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四川木里小震群活动特征研究
四川木里小震群活动特征研究
蔡一川* 戴仕贵 魏娅玲
(四川省地震局,成都 610041)
 [收稿日期]: 2014-11-22
摘要

本文通过对四川木里地区地震震源位置的重新确定,反演了地震震源机制解,结果显示:①重定位后的小震群震中分布成带状,地震震源深度分布在0—12km范围内;②经过对震群空间分布进行仔细分析,认为其发震构造是小金河断裂西侧的一条NWW向分支断裂;③3次4.0级以上地震震源参数存在明显差异,浅源逆冲事件表现出受垂直方向应力(重力)作用的特征,走滑事件表现出与区域应力构造活动有关。


引言

地震震群活动是地壳变动的结果,是地壳运动增强的客观反映,当大范围构造应力出现增强时,首先会在介质相对较薄弱的部位发生显著地震或以震群活动的方式表现出来。本文中的“小震群”意指在较短时间内局部区域内密集发生的一组中小地震(MS5.0)。正在活动中的震群,究竟是“大震”的前兆震群,还是并不伴有后续大震发生一般性的震群活动,对其作出快速、准确判别,对减轻地震灾害和维护社会稳定具有重要的现实意义。在我国,基于小震群活动开展的大震预测研究一直是众多研究人员关注的重点(赵根模,1990;柯龙生等,1977;朱丽霞,1999;啜永清等,2000;Lund等,2002;刘正荣,2004;王俊国等,2005;崔子健等,2011)。

四川木里县地处青藏高原南缘,是横断山脉在四川境内表现最典型的地带,地质结构复杂;其大地构造位置属于松潘-甘孜地槽区南缘的两个I级构造单元扬子准地台与松潘-甘孜地槽的槽台结合部;小金河断裂带为槽台结合的接触性断裂,位于木里县城南14km处,此断裂由一系列东西向展布、北倾、中部向南弧形突出的断裂组成。2013年7月至12月期间,四川区域台网地震观测资料揭示,在四川木里地区发生了大量微震和有感小震群活动,11月22日发生的3次ML4.0地震造成木里县部分房屋开裂,给当地居民的生活带来了不小的影响,因此很有必要对该震群地震活动特征进行分析研究。定位结果表明,这些地震以震群形式集中发生在四川木里县项脚乡,得到的可定位地震竟达64 538次,最大震级为ML4.5,震中集中分布在几公里范围内。目前,由于研究者们对此震群成因尚存有不同认识,因此本文采用双差定位方法对此震群进行重新定位,用CAP方法对ML4.0地震求解震源机制解,对震群地震频次与锦屏一级水库水位关系进行分析,试图对此小震群活动特征进行一些初步的探索和分析。

1 资料与方法
1.1 台站和资料的选取

四川木里震群发生前,震中集中区域附近250km范围内正常运行的固定台站22个(图1,红色三角形)、水库台站37个(图1,绿色五角星)。在台站观测仪器的配置上,22个固定台站全部配备宽频带记录仪(四川台17个、云南台5个),37个水库台站全部配备短周期记录仪。四川、云南区域台网固定台站与四川水库企业台站并网监测,构成的地震监测网对木里震群区形成了很好的方位覆盖,保证了地震定位结果的可靠性。其中,记录Sg与Pg到时差小于4s的台站有5个,近台方位分布较好,在地震事件定位中发挥了重要作用。

图 1 重定位台站分布 Fig. 1The distribution of stations for the earthquake relocation
图 2 研究地区地壳速度模型
Fig. 2The crustal velocity model used in the study region

2013年7月至12月期间,并网观测到的可定位地震64538次,其中ML4.0—4.9地震4次,ML3.0—3.9地震38次,ML2.0—2.9地震489次,ML1.0—1.9地震5952次,为研究木里震群活动特征提供了资料保证。在进行初始编目定位时,采用了LOC3D、Hypo2000和单纯形定位方法,由于不同定位方法的速度模型和参数存在差别,因此定位结果可能出现系统偏差。在研究中为了获得较为可靠的初始震源位置,选择ML1.0、记录台站数5的地震事件,统一采用Hypo2000定位方法(Wang等,2007)和林向东等(2013)的速度模型进行重定位。林向东等(2013)的模型是根据川西地区人工地震测深剖面和波形拟合结果,并做适当调整后建立的速度模型(见图2)。

1.2 方法基本原理及参数设置

在小震定位方面采用了双差定位方法,该方法的基本原理是:如果两个地震震源之间的距离小于事件到台站的距离,那么震源区和这个台站之间的整个射线路径几乎相同,则可以通过地震事件两两组对的方法在一定程度上消除地壳速度结构横向不均匀性带来的定位误差。近年来,双差定位法在我国得到了广泛应用(李永红等,2011;冯红武等,2013;张广伟等,2013)。本研究中采用适合木里地区的速度模型开展双差定位。由于S波到时资料拾取精度相对P波要低些,因此在定位过程中将P波权重设为0.5—1.0,而S波权重设为0.1—0.5。为了获得较高精度的定位结果,设定事件对的距离阀值为800m,事件对与台站之间的最大距离设为200km,最小连接数和最小观测数为8。这些设置在本例的实际应用中很好地排除了干扰,既保留了P波震相相对较高的精度,又保证了足够多的数据量。

在震源机制的研究中,国内外学者经过系统研究积累了大量宝贵的经验,已经取得了大量重要成果(吕坚等,2011;易桂喜等,2012;赵凌云等,2010)。其中,Zhao等(1994)和Zhu等(1996)提出的CAP(Cut And Paste)方法获取震源机制解,在国内外诸多研究成果中得到了充分证明。其优点体现在反演震源机制解时使用的是近震宽频带波形资料,弥补了利用P波初动求解震源机制解受台站数量限制的缺陷。

2 震群重定位结果分析

为了了解木里小震群的活动特征,本文尽可能多地收集研究区域内所有地震的各类震相数据,首先采用Hypo2000定位方法进行初始定位,然后采用双差定位方法重新定位。共获得6094个重定位结果,定位成功率为94.5%,E-W、N-S和U-D三个方向大致的定位误差分别为0.21、0.2和0.38km。

图3(a)是初始定位震中分布图,结果显示地震震中集中在小金断裂带西侧的木里项脚一带,分布成团状,没有明显的几何特征,仅有少数微震弥散在其四周。重定位后,ML1.0地震震中分布显示出在平面上高度集中,在西北-东南向呈条带分布,对密集区进行放大,获得重定位震中分布如图3(b)所示,结果发现小震群分布呈“剑状”几何特征,“剑柄”位于东南端,“剑尖”指向西北。通过对震群空间分布判定,木里震群并不发生在小金主断裂带上,而是发生在小金断裂西侧的NWW向分支断裂上。依照图3(b)对小震群序列按NW和NE方向进行了剖面划分,并将地震震源深度投影到AA'和BB'两个剖面上(见图4)。图4(a)是地震条带沿直线AA'的震源扩展剖面图,显示木里小震群总体震源深度较浅,在地震条带AA'的东南段,地震震源深度分布范围为0—12km,西北段地震震源深度集中分布在7—10km范围内;地震条带总长约8km,空间几何图形就像一个横着的大写字母“L”。图4(b)是地震条带沿直线BB'的震源扩展剖面图,震源深度沿BB'剖面总体展布倾角较徒,由最小二乘拟合得到的平均展布倾角约86°,略倾向北,震源深度呈南浅北深的特征。

图 3 木里小震群重定位前、后震中分布 Fig. 3The epicenter distribution before and after relocation of the earthquake swarm in the Muli area
图 4 木里小震群重定位后深度剖面图 Fig. 4The depth profile map after relocation of the earthquake swarm in the Muli area
3 较大地震震源机制反演结果分析

首先,选取四川、云南区域台网震中距小于250km的宽频带仪器数据资料,共有21个台(图1中的红色三角形),在0.05—20Hz的频率范围内这些台站仪器的幅频特性曲线都是平直的,可获得较好的台站仪器记录。然后,再从这些台站中筛选出信噪比较高、P波初动明显、台站方位分布良好的台站记录参与反演计算。在研究时间段内,木里地区共发生ML4.0地震4次(见表1),表1中的事件D属于叠加地震,故仅对其它3次地震进行了反演,且获得了较可靠结果。反演结果显示,3次ML4.0地震震源深度(表2)与精定位结果给出的震源深度值很接近(表1)。

表1 四川木里ML≥4.0地震重定位结果 Table 1 The relocation results of ML≥4.0 earthquakes in the Muli area
表2 四川木里ML≥4.0地震震源机制解反演结果 Table 2 The inversion results of ML≥4.0 earthquake in the Muli area

采用CAP方法反演获得了四川木里震群中3次ML4.0地震震源机制解,图5给出了3次4级以上地震震源机制反演的深度拟合误差分布图,其震源机制解参数列于表2。结果显示,2013年10月22日18时事件A的震源机制反演结果在2—8km震源深度范围内比较稳定,震源深度在4km处获得最小深度拟合误差,这表明该地震属浅源地震,错动类型为逆冲,震源机制P轴方位近NS向,其倾角近水平(1°);2013年11月22日03时事件B的震源机制反演结果在20km深度范围内比较一致,震源深度在7km处获得最小深度拟合误差,错动类型表现为走滑,其深度值较事件A的深度值增加了3km,震源机制P轴方位为N50°W向,倾角近水平(1°);2013年11月22日07时事件C的震源机制反演结果在20km深度范围内比较稳定,震源深度在8km处获得最小深度拟合误差,错动类型也为走滑,其深度值较事件A的深度值增加了4km,震源机制P轴方位则表现为近N25°W向,倾角为6°。综上所述,从地震震源机制解节面、力轴参数和错动类型来看,这3次4级以上地震震源参数存在明显差异,浅源逆冲事件A受垂直方向应力作用明显,走滑事件B和C与区域构造活动有关,说明该区域发生的小震群活动具有一定的复杂性。

图 5 木里地区ML4.0地震震源机制随不同震源深度变化图 Fig. 5The variation of the focal mechanism solution with different depth of ML4.0 earthquakes in the Muli area
4 震群活动与锦屏一级水库蓄水的关系

由北向南穿行的雅砻江在四川木里县与盐源县交界处的白碉一带,突然来了一个近于180°的大转折,向北绕行约150km,形成一个“几”字形的锦屏大河湾后,然后才继续向南流去。木里小震群位于锦屏一级水库的上游,与库大坝之间的距离约为50km,属于锦屏一级水库库区范围(见图1)。2012年10月8日,锦屏一级水电站库区开始下闸蓄水,到2012年底水位从海拔(下同)1652m升至1713m,完成第一阶段蓄水,水位上升61m;2013年6月中旬开始第二阶段蓄水,7月18日水位升至1800m的水库死水位,完成第二阶段蓄水,在第一阶段蓄水的基础上,水位上升87m,蓄水总量约24.2亿立方米;2013年9月15日开始第三阶段蓄水,至10月15日水位上升至1840m,水位再次上升40m(图6a)。

图6(b)是木里震群地震频次5日滑动均值,从图中可以看出,研究区域水库地震类型属于直接响应类型,在第一阶段蓄水期间,研究区域地震频次没有发生变化;在第二阶段蓄水期间,库水位上升至一个新的高度,研究区地震频次快速增加,由平静期5次/日,迅速升高至400次/日;在第三阶段蓄水期间,库水位上升至最高1840m,地震频次反而出现了阶段性下降,较大地震的发生略滞后于最高库水位,在库水最高位后的6—40天内,发生了4次4.0级以上地震,地震频次在11月22日达到了最高值1528次/日,随后又逐渐减少。图5显示出地震频次与库水位上升有明显关联特征,从而可以判定库水位加载过程所导致的裂隙或断层面上的应力变化,成为库区震群活动的直接影响因素。


(a)锦屏一级水库水位变化 (b)水库水位高低与地震频次关系
图 6 锦屏一级水库水位与地震频次的关系 Fig. 6The relationship between water level of Jinping reservoir and frequency of the earthquake swarms
5 小结与讨论

通过对四川木里地区小震群震源位置的重新确定、反演较大地震震源机制解、小震群活动频次与锦屏一级水库库水位上升关系的研究分析,得出以下结论:

(1)木里小震群地震频次与锦屏一级水库库水位的上升有明显关联特征,库水位加载过程所导致的断层面上的应力变化是小震群活动的直接影响因素。

(2)该小震群有一个明显的地震条带,长约8km,地震震源深度分布在0—12km范围内。经过对震群空间分布进行仔细分析,认为发震构造与小金河断裂西侧的一条NWW向分支断裂有关,并不发生在NW向小金河主断裂带上。

(3)在震群较大的地震震源机制的研究中,分析出了两种错动类型,其中,发震时间靠前的浅源逆冲断层错动表现出受垂直方向应力(重力)作用的特征;发震时间相对较晚的走滑断层错动明显与区域构造应力场(或地应力场)变化引发的构造活动增强有关。

根据上述结论可知,木里小震群活动频次与锦屏一级水库库水位上升关系密切,看似仅为一般性的水库诱发地震;但是,该地区小震群活动分布明显成带,且绝大多数地震震源深度较一般性水库诱发地震震源深度偏深,表现出区域应力有增强的现象。因此,正在活动中的四川木里小震群究竟是前兆震群,还是一般性的普通震群,目前尚存争议。

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The Active Characteristics of Small Earthquake Swarms in the Muli Area of Sichuan Province
Cai Yichuan*, Dai Shigui and Wei Yaling
(Earthquake Administration of Sichuan Province, Chengdu 610041, China)
Abstract

In this article, we relocated the seismic source location of the Sichuan Muli areas earthquakes, and inverted the focal mechanism of those larger earthquakes. The relationship between the water level of the Jinping reservoir and the frequency of the earthquake swarm was analyzed. The results showed that: 1)The epicenter of the relocated small earthquake swarm distributes into seismic zone, and the earthquake focal depth is in the range of 0—12 km. (2)By analyzing the earthquake swarm spatial distribution, we found that the earthquake swarms are generated from one branch fault on the west Xiaojin fault;(3)The focal mechanism of three earthquakes with magnitude greater than 4.0 is significantly different, in which the shallow source thrust events are effected by the vertical stress, and the strike-slip events are related to regional tectonic activity.



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四川木里小震群活动特征研究
蔡一川* 戴仕贵 魏娅玲
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20150411