2017年8月8日21时19分47秒，四川省阿坝州九寨沟县发生了M7.0地震，该地震是继2008年汶川M8.0地震和2013年芦山M7.0地震后四川省境内发生的又一次强烈地震.据四川地震台网测定，截至2017年8月15日09时00分，共记录到余震4162次，其中3.0~3.9级余震34次，4~4.9级余震14次，最大余震为M4.8(20170809: 101703)(图 1).M-N-t图显示，主震后早期余震数量显示出较低水平，这可能是由于九寨沟主震尾波的干扰造成较小地震的丢失.随后余震震级和数量呈显著增大趋势，在主震发生不到12 h即快速衰减(图 1).据统计，主震后前2天内共发生余震1970次，其中4.0级以上余震达11次，分别占余震总数的47%和4.0级以上余震总数的79%.主震发生2天后，余震震级和数量虽略有起伏，总体地震活动强度较主震后前两天明显降低(图 1).

图 1

Fig. 1

图 1 九寨沟M7.0地震序列M-N-t图 竖线和折线分别对应震级和地震数量 Fig. 1 M-N-t diagram of the Jiuzhaigou M7.0 earthquake sequence The vertical line and curve are corresponding to the magnitude and number of earthquakes

根据四川地震台网提供的地震目录，图 2给出了主震及3级以上余震的分布.从图中可见，余震区沿NW-SE向呈近似线性展布，余震区长轴长约30 km，余震比较均匀地分布在主震两侧(图 2).震中分布图显示此次地震震源区位于NWW走向、左旋走滑为主的塔藏断裂，近N-S走向、逆冲为主的岷江断裂和近N-S走向、左旋走滑为主的虎牙断裂的交汇地带(徐锡伟等, 2008).此前的地震活动性(Wen et al., 2007)研究发现东昆仑断裂带东段存在明显的地震空区，库伦应力(Toda et al., 2008)和地震地质学(徐锡伟等, 2017)研究均表明塔藏断裂以及包括虎牙断裂在内的岷江断裂带具有高地震风险.

图 2

Fig. 2

图 2 九寨沟地震序列及台站位置分布图 图中红色圆点表示M≥3.0地震，蓝色三角形表示地震台站. BLJF, 白龙江断裂; TZF, 塔藏断裂; MJF, 岷江断裂; HYF, 虎牙断裂; XSLZF, 雪山梁子断裂; WXF, 文县断裂; LRBF, 龙日坝断裂; QC-PWF, 青川—平武断裂; WMF, 汶川—茂县断裂; YBF, 映秀—北川断裂; PGF, 彭县—灌县断裂. Fig. 2 The distribution of Jiuzhaigou earthquake sequence and seismic stations The red dot and blue triangle denote the earthquake with M≥3.0 and seismic station respectively. BLJF, Bailongjiang fault; TZF, Tazang fault; MJF, Minjiang fault; HYF, Huya fault; XSLZF, Xueshanliangzi fault; WXF, Wenxian fault; LRBF, Longriba fault; QC-PWF, Qingchuan-Pingwu fault; WMF, Wenchuan-Maoxian fault; YBF, Yingxiu-Beichuan fault; PGF, Pengxian-Guanxian fault.

震源机制解是研究震源破裂过程、深部构造应力场的重要基础资料(Yang et al., 2017)，震源深度分布对于理解主余震与发震构造的关系及孕震机理具有重要意义(易桂喜等, 2012, 2016).本文根据四川地震台网提供的地震目录和波形资料，反演了九寨沟M7.0地震序列中M≥3.0地震的震源机制解，并对九寨沟地震的发震构造及震源区应力状态进行初步探讨.

本文选取了震源区300 km范围内15个记录质量良好、方位覆盖均匀的宽频带固定台站的波形资料(图 1)，根据杨宜海等(2015)建立的青藏高原东缘速度模型，利用全波形矩张量反演九寨沟地震序列震源机制解(Herrmann, 2013).反演采用网格搜索法，对走向、倾角和滑动角的所有变化范围进行搜索，搜索间隔为1°; 深度搜索范围为1~29 km，搜索间隔为1 km.通过求取实际波形与理论波形的拟合度确定最佳解.实际波形截取P波初至前10 s至P波初至后120 s用于反演.根据震级选择滤波频带，九寨沟主震滤波频带为0.01~0.05 Hz; M3~4为0.02~0.1 Hz; M≥4为0.02~0.08 Hz.反演中引入反距离加权因子，以减小因距离产生的衰减对波形改造的影响.

九寨沟主震反演共使用了11个台站的波形记录，绝大多数波形分量的实际波形与理论波形拟合度在70%以上(图 3a).主震反演结果显示，最佳拟合的矩心深度为22 km，与精定位获取的震源初始破裂位置基本一致(http://www.csi.ac.cn/manage/eqDown/05LargeEQ/ 201708082119M7.0/ zonghe.html); 矩震级为M_W6.36;节面Ⅰ走向为150°，倾角为80°，滑动角为-20°; 节面Ⅱ走向为244°，倾角为70°，滑动角为-169°.结合震源区的空间展布和构造走向，推测节面Ⅰ为发震断层面，发震断层为SSE走向、近似直立的走滑断层.主震反演的深度拟合图显示(图 3b)，震源机制随深度变化稳定，且拟合度对深度具有较好的敏感性，因而可以认为本文测定的震源参数是稳定可靠的.

图 3

Fig. 3

图 3 九寨沟M7.0地震实际观测波形与理论波形对比图(a)与深度拟合图(b) (a)中黑色实线线为理论波形, 灰色虚线为观测波形, 波形上方数字为两者的拟合度，波形下方数字为理论波形相对观测波形的移动时间(s)，正值表示理论波形相对快于观测波形. Fig. 3 The comparison between observed and predicated traces of the Jiuzhaigou M7.0 earthquake (a) and depth sensitivity (b). The observed and predicated traces are shown in gray dashed line and black line, respectively, the fitness in percentage is shown on the right above the trace, the time shift of the predicted trace in order to get a best fit is shown on the right below the trace (second) with a positive time shift indicating the prediction is too fast and should be delayed to match the observed trace.

采用全波形反演共获取九寨沟地震序列中36个M≥3.0地震震源机制解(表 1)，震源机制分布如图 4a所示.根据Zoback(1992)的断层类型分类方法，本文测定的36个地震中，正断型地震2个，逆冲型地震2个，走滑型地震24个，混合型地震8个.绝大多数地震显示出与主震相似的发震类型，同时出现了相当一部分混合型地震(约22%)，与震源区比较复杂的构造环境相吻合.具体而言，在震源区西北段(图 4a虚线框所示)，存在不同发震类型的地震且数量相当; 而在震源区中南段，以走滑型地震占绝对主导优势，表明九寨沟地震序列的发震类型存在空间分段差异.沿震源区长轴的震源机制深度剖面显示，余震主要分布在14~22 km的深度范围内，破裂始于22 km的深部，沿NW和SE方向逐渐向浅部扩展，止于14 km的深度，可以推测震源区可能不存在明显的地表破裂.

表 1 Table 1

表 1 本文研究的地震信息及震源机制结果 Table 1 Origin times, epicenter locations and focal mechanisms of the determined earthquakes Event Lon(°) Lat(°) H/km MW PlaneⅠ PlaneⅡ P-axis T-axis Num Type θ/(°) δ/(°) λ/(°) θ/(°) δ/(°) λ/(°) Az/(°) Pl/(°) Az/(°) Pl/(°) 20170808211946 103.83 33.22 22 6.36 150 80 -20 244 70 -169 105 21 198 7 11 SS 20170808230456 103.79 33.26 21 4.11 135 55 -55 264 48 -129 104 62 201 4 9 NF 20170808234918 103.78 33.28 19 3.85 160 90 -30 250 60 -180 111 21 209 21 11 MF 20170809003518 103.84 33.16 18 4.04 242 86 -150 150 60 -5 110 24 12 17 14 SS 20170809012052 103.89 33.12 21 3.59 245 76 -159 150 70 -15 109 24 17 4 13 SS 20170809013925 103.8 33.27 18 3.67 250 76 -159 155 70 -15 114 24 22 4 14 SS 20170809014332 103.8 33.22 16 3.6 206 71 126 320 40 30 270 18 157 50 14 MF 20170809035909 103.81 33.3 19 3.61 47 83 119 150 30 15 113 31 346 45 14 MF 20170809051602 103.76 33.31 17 3.86 223 73 -132 115 45 -25 91 45 343 17 13 NF 20170809053714 103.86 33.13 14 4.28 235 90 -165 145 75 0 101 11 9 11 14 SS 20170809054109 103.85 33.17 18 4.23 249 81 -155 155 65 -10 115 24 20 11 14 SS 20170809061404 103.87 33.12 18 3.44 49 82 140 145 50 10 103 21 359 33 13 MF 20170809062449 103.84 33.15 19 3.76 245 81 -150 150 60 -10 112 27 14 14 14 SS 20170809064904 103.87 33.13 21 3.9 47 81 160 140 70 10 95 7 2 21 13 SS 20170809064932 103.77 33.32 16 3.88 135 75 -30 233 61 -163 91 32 187 9 14 SS 20170809082904 103.8 33.3 16 4.38 217 61 132 335 50 40 278 6 180 53 14 TF 20170809092214 103.84 33.16 18 4.28 145 90 -30 235 60 -180 96 21 194 21 13 MF 20170809093248 103.74 33.28 16 4.12 36 84 114 140 25 15 106 34 331 46 14 MF 20170809101703 103.84 33.15 15 4.76 247 85 -155 155 65 -5 114 21 18 14 14 SS 20170809124354 103.88 33.15 19 3.55 355 80 15 262 75 170 128 3 219 18 14 SS 20170809200304 103.85 33.16 19 3.57 130 85 -50 226 40 -172 75 37 189 29 12 MF 20170810023051 103.84 33.16 17 3.76 145 75 -20 240 71 -164 102 25 193 3 14 SS 20170810030213 103.77 33.25 14 4.15 244 76 -164 150 75 -15 107 21 17 0 14 SS 20170810030610 103.84 33.15 18 3.62 253 86 -145 160 55 -5 122 27 21 21 14 MF 20170810095402 103.84 33.18 16 3.94 238 80 170 330 80 10 284 0 194 14 13 SS 20170810153011 103.85 33.15 18 3.73 242 85 -155 150 65 -5 109 21 13 14 12 SS 20170810154609 103.89 33.09 19 3.35 241 76 -154 145 65 -15 105 28 11 8 13 SS 20170810173832 103.76 33.29 17 3.69 27 77 106 155 20 40 104 31 316 55 12 TF 20170810174835 103.81 33.2 18 4.36 150 85 -15 241 75 -175 105 14 197 7 13 SS 20170811080510 103.84 33.18 18 3.64 238 80 170 330 80 10 284 0 194 14 13 SS 20170811192622 103.86 33.12 17 3.94 47 80 165 140 75 10 94 4 3 18 13 SS 20170812075639 103.86 33.11 16 4.07 49 85 165 140 75 5 95 7 3 14 14 SS 20170812174601 103.86 33.12 19 3.51 49 76 154 145 65 15 99 8 5 28 13 SS 20170813223832 103.89 33.09 16 3.89 238 80 -165 145 75 -10 102 18 11 4 14 SS 20170814041320 103.83 33.2 17 3.51 259 81 -155 165 65 -10 125 24 30 11 13 SS 20170814161636 103.83 33.2 21 3.35 145 75 -25 242 66 -164 102 28 195 6 12 SS 注: Num, 反演使用的台站数. Type, 发震类型: NF, 正断型; TF, 逆冲型; SS, 走滑型; MF, 混合型.

表 1 本文研究的地震信息及震源机制结果 Table 1 Origin times, epicenter locations and focal mechanisms of the determined earthquakes

图 4

Fig. 4

图 4 震源机制(a)和P轴(b)空间分布图 图(a)中震源球大小表示矩震级大小, 颜色表示发震机制类型，黑色、红色、蓝色和绿色分别表示正断型、逆冲型、走滑型和混合型地震.图b中红色短棒表示P轴仰角≤30°, 黑色短棒表示P轴仰角大于30°. Fig. 4 Spatial distribution of focal mechanism and P-axis (a) The size and color of beach ball denote moment magnitude and faulting type, respectively. Black, red, blue and green beach balls are corresponding to normal, thrust, strike-slip and mixed faulting types, respectively. (b) Red bar indicates plunge of P-axis ≤ 30°, and black bar indicates plunge of P-axis>30°.

P轴分布同样显示出震源区应力状态的空间分段差异(图 4b).震源区西北段存在明显的高角度挤压作用，而在震源区中南段，以近似水平的挤压作用占主导.P轴方位与NNW-SSE走向的塔藏断裂和虎牙断裂基本呈30°~45°夹角，符合走滑断层的应力特征.

根据本文获取的36个地震震源机制解，对走向、倾角、滑动角及P轴方位角和仰角进行了统计(图 5).断层面优势方向为SSE向，与塔藏断裂和虎牙断裂走向基本一致，但与塔藏断裂最南段存在明显差异(图 4a).倾角变化集中在60°~80°，滑动角主要分布在0°附近，表明九寨沟地震序列主要受SSE走向、近似直立的左旋走滑断层控制.P轴优势方位为SEE向，仰角主要分布在30°以内，反映了震源区主要受SEE向水平挤压应力作用，这与区域应力场状态基本一致(崔效锋和谢富仁, 1999; 徐纪人和赵志新, 2006).断层面和P轴各参数优势方向单一，反映了此次地震不存在复杂的断层活动和大规模应力调整.

图 5

Fig. 5

图 5 九寨沟序列节面走向、倾角、滑动角和P轴方位角、倾角统计 Fig. 5 Statistical analysis of strike, dip, rake, azimuth and plunge of P-axis

考虑到塔藏断裂最南段走向发生的明显变化，且此次地震序列节面走向的优势方向与虎牙断裂走向基本一致，本文推测此次九寨沟M7.0地震序列可能发生在虎牙断裂向北延伸的隐伏断裂上.同时，由于震源区的机制类型和应力状态存在空间分段差异，因此也不排除地震引起了塔藏断裂南段和虎牙断裂以北隐伏断裂同时破裂的可能.

本文利用四川地震台网记录的波形资料，采用全波形反演了九寨沟M7.0地震序列中36个M≥3地震震源机制解.根据获取的震源机制解，对九寨沟地震的发震构造及震源区应力状态进行了初步探讨，取得以下主要结论：

(1) 九寨沟M7.0地震的矩震级为M_W6.36;震源深度为22 km; 节面Ⅰ走向为150°，倾角为80°，滑动角为-20°; 节面Ⅱ走向为244°，倾角为70°，滑动角为-169°.结合震源区的空间展布和构造走向，推测节面Ⅰ为发震断层面，发震断层为SSE走向、近似直立的走滑断层.

(2) 余震机制类型以走滑型为主，同时出现了相当一部分混合型地震.震源区西北段和中南段的发震类型存在空间分段差异.余震主要分布在14~22 km的深度范围内，破裂始于22 km的深部，沿NW和SE方向逐渐向浅部扩展，止于14 km的深度，推测震源区可能不存在明显的地表破裂.

(3) P轴优势方位为SEE向，仰角主要分布在30°以内，与区域应力场基本一致.震源区西北段存在明显的高角度挤压作用，而震源区中南段，以近似水平的挤压作用占主导.表明震源区应力状态存在空间分段差异.九寨沟序列的断层面和P轴各参数优势方向单一，反映了此次地震不存在复杂的断层活动和大规模应力调整.

(4) 考虑到塔藏断裂最南段走向发生的明显变化，且此次地震序列节面走向的优势方向与虎牙断裂走向基本一致，因此本文推测此次九寨沟M7.0地震序列可能发生在虎牙断裂向北延伸的隐伏断裂上.同时，由于震源区的机制类型和应力状态存在空间分段差异，因此也不排除地震引起了塔藏断裂南段和虎牙断裂以北隐伏断裂同时破裂的可能.

成都理工大学梁春涛教授对本文给予了大力支持，四川省地震局在地震后快速提供了地震目录和近震波形资料，作者在此表示衷心的感谢.本文震源机制反演程序来自美国圣路易斯大学Robert Herrmann的CPS软件包，所有图件均采用GMT软件绘制，两位匿名审稿人提出了宝贵修改意见，在此一并致谢.