地球物理学报  2019, Vol. 62 Issue (1): 130-142   PDF    
2010年以来四川地区中强地震震源机制反演及深度确定
赵博1,3, 高原2,3, 刘杰1, 梁姗姗1, 徐志国4, 杜广宝1     
1. 中国地震台网中心, 北京 100045;
2. 中国地震局地震预测研究所, 北京 100036;
3. 中国地震局地球物理研究所, 北京 100081;
4. 国家海洋环境预报中心, 北京 100081
摘要:2008年5月12日四川龙门山断裂带发生了汶川8.0级地震,之后四川境内发生了两次7.0级地震(其中一个是芦山地震),为了研究汶川地震之后龙门山断裂带及周边区域的地震活动性,本研究收集了国家地震台网和四川区域地震台网2010年1月1日-2017年12月31日四川地区发生的17次M ≥ 5.0地震以及120多次5.0 > M ≥ 4.0地震的波形资料,利用波形拟合法反演了震源机制解及区域应力场.反演结果显示,位于龙门山断裂带上的地震,震源机制以逆冲型为主,鲜水河断裂带地震震源机制以走滑型为主,而川滇块体西南部的理塘断裂、金沙江断裂附近,震源机制解以正断层为主.根据震源机制解反演得到的龙门山地区、鲜水河地区的主压应力场方向为WNW、近EW向.川滇块体的巴塘、理塘等地区,其主压应力轴方向为12°左右,接近SN向,且仰角接近40°左右.本研究利用面波振幅谱特征对震源深度进行了精确定位,定位结果与中国地震台网中心(CENC),美国地震调查局(USGS),国际地震中心(ISC)等机构地震目录进行了对比.结果显示,四川地区强震震源深度主要分布在20 km以上的中上地壳.龙门山地区震源优势分布在10~20 km,鲜水河断裂地震震源深度在10 km左右,川滇块体西南部的理塘断裂,巴塘断裂,金沙江断裂等地区,震源深度一般在5~10 km范围.
关键词: 四川地区      震源机制      震源深度      波形拟合法      面波振幅谱     
Focal mechanism inversion and source depth locating of moderate-major earthquakes in the Sichuan region since 2010
ZHAO Bo1,3, GAO Yuan2,3, LIU Jie1, LIANG ShanShan1, XU ZhiGuo4, DU GuangBao1     
1. China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China;
2. Institute of Earthquake Forecasting, China Earthquake Administration, Beijing 100036, China;
3. Institute of Geophysics, China Earthquake Administration, Beijing 100081, China;
4. National Marine Environmental Forecasting Center, Beijing 100081, China
Abstract: Focal mechanism solutions and accurate source depths of earthquakes are important for understanding seismicity and structure of seismic faults. This work collected the seismic wave data of earthquakes with magnitudes M ≥ 5.0 and 5.0 > M ≥ 4.0, which occurred from January 1, 2010 to December 31, 2017, recorded by the national seismic network and the regional seismic network in Sichuan province. The focal mechanisms of these events were inverted applying the synthetic seismograms method. The results show that the earthquakes on the Longmenshan fault zone are of thrust focal mechanism. On the Xianshuihe fault zone, focal mechanism solutions are dominated by strike-slip. And in the southwest of the Sichuan-Yunnan block, normal faulting dominates the focal mechanism solutions. As the excitation energy of surface waves is sensitive to source depth, the surface wave amplitude spectrum is applied to determine the focal depth and compared with the results from China Earthquake Networks Center (CENC), the U.S. Geological Survey (USGS), and the International Seismological Centre (ISC). The sources of the moderate-major earthquakes in the Sichuan region are mainly distributed in the upper-middle crust above 20 km. In the Longmenshan region, seismic sources are concentrated in the depth range from 10 km to 20 km. On the Xianshuihe fault zone, focal depths are confined about 10km. In the southwest of Sichuan-Yunnan block, near the Litang and Jinshajiang faults, the depths of seismic sources are generally 5 km to 10 km.
Keywords: Sichuan region    Focal mechanism    Focal depth    Synthetic seismograms    Surface wave amplitude spectrum    
0 引言

青藏高原东缘的四川地区位于南北地震带中部,巴颜喀拉地块、华南地块里的四川盆地和川滇地块在区域内交汇,区域内分布有多条地震活断层,如龙门山断裂、鲜水河断裂等(如图 1).2008年5月12日,在龙门山断裂带上发生了汶川M8.0地震.时隔五年之后,2013年4月20日,龙门山断裂带南段发生了芦山M7.0地震.2017年8月8日,在岷江断裂与塔藏断裂交汇区发生了九寨沟M7.0地震.中国地震台网中心地震目录显示,自2010年01月01日至2017年12月31日,四川地区共发生M≥5.0地震17次,5.0>M≥4.0地震大约有100多次.汶川M8.0地震的发生,对区域内构造应力场有调整作用,研究汶川震后中强地震活动和震源机制及区域应力场分布特征,分析中强地震深度分布有重要意义.

图 1 研究区构造背景及地震台站和震中分布 图中黑色三角形为地震台站位置,字母为台站代码,红色圆点为M≥5.0地震位置,红色小五角星为芦山地震和九寨沟地震震中位置,红色大五角星为汶川地震位置. F1龙门山前山断裂;F2龙门山中央断裂;F3龙门山后山断裂;F4岷江断裂;F5塔藏断裂;F6虎牙断裂;F7雪山断裂;F8鲜水河断裂;F9峨边断裂;F10西河—美姑断裂;F11甘洛—竹核断裂;F12德格—乡城断裂;F13理塘—义敦断裂;F14金沙江断裂;F15德钦—中甸断裂;F16米亚罗断裂. Fig. 1 The tectonic setting and the distributions of the seismic stations and epicenters The black triangles indicate the seismic stations and the characters are station coda. The red dots indicate the earthquake with M≥5.0. The small red stars indicate Lushan earthquake and Jiuzhaigou earthquake. The big red star indicates Wenchuan earthquake. F1 Front-range of Longmenshan fault; F2 Central-range of Longmengshan fault; F3 Back-rang of Longmenshan fault; F4 Mingjiang fault; F5 Tazang fault; F6 Huya fault; F7 Xueshan fault; F8 Xianshuihe fault; F9 Ebian fault; F10 Xihe-Meigu fault; F11 Ganluo-Zhuhe fault; F12 Dêgê-Xiangcheng fault; F13 Litang-Yidun fault; F14 Jinshajiang fault; F15 Dêqên-Zhongdian fault; F16 Miyaluo fault.

中强地震的震源机制解和准确的震源深度有益于对区域应力特征、地震活动特性、发震断层结构等的理解.研究显示,震源机制解和震源深度分别是认识断层产状结构,确定发震断层,了解震源区应力状态,判定发震机理和后续发震趋势等的重要依据(Waldhauser and Ellsworth, 2000; 易桂喜等, 2016, 2017a; Rubin, 2002; Hauksson et al., 2012; 高原等, 1997; 赵博等,2013).震源深度定位的准确性一直是地震学研究的难题.传统的走时定位受到台站分布和区域地震波速度模型等的影响,在深度方向上的定位精度较低.经典的盖格法在线性化、最小二乘求解以及观测系统的误差分布上有局限性(许力生等, 2013a, b).特别是深度定位,受到定位方法、台站分布、区域速度结构的影响较大,本研究拟根据面波能量谱特征进行深度定位,以避免目标函数线性化、台站分布、区域速度结构等对深度的影响.本研究首先利用波形拟合反演法对四川地区17次M≥5.0地震和100多次5.0>M≥4.0震源机制解进行反演(Herrmann, 2013),然后根据震源机制解计算理论地震图,根据面波振幅谱特征,尝试对震源深度进行准确定位(Tsai and Aki, 1970; Fox et al., 2012; Heyburn et al., 2013).Tsai和Aki提出了利用地震面波振幅谱精确确定震源深度的方法, 并论证了方法的可行性(Tsai and Aki, 1970).地震面波能量与震源机制、观测方位和震源深度有密切关系.当震源机制与观测方位确定后,可以利用面波振幅谱与震源深度唯一依赖关系,确定震源深度.

1 背景和数据

四川地区中强地震大多分布在区域内主要构造块体的交汇区和活动断层附近.川西—青藏交汇区地震活动背景一直很强(Gao et al., 2000).如图 1,汶川M8.0地震、芦山M7.0地震和九寨沟M7.0地震均发生在巴颜喀拉块体和华南块体的交汇区.根据震源机制解资料和剪切波分裂参数研究,在巴颜喀拉地块东部、龙门山断裂带南段的主压应力方向为NWW—近EW向(Zhao et al., 2012; 赵博等,2013高原等,2013).四川盆地—龙门山—巴颜喀拉一线的地震勘探剖面显示,该地区地壳厚度在龙门山两侧变化很大(滕吉文等,2008; 朱介寿,1984Zhang et al., 2010).在2008—2017年期间,研究区内破坏性地震发生频繁.汶川地震和芦山地震的发震断层为龙门山断裂带,九寨沟地震发生在虎牙断裂、岷江断裂、塔藏断裂所围限的区域.四川地区南部为川滇块体和巴颜喀拉块体的交汇区.道孚M5.0地震、炉霍M5.4、康定M6.4和M5.9地震均发生在该区域的鲜水河断裂上,白玉M5.5地震、理塘M5.2地震、得荣M5.2地震则发生在德格—乡城断裂、理塘断裂、金沙江断裂和德钦—中甸断裂的交汇区.在华南块体和川滇块体的交汇区,发生过越西M5.2地震和金口河M5.0地震.

本研究收集了2010年1月1日—2017年12月31日,四川地区发生的中强地震的波形数据(图 2),其中包括60多个四川区域地震台网和140多个国家地震台网波形数据.震源机制反演所用的波形数据为区域台网近场波形数据(震中距≤500 km),震源深度确定所用的数据为国家台网远场波形数据(震中距≥500 km).

图 2 研究使用的地震台站分布 蓝色三角形为国家地震台网台站,黑色三角形为区域地震台网台站. Fig. 2 The distribution of seismic networks The blue triangles indicate the national seismic networks and the black triangles indicate the regional seismic networks.
2 震源机制反演

震源机制反演方法有多种,例如,P波初动法、振幅比法、波形拟合法等.本研究通过计算理论地震图,采用CPS程序进行波形拟合反演(Herrmann, 2013).对于M6.0以上的强震,可以利用远场波形记录和大尺度速度模型(如AK135模型)进行反演,但对于区域中等强度地震,如5.0≤M≤5.9的地震,远场波形记录信噪比不高,因此可以选择区域台网记录的近场波形进行反演.本研究利用四川省区域台网的波形记录,对2010年1月1日—2017年12月31日四川地区中强地震进行震源机制反演.M≥5.0地震参数见表 1(包括汶川地震主震震源参数),所采用的速度模型为表 2(赵珠等,1997).

表 1 地震参数 Table 1 The parameters of the earthquakes
表 2 速度模型 Table 2 Velocity model

以2014年11月22日四川康定M6.4地震为例,简单介绍震源机制反演过程.首先,计算理论波形并与观测波形进行波形拟合(图 3),同时根据最佳拟合结果进行震源机制随深度变化的拟合度分布分析(图 4).最终反演得到本次地震震源机制解为:节面一:走向238°,倾角80°,滑动角-165°;节面二:走向145°,倾角75°,滑动角-10°;矩震级MW=5.81,标量地震矩:M0=6.53×1019N·cm.对于本次地震,前人也给出了反演结果:节面一:走向234°,倾角81°,滑动角-172°;节面二:走向143°,倾角82°,滑动角-9°(易桂喜等,2015);康定地震发生在鲜水河断裂,震源机制解显示,本次地震为高倾角走滑型,结合震源区断层走向,推断该次地震为左旋走滑型地震.除本次康定M6.4地震外,鲜水河断裂上的大部分M≥4.0地震均为左旋走滑型.鲜水河断裂是川滇块体和巴颜喀拉块体的交界区,川滇菱形块体的顺时针旋转及鲜水河断裂的高倾角断层产状结构,是该地区左旋走滑型地震的主要成因.其他地震震源机制反演结果见图 5表 2给出了本研究结果与GCMT(Global Centroid Moment Tensor)结果对比.

图 3 2014年11月22日四川康定M6.4地震波形拟合 红色为观测波形,蓝色为理论波形.Z、R、T分别表示垂直、径向和切向分量,右侧字母是台站代码.波形上方数字为互相关系数,波形下方数字为时间偏移量(单位:s). Fig. 3 The synthetic waveforms of Kangding M6.4 earthquake on 22 Nov. 2014 The red waveforms are observation waveforms and the blue waveforms are synthetic waveforms. Z, R, T indicate vertical, radial, and tangential cannel. The characters are stations code. The numbers above the waves are the cross-correlation coefficients. The number under the wave are the time shift.
图 4 拟合度-深度分布图 箭头位置为最佳拟合结果. Fig. 4 Fitness-depth distributions The location of the arrow is the best fitting result.
图 5 震源机制解与应力场反演结果 黑色箭头代表主压应力场方向,红色沙滩球为M≥5地震震源机制,蓝色沙滩球为M<5.0地震震源机制. Fig. 5 The results of focal mechanism and stress filed inversions The black arrows indicate the directions of the principal compressive stress. The red beach balls are the focal mechanism of earthquake with magnitude M≥5.0, and the blue beach balls are the focal mechanism of earthquake with magnitude M < 5.0.

通过大量震源机制解资料,可以得到区域的应力场分布情况(许忠淮等,1984),如果对一个地区许多地震的P轴方向和T轴方向做统计平均,就有可能获得该地区构造应力的方向(陈运泰和顾浩鼎,2007).本研究采用力轴张量计算法(钟继茂和程万正,2006)对四川地区构造应力方向进行了反演.

图 5给出了汶川M8.0主震和四川地区2010年1月1日至2017年12月31日发生的M≥4.0中强地震震源机制解的空间分布.在龙门山地区,震源机制呈现明显的空间分布差异,这与前人的研究一致(易桂喜等,2012郑勇等,2009).龙门山断裂带中部,震源机制以逆冲型为主,与青藏高原向东推覆挤压运动有关.断裂带西北段青川—平武地区,震源机制以逆冲为主,兼有走滑分量.青川—平武段的剪切波分裂研究显示,该地区快剪切波偏振方向呈现与断裂带走向一致的特点(石玉涛等,2009),这与该地区震源机制解兼有走滑分量相符.在理县地区,震源机制解以走滑型为主.汶川地震余震序列重新定位结果显示,该地区余震与龙门山断裂带走向共轭分布(即呈NW向),即沿米亚罗断裂走向(Zhao et al., 2011; 易桂喜等,2012).米亚罗断裂为高倾角断层,这与左旋走滑型震源机制解反映结果一致.利用龙门山断裂带地震震源机制解(除芦山序列),反演得到该区域主压应力场方向为105.9°.前人剪切波分裂研究结果显示,该区域快剪切波偏振方向也为近WNW向(石玉涛等,2009).芦山地震发生在龙门山前山断裂南端(易桂喜等,2016赵博等,2013),为逆冲型地震.利用芦山地震主震及其余震震源机制解反演得到了本地区的主压应力场方向为112.0°.剪切波分裂结果显示,MDS(雅安台)快剪切波偏振方向为106°(石玉涛等,2009).剪切波分裂快波偏振方向与区域主压应力场一致,通过震源机制解应力场反演和剪切波分裂分析结果推断,龙门山地区不同位置应力场方向有差异,但总体方向为WNW—近EW向.

九寨沟M7.0地震也发生在巴颜喀拉地块,但其发震断层不在龙门山断裂带区域内,其震源机制显示为左旋走滑型.九寨沟地震发生在虎牙断裂、岷江断裂、塔藏断裂和雪山梁子断裂四条断裂所围限区域的树正断裂(易桂喜等,2017b),震中距龙门山后山断裂的平武—青川段的直线距离约为100 km.本研究反演得了主震震源机制解,节面一:走向330°,倾角70°,滑动角-15°;节面二:走向65°,倾角76°,滑动角-159°.根据区域断层走向推断,节面一为发震断层面,本次地震为左旋走滑型震源机制.利用主震及余震序列震源机制解反演的到该地区构造主压应力场方向为106.7°,与龙门山地区压应力轴方向相近.

川滇地块与巴颜喀拉地块交汇区的鲜水河断裂也是四川地区主要的中强地震发断层.鲜水河断裂是分割川滇块体和巴颜喀拉块体的一条呈弧形的大型活动断裂带(Allen et al., 1991).该断裂带北西起与甘孜北,向南东经炉霍、道孚、乾宁、康定等地(唐荣昌和韩渭滨, 1993; 易桂喜等, 2015).康定M6.4和M5.9地震、炉霍M5.4地震、道孚M5.0地震均发生在鲜水河断裂上,震源机制都为左旋走滑型,这与川滇菱形地块顺时针旋转有密切关系.剪切波分裂结果显示,DFU(道孚台)快剪切波偏振方向为108°,SMI(石棉台)快剪切波偏振方向为95°(石玉涛等,2013).鲜水河断裂带自晚更新世以来,构造应力场为近东西向挤压和近南北向拉张,在此应力作用下,鲜水河断裂开始大规模水平错动,并以左旋走滑为主(谢富仁等,1995).2010—2017年,鲜水河断裂上共发生了多次中强地震(M≥4.0),由北向南分别有炉霍、道孚、康定、泸定、九龙等地震,这些地震均为左旋走滑型,利用震源机制解反演的主压应力场方向为108.5°,近EW向.

越西M5.2地震发生在四川东南部,是川滇块体的东部边界.该地区除了越西M5.2地震,还发生多次M≥4.0地震,例如昭觉M4.6,木里M4.2、M4.4、M4.6,普格M4.0等.这些地震震源机制均为走滑型,反演得到该区域主压应力轴方向为147.5°,近NW向.该地区快剪切波偏振方向也呈现为近NW向:MLI(木里台)为161.4°,PGE(普格台)为144.3°,YYC(园艺场台)为126.6°(石玉涛等,2013).剪切波分裂结果和本研究结果均显示该地区的主压应力轴方向为近NW向.

川滇块体西部存在着金沙江断裂、德格—乡城断裂、理塘—义敦断裂、德钦—中甸断裂等一系列地震断层.GPS资料显示,巴塘、理塘一带呈明显的张性运动(李煜航等, 2014),本研究显示,该地区发生的理塘M5.2和得荣M5.2地震以及多次5.0≥M≥4.0地震,其震源机制解都为正断层.川滇地块西部位于扩展裂隙区,既有红河断裂尾端的拉伸区(虢顺民等,1996)又有横切川滇菱形块体的丽江—小金河断裂在区域内交汇,青藏高原东扩及中下地壳物质流动的拖曳作用与构造部位的特殊性叠加形成了显著的拉张应力(王晓山等,2015).剪切波分裂快波偏振方向显示:LTA(理塘台)为48.3°,LGH(泸湖台)为5.5°(石玉涛等,2013).本研究结果反演的到的主压应力轴方向为12.2°,其仰角近40°,该区域的压应力轴方向为NEN向.

3 震源深度确定

震源深度的准确定位是地震学研究的一个基本但重要的内容,准确的震源深度对理解发震断层结构、板块运动和构造,识别非天然地震等有重要意义(Waldhauser and Ellsworth, 2000; Stein and Wiens, 1986; Heyburn et al., 2013; 高原等, 1997).本研究采用面波振幅谱能量衰减特征定位方法,对研究区域内中强地震进行深度定位,该方法能够准确测定震源深度.Rayleigh波在0.01~0.08 Hz频段内振幅谱特征与震源深度有密切关系,其频谱形状随深度变化比较敏感.在某一频段内,Rayleigh波振幅谱能量会出现陷波特征,即能量突然衰减.能量衰减对应的频段与震源深度有密切关系,可以根据这种关系进行深度定位.

Aki和Richards给出了Rayleigh波辐射花样(Aki and Richards, 2002),公式(1):

(1)

其中,ϕ为震中-台站方位角,ωn为角频率,kn为波数,M为地震矩张量,α, β分别为P波和S波速度,ρ为密度,r1为水平位移向量特征函数,r3r4为剪切应力和正应力特征函数,h为震源深度.

Rayleigh波的振幅公式显示,振幅A(ϕ, ωn)是观测方位ϕ与频率ωn的函数,受震源机制和震源深度的影响.矩张量M可以通过其他反演方法获得,或者利用GCMT已知等矩张量目录数据.P波和S波速度,本研究选用全球大尺度速度结构,例如,AK135.r1r3r4可以通过解运动应力向量的微分方程获得,该微分方程包含密度、波数以及拉梅常数(λμ).

图 6为理论逆冲型地震(倾角为45°、滑动角为90°;当滑动就为-90°时为正断层)和走滑型地震(倾角90°、滑动角0°)在震源深度为15 km和5 km时,Rayleigh波振幅谱在360°方位角上分布特征.图中虚线范围内为面波能量锐减区,该区域出现的频率范围与震源深度有关.

图 6 理论面波振幅谱 (a)和(b)中震源深度为15 km和5 km,震源机制解走向、倾角、滑动角为200°,45°和90°的理论面波振幅谱;图 6(c, d)中震源深度为15 km和5 km,震源机制解走向、倾角、滑动角为200°,90°和0°的理论面波振幅谱(A为振幅值). Fig. 6 The amplitude spectrum of the synthetic surface wave (a) and (b) are the synthetic suface wave amplitude spectrum with the depths are 15 km and 5 km which focal mechanisms are 200°, 45°, 90°; (c, d) (c) and (d) are the synthetic surface wave amplitude spectrum with the depths are 15 km and 5 km which focal mechanisms are 200°, 90°, 0°.

以芦山M7.0地震为例,该地震震源机制解为:走向200°、倾角45°、滑动角95°(赵博等, 2013).为了选择振幅能量衰减明显的观测台站,利用震源机制解计算5 km、10 km、20 km深度全方位角理论振幅谱(图 7).图 7显示不同深度振幅谱特征有明显变化,在震中-台站方位角为40~170°和220~350°范围内,振幅能量衰减特征较为明显.因此选取该方位角范围内的国家地震台网台站用于深度定位.

图 7 芦山地震面波振幅谱 (a), (b), (c)分别为以芦山地震震源机制解计算5 km,10 km和20 km时理论振幅谱(A为振幅值). Fig. 7 The amplitude spectrum of Lushan earthquake (a), (b), (c) are the synthetic amplitude spectrum which are calculated by the Lushan earthquake focal mechanism.

以QZN台(琼中台)的观测波形为例.计算QZN台的理论地震图振幅谱并与观测波形振幅谱进行对比,在1~50 km深度搜索振幅谱能量衰减区位置的最佳拟合深度.图 8a显示了7~16 km深度理论波形振幅谱与观测波形振幅谱对比,在11.4 km深度时,频谱特征最为相似,能量衰减频率出现的位置最接近.图 8b为国家地震台网AXX、FZCM、GTA和JYG台的测量结果.M7.0芦山地震震源深度定位选用了48个国家地震台网台站,最终确定本次地震的震源深度为13.1 km,均方根误差为1.8 km.表 3为研究区域2010年1月1日至2017年12月31日M≥5.0地震震源深度定位结果和其他机构深度定位结果.

图 8 芦山地震震源深度单台定位结果 (a) QZN台结果; (b) AXX, FZCN, GTA, JYG台定位结果;红色曲线为观测波形振幅谱,蓝色曲线为最佳拟合深度振幅谱.曲线右边的数字为深度. Fig. 8 The results of single station location of Lushan earthquake (a) The location result of QZN station; (b) The location results of AXX, FZCN, GTA, JYG stations. The red curves indicate the amplitude spectrum of observation waveforms. The blue curves indicate the amplitude spectrum of the synthetic waveforms. The numbers on the right are the depth.
表 3 本研究震源机制反演结果与GCMT对比 Table 3 The results of focal mechanism inversions compared with GCMT

汶川地震后,本地区发生了两次M7.0地震,即芦山地震和九寨沟地震.本研究给出了芦山M7.0震源深度为13.1 km,与USGS给出的震源深度14 km较为一致,CENC地震目录给出的深度为17 km,三者的差别不到4 km.对于九寨沟M7.0地震的震源深度,本研究给出的深度为8.2 km,USGS为9 km,CENC的定位深度为10 km,赵博等(2018b)利用干涉地震震源成像法定位的到本次地震震源深度为9 km,几种结果基本一致.这两次强震都发生在巴颜喀拉地块与华南地块交界附近,综合本研究结果和国内外其他研究机构的定位结果,在龙门山断裂带及其西部区域,地震震源深度的优势分布应该在10~20 km之间的中上地壳.这与龙门山断裂带的叠瓦状结构有关,其基地面大约在20 km以上倾斜展布.

康定M6.4地震和康定M5.9余震的震源深度分别确定为13.2 km和13.1 km,USGS结果皆为9 km,CENC结果分别为20 km和16 km;而ISC地震目录给出的结果较浅,分别为2 km和6.3 km.位于同一断层西北方向约50 km的道孚M5.0地震震源深度为11.5 km,USGS结果为10 km,CENC结果为8 km,ISC结果为12.5 km.鲜水河断裂西北端的炉霍M5.4地震,定位的震源深度为9.5 km,CENC结果为10 km.综合考虑整个鲜水河断裂地震,本研究认为,鲜水河断裂带上的地震震源深度优势分布应该为10 km左右(表 4).

表 4 本研究深度定位结果和其他研究结果对比 Table 4 The depth location results compared with others results

位于川滇块体西南的理塘断裂、巴塘断裂、金沙江断裂、德格—乡城断裂等的地震:白玉M5.5、得荣M5.2、理塘M5.2,震源深度分别为9.4 km、7.6 km、8.9 km.川滇块体西南的这几次地震的震源深度均小于10 km.川滇块体西部,由于下地壳物质东移,对上地壳的拖曳作用,使该地区上地壳呈张性应力状态,而震源机制解反演与应力场反演也证明了这一点.几次中强地震震源深度小于10 km,也表明该地区上地壳受张性拉张应力,其中强地震发震孕震层位于10 km以上的上地壳.

4 结论

青藏高原东缘的四川地区是中国大陆的地震多发区,自2010—2017年,该地区共发生18次M5.0以上地震和100多次5.0>M≥4.0地震,其中两次M7.0和一次M6.4强地震.这些地震主要分布在四川西部和南部的巴颜喀拉地块和川滇地块内部以及与四川盆地(华南地块)的交汇区.青藏高原物质向东运移在龙门山地区受到华南地块的阻挡,产生挤压推覆作用.本研究震源机制解反演结果表明,龙门山地区的地震主要以逆冲型震源机制为主,兼有少量走滑分量.在理县附近,震源机制显示为走滑型,这与区域内NW向的高倾角米亚罗断裂有关.而川滇块体西南部的金沙江断裂、巴塘断裂、理塘断裂、德格—乡城断裂等地区,地壳运动显示为张性运动,该地区的震源机制表现为正断层性质.位于川滇块体和巴颜喀拉块体交界的鲜水河断裂,是两大块体的分界,该断层上发生的地震多为走滑型地震.

震源机制解反演的得到的龙门山地区构造应力场主压应力轴方向为105.9°,芦山地震震源区应力场反演结果为112°,九寨沟地震震源区主压应力轴为106.7°.因此,龙门山及其周边地区构造应力场方向应为WNE—近EW向.鲜水河断裂被认为是川滇块体和巴颜喀拉块体的分界.2010年以来,鲜水河断裂上共发生了4次地震:道孚M5.0地震、炉霍M5.4地震和两次康定(M6.4、M5.9)地震以及在九龙、泸定等发生的M4.0左右的地震.这些地震震源机制非常相似,均为走滑型,这与该地区近东西向挤压和近南北向拉张的构造应力有关.应力场反演得到的主压应力轴为108.5°WNW向.川滇块体东部边界地区,其主压应力轴反演结果为147.5°NW向.川滇地块的西部地区,地壳构造应力场呈现近EN向拉张特性,反演得到主压应力轴为12.2°.

中强地震深度定位显示,在龙门山断裂带及其西部区域,地震震源深度的优势分布应该在10~20 km之间的中上地壳.这与龙门山断裂带的叠瓦状结构有关,其基地面大约在20 km以上倾斜展布.鲜水河断裂带上的地震震源深度优势分布在为10 km左右.川滇块体西部,上地壳收到中下地壳物质东向流动的拖曳拉张,使得上地壳受到近EW向的拉张应力控制,其中强地震震源深度均在10 km以上.

References
Aki K, Richards P G. 2002. Quantitative Seismology. 2nd ed. Sausalito, California: University Science Books.
Allen C R, Luo Z L, Qian H, et al. 1991. Field study of a highly active fault zone:The Xianshuihe fault of Southwestern China. Geological Society of America Bulletin, 103(9): 1178-1199. DOI:10.1130/0016-7606(1991)103<1178:FSOAHA>2.3.CO;2
Chen Y T, Gu H D. 2007. The Basis Theory of Seismic Source. Graduate University of Chinese Academy of Sciences (in Chinese): 39-42.
Fox B D, Selby N D, Heyburn R, et al. 2012. Shallow seismic source parameter determination using intermediate-period surface wave amplitude spectra. Geophysical Journal International, 191(2): 601-615. DOI:10.1111/gji.2012.191.issue-2
Gao Y, Zhou H L, Zheng S H, et al. 1997. Preliminary discussion on implication of determination on source depth of earthquake. Earthquake Research in China (in Chinese), 13(4): 321-329.
Gao Y, Wu Z L, Liu Z, et al. 2000. Seismic source characteristics of nine strong earthquakes from 1988 to 1990 and earthquake activity since 1970 in the Sichuan-Qinghai-Xizang (Tibet) zone of China. Pure and Applied Geophysics, 157(9): 1423-1443. DOI:10.1007/PL00001127
Gao Y, Wang Q, Zhao B, et al. 2013. A rupture blank zone in middle south part of Longmenshan Faults:Effect after Lushan MS7.0 earthquake of 20 April 2013 in Sichuan, China. Science China Earth Sciences, 57(9): 2036-2044.
Guo S M, Xiang H F, Ji F J, et al. 1996. A study of the relation between quaternary right-lateral slip and tip extension along the Honghe fault. Seismology and Geology (in Chinese), 18(4): 301-309.
Hauksson E, Yang W, Shearer P M. 2012. Waveform relocated earthquake catalog for southern California (1981 to June 2011). Bulletin of the Seismological Society of America, 102(5): 2239-2244. DOI:10.1785/0120120010
Herrmann R B. 2013. Computer programs in seismology:An evolving tool for instruction and research. Seismological Research Letters, 84(6): 1081-1088. DOI:10.1785/0220110096
Heyburn R, Selby N D, Fox B. 2013. Estimating earthquake source depths by combining surface wave amplitude spectra and teleseismic depth phase observations. Geophysical Journal International, 194(2): 1000-1010. DOI:10.1093/gji/ggt140
Li Y H, Hao M, Ji L Y, et al. 2014. Fault slip rate and seismic moment deficit on major active faults in mid and south part of the Eastern margin of Tibet plateau. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 57(4): 1062-1078. DOI:10.6038/cjg20140405
Rubin A M. 2002. Aftershocks of microearthquakes as probes of the mechanics of rupture. Journal of Geophysical Research:Solid Earth, 107(B7): ESE 3-1-ESE 3-16. DOI:10.1029/2001JB000496
Shi Y T, Gao Y, Zhao C P, et al. 2009. A study of seismic anisotropy of Wenchuan earthquake sequence. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 52(2): 398-407.
Shi Y T, Gao Y, Zhang Y J, et al. 2013. Shear-wave splitting in the crust in Eastern Songpan Garzê block, Sichuan-Yunnan block and western Sichuan Basin. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 56(2): 481-494. DOI:10.6038/cjg20130212
Stein S, Wiens D A. 1986. Depth determination for shallow teleseismic earthquake:Methods and results. Reviews of Geophysics, 24(4): 806-832. DOI:10.1029/RG024i004p00806
Tang R C, Han W B. 1993. Active Faults and Earthquakes in Sichuan Province (in Chinese). Beijing: Seismological Press: 368.
Teng J W, Bai D H, Yang H, et al. 2008. Deep processes and dynamic responses associated with the Wenchuan MS8.0 earthquake of 2008. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 51(5): 1385-1402.
Tsai Y B, Aki K. 1970. Precise focal depth determination from amplitude spectra of surface waves. Journal of Geophysical Research, 75(29): 5729-5744.
Waldhauser F, Ellsworth L W. 2000. A double-difference earthquake location algorithm:Method and application to the northern Hayward fault, California. Bulletin of the Seismological Society of America, 90(6): 1353-1368. DOI:10.1785/0120000006
Wang X S, Lv J, Xie Z J, et al. 2015. Focal mechanisms and tectonic stress field in the North-South Seismic Belt of China. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 58(11): 4149-4162. DOI:10.6038/cjg20151122
Xie F R, Zhu J Z, Shu S B. 1995. Study of different stage quaternary tectonic stress field for the Xianshuihe fault zone. Seismology and Geology (in Chinese), 17(1): 35-43.
Xu Z H, Ge S M. 1984. Stress field in the Fuyun, Xinjiang earthquake fracture zone determined by fitting fault slip vector data. Acta Seismologica Sinica (in Chinese), 64(4): 395-404.
Xu L S, Du H L, Yan C, et al. 2013a. A method for determination of earthquake hypocentroid:Time-reversal imaging technique Ⅰ-Principle and numerical tests. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 56(4): 1190-1206. DOI:10.6038/cjg20130414
Xu L S, Yan C, Zhang X, et al. 2013b. A method for determination of earthquake hypocentroid:Time-reversal imaging technique-An examination based on people-made earthquakes. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 56(12): 4009-4027. DOI:10.6038/cjg20131207
Yi G X, Long F, Zhang Z W. 2012. Spatial and temporal variation of focal mechanisms for aftershocks of the 2008 MS8.0 Wenchuan earthquake. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 55(4): 1213-1227. DOI:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.04.017
Yi G X, Long F, Wen X Z, et al. 2015. Seismogenic structure of the M6.3 Kangding earthquake sequence on 22 Nov. 2014, Southwestern China. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 58(4): 1205-1219. DOI:10.6038/cjg20150410
Yi G X, Long F, Vallage A, et al. 2016. Focal mechanism and tectonic deformation in the seismogenic area of the 2013 Lushan earthquake sequence, southwestern China. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 59(10): 3711-3731. DOI:10.6038/cjg20161017
Yi G X, Long F, Liang M J, et al. 2017a. Seismogenic structure of the M4.9 and M5.1 Litang earthquakes on 23 September 2016 in southwestern China. Seismology and Geology (in Chinese), 39(5): 949-963.
Yi G X, Long F, Liang M J, et al. 2017b. Focal mechanism solutions and seismogenic structure of the 8 August 2017 M7.0 Jiuzhaigou earthquake and its aftershocks, northern Sichuan. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 60(10): 4083-4097. DOI:10.6038/cjg20171033
Zhong J M, Cheng W Z. 2006. Determination of directions of mean stress field in Sichuan-Yunnan region from a number of focal mechanism solutions. Acta Seismologica Sinica (in Chinese), 28(4): 337-346.
Zhang Z J, Yuan X H, Chen Y, et al. 2010. Seismic signature of the collision between the east Tibetan escape flow and the Sichuan Basin. Earth and Planetary Science Letters, 292(3-4): 254-264. DOI:10.1016/j.epsl.2010.01.046
Zhao B, Shi Y T, Gao Y. 2011. Relocation of aftershocks of the Wenchuan MS8.0 earthquake and its implication to seismotectonics. Earthquake Science, 24(1): 107-113.
Zhao B, Shi Y T, Gao Y. 2012. Seismic relocation, focal mechanism and crustal seismic anisotropy associated with the 2010 Yushu MS7.1 earthquake and its aftershocks. Earthquake Science, 25(1): 111-119. DOI:10.1007/s11589-012-0837-3
Zhao B, Gao Y, Huang Z B, et al. 2013. Double difference relocation, focal mechanism and stress inversion of Lushan MS7.0 earthquake sequence. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 56(10): 3385-3395. DOI:10.6038/cjg20131014
Zhao B, Gao Y, Ma Y L. 2018a. Using surface wave amplitude spectra to estimate the source depth of Sichuan Jiuzhaigou M7.0 earthquake. Chinese Science Bulletin (in Chinese), 63(13): 1223-1234. DOI:10.1360/N972017-01150
Zhao B, Gao Y, Liang J H, et al. 2018b. Interferometric source estimation of Sichuan Jiuzhaigou M7.0 earthquake. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 61(6): 2292-2300. DOI:10.6038/cjg2018L0599
Zhao Z, Fan J, Zheng S H, et al. 1997. Crustal structure and accurate hypocenter determination along the Longmenshan fault zone. Acta Seismologica Sinica (in Chinese), 19(6): 615-622.
Zheng Y, Ma H S, Lv J, et al. 2009. Source mechanism of strong aftershocks (MS ≥ 5.6) of the 2008/05/12 Wenchuan earthquake and the implication for seismotectonics. Science in China Series D:Earth Sciences, 52(6): 739-753. DOI:10.1007/s11430-009-0074-3
Zhu J S, Cao J M, Liu S H, et al. 1984. A preliminary investigation on crustal structure of western Sichuan by explosion seismology. Journal of Chengdu University of Technology (Science & Technology Edition), (3): 111-122.
陈运泰, 顾浩鼎. 2007. 震源理论基础. 中国科学院研究生院教程, 39: 39-42.
高原, 周蕙兰, 郑斯华, 等. 1997. 测定震源深度的意义的初步讨论. 中国地震, 13(4): 321-329.
高原, 王琼, 赵博, 等. 2013. 龙门山断裂带中南段的一个破裂空段——芦山地震的震后效应. 中国科学:地球科学, 43(6): 1038-1046.
虢顺民, 向宏发, 计凤桔, 等. 1996. 红河断裂带第四纪右旋走滑与尾端拉张转换关系研究. 地震地质, 18(4): 301-309.
李煜航, 郝明, 季灵运, 等. 2014. 青藏高原东缘中南部主要活动断裂滑动速率及其地震矩亏损. 地球物理学报, 57(4): 1062-1078. DOI:10.6038/cjg20140405
石玉涛, 高原, 赵翠萍, 等. 2009. 汶川地震余震序列的地震各向异性. 地球物理学报, 52(2): 398-407.
石玉涛, 高原, 张永久, 等. 2013. 松潘-甘孜地块东部、川滇地块北部与四川盆地西部的地壳剪切波分裂. 地球物理学报, 56(2): 481-494. DOI:10.6038/cjg20130212
唐荣昌, 韩渭滨. 1993. 四川活动断裂与地震. 北京:地震出版社, 368.
滕吉文, 白登海, 杨辉, 等. 2008. 2008汶川MS8.0地震发生的深层过程和动力学响应. 地震学报, 51(5): 1385-1402.
王晓山, 吕坚, 谢祖军, 等. 2015. 南北地震带震源机制解与构造应力场特征. 地球物理学报, 58(11): 4149-4162. DOI:10.6038/cjg20151122
谢福仁, 祝景忠, 舒赛兵. 1995. 鲜水河断裂带区域第四纪构造应力场的分期研究. 地震地质, 17(1): 35-43.
许忠淮, 戈澍谟. 1984. 用滑动方向拟合法反演富蕴地震断裂带应力场. 地震学报, 6(4): 395-404.
许力生, 杜海林, 严川, 等. 2013a. 一种确定震源中心的方法:逆时成像技术(一)-原理与数值实验. 地球物理学报, 56(4): 1190-1206. DOI:10.6038/cjg20130414
许力生, 严川, 张旭, 等. 2013b. 一种确定震源中心的方法:逆时成像技术(二)-基于人工地震的检验. 地球物理学报, 56(12): 4009-4027. DOI:10.6038/cjg20131207
易桂喜, 龙锋, 张致伟. 2012. 汶川MS8.0地震余震震源机制时空分布特征. 地球物理学报, 55(4): 1213-1227. DOI:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.04.017
易桂喜, 龙锋, 闻学泽, 等. 2015. 2014年11月22日康定M6.3级地震序列发震构造分析. 地球物理学报, 58(4): 1205-1219. DOI:10.6038/cjg20150410
易桂喜, 龙锋, Vallage A, 等. 2016. 2013年芦山地震序列震源机制与震源区构造变形特征分析. 地球物理学报, 59(10): 3711-3731. DOI:10.6038/cjg20161017
易桂喜, 龙锋, 梁明剑, 等. 2017a. 2016年9月23日四川理塘M4.9和M5.1级地震发震构造分析. 地震地质, 39(5): 949-963.
易桂喜, 龙锋, 梁明剑, 等. 2017b. 2017年8月8日九寨沟M7.0地震及余震震源机制解与发震构造分析. 地球物理学报, 60(10): 4083-4097. DOI:10.6038/cjg20171033
钟继茂, 程万正. 2006. 由多个地震震源机制解求解川滇地区平均应力场方向. 地震学报, 28(4): 337-346. DOI:10.3321/j.issn:0253-3782.2006.04.001
赵博, 高原, 黄志斌, 等. 2013. 四川芦山MS7.0地震余震序列双差定位、震源机制及应力场反演. 地球物理学报, 56(10): 3385-3395. DOI:10.6038/cjg20131014
赵博, 高原, 马延路. 2018a. 利用面波振幅谱确定四川九寨沟M7.0地震震源深度. 科学通报, 63(13): 1223-1234. DOI:10.1360/N972017-01150
赵博, 高原, 梁建宏, 等. 2018b. 应用地震干涉法定位四川九寨沟7.0级地震震源位置. 地球物理学报, 61(6): 2292-2300. DOI:10.6038/cjg2018L0599
赵珠, 范军, 郑斯华, 等. 1997. 龙门山断裂带地壳速度结构和震源位置的精确修定. 地震学报, 19(6): 615-622.
郑勇, 马宏生, 吕坚, 等. 2009. 汶川地震强余震(MS ≥ 5.6)的震源机制解及其与发震构造的关系. 中国科学D辑:地球科学, 39(4): 413-426.
朱介寿, 曹家敏, 刘舜化, 等. 1984. 用人工地震初探川西地区的地壳结构. 成都地质学院学报, (3): 111-122.