2018, Vol. 38
2. 湖北省地震局，武汉市洪山侧路48号，430071;
3. 三峡工程生态与环境监测系统地震监测重点站，武汉市洪山侧路48号，430071
2014-03-27~2017-06-16间隔3 a多时间，在相距不到40 km的三峡库区中段相继发生2014年M4.7、M4.5和2017年M4.3、M4.1地震。两次地震距离相近，但是地震序列有所不同，2014年M4.7、M4.5地震余震丰富，记录到余震500余次，其中2级以上余震5次，最大余震M2.9，余震活动持续一个月有余，而2017年M4.3、M4.1地震只记录到余震160多次，2级以上余震3次，最大余震M2.6，余震活动持续20 d左右。
地震序列是较大地震发生以后在空间和时间上丛集的一系列地震事件。通过对地震序列的研究，可以判断一次地震事件或者某次大地震发生以后地震活动的发展趋势，提取地震孕育过程和震源区物理状态的某些性质，了解大小地震出现次序之间的内在联系，有助于判断一次地震或一组地震事件发生后发震区或相关区域未来地震活动发展趋势，从而加深对地震过程的了解，提高对地震发生发展规律的认识水平[1-3]。利用数字化地震台网记录的大量地震波形资料估算地震的震源参数，如优势频率、拐角频率、震源深度等，对震源性质和地震预报研究具有十分重要的意义。
1 地质构造背景对比2014秭归M4.7、M4.5地震序列活动位于三峡库区中东段，在黄陵背斜与秭归坳陷盆地交汇处(图 1)，微构造上属仙女山微地块，由仙女山断裂和九畹溪断裂分别控制其东西边界。这2条断裂均形成于燕山运动期，经燕山期和喜马拉雅期强烈构造变形，向下切割古生界和白垩系，沿断裂拉张形成断陷槽地，构成了黄陵地块西南侧分界线的一部分。对断层活动年代测试结果表明，两者最后一次强烈活动时代均为早、中更新世，最新活动年龄为1.5×105 a左右。仙女山断裂走向NNW，倾向SW，自北向南由仙女山断裂、都镇湾断裂和桥沟断裂组成，本次地震序列活动发生在北段；九畹溪断裂由2条相互平行、近SN走向的断裂组成，倾向E或W，西支中部在路子口横穿过长江，构成仙女山微地块东侧边界。
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图 1 震中地质构造 Fig. 1 Geological tectonics and faults |
震区东部的黄陵背斜发育太古代花岗岩(γ)和闪长岩(δ)侵入体，西部秭归向斜区广泛分布侏罗系(J)碎屑岩，两区交汇地带分布一系列近南北走向地层，从寒武系至三叠系均有发育，倾向近西，倾角20°~30°，自西向东依次为侏罗系(J)砂岩、泥岩兼炭质页岩，三叠系(T)不同厚度和性质的灰岩区，二叠系(P)深色灰岩和黄色砂岩，志留系(S)砂岩、砂页岩和页岩，奥陶系(O)页岩与灰岩，寒武系(∈)白云岩与白云质灰岩等，白垩系下统(K1)仅分布在仙女山断裂中北段，以紫红色砂砾岩为主。震中区位于三叠系中上统(T2-3)、二叠系上下统(P2、P1)和志留系上中统(S3、S2)灰岩、砂岩和页岩发育区[4]。
2017年M4.3、M4.1震区最近断裂为周家山-牛口断裂，该断裂由多条平行断裂组成，总体走向20°~50°，倾向NWW，倾角多数大于60°。前期为压扭性，后期主要呈右行走滑。断裂带内新鲜断裂层泥样热释光测量结果显示，该断裂最新活动时代为晚更新世。但也有专家[5]认为，牛口断裂除北端周家山一带外，其余40余km地层连续、岩体完整，不发育断层。
震中附近出露地层主要为侏罗纪桐木园组、三叠系下统嘉陵江组和巴东组。桐木园组主要为砂岩、页岩夹煤层；嘉陵江组主要为灰岩、白云岩；巴东组砂岩、页岩夹有泥质灰岩。地层总体倾向NE或NNE，倾角15°~50°，厚度约3 km。在本次震中一带长江河谷狭窄，两岸山地陡峻，右岸地层产状与河谷谷坡一致；左岸与谷坡相反，垂直裂隙发育，易于透水。下伏地层为二叠纪泥岩、硅质灰岩夹煤层，煤层厚度约0.8~3 m[4]。
2 序列对比与分析2014年M4.7、M4.5地震的主震位于长江三峡水库南岸相距不足3 km处，是三峡水库蓄水后发生在秭归地区的最大地震，也是继2008年秭归M4.1地震后该区又发生的两次中等强度地震。截止到2014-05-01 08：00(图 2)，震后记录到地震522次，其中ML0~0.9地震332次、ML1~1.9地震162次、ML2~2.9地震24次、ML3~3.9地震3次、ML4~4.9地震1次，最大余震为03-27 01:32:59的M2.9(ML3.5)地震，两次最大地震为M4.7及M4.5，两者的震级差为M0.2，判断本次震群序列为双震型，区别在于，此次地震主震之前有微小地震20余次，发震机制与主震类似，可能属于主震前震型。G-R关系b值约为0.632，大于该地区构造地震统计b值0. 6，比大多数水库诱发地震序列b值(一般大于1.0)小[6]。地震发生时，三峡水库水位自2014-03-26 20:00下降至160.78 m后，已转入低水位运行期(图 2)，说明三峡库水对于秭归地震序列有一定的触发作用，但影响较小[6]。
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图 2 2014年M4.7、M4.5地震M-T与水位对比及频度 Fig. 2 Comparison of M-T and water level, frequentness of M4.7, M 4.5 earthquakes in 2014 |
2017年M4.3、M4.1地震的主震位于长江三峡水库北岸相距不足2 km处，截止到07-16 8：00，记录到地震161次，其中ML0~0.9地震78次、ML1~1.9地震72次、ML2~2.9地震10次、ML3~3.9地震1次，最大余震为06-19 01：23：59的M2.6(ML3.3)地震，两次最大地震为M4.3及M4.1，震级差为M0.2，判断本次震群序列为双震型。三峡水库自2017-06-10 08:00下降至145.35 m后，已转入低水位运行期，地震发生时水位在145.88 m附近(图 3)，与水位变化有一定关系。G-R关系b值约为0.513，小于该地区构造地震统计b值0. 6，比大多数水库诱发地震序列b (一般大于1.0)要小[6]。
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图 3 2017年M4.3、M4.1地震M-T与水位对比与频度 Fig. 3 The comparison of M-T and water level, frequentness of M4.3, M 4.1 earthquakes in 2017 |
震源深度始终是一个很难确定的参数，地震目录中给定的深度可能与实际深度存在较大差异。通过CAP[7-8]方法，为了减小震源深度误差对震源机制反演结果的影响，反演过程中采用格点法对震源深度进行搜索，以波形拟合误差最小的震源深度和相应的震源机制解作为最佳拟合结果。由误差随深度的分布可以看出，震源深度的变化对拟合误差具有明显影响，但在最佳深度附近的震源机制变化不大。根据误差最小判定，本次地震事件的最佳震源深度为7 km左右，波形拟合为最好，最符合实际震源机制结果(图 4)。
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图 4 2014年M4.7、M4.5地震误差随深度的变化 Fig. 4 The error variation with the depth of M4.7, M 4.5 earthquakes in 2014 |
吴海波等[9]利用双差定位得出，2014年M4.7、M4.5前震震源深度主要集中在3.0~9.0 km(图 5)。02-20之前前震深度较浅，总体上在3.0~5.0 km；02-20之后前震深度集中在8.0 km左右，与其后主余震序列的深度总体一致。显然，前震在发生时间和深度上存在明显差异，02-20之后的前震更接近其后的主震地震序列。据李强等[10-11]2016年对此地区深度进行研究总结判断，本次地震序列更接近水库诱发构造地震特征。
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图 5 2014年M4.7、M4.5地震时间-深度剖面 Fig. 5 The time-depth cross-section chart of M4.7, M 4.5 earthquakes in 2014 |
对于2017年M4.3、M4.1地震，为了避免区域地质构造的复杂性对速度结构[10-12]的影响，采用震中区最近台站TS-TP作图方法计算了2次主震及ML1.5以上20次余震的最大震源深度，其中三峡台网的金子山台和3个流动台的震中距均小于4 km。结果显示，本地震序列的最大震源深度在3~5 km(图 6)。根据余震的空间分布及当地地层产状，选择两主震连线方向A-A′绘制了震源深度剖面(见图 6，虚线为地形线)，结果显示，震源深度均比较平稳，未发现余震分布有逐渐加深的现象。根据许崇宝、陈学波等人[12-13]研究，从深度上判断更接近陷落或浅表滑坡类型特征。
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图 6 2017年M4.3、M4.1地震时间深度剖面 Fig. 6 The time-depth cross-section chart of M4.3, M4.1 earthquakes in 2017 |
根据LJS台记录的2014年M4.5地震的波形进行频谱分析，水平向频谱主要分布于0.2~8 Hz，优势频率为1.7 Hz；垂直向优势频谱主要分布在0.2~4 Hz，优势频率为2.0 Hz，拐角频率为2.0 Hz左右(图 7)。
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图 7 LJS记录的2014年M4.5地震波形频谱及拐角频率 Fig. 7 Seismic waveform spectrum and corner frequency of M4.5 earthquakes in 2014 at LJS station |
根据LJS台记录的2014年M4.7地震的波形进行频谱分析，水平向频谱主要分布在0.2~7 Hz，优势频率为5.9 Hz；垂直向频谱主要分布在0.2~8 Hz，优势频率为2.1 Hz，拐角频率均在3 Hz左右(图 8)。
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图 8 LJS记录的2014年M4.7地震波形频谱及拐角频率 Fig. 8 Seismic waveform spectrum and corner frequency of M4.7 earthquakes in 2014 at LJS station |
主震优势频率和拐角频率均不高，优势频率为1.5~8.0 Hz，拐角频率为3.0~8.0 Hz。据张丽芬等[14-17]研究，这种拐角频率的特点可能为水库诱发构造地震的特性之一。
根据LJS台记录的2017年M4.3地震的波形进行频谱分析，水平向频谱主要分布在0.1~8 Hz，优势频率为4.2 Hz；垂直向频谱主要分布在0.2~7 Hz，优势频率为4.2 Hz(图 9)，拐角频率均较低。张丽芬等[14, 18-21]研究认为，这种拐角频率较低的特点近似为陷落或浅表滑坡类型特征。
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图 9 LJS记录的2017年M4.3地震波形频谱拐角频率 Fig. 9 Seismic waveform spectrum and corner frequency of M4.3 earthquakes in 2017 at PTS station |
根据LJS台记录的M4.1地震的波形进行频谱分析，水平向频谱主要分布在0.1~8 Hz，优势频率为1.4 Hz；垂直向频谱主要分布在0.2~7 Hz，优势频率为1.6 Hz(图 10)，拐角频率均较低。据张丽芬等[14, 18-21]研究，这种拐角频率较低的特点近似为陷落或浅表滑坡类型特征。
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图 10 LJS记录的2017年M4.1地震波形频谱及拐角频率 Fig. 10 Seismic waveform spectrum and corner frequency of M4.3 earthquakes in 2017 at LJS station |
1) 2014年M4.7、M4.5地震从微构造上属仙女山微地块，震中区位于三叠系中上统(T2-3)、二叠系上下统(P2、P1)和志留系上中统(S3、S2)灰岩、砂岩和页岩发育区；2017年M4.3、M4.1地震震区最近断裂为周家山-牛口断裂，震中附近出露地层主要为侏罗纪桐木园组、三叠系下统嘉陵江组和巴东组。
2) 2014年M4.7、M4.5地震主震均位于长江三峡水库南岸相距不足3 km处，余震丰富，记录到余震500余次，其中2级以上余震5次，最大余震M2.9，余震活动持续一个月有余。地震发生时，三峡水库自2014-03-26 20：00下降至160.78 m后，已转入低水位运行期，说明三峡库水对于秭归地震序列有一定的触发作用，但影响相对较小[6]。
而2017年M4.3、M4.1地震主要分布在秭归、巴东交界的长江北岸，附近有黄蜡石滑坡、柴湾滑坡及宝塔河煤矿，只记录到余震160多次，2级以上余震3次，最大余震M2.6，余震活动持续20 d左右，三峡水库06-10 08:00水位降至145.00 m，主震发生时水位在145.80 m附近，处于低水位运行期。
3) 采用CAP方法以波形拟合误差最小的震源深度和相应的震源机制解作为最佳拟合结果，得出2014年M4.7、M4.5地震的最佳震源深度为7 km左右；采用TS-TP制图，2017年M4.3、M4.1地震的震源深度在3~5 km。这为进一步判定其为两次地震的类型提供了依据。
4) 2014年M4.7、M4.5地震主震优势频率和拐角频率均不高，优势频率在1.5~8.0 Hz，拐角频率在3.0~8.0 Hz，这可能为水库诱发构造地震的特性之一；2017年M4.3、M4.1地震优势频率不高，拐角频率均较低，有近似为陷落或浅表滑坡的特征。
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2. Hubei Earthquake Agency, 48 Hongshance Road, Wuhan 430071, China;
3. Key Seismic Monitoring Station of the Three Gorges Project Ecological and Environmental Monitoring System, 40 Hongshance Road, Wuhan 430071, China