2021年四川瀘縣M6.0地震發(fā)震機(jī)理及地震活動時(shí)空演化特征

李欣蔚， 張廣偉， 謝卓娟， 李世杰， 呂悅軍*

1 應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院， 北京 100085 2 復(fù)合鏈生自然災(zāi)害動力學(xué)應(yīng)急管理部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100085 3 貴州省震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防治中心， 貴陽 550001

0 引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定，2021年9月16日4時(shí)33分，四川省瀘州市瀘縣(29.20°N，105.34°E)發(fā)生M6.0地震，震源深度10 km，極震區(qū)烈度達(dá)Ⅷ度(四川省地震局，2021)．地震共造成3人死亡，159人受傷，房屋和交通設(shè)施均受到不同程度的破壞．本次地震震中位于華鎣山斷裂帶南西段，該段斷層構(gòu)造發(fā)育，表現(xiàn)為狹窄背斜和寬緩向斜交互(鄧賓，2013)(圖1)．歷史記錄顯示，該斷裂帶地震活動頻度不高，僅發(fā)生過3次M≥5.0地震，其中，最近一次是1959年11月13日發(fā)生在四川富順附近的5.0級地震，無6級以上強(qiáng)震記錄(國家地震局震害防御司，1995；汪素云，1999)．

近十年來，四川盆地東南部地震活動性顯著增強(qiáng)，部分地區(qū)破壞性中強(qiáng)地震頻發(fā)，2018年興文M5.7地震、2019年長寧M6.0地震等多個(gè)事件均受到社會各界的廣泛關(guān)注，并激發(fā)了地震科研工作者的研究興趣(Lei et al.，2019a，b；易桂喜等，2019；梁姍姍等,2020；王志偉，2020；Long et al.，2020；Wong et al.，2021；Zhang et al.，2022)．現(xiàn)有研究認(rèn)為，當(dāng)應(yīng)變積累速率恒定時(shí)，發(fā)生地震的時(shí)間間隔與未來地震震級大小有關(guān)，地震震級愈高，需累積應(yīng)變能的時(shí)間愈長(Shimazaki and Nakata，1980)．但瀘縣6.0級地震發(fā)生約兩月前，震中附近曾發(fā)生M4.2地震，應(yīng)變釋放隨之增大(圖2)．張致偉等(2012)認(rèn)為，汶川8.0級地震的發(fā)生在一定程度上改變了區(qū)域應(yīng)力場環(huán)境，致使四川盆地東南緣地震活動增多；高原等(2018)研究表明，四川盆地東南部慢波延遲時(shí)間稍有上升的現(xiàn)象可能反映了應(yīng)力的繼續(xù)增加．此外，華鎣山斷裂帶近年來的地震空間展布與斷層地表跡線分布也存在一定差異(易桂喜等，2021)．特別地，該斷裂帶的地震地質(zhì)調(diào)查與活動性研究程度有待提高(盛強(qiáng)和謝新生，2010；張?jiān)罉颍?020)．因此，研究2021年瀘縣M6.0地震發(fā)震機(jī)理及地震活動時(shí)空演化特征，分析華鎣山斷裂帶南段地震活動與斷層構(gòu)造的關(guān)系，深入探討四川盆地東南部地震活動頻發(fā)機(jī)理，是十分必要的.

地震活動與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系密切，地震活動的時(shí)空分布能夠反映斷層的運(yùn)動特征及深部構(gòu)造．目前，地震精定位已成為研究活動構(gòu)造、隱伏斷層的重要手段之一．利用高精度數(shù)字化地震觀測資料，進(jìn)行中小地震精定位，已經(jīng)取得了許多與斷裂活動性相關(guān)的研究成果(黃耘等，2008；張廣偉等，2014；謝卓娟等，2017；房立華等，2018；李炎臻等，2020)．同時(shí)，震源機(jī)制解能夠直觀地給出地震破裂的幾何特征和運(yùn)動學(xué)特征；構(gòu)造應(yīng)力場反演能夠?yàn)樘骄康卣鸬脑杏^程、發(fā)震趨勢以及區(qū)域構(gòu)造動力環(huán)境等提供參考(梁姍姍等，2020；胡曉輝等，2020)．

圖1 (a) 華鎣山斷裂帶南段及周邊地區(qū)斷裂、臺站分布及研究區(qū)(黑色方框)地震分布； (b) 研究區(qū)斷層及工業(yè)井分布 圖中斷裂據(jù)鄧起東(2007)；王小龍等(2011)；張致偉等(2012)；易桂喜等(2021)；工業(yè)井據(jù)馬新華等(2020).PX-F：浦江—新津斷裂；LQS-F：龍泉山斷裂；HYS-F：華鎣山斷裂；F1：華鎣山基底斷裂；F2：薄刀嶺斷層；F3：白云寺斷層；F4：燕子巖斷層；F5：螺觀山北翼隱伏斷層；F6：廣順橫斷層；F7：螺觀山南翼隱伏斷層；F8：雙河斷層；F9：月琴壩斷層；F10：魚口坳斷層；F11：天堂溝斷層；F12：黃草溝斷層.Fig.1 (a)The distribution of faults and stations in the southern section of the Huayingshan fault and its surrounding areas， and the distribution of earthquakes in the study area (the black box)； (b) The location of faults and industrial wells in the study area The faults according to Deng et al. (2007); Wang et al.(2011); Zhang et al.(2012); Yi et al.(2021); Industrial wells according to Ma et al.(2020). PX-F: Pujiang-Xinjin fault， LQS-F: Longquanshan fault， HYS-F: Huayingshan fault， F1: Huayingshan base fault， F2: Bodaoling fault， F3: Baiyunsi fault; F4: Yanziyan fault， F5: The north wing of Luoguanshan hidden fault， F6: Guangshun transverse fault， F7: The south wing of Luoguanshan hidden fault， F8: Shuanghe fault， F9: Yueqinba fault， F10: Yukou′ao fault， F11: Tiantanggou fault， F12: Huangcaogou fault.

圖2 2009年1月—2021年10月M-T圖(M≥1.0)(a)和應(yīng)變釋放曲線(M≥3.0)(b) (統(tǒng)計(jì)區(qū)域: 28.75°N—29.75°N， 105°E—106°E) 圖(a)中紅色五角星表示M≥4.0地震，藍(lán)色矩形表示2021年7月1日至2021年10月31日，圖(b)中E表示應(yīng)變能，J為單位焦.Fig.2 M-T diagram (M≥1.0)(a) and strain release curve (M≥3.0) (b) between January 2009 and October 2021 Statistical area： 28.75°N—29.75°N， 105°E—106°E. The red stars are M≥4.0 earthquakes， and the blue rectangle represents July 1， 2021 to October 31， 2021 in Fig.(a), E represents the strain energy and J is the Joule in Fig.(b).

圖3 (a) 速度模型； (b) P波和S波觀測走時(shí)曲線 圖中VP為P波速度，VS為S波速度.Fig.3 (a) Velocity model; (b) Observed travel time curves of the P and S wave VP：P-wave velocity，VS：S-wave velocity.

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究數(shù)據(jù)

本文研究區(qū)域?yàn)椋?8.75°N—29.75°N，105°E—106°E．地震精定位使用由中國地震臺網(wǎng)中心提供的2009年1月1日至2021年10月31日正式觀測報(bào)告中的走時(shí)數(shù)據(jù)．震源機(jī)制反演使用“國家數(shù)字測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心”提供的寬頻帶波形資料(鄭秀芬等，2009)，通過人工拾取篩選，對13個(gè)M≥3.5地震進(jìn)行波形反演，并使用得到的震源機(jī)制解反演研究區(qū)應(yīng)力場．為了獲得更準(zhǔn)確的震源位置，同時(shí)保證數(shù)據(jù)一致性，在地震精定位和波形反演過程中均使用鄰近的榮縣—威遠(yuǎn)—資中地區(qū)一維速度模型(易桂喜等，2020)(圖3a)．

1.2 研究方法

雙差定位法使用兩個(gè)地震走時(shí)差的實(shí)際觀測值與理論計(jì)算值的殘差(“雙差”)以確定事件的相對位置，同時(shí)依據(jù)相鄰地震事件對的傳播路徑相似性，能夠有效降低由速度模型不確定引入的定位誤差，適用于空間跨度較大的叢集地震．考慮到研究區(qū)地震臺站方位覆蓋相對均勻，雙差定位法的定位精度可能受觀測走時(shí)數(shù)據(jù)本身誤差的限制(閆俊崗等，2013)，我們對瀘縣M6.0地震的相關(guān)震相進(jìn)行了重新標(biāo)注，并將標(biāo)注結(jié)果與觀測報(bào)告提供的到時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到震相到時(shí)差的絕對值均≤0.3 s，以此驗(yàn)證觀測報(bào)告中震相數(shù)據(jù)的可靠性．為了保證定位結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，這里僅選取震中距200 km范圍內(nèi)、至少3個(gè)臺站記錄到的走時(shí)數(shù)據(jù)參與地震精定位，其中，P波走時(shí)23940條，S波走時(shí)25674條(圖3b)．在震相預(yù)處理過程中，我們設(shè)定“強(qiáng)鏈接”地震對的震相“鏈接”條數(shù)閾值為6條，事件對最大間距為5 km，P波和S波權(quán)重分別為1.0和0.5．精定位時(shí)，選用共軛梯度法(LSQR)求解方程，得到阻尼最小二乘解．

采用CAP方法求取震源機(jī)制解，需要將寬頻帶數(shù)字地震記錄分為Pnl和面波兩部分并賦予不同權(quán)重，分別計(jì)算理論波形與實(shí)際波形的擬合誤差函數(shù)，利用網(wǎng)格搜索法得到最小誤差的最優(yōu)解．本研究設(shè)置的Pnl和面波濾波范圍分別為0.05～0.15 Hz和0.02～0.1 Hz，走向、傾角和滑動角的搜索間隔均為10°，深度為1 km．采用頻率-波數(shù)法(F-K)計(jì)算格林函數(shù)(Zhu and Rivera，2002)，采樣間隔為0.1 s，采樣點(diǎn)為1024個(gè)．

2 計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 精定位結(jié)果

精定位后共獲得2193個(gè)地震的定位結(jié)果，其中，瀘縣M6.0地震的震中位置為29.18°N，105.33°E，震源深度為6.4 km. 東西、南北和垂直三個(gè)方向上的平均相對定位誤差分別為0.38、0.43和0.56 km(圖4)．考慮到雙差定位時(shí)采用的LSQR算法給出的誤差可能被低估(Waldhauser and Ellsworth，2000；房立華等；2014)，本研究從篩選獲得的地震目錄中隨機(jī)抽取50%的事件進(jìn)行重復(fù)精定位，定位時(shí)設(shè)置參數(shù)一致．如此完成10次，最終獲得的東西、南北和垂直三個(gè)方向上的平均相對誤差值分別為0.45、0.52和0.71 km，與初始精定位結(jié)果差異不大，表明初始定位結(jié)果是可靠的．

圖5為精定位前后的震中分布圖，由圖可見，在研究區(qū)的主要斷層與工業(yè)井附近，精定位后地震的空間分布成叢性更好，沿?cái)鄬幼呦虻木€性趨勢更為明顯．其中，榮昌地區(qū)螺觀山隱伏斷層(F5，F(xiàn)7)及廣順橫斷層(F6)附近的地震最為集中，其次在瀘縣地區(qū)的雙河斷層(F8)及黃草溝斷層(F12)西側(cè)地震也較為集中．精定位前由于定位精度不高造成的震源深度層狀排列現(xiàn)象(圖5a)，精定位后得到明顯的改善，震源深度主要集中在10 km以淺，表現(xiàn)出東淺西深的趨勢(圖5b)．

圖4 地震精定位在東西(a)、南北(b)、垂直(c)方向的相對誤差分布Fig.4 The relative errors in east-west (a)， north-south (b)， vertical (c) directions

圖5 (a) 精定位前地震震中分布圖； (b) 精定位后地震震中分布圖 紅星為M≥4.0地震，斷層及工業(yè)井同圖1．Fig.5 (a) Distribution of epicenters before relocation; (b) Distribution of epicenters after relocation The red stars are M≥4.0 earthquakes， and faults and wells are the same as in Fig. 1.

2.2 震源機(jī)制解

波形反演共使用10個(gè)臺站，總計(jì)50個(gè)波段的記錄資料，所有理論波形與實(shí)際波形的相關(guān)系數(shù)均大于0.7．獲得的瀘縣M6.0地震震源機(jī)制解如下：節(jié)面Ⅰ的走向、傾角和滑動角分別為298°、43°和101°，節(jié)面Ⅱ的走向、傾角和滑動角分別為103°、48°和80°，矩震級為5.39，矩心深度4.3 km(圖6，圖7)，表明該地震為逆沖型事件．我們將這一結(jié)果與不同研究給出的震源機(jī)制解(表1)進(jìn)行對比，證實(shí)了結(jié)果的可靠性．此外，本研究采用Bootstrap方法(Efron，1979)對反演參數(shù)進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，設(shè)置采樣次數(shù)為100次(Efron and Tibshirani，1986)，重抽樣臺站個(gè)數(shù)與每個(gè)地震事件實(shí)際反演臺站個(gè)數(shù)相同，部分臺站會被重復(fù)采樣，對每次采樣的臺站進(jìn)行波形反演，獲得走向、傾角及滑動角的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并將其標(biāo)記在直方圖中(圖8)，可以看出使用重采樣數(shù)據(jù)反演得到的震源參數(shù)相對集中，表明本研究反演結(jié)果是穩(wěn)定的．

圖9展示了研究區(qū)內(nèi)14個(gè)M≥3.5地震的震源機(jī)制解，其中，事件13來自易桂喜等(2021)．結(jié)果顯示，研究區(qū)地震事件以逆沖型為主，主要沿已知斷層分布，大多集中在榮昌地區(qū)及華鎣山基底斷裂附近．矩心深度均小于10 km，表現(xiàn)出淺源分布特征，部分地震的矩心深度與精定位獲得的震源深度之間存在差異，分析其原因，可能是受震源破裂方向性和震級的影響所致(羅艷等，2013)．

圖6 2021年9月16日瀘縣M 6.0地震震源機(jī)制解及理論(紅色)和實(shí)際(黑色)波形對比圖 波形下方數(shù)字表示理論相對實(shí)際波形的相對移動時(shí)間(s)及二者的相關(guān)系數(shù)，左側(cè)大寫字母表示臺站名，臺站名下方數(shù)字表示 震中距(km)和相對偏移時(shí)間(s)．Pz、Pr分別為Pnl波的垂向、徑向分量，Sz、Sr、Sh分別為面波的垂向、徑向和切向分量.Fig.6 Focal mechanism solution and comparison between synthetic (red) and observed (black) waveforms of the 16 September 2021 M 6.0 Luxian earthquake The numbers below each traces are relative time shift (s) and cross-relation coefficient. The station names are given on the left and the numbers below each station are epicentral distance (km) and relative time shift (s). Pz and Pr are the vertical and radial components of Pnl wave，respectively, and Sz, Sr, and Sh are the vertical, radial, and tangential components of surface wave, respectively.

表1 不同研究得到的瀘縣M 6.0地震的震源機(jī)制解Table 1 Focal mechanism solutions of the Luxian M 6.0 earthquake provided by different researches

2.3 研究區(qū)應(yīng)力場

根據(jù)獲得的震源機(jī)制解數(shù)據(jù)(表2)，計(jì)算得到了σ1、σ2、σ3(最大、中間和最小主壓應(yīng)力)以及形狀比R(R=(σ1-σ2)/(σ1-σ3))(表3)．其中，最小主壓應(yīng)力σ3呈現(xiàn)出高傾角的近直立狀態(tài)，最大主壓應(yīng)力σ1和中間主壓應(yīng)力σ2為近水平狀態(tài)，表明區(qū)域應(yīng)力場主要表現(xiàn)為水平構(gòu)造擠壓作用；最優(yōu)應(yīng)力形狀比為0.04，即σ1和σ2的量值非常接近，說明二者在局部地質(zhì)構(gòu)造的影響下可能會發(fā)生互易，這也是應(yīng)力場反演結(jié)果中σ1和σ2較為離散的原因(圖9b)．此外本研究獲得的區(qū)域最大主壓應(yīng)力σ1最優(yōu)平均方位為NWW向，與四川盆地東南部NWW 向逆沖背景應(yīng)力場(王曉山等，2015)相一致，但與瀘縣M6.0地震及事件7、8、9、10、11的震源機(jī)制解特征存在差異．因此，我們使用上述事件再次進(jìn)行應(yīng)力場反演獲得了圖9c所示的結(jié)果，進(jìn)而推測研究區(qū)應(yīng)力場存在局部差異，具體內(nèi)容將在3.4節(jié)中進(jìn)行討論．

表3 研究區(qū)應(yīng)力場反演結(jié)果Table 3 The inversion result of the stress field

圖7 2021年9月16日瀘縣M 6.0地震在不同深度上的 震源機(jī)制解及其擬合殘差Fig.7 Focal mechanism solutions and RMS of the 16 September 2021 M 6.0 Luxian earthquake at different depths

表2 研究區(qū)M≥3.5地震的震源機(jī)制解Table 2 Focal mechanism solutions of M≥3.5 earthquakes

圖8 使用Bootstrap法重抽樣得到瀘縣M 6.0地震及部分事件的震源參數(shù)(走向，傾角，滑動角)分布直方圖 三角形表示實(shí)際反演得到的參數(shù)值，圖中事件序號同表2．Fig.8 Distribution histograms of source parameters (strike, dip， rake) related to the M 6.0 Luxian earthquake and partial events with the Bootstrap method The triangles indicate the values of inversion parameters， and events are consistent with Table 2.

圖9 (a) M≥3.5地震的震源機(jī)制解； (b) 研究區(qū)應(yīng)力場反演結(jié)果； (c) 瀘縣M 6.0地震及事件7、8、9、10、11的應(yīng)力場反演結(jié)果 圖中箭頭表示區(qū)域應(yīng)力場最大主應(yīng)力σ1最優(yōu)平均方位，斷層同圖1，事件序號同表2.Fig.9 (a) Focal mechanism solutions of M≥3.5 earthquakes; (b) The stress filed inversion result in study region; (c) The stress filed inversion result of the Luxian M6.0 earthquake and events 7， 8， 9， 10 and 11 The arrows are the optimal average azimuth of the maximum principal stress σ1 of the regional stress field， faults are the same as in Fig.1, events are consistent with Table 2.

3 討論

3.1 瀘縣M 6.0地震震源深度與發(fā)震機(jī)理

震源深度是描述震源的一個(gè)重要參數(shù)，可靠的震源深度能夠較好地約束地震位置和發(fā)震時(shí)刻，同時(shí)有助于判定發(fā)震斷層并探討其幾何形態(tài)(羅艷等，2013，2020；房立華等，2018)．目前，常使用到時(shí)定位方法獲取地震事件的初始破裂深度，利用波形反演方法獲取反映斷層破裂面中心位置的矩心深度．明確不同震源深度表征的物理意義能夠加深我們對地震發(fā)震機(jī)制的認(rèn)識．

本研究得到的瀘縣6.0級地震初始破裂深度為6.4 km，矩心深度為4.3 km．根據(jù)逆沖型地震矩震級MW與震源破裂長度L的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：MW=4.49+1.49lgL(±0.26)(Wells and Coppersmith， 1994)，估算該地震的震源破裂尺度約為4 km．前人研究認(rèn)為，破裂起始點(diǎn)深度與破裂質(zhì)心間深度的差異可達(dá)破裂尺度的一半(羅艷等，2013)，這也表明兩種深度間存在差異是合理的．

對四川盆地淺源地震的研究表明，地震空間分布明顯受已有斷層的控制，較大地震尤其是中強(qiáng)地震為先存斷層活化所致，并且這些斷層多為隱伏斷層(雷興林等，2014；王志偉等，2018；He et al.，2021)．區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造顯示，瀘縣M6.0地震震中的西側(cè)發(fā)育有梯子崖背斜，該背斜包含一系列自西向東的逆沖型斷層，根據(jù)背斜西翼傾角變緩的現(xiàn)象，推測該背斜可能存在隱伏斷層(賀鴻冰，2012)，符合周榮軍等(1997)提出的川東地區(qū)中強(qiáng)地震發(fā)生的構(gòu)造條件．本次地震震區(qū)古生界存在以泥頁巖為代表的滑脫層系，同時(shí)，重慶—瀘州一線地區(qū)的馬龍溪組底界面隆起，現(xiàn)今埋深約為4000～4500 m(劉樹根等，2016)；基于四川盆地大量鉆井和石油勘探地震反射數(shù)據(jù)刻畫的三維淺層速度結(jié)構(gòu)(Wang et al.，2016)顯示，P波速度在震源附近存在異常分布，這些表明瀘縣M6.0地震成核深度可能位于地殼淺部的滑脫層(圖10)．考慮地震震源機(jī)制解P軸方位200°、俯仰角3°，與區(qū)域應(yīng)力場最大主應(yīng)力σ1最優(yōu)平均方位NWW差異顯著，我們推測在震源區(qū)附近存在局部應(yīng)力場擾動，滑脫層活動觸發(fā)了上覆隱伏斷層的擠壓錯動，進(jìn)而導(dǎo)致瀘縣M6.0地震的發(fā)生.

圖10 瀘縣及周邊地區(qū)三維速度結(jié)構(gòu) 速度結(jié)構(gòu)引自Wang et al.(2016)．Fig.10 Three-dimensional velocity structure in Luxian and its surrounding areas The speed structure is quoted from Wang et al. (2016).

3.2 地震展布與斷層關(guān)系

精定位后的地震事件要集中在應(yīng)力最易累積的斷層端點(diǎn)、交匯點(diǎn)等特殊構(gòu)造部位，如：榮昌地區(qū)的地震活動呈叢聚狀密集分布在螺觀山隱伏斷層(F5，F(xiàn)7)及廣順橫斷層(F6)的構(gòu)造交匯處；而沿白云寺斷層(F3)、燕子巖斷層(F4)中段和黃草溝斷層(F12)附近的地震活動相對較少(圖11a)；部分地震事件在空間上鄰近工業(yè)井，附近無明顯斷層分布．以剖面線FF′附近的地震活動為例，在約5 km深度以淺處的地震震級較小、成簇性較強(qiáng)(圖11g)．考慮到水壓致裂誘發(fā)的地震事件震級較小這一特點(diǎn)(Chen et al.，2018；何登發(fā)等，2019；Lei et al.，2019a)，推測該地區(qū)的地震活動受當(dāng)?shù)毓I(yè)進(jìn)程的影響．在圖11h中，沿剖面線HH′自西向東，地震震級逐漸減小，剖面圖所示的分布形態(tài)與水平井相似，震源深度大多淺于10 km，但在約20 km深度處出現(xiàn)一地震簇，這可能是精定位使用的速度模型不夠精細(xì)導(dǎo)致的．從圖11i可以看出，剖面線JJ′附近地震活動的震源深度分布在0～20 km范圍內(nèi)，約5～10 km處存在一個(gè)NE向間斷面，這可能與當(dāng)?shù)匾远鄬哟位?、疊瓦狀構(gòu)造樣式為主的構(gòu)造特點(diǎn)有關(guān)(楊淑雯，2015)．

精定位后地震活動展示的空間分布特征及活動性差異，與地表斷層及其深部構(gòu)造存在對應(yīng)關(guān)系．剖面線AA′北端的地震在平面和剖面上均呈面狀分布，與逆沖斷層地震活動表現(xiàn)方式一致，其南端的地震在水平方向上表現(xiàn)為不連續(xù)分布，具有條帶狀特征(圖11b)．圖11c中也存在類似的間斷面，這些間斷面自西向東與燕子巖斷層(F4)及黃草溝斷層(F12)的地表出露位置基本吻合．另外，在薄刀嶺斷層(F2)附近，個(gè)別地震的震源深度大于20 km，考慮其發(fā)震位置的特殊性(深部的相應(yīng)位置為華鎣山基底斷裂)，推測這些地震可能發(fā)生在地殼中酸性花崗巖質(zhì)層與基性玄武巖質(zhì)層的界面附近，該界面埋深約22 km，被華鎣山基底斷裂所切割(王贊軍等，2018)．華鎣山基底斷裂控制著川東滑脫型褶皺構(gòu)造帶的發(fā)育和川中地塊平緩褶皺構(gòu)造(Yan et al.，2003)，其兩側(cè)結(jié)晶基底的埋深與性質(zhì)截然不同，東側(cè)的川東地區(qū)(包括研究區(qū))屬于低密度的塑性基底結(jié)構(gòu)，埋深一般為7～9 km，最深可達(dá)11～12 km(秦萬成和羅正富，1980)．剖面線BB′與剖面線CC′附近地震的震源深度主要集中在10 km范圍內(nèi)(圖11d，11e)，與基底上界面埋深具有一致性，推測這些地震發(fā)生在盆地上地殼淺部的沉積蓋層內(nèi)，主要受蓋層內(nèi)滑脫構(gòu)造的控制．剖面線EE′附近的地震分布長軸優(yōu)勢方向近乎垂直于黃草溝斷層(F12)走向，其深度剖面圖表明，燕子巖斷層(F4)東側(cè)的地震活動頻度與震源深度明顯大于西側(cè)．在約10 km深度處存在分層現(xiàn)象，相比該分界面上部，分界面以下的地震活動相對分散(圖11f)，這些事件可能位于隱伏逆沖推覆構(gòu)造體的滑脫面上，是盆地內(nèi)淺部滑脫斷層在青藏高原東向推擠下復(fù)活的表現(xiàn)(張?jiān)罉颍?020)．

3.3 地震活動時(shí)空演化特征

圖12展示了華鎣山斷裂帶南段地震活動的時(shí)空演化過程，在不同時(shí)間段地震活動的空間重復(fù)度較低，主要沿華鎣山斷裂帶向西南方向移動(圖12a)．從圖12b可以看出，2013年之前的地震主要分布在榮昌地區(qū)的螺觀山隱伏斷層(F5，F(xiàn)7)與廣順橫斷層(F6)附近；2013—2017年的地震在空間上相對分散，除榮昌地區(qū)外，瀘州地區(qū)也發(fā)生了少數(shù)地震．相比上一時(shí)間段，榮昌地區(qū)的地震事件更集中于當(dāng)?shù)貜U水處理井附近．2018年至今，研究區(qū)的地震活動沿華鎣山斷裂帶向南遷移，主要分布在燕子巖斷層(F4)和雙河斷層(F8)附近．

另外，地震活動的震源深度也隨時(shí)間逐漸增大，從10 km范圍內(nèi)逐漸增至20 km左右，這一現(xiàn)象可能是不同時(shí)段地震的發(fā)震機(jī)理不同導(dǎo)致的．榮昌地區(qū)自1978年起開展廢水回注工作，隨著回注井與其周圍破壞性地震間的相關(guān)性被證實(shí)，并且注水壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力上限后，當(dāng)?shù)氐膹U水回注井在2001年及2013年被先后關(guān)閉．小震隨之產(chǎn)生明顯而迅速的響應(yīng)，大震則顯示持續(xù)性活動(Lei et al.，2020)．該地區(qū)中小震的震源深度與廢水注入井深度接近，相對淺于圖中的中強(qiáng)地震深度，這些小震可能是中強(qiáng)地震的余震，或與廢水注入活動密切相關(guān)．發(fā)生在該地區(qū)的事件3和事件5均為逆沖型地震(圖9，圖12b)，可能與螺觀山背斜的擠壓運(yùn)動或注水井流體壓力擴(kuò)散有關(guān)(王志偉等，2018)．目前，榮昌地區(qū)南部的頁巖氣開發(fā)已經(jīng)開始，瀘縣M6.0地震震中附近存在一口深頁巖氣評價(jià)井(瀘203)，該井于2019年正式投產(chǎn)，研究區(qū)存在與其時(shí)空特征相似的地震事件，這些事件可能與開采活動存在聯(lián)系．近3年來，華鎣山斷裂南段東、西兩支附近曾發(fā)生兩次中強(qiáng)地震：事件13和事件14(瀘縣M6.0地震)(圖12d)．其中，事件13的震源區(qū)主要受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場控制(易桂喜等，2021)，事件14則因局部應(yīng)力場擾動而產(chǎn)生，這表明瀘縣及周邊地區(qū)的地震活動可能主要受區(qū)域應(yīng)力場控制，部分受局部應(yīng)力場影響．

圖11 精定位后地震平面及深度剖面圖 紅色五角星為M≥4.0地震，綠色矩形表示部分?jǐn)鄬拥乇碹E線， 斷層同圖1．Fig.11 Map view and vertical cross sections of relocated earthquake sequence The red stars are the M≥4.0 earthquakes， green rectangles indicate the surface traces of partial faults， faults are the same as in Fig.1.

圖12 不同時(shí)間段地震平面圖及剖面線AA′的深度剖面圖 斷層同圖1．Fig.12 Relocation earthquakes in map view and along cross-section AA′ at different periods The faults are the same as in Fig.1.

3.4 震源機(jī)制解的差異性

圖13 M≥3.5地震震源機(jī)制解與區(qū)域應(yīng)力場的力學(xué)一致性 圖中事件與表2一致．Fig.13 Results of mechanical fitting between the stress filed and focal mechanism solutions of M≥3.5 earthquakes The events are consistent with Table 2.

前文提及瀘縣M6.0地震及事件7、8、9、10、11的震源機(jī)制解特征與NWW向區(qū)域應(yīng)力場存在差異．這里，我們通過計(jì)算歸一化剪滑分量ω(Angelier，2002)，進(jìn)一步研究區(qū)域應(yīng)力場與其內(nèi)部地震的力學(xué)一致性．歸一化剪滑分量ω同時(shí)考慮了相對剪應(yīng)力大小與剪滑角兩個(gè)參數(shù)，能夠從剪應(yīng)力量值的角度考慮巖石在區(qū)域應(yīng)力場下發(fā)生滑動的概率，同時(shí)避免了從震源機(jī)制解的兩個(gè)界面中判斷發(fā)震斷層面的難題．該參數(shù)的變化范圍為-1～1，值越小，越難用區(qū)域應(yīng)力場解釋實(shí)際震源機(jī)制所指示的巖體滑動；若為負(fù)值，則表明區(qū)域應(yīng)力場與實(shí)際震源機(jī)制解在力學(xué)上是相抵觸的(胡幸平等，2021)．本研究以由區(qū)域應(yīng)力場反演獲得的相對應(yīng)力大小R為基礎(chǔ)資料，計(jì)算了14個(gè)M≥3.5地震事件的ω值(圖13)．結(jié)果顯示，14個(gè)地震中有8個(gè)事件的ω值大于0.1，最小值為0.14，這說明二者之間存在較為良好的力學(xué)一致性，同時(shí)這也意味著驅(qū)動這些事件的應(yīng)力場幾乎是同一個(gè)．而瀘縣6.0級地震(事件14)以及事件7、8、9、10、11的ω值均小于0.1，這表明上述事件與區(qū)域應(yīng)力場的力學(xué)吻合度較低．這一對比結(jié)果表明，研究區(qū)地殼應(yīng)力場存在局部不均勻性，這種應(yīng)力變化是造成地震事件活動機(jī)制存在差異的主要原因．此外，部分發(fā)生在隆昌地區(qū)附近事件的震源機(jī)制解在不同深度處表現(xiàn)出不同特征，具有不確定性，可能與其受深、淺部不同控制作用有關(guān)．區(qū)域應(yīng)力場的不均勻性與周邊地區(qū)工業(yè)活動的多樣性使得地震事件的發(fā)震機(jī)理不盡相同，還需通過收集更豐富的波形資料，綜合多學(xué)科的觀測結(jié)果進(jìn)行深入分析.

4 結(jié)論

本研究使用雙差定位法對瀘縣及周邊地區(qū)2009年1月至2021年10月發(fā)生的地震進(jìn)行精定位，通過波形反演方法得到研究區(qū)內(nèi)M≥3.5地震的震源機(jī)制解，并以此為基礎(chǔ)，采用聯(lián)合迭代方法反演區(qū)域應(yīng)力場，明確事件的震源特性及時(shí)空演化特征，進(jìn)一步探究華鎣山斷裂帶南段地震活動的發(fā)震機(jī)理．主要認(rèn)識如下：

(1) 基于波形反演獲得的瀘縣M6.0地震震源機(jī)制解節(jié)面Ⅰ的走向、傾角和滑動角分別為：298°、43°和101°，節(jié)面Ⅱ的走向、傾角和滑動角分別為：103°、48°和80°，矩心深度為4.3 km，而精定位獲得的初始破裂深度為6.4 km，兩種深度間的差異可能與二者物理意義不同有關(guān)．本次地震的震源區(qū)P軸方位200°、俯仰角3°，與區(qū)域應(yīng)力場最大主應(yīng)力σ1最優(yōu)平均方位NWW存在差異，計(jì)算得到其歸一化剪滑分量ω為0.06，表明該事件與區(qū)域應(yīng)力場在力學(xué)上的吻合度較低，推測瀘縣M6.0地震是在局部應(yīng)力場擾動下，研究區(qū)下方滑脫層活動觸發(fā)了上覆隱伏斷層的擠壓錯動而產(chǎn)生．

(2) 瀘縣及周邊地區(qū)地震活動具有明顯的時(shí)空遷移特性，主要沿華鎣山斷裂帶向西南方向移動，精定位事件的空間展布及活動性差異，與地表斷層及其深部構(gòu)造存在一定的對應(yīng)關(guān)系，部分震群鄰近當(dāng)?shù)毓I(yè)井，附近無明顯斷層構(gòu)造，可能與資源開采活動密切相關(guān)．

(3) 研究區(qū)內(nèi)地震事件以逆沖型為主，主要受區(qū)域應(yīng)力場控制；隆昌地區(qū)附近部分事件的震源機(jī)制解特征與區(qū)域應(yīng)力場存在差異，暗示研究區(qū)地殼應(yīng)力場存在局部不均勻性，這種不均勻性與周邊地區(qū)工業(yè)活動的多樣性使得地震事件的發(fā)震機(jī)理不盡相同，還需通過收集更豐富的波形資料，綜合多學(xué)科的觀測結(jié)果進(jìn)行深入分析，當(dāng)?shù)氐暮罄m(xù)地震活動值得持續(xù)關(guān)注．