，節(jié)面II走向?yàn)?75°、傾角為85°、滑動角為-155°，壓應(yīng)力P軸方位角為142°、仰角為21°，張應(yīng)力T軸方位角為46°、仰角為14°，矩震級為MW為4.87，震源矩心深度為 10.4 km。地震矩震級較中國地震臺網(wǎng)中心測定的面波震級偏小0.23，震源矩心深度較中國地震臺網(wǎng)中心測定的震源初始深度偏淺近9 km。

表1是采用不同速度模型獲得的西昌MS5.1地震震源機(jī)制及震源深度結(jié)果，從表中可以看出，3個(gè)機(jī)制解結(jié)果比較接近，節(jié)面都有近南北和近東西兩個(gè)優(yōu)勢方向，震源主壓應(yīng)力方位角都具有北西—南東、仰角在20°左右的P軸，張應(yīng)力方位角都具有北東—南西、仰角均小于20°的T軸，力軸均與斷層面較小角度地斜交，說明水平滑動分量明顯大于垂向分量，說明斷層運(yùn)動是以左旋走滑運(yùn)動為主，兼有一定的正傾滑分量。

表1 不同模型反演西昌MS5.1地震震源機(jī)制解結(jié)果

3.2 震源深度

圖7是根據(jù)上述3個(gè)速度模型反演得到的深度擬合圖，從左到右分布是模型A、模型B、模型C反演得到的震源機(jī)制解深度值。從深度擬合圖中可以看出，0～26 km深度范圍內(nèi)的機(jī)制解結(jié)果都比較穩(wěn)定，且在最佳震源矩心深度附近，擬合誤差最小。3個(gè)最佳震源矩心深度值分別為10.4 km、8.4 km和 8.8 km，均比中國地震臺網(wǎng)中心測定的震源初始深度偏淺，分別偏淺8.6 km、10.6 km和10.2 km。由于模型A的波形擬合互相關(guān)系數(shù)大，且擬合誤差值又相對較小，故最終采用模型A反演的矩心深度值作為最佳震源矩心深度值，約為10 km，說明西昌MS5.1地震是一次發(fā)生在脆性上地殼的地震。

圖5 由模型B反演得到的波形擬合圖

圖6 由模型C反演得到的波形擬合圖

圖7 3個(gè)速度模型反演得到的深度擬合圖

3.3 發(fā)震構(gòu)造研究

根據(jù)上述分析可知：西昌MS5.1地震及其余震震中均分布在磨盤山—昔格達(dá)斷裂帶的得力鋪斷裂附近，主震地震烈度等震線長軸呈近南北向展布，且主震震源機(jī)制解節(jié)面I走向也為近南北，與得力鋪斷裂走向一致；故推斷主震的發(fā)震斷層應(yīng)為節(jié)面I，斷層走向?yàn)榻媳?，屬于高傾角左旋走滑斷層，向西傾，震源區(qū)應(yīng)力受近S38°E向擠壓，N46°E向拉張作用，與王金澤等(2018)得到的川滇菱形塊體中部區(qū)域應(yīng)力方向比較接近；說明此次地震構(gòu)造成因應(yīng)是在青藏高原物質(zhì)東流和華南塊體阻擋作用下，川滇塊體近南東向水平運(yùn)動的結(jié)果。

4 結(jié)論

基于四川、云南2省14個(gè)固定地震臺站寬頻帶數(shù)字地震波形資料和CAP方法，采用3個(gè)不同速度模型反演得到2018年10月30日四川省西昌市MS5.1地震的震源機(jī)制解和最佳震源深度。綜上所述，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：1)分層較為精細(xì)的模型A的波形擬合互相關(guān)系數(shù)最大，且rms值也相對較小，其反演結(jié)果更可靠，更準(zhǔn)確。2)反演得到此次地震的矩震級MW為4.87；機(jī)制解結(jié)果節(jié)面I走向?yàn)?83°、傾角為65°、滑動角為-6°，節(jié)面II走向?yàn)?75°、傾角為85°、滑動角為-155°，壓應(yīng)力P軸方位角為142°、傾角為21°，張應(yīng)力T軸方位角為46°、傾角為14°，屬于高傾角左旋走滑斷層，兼有一定的正傾滑分量。最佳震源深度約為10 km，深度較淺，是一次發(fā)生在脆性上地殼的地震。3)結(jié)合主震震中、余震分布和震區(qū)主要斷裂構(gòu)造展布，初步認(rèn)為，近南北走向的得力鋪斷裂應(yīng)為西昌MS5.1地震的發(fā)震構(gòu)造，與該斷裂帶走向一致的節(jié)面I為同震斷裂面，其成因是川滇塊體南向東水平運(yùn)動的結(jié)果。