2020, Vol. 40
2. 四川省地震局，成都市人民南路三段29号，610041
四川盆地位于青藏高原东缘，是我国构造运动非常强烈的地区之一。自汶川和芦山地震后，四川盆地内部应力状态有所变化，地震活动增强[1]，尤其是四川盆地南缘地区，地震活动次数有所增加，震级有所增大。四川盆地南缘地质构造变形简单，地层倾角较小，但应力状态较为复杂，存在北西向陆内挤压应力、滇东-黔西掀升应力以及四川盆地刚性基底的阻挡力，盆地南缘应力积累条件良好，地震发生条件充分。该区域近2 a发生4次MS≥4.7地震，占整个有记录次数的一半以上。为何4次地震会在较短时间内集中发生？引发地震的地质构造是否相同？对该地区地震地质构造有何借鉴意义？地震构造是否具有深部背景？本文根据应力状况、震源机制解、重力及震区地质构造，试图对上述问题进行初步探索。
1 震区地震构造背景震区(27.7°~28.7°N，104.4°~105.4°E)位于川南褶皱构造南部边角上，应力状态、构造运动和能量积累与释放较川南其他地区更为典型。震区内以宽缓褶皱和不成规模的断裂为主(图 1、表 1)，褶皱走向多为北西西向与近东西向；地表断裂多发育在背斜核部，并与褶皱伴生，褶皱核部断裂流体研究表明为内源异位流体，推测断层切穿下古生界地层[2]。震区内无活动断裂，周围活动断裂有南西90 km处昭通-鲁甸断裂及北西50 km处华蓥山断裂。昭通-鲁甸断裂为北东走向，历史上发生过多次地震，航磁、视密度反演及P波速度结构研究表明，该断裂具有深部背景[3]。华蓥山断裂带在二叠纪表现为张性特征，为中酸性火山岩及玄武岩溢出通道，后期经挤压反转形成冲断推覆带。物探结果显示，华蓥山断裂带为一条基底断裂[4]。
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图 1 兴文MS5.7地震地质构造及余震震中分布 Fig. 1 Geological structure of Xingwen MS5.7 earthquake and epicenter distribution of aftershocks |
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表 1 震区主要断裂特征及活动性 Tab. 1 Characteristic and activity of main fault in the earthquake zone |
四川盆地构造应力场复杂，盆地内北东向、南西向断裂发育，构造形迹、地物、活动断裂的研究表明，盆地现今优势主应力方向为北西向[5]。震区位于四川盆地南缘，不同期次、大小和方向的应力均有不同表现且在该处积累。
从图 1可以看出，2017-01-28筠连MS4.9地震、2017-05-04珙县MS4.9地震、2018-12-16兴文MS5.7地震与2019-01-03珙县MS5.3地震呈北东向线性排列。地震的震源机制解表明，这4次地震为逆冲型或逆走滑型，4次地震的震源机制解并不完全相同，但至少有1组节面与4次地震的线性排列方向基本一致或角度相差较小。统计震区内每次地震的应力方向显示，震区构造应力场水平最大主应力优势方向为北西-南东向(图 2)，与现今盆地优势主应力方向相同。结合三轴应力状态分析认为，该应力有利于形成北东-南西向逆冲或逆走滑型断层[6]。前3次地震按时间先后顺序自南西向北东依次发生，震源深度分别为11 km、10 km、9 km，呈现由深到浅连续分布的特征，表明破裂自南西向北东发生。2019-01-03珙县MS5.3地震震源深度为5 km，比震中位置相距3 km的2017-05-04珙县MS4.9地震震源深度浅5 km，表明应力积累释放由深部向浅部的转变。综合上述分析认为，4次地震可能是由一条北东-南西向隐伏逆冲断裂所引起(图 3)，断裂可能继承了原先的地质构造，如筠连地震孕震构造为背斜核部的逆冲断裂[7]，且可能被隐伏断裂所继承。
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图 2 震区三轴应力状态及水平最大主应力统计 Fig. 2 Triaxial stress state of earthquake zone and horizontal maximum principal stress |
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图 3 隐伏断裂推测位置 Fig. 3 Speculative location of buried fault |
采用兴文地区地壳速度结构模型及Waldhauser等[8]的双差定位方法，对兴文MS5.7地震余震进行重新精定位，余震资料选取时段为2018-12-16 00:00~12-22 24:00，总计672个余震，震级范围为MS0.0~5.7(图 3、图 4, 剖面位置见图 1)。图 5余震定位结果显示，余震集中分布于主震与主震东南侧a、b两个区域内。主震周围a区域表现为南西向长条状，MS＞3余震主要分布在该区域内，长轴与隐伏断裂走向相同；b区域位于主震东南侧2km处，为另一个余震集中分布区域，呈椭球状，长轴与隐伏断层走向相反，推测该处可能为复杂地质体，该地质体受地震影响较大，致使余震在该处集中。此次地震余震分布深度多数小于7 km，主要集中于主震之上。震源机制、主应力方向指示该次地震主震自深处破裂，沿破裂面向上传递，一部分余震沿隐伏断层走向延伸；另一部分余震在主震东南2 km，地下深度4~7 km处集中。余震集中分布在这两个区域，影响等震线长轴方向，使等震线长轴方向与隐伏断裂走向不同。其他3次地震余震在褶皱核部、翼部均有分布，极有可能为隐伏断裂延伸至褶皱翼部或产状变化处，应力在该处集中，致使岩层破裂而引发地震。
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图 4 兴文MS5.7地震余震分布及4次地震震源的关系 Fig. 4 Distribution of aftershocks of Xingwen MS5.7 earthquake and relationship of the four earthquakes |
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图 5 兴文MS5.7地震余震优势分布 Fig. 5 Dominant distribution of aftershocks of Xingwen MS5.7 earthquake |
为规避近几次地震及余震事件对判断结果产生影响，选取震区2000-02-13~2015-05-31主要地震与余震事件共12 125个，研究震区内中强震成因上的相互联系[9]。从图 6可以看出，震区内发震断层可能为3条震源断层的组合，分别为Ⅰ号WE或NWW走向的逆冲或逆冲走滑断层，Ⅱ号NNE走向的逆冲或逆冲走滑断层，Ⅲ号发育于背斜核部NWW走向的逆冲断裂。Ⅲ号断裂处余震较为集中，与大地湾-瓦房头断裂对应性较好，表明结果具有可信性。兴文MS5.7地震位于Ⅱ号与Ⅲ号震源断层区域相交位置，也为现今该地区发生的最大地震。2015年之前Ⅲ号震源断层区域较为活跃，近2 a内Ⅱ号震源断层范围内中强震发育，表明该区应力集中与释放方式可能发生转变。
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图 6 2000~2015年震区地震与余震分布 Fig. 6 Distribution of earthquakes and aftershocks in the studied area from 2000 to 2015 |
该隐伏断裂与昭通-鲁甸断裂、华蓥山断裂走向均为北东向，而该断裂是否为华蓥山断裂的分支断裂或是昭通-鲁甸断裂的延伸还有待研究。图 7为川南、滇东地区视密度反演图[3]，从图中可以看出，反演结果存在3个视密度异常区，兴文MS5.7地震夹持于美姑-金阳、会泽-曲靖低视密度异常区与石棉-峨眉山-自贡正视密度异常区之间，正好位于正负异常分界线处。随着反演深度的增加，石棉-峨眉山-自贡视密度正异常范围进一步扩大，兴文MS5.7地震震源体始终位于正负视密度交界处。深部运动速度不一致，导致上方脆性上地壳物质应力集中，同时与最大主应力共同作用而引发中强震，这是兴文MS5.7地震与该隐伏断裂的深部构造背景。
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图 7 视密度反演结果 Fig. 7 Results of visual density inversion |
根据包茨等[10]的分类方法，震区位于川东南高陡构造区，区域内褶皱以梳状褶皱为主，褶曲模式为先褶后断型，即岩层先受压褶皱，剪切力不断作用使陡翼地层拉薄，超过岩层弹性强度后，则在褶皱陡翼发育逆冲断裂。高陡构造区先褶后断模式可以很好地解释该隐伏断裂的形成机制，即北西-南东向的应力持续挤压，使得应力在建武向斜北西翼部地层集中，导致地层错断而引发地震(图 8)。
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图 8 隐伏断裂形成机制示意图 Fig. 8 Formation mechanism of buried fault |
震区近2 a来4次地震均发生于四川盆地南缘且呈北东向线性排列，应力积累条件充分，北西向主应力有利于北东向断裂的发育。4次地震震源机制都为逆冲型或逆走滑型，至少有1组节面与4次地震的线性排列方向基本一致或角度相差较小，因此近期4次地震可能由北东向逆冲或逆冲走滑型断裂引起。虽然近2 a发生4次MS≥4.7地震，但震级都不大，震害有限，应力释放不充分，隐伏断裂向北或向南延伸进入基底或岩层强度较高的地区，由于应力积累可能发生更大震级地震。
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