李大虎， 丁志峰， 吳萍萍， 鄭晨， 葉慶東， 梁明劍

1 中國地震局地球物理研究所， 北京 100081 2 四川省地震局， 成都 610041 3 中國地震局地質(zhì)研究所， 北京 100029 4 防災科技學院， 河北廊坊 056201

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鮮水河斷裂帶南東段的深部孕震環(huán)境與2014年康定MS6.3地震

李大虎1,2， 丁志峰1， 吳萍萍4， 鄭晨1， 葉慶東1， 梁明劍2,3

1 中國地震局地球物理研究所， 北京 100081 2 四川省地震局， 成都 610041 3 中國地震局地質(zhì)研究所， 北京 100029 4 防災科技學院， 河北廊坊 056201

2014年11月22日16時55分在四川省甘孜藏族自治州康定縣發(fā)生的6.3級地震，結束了鮮水河斷裂帶近30多年以來沒有較大地震發(fā)生的歷史，其潛在的地震危險性再次引起國內(nèi)外地學工作者的關注.為了研究鮮水河斷裂帶南東段深部孕震環(huán)境和探求康定MS6.3地震的成因，本文先利用四川區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)和康定地區(qū)及周邊所布設的流動地震臺陣在2009年1月1日至2014年12月5日期間所記錄到7397次區(qū)域地震事件的99287條P波到時資料，反演得到了鮮水河斷裂帶南東段上地殼范圍內(nèi)不同深度的三維P波速度結構特征;再對康定震區(qū)及周邊的重力、航磁數(shù)據(jù)進行視密度、視磁化強度反演，得到了殼內(nèi)不同深度密度的橫向變化信息和視磁化強度的分布特征; 在此基礎上綜合研究鮮水河斷裂帶南東段的深部孕震環(huán)境.研究結果表明，雅江—九龍一帶的低速區(qū)與瀘定—寶興高速區(qū)的速度結構特征表明了鮮水河斷裂帶南東段兩側殼內(nèi)物質(zhì)存在顯著的橫向介質(zhì)差異，康定MS6.3地震發(fā)生在該高低速異常區(qū)的分界線上；結合康定MS6.3地震的1028個余震序列的精確定位結果可以看出，重新定位后的余震沿著鮮水河斷裂帶南東段呈條帶狀分布，且震源深度優(yōu)勢分布層位深度為8～15 km，該余震序列的空間分布特征與鮮水河斷裂南東段的深部介質(zhì)條件密切相關.鮮水河斷裂帶南東段特有的視密度和視磁化強度異常分布特征反映了康定地區(qū)東西兩側塊體的基底性質(zhì)存在明顯差異，康定—石棉及其以東地區(qū)所表現(xiàn)出的磁異常高和重力高的位場特征，反映該區(qū)域由強磁性、高密度物質(zhì)組成，而康定MS6.3地震就發(fā)生在康定—石棉重力梯度變化帶上、雅安—瀘定磁性穹窿區(qū)的西邊界線上.隨著川青塊體向南東方向滑移，受到四川盆地西緣邊界剛性基底對川青塊體的強烈阻擋，加劇了康定—石棉及其以東地區(qū)基底巖層的褶皺變形并產(chǎn)生了強烈的應力積累，所積累的應力突然釋放導致了康定MS6.3地震的發(fā)生，這正是此次鮮水河斷裂帶南東段康定地區(qū)強震孕育和發(fā)生的深部構造環(huán)境和介質(zhì)特征.根據(jù)本文對鮮水河斷裂帶南東段深部孕震環(huán)境的綜合研究成果可知，石棉段處于重磁異常梯級帶上且其北東側表現(xiàn)出的高密度、強磁性和高波速等物性特征有利于區(qū)域應力的相對集中，因此，鮮水河斷裂帶南東段石棉地區(qū)的地震活動趨勢和地震危險性背景值得進一步關注和研究.

鮮水河斷裂帶； 康定地震； 速度結構； 視密度； 視磁化強度反演

1 引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定：2014年11月22日16時55分在四川省甘孜藏族自治州康定縣(30.3°N，101.7°E)發(fā)生了6.3級地震，震源深度14.6 km(http:∥earthquake.usgs.gov).截至23日15時30分，康定“11·22”6.3級地震已經(jīng)造成5人死亡，1人失蹤，54人受傷(其中危重傷6人、重傷5人、輕傷43人).隨后，于2014年11月25日23∶19∶07 在康定縣(30.2°N，101.7°E) 又發(fā)生5.8級地震，兩次地震相聚10 km左右，但震中位置南移，向著康定城方向逼近.從大區(qū)域構造位置上來看，康定地震震區(qū)處于青藏高原東緣，受青藏高原強烈隆起抬升和高原上地殼物質(zhì)向東蠕散的影響，于青藏高原東部地區(qū)形成了一系列的弧形走滑斷層系.作為川滇塊體東北邊界斷層的主要成員，鮮水河斷裂帶全新世以來表現(xiàn)出強烈的左旋水平剪切運動特征.自1700年以來，該斷裂帶上發(fā)生M≥6.0級地震22次, 其中M≥7.0級地震8次，發(fā)生于1973年2月6日的四川爐霍M7.6地震是該斷裂帶自1900年以來發(fā)生的最強地震.然而，1981—2008年期間鮮水河斷裂帶上沒有較大地震的發(fā)生，出現(xiàn)了大地震在時間段上的“空段”(易桂喜等，2005，2011；聞學澤，2000；聞學澤等，2009).2008 年5·12汶川MS8.0地震發(fā)生后，Parsons 等(2008)用斷層模型計算了汶川地震的同震應力變化，計算結果顯示了鮮水河斷裂帶為庫侖應力加載區(qū)；2010年4 月14 日青海省玉樹7.1 級地震的發(fā)生，使人們再一次關注到了巴顏喀拉塊體邊界斷裂(如鮮水河斷裂)活動特征與強震發(fā)生的關系，其潛在的地震危險性已經(jīng)引起了國內(nèi)外地震專家們的密切關注(Parsons et al., 2008；Toda et al., 2008；萬永革等，2009；吳萍萍等，2014).因此，鮮水河斷裂帶強震孕育的深部孕震環(huán)境和地震危險背景值得進一步關注和研究.

鮮水河斷裂帶是中國大陸內(nèi)部的一條大型走滑活動斷裂帶，也是我國西部著名的強震活動帶，該斷裂北西起于甘孜西北，向南東經(jīng)爐霍、道孚、乾寧、康定、瀘定磨西，至石棉新民以南活動形跡逐漸減弱，最終消失于石棉公益海附近.斷裂走向在康定木格措以西為N40°—50°W，過木格措后斷裂走向向南逐漸偏轉呈N20°—30°W，全長約400 km(圖1).晚新生代以來，鮮水河斷裂表現(xiàn)出強烈的左旋走滑運動，是松潘—甘孜造山帶內(nèi)部一條大型走滑斷裂，橫切了松潘—甘孜造山帶的主體，系造山運動后期陸內(nèi)變形的產(chǎn)物，晚新生代以來的位移總規(guī)模在60 km左右(許志琴等，1992).已有研究結果表明，鮮水河斷裂全新世以來的活動以惠遠寺拉分盆地為界可分為兩段：北西段長約200 km，由一條單一的主干斷裂組成，平均水平滑動速率在10～15 mm·a-1之間(錢洪等，1990；聞學澤等，1989；Allen et al.，1991)；南東段結構比較復雜，主要由NNW向的磨西斷裂、雅拉河斷裂、康定—色拉哈斷裂和折多塘斷裂組成，歷史上曾發(fā)生過1725年康定7級、1786年康定瀘定磨西間7.5級和1955年康定7.5級地震.

近些年來，基于地質(zhì)研究成果和不同的地球物理測深方法及成像結果研究均揭示出青藏高原東緣龍門山推覆構造帶以西、松潘—甘孜造山帶地區(qū)存在與中下地殼物質(zhì)通道流密切相關的低速低阻異常(Royden et al.，1997；Clark and Royden，2000；孫潔等，2003；Unswonh et al.，2005；Xu et al.，2007；Burchfiel et al.，1995；王椿鏞等，2003a,2003b, 2008；趙國澤等，2008； Zhang et al.，2009, 2010a)，并推測在青藏高原東部、松潘—甘孜塊體地殼內(nèi)的高導層(HCL)具有較低的黏滯度，是易于變形或可流動的層，也可稱為“管流層”.在2008年汶川地震發(fā)生之后也有一些專家學者對地殼的通道流提出了質(zhì)疑(Hubbard and Shaw,2009；Zhang et al., 2010；Wang et al., 2012)；最新研究成果表明剛性塊體運動和地殼流并非不可調(diào)和的地殼變形模式(Liu et al.，2014).然而，現(xiàn)有的研究結果較多地關注于塊體內(nèi)部(如松潘—甘孜塊體、川滇塊體)深部構造，尚未對松潘—甘孜塊體邊界斷裂——鮮水河斷裂南東段的康定地震震源區(qū)深部介質(zhì)環(huán)境以及深部構造成因機制給出足夠清晰的解釋，因此，本文先利用2009年1月1日—2014年12月5日期間四川省區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)和流動地震臺陣所記錄到的7397次地震事件提取到的99287條區(qū)域P波到時資料，反演得到了鮮水河斷裂帶南東段上地殼范圍內(nèi)不同深度的三維P波速度結構特征，再對康定震區(qū)及周邊的重力、航磁數(shù)據(jù)進行視密度、視磁化強度反演，得到了殼內(nèi)不同深度處層密度的橫向變化信息和視磁化強度的分布特征，在此基礎上綜合研究鮮水河斷裂帶南東段的深部孕震環(huán)境、探求康定MS6.3地震的成因.該研究成果對于理解鮮水河斷裂南東段地震孕育的深部地球動力學機制、討論康定MS6.3地震孕育與發(fā)生的深部構造背景以及評估未來地震活動趨勢都具有重要的科學意義.

2 觀測資料與成像方法

2008年汶川地震后，四川區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)進行了升級改造并對觀測數(shù)據(jù)進行了數(shù)字化處理，因此，為了得到可靠的成像結果，本研究重點收集汶川地震震后從2009年1月1日至2014年12月5日期間發(fā)生的、被四川數(shù)字地震臺網(wǎng)和流動地震臺陣(圖2a)記錄到的P波區(qū)域地震到時資料，其中60個固定地震臺站位于四川省境內(nèi)，流動地震臺陣主要集中分布于龍門山斷裂帶西南段、安寧河斷裂冕寧以北段和鮮水河斷裂南東段交匯處的“三岔口”康定地區(qū)及其周邊，本研究所選用的地震事件分布范圍遍及全川，主要集中分布在龍門山斷裂帶和鮮水河斷裂南東段及其附近，確保了各個方位的射線覆蓋.經(jīng)過嚴格的篩選，共篩選出大于等于M1.0地震事件共計7397次(圖2b)，每個地震的P波到時觀測數(shù)據(jù)不少于10個，讀取的P波到時數(shù)據(jù)的精度為0.05～0.10 s，最后反演中共采用了來自7397個事件的99287個P波到時數(shù)據(jù).

圖1 鮮水河斷裂帶地震構造環(huán)境圖F1:鮮水河斷裂帶; F2:玉農(nóng)希斷裂帶; F3:龍門山斷裂帶; F4:撫邊河斷裂帶; F5:天全—滎經(jīng)斷裂; F6:大渡河斷裂帶Fig.1 Geologic map around the Xianshuihe fault zone

圖2 本研究所用的地震臺站分布(a)和地震震中分布(b)Fig.2 (a) Distribution of seismic stations and (b) earthquake epicenters used in this study

本文采用了Zhao等提出的走時層析成像方法來反演康定地震震源區(qū)及周邊區(qū)域三維P波速度結構(Zhao et al.，1992，1994；Zhao,2001)，該方法允許速度在三維空間內(nèi)任意變化，并通過在模型空間中設置一系列的三維網(wǎng)格節(jié)點，節(jié)點處的速度擾動作為反演中的未知數(shù)被求解，而模型中其他任意點的速度擾動可由與之相鄰的8個節(jié)點的速度擾動線性插值得到.為了快速、精確地計算理論走時和地震射線路徑，該方法在射線追蹤過程中對Um和Thurber(1987)提出的近似彎曲算法進行了改進，迭代地應用偽彎曲技術和斯奈爾定律進行三維射線跟蹤，使之適用于復雜的速度間斷面存在的情況，在反演過程中，采用帶阻尼因子的LSQR(最小二乘解)方法(Paige and Saunders，1982)求解大型稀疏的觀測方程組，且阻尼滿足了模型和數(shù)據(jù)方差均為最小.

3 鮮水河斷裂帶南東段速度結構特征

由于康定MS6.3主震及本研究所用到的多數(shù)地震臺站(陣)均集中分布在鮮水河斷裂帶南東段與龍門山斷裂帶南段以及安寧河斷裂冕寧以北段交匯部位的“三岔口”康定地區(qū)及其周邊，因此我們主要集中討論鮮水河斷裂帶南東段康定震區(qū)及其周邊的地殼三維速度結構特征.圖3給出了1～16 km地殼不同深度范圍內(nèi)P波速度異常分布圖，從圖中可以看出，在淺部上地殼深度范圍內(nèi)，P波速度異常分布特征與地表地質(zhì)構造、地形地貌和地層巖性密切相關，由1 km深度的速度分布圖可以看出康定東側至寶興一帶表現(xiàn)出高速異常特征，這主要與地面出露為前震旦紀結晶片巖、中基性變質(zhì)火山巖及巖漿巖分布有關，龍門山前陸逆沖楔中的上元古界變質(zhì)巖塊分布范圍與該高速區(qū)范圍大體一致(陶曉風，1995)，且高速區(qū)北西邊界被金湯弧形構造帶所限制，這一分布特征到了8 km深度圖上仍表現(xiàn)出較好的對應關系.丹巴—小金地區(qū)位于川青面狀強隆區(qū)二級新構造單元，第四紀以來，伴隨著青藏高原的強烈隆起抬升，該區(qū)的新構造運動特征主要表現(xiàn)為大面積的整體間歇性隆升，形成有多級夷平面和河流階地等層狀地貌，其中丹巴地區(qū)出露上元古界的變粒巖、含礫片巖及混合巖，晚震旦紀陡山沱組及燈影組大理巖、片巖等地層；而小金中部出露古生界和前古生界高級變質(zhì)巖，形成變質(zhì)穹隆，圍繞該穹隆區(qū)出露三疊紀淺變質(zhì)砂板巖、千枚巖地層(許志琴等,1992; 曾宜君等, 2001)，這種巖性分布特點與圖3速度結構中的低速異常分布特征密切相關.我們得到的鮮水河斷裂及以西地區(qū)的低速異常特征與王椿鏞等(2003a)通過人工地震測深所得到的鮮水河斷裂帶在近地表有相對低的速度結構且低速帶寬度達幾公里相一致，同時成像結果也符合大型地殼斷層在近地表一般都具有幾百米甚至幾公里寬的低速帶特征(Thurber，1983；Mooney and Ginzburg，1986).隨著深度從1 km到12 km的遞變，速度異常分布趨勢也隨著發(fā)生改變，鮮水河斷裂南東段作為雅江—九龍一帶的低速區(qū)與瀘定—寶興高速區(qū)的分界線逐漸清晰，表明了鮮水河斷裂帶南東段兩側上地殼物質(zhì)存在顯著的橫向介質(zhì)差異，而康定MS6.3地震就發(fā)生在該高低速異常區(qū)的分界線上，這一速度結構特征在12 km深度圖上表現(xiàn)得尤為明顯，稍有不同的是康定震區(qū)西南側的低速區(qū)分布范圍出現(xiàn)了串珠狀圈閉的特征，究其原因是該低速圈閉分別為川西面狀強隆區(qū)內(nèi)的雅江斷隆和貢嘎山強斷隆所對應的三級新構造區(qū)域范圍，其中，鮮水河斷裂帶為雅江斷隆的北東邊界，且雅江斷隆第四紀以來一直處于隆升狀態(tài)，表現(xiàn)為深切割的高中山地貌和丘狀高原面；而貢嘎山強烈斷塊隆起區(qū)的東邊界為鮮水河斷裂南東段，其西側邊界為玉農(nóng)希斷裂，玉農(nóng)希斷裂控制了該低速區(qū)的西向展布范圍.第四紀以來，由于斷塊邊界斷裂的強烈差異運動，同時鮮水河斷裂在該段的向南偏轉，由左旋水平剪切運動在轉折部位轉化為擠壓運動而導致的地貌效應，貢嘎山斷塊強烈的隆起抬升狀態(tài)使其與周圍山體具有明顯不同的地球物理場特性差異(如流動重力異常)，塑造的斷裂構造格局對該區(qū)地震的空間分布格局具有明顯的控制作用(李大虎等，2014).16 km深度處康定—石棉及其以東地區(qū)的高速異常分布特征與Liu 等(2014)利用川西臺陣數(shù)據(jù)進行P波接收函數(shù)和噪聲聯(lián)合反演所得到的研究結果相一致.

4 視密度、視磁化強度反演

以往對四川地區(qū)重磁異常方面的研究主要集中在重、磁場的分區(qū)特征、地殼厚度分布及變形特征等方面，2008年5月12日汶川8.0地震發(fā)生以后，對龍門山及鄰區(qū)重磁特征與地震的關系及其深部過程和動力學特征等研究又掀起了新的熱潮，并取得了一系列的認識及成果(鐘鍇等，2005；張季生等，2009；王謙身等，2009；張永謙等，2010).然而，至今為止，仍未對鮮水河斷裂帶南東段的重磁場分布特征進行過細致地分析研究，從位場特征來揭示鮮水河斷裂南東段深部構造特征及其孕震環(huán)境仍存在疑問，而基于重磁場分解與反演成像的異常特征研究可以為斷裂帶物性特征與深部孕震環(huán)境研究提供重磁學方面的科學依據(jù).因此，為了探求鮮水河斷裂帶南東段殼內(nèi)不同深度范圍內(nèi)密度的橫向變化情況和磁化強度分布差異特征，同時也為了進一步驗證P波成像結果的可靠性與合理性，我們又分別采用了視密度、視磁化強度反演的方法，得到了上地殼不同深度密度的橫向變化信息切片和視磁化強度的分布特征.提取出不同深度層次的位場異常中含有的深部重磁信息，進而系統(tǒng)地分析鮮水河斷裂帶南東段深部孕震環(huán)境、介質(zhì)物性分布特征與2014年康定MS6.3地震之間存在的關系.

本文所采用的視密度反演是一種基于位場分離和延拓的三維視密度反演方法，首先應用位場分離的切割法對觀測到的重力變化場進行不同深度層源的切割分離，由于常用的傅里葉變換法及其變種的下延深度一般不超過資料點距的3～5倍(徐世浙等，2009)，故又采用大深度向下延拓方法將各層的場延拓至相應的深度，最后反演得到的是各深度層密度變化的近似分布情況(Boschetti et al.，2001；Fedi and Florio，2002；Cooper，2004).而視磁化強度反演結果可以用來劃分磁性巖層、確定巖體的邊界和突出地質(zhì)構造單元界線，根據(jù)磁異常形態(tài)、幅值大小、梯度變化、走向特征及分布范圍來分析康定震區(qū)磁場的強弱分區(qū)及特征，以此來研究鮮水河斷裂帶南東段殼內(nèi)磁性物質(zhì)的分布范圍以及結晶基底特征.航磁資料反演得到的淺源磁性異常通常反映出露的和淺層的巖漿巖分布與磁性基底的性質(zhì)和埋深，深源磁性異常則主要與中上地殼內(nèi)巖石的性質(zhì)及地殼磁層的厚度有關.

由于松潘—甘孜塊體的地殼淺部分布有巨厚密度低、磁性弱的沉積蓋層，所以總體來看，由圖4視密度反演圖(10 km、20 km)所揭示出塊體南西邊界鮮水河斷裂帶道孚—康定地區(qū)低密度背景場特征下，不同段落之間的形態(tài)也存在明顯的差異，大致以道孚八美為界，斷裂的北西段顯示為一系列寬緩異常區(qū)，而斷裂南東段則顯示為重力梯度快速變化帶，其中道孚盆地表現(xiàn)為串珠狀圈閉的低值異常區(qū)，過了康定以南，鮮水河斷裂南段的北東側區(qū)域表現(xiàn)相對寬緩些，這一趨勢性變化在20 km深度的視密度反演圖上則更為明顯.此次康定MS6.3地震的震中位置位于貢嘎山強斷隆的北界——鮮水河斷裂南東段、重力梯度變化帶上，康定貢嘎山作為一個典型的斷塊隆起區(qū)，低值串珠狀圈閉的貢嘎山低重力異常區(qū)在進行均衡調(diào)整過程中將促使殼內(nèi)物質(zhì)重新分布，影響和制約著鮮水河斷裂帶南東段的構造變形和地震活動.

磁異常反演是根據(jù)磁場的空間分布特征來確定地下所對應的場源體特征(Pilkington，1989；管志寧等，1990).我們對航磁數(shù)據(jù)進行反演得到了5～30 km深度處的視磁化強度反演圖(圖5)，反演步驟是先對原始磁異常數(shù)據(jù)進行相關預處理(日變校正、正常場及高度校正等)得到磁異常數(shù)據(jù)，并對原始磁異常數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化處理；再對磁異常數(shù)據(jù)進行化極處理，并結合本研究區(qū)的地質(zhì)情況，對化極磁力異常數(shù)據(jù)進行不同高度向上延拓處理的對比分析，選取合理延拓高度的磁異常作為磁化強度反演計算的基礎數(shù)據(jù)，最后進行磁化強度的反演計算.其中，5 km深度圖中丹巴作為馬爾康地塊和揚子地塊的過渡地帶呈現(xiàn)出條帶狀視磁化強度分布特征，雅江地區(qū)較為平滑的背景磁場且區(qū)域視磁化強度由東向西逐步降低，在數(shù)百公里的長度之內(nèi)看不出明顯的異常變化，由于該區(qū)多為三疊系地層及燕山期花崗巖所覆蓋，平靜的背景場應是雅江地區(qū)弱磁性基底的反映.位于丹巴和雅江之間的鮮水河斷裂帶南東段地區(qū)康定—石棉及其以東地區(qū)位于高磁化強度范圍內(nèi)，且鮮水河斷裂帶南東段地區(qū)多顯示為橢圓形大范圍緩梯度高低視磁化強度異常鑲嵌的磁場特征反映了康定—石棉及其以東地區(qū)存在剛性基底，深度10 km處視磁化強度變化趨勢較5 km深度更為明顯，范圍進一步增大，磁化強度也有所增加.由于深層視磁化強度反演結果主要反映深部磁性基底特征，20 km和30 km深度圖的等值線形態(tài)比淺層磁異常分布更為圓滑，等值線的局部異常擾動濾除了，是更具有框架性磁異常的反映.根據(jù)視磁化強度20、30 km反演結果，鮮水河斷裂帶南東段高磁性北東向排列的橢圓形范圍截止到四川盆地西緣的大涼山斷裂帶，而降低的磁場強度背景反映了鮮水河斷裂帶南東段以西地區(qū)深部物質(zhì)磁性較弱的特性，其中沿九龍—雅江及其以西地區(qū)存在一條NW向轉NS向連續(xù)延伸的低磁異常帶.在龍門山斷裂帶南東段寶興及康定等地東側，地面出露為前震旦紀結晶片巖，中基性變質(zhì)火山巖及巖漿巖，它們共同組成四川盆地西緣的磁性基底(宋鴻彪和劉樹根,1991; 張先等，1998)，上覆震旦系及寒武—奧陶系等古生界及中新生界非磁性蓋層.根據(jù)視磁化強度反演圖5可以看出，這些地區(qū)前震旦系基底內(nèi)的中基性火山雜巖引起的異常表現(xiàn)出特別快的衰減，雅江—九龍一帶有些磁性異常幾乎消失，而揚子塊體西緣邊界的磁性異常并沒有隨著反演深度的增加急劇衰減，體現(xiàn)出鮮水河斷裂帶東西兩側不一樣的磁性異常背景特征.隨著川青塊體向南東方向滑移，受到盆地西緣邊界剛性磁性基底對川青塊體的強烈阻擋，從而加劇了康定—石棉及其以東地區(qū)基底巖層的褶皺變形，并產(chǎn)生了強烈的應力積累，也正是由于不同塊體內(nèi)部或者塊體間基底性質(zhì)存在的明顯差異、強磁性堅硬介質(zhì)發(fā)育的雅安—瀘定磁性穹窿區(qū)往往有利于應力相對集中，脆性上地殼中低強度的區(qū)域在橫向擠壓的構造應力場作用下易于破裂，從而有利于康定MS6.3地震的孕育和發(fā)生.

圖4 鮮水河斷裂帶南東段視密度反演圖(10 km和20 km)F1:鮮水河斷裂帶; F2:龍門山斷裂帶; F3:玉農(nóng)希斷裂帶.Fig.4 The inversion of apparent density map in the southeastern section of the Xianshuihe fault zone

圖5 鮮水河斷裂帶南東段視磁化強度反演圖(5 km，10 km，20 km和30 km)F1:鮮水河斷裂帶; F2:龍門山斷裂帶; F3:玉農(nóng)希斷裂帶.Fig.5 The apparent magnetization inversion map in the southeastern section of the Xianshuihe fault zone

5 討論與結論

(1)本文利用四川區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)和鮮水河斷裂南東段、龍門山斷裂帶西南段和安寧河斷裂冕寧以北段交匯處的“三岔口”康定地區(qū)及其周邊所布設的流動地震臺陣在2009年1月1日至2014年12月5日期間所記錄到7397次區(qū)域地震事件的99287條P波到時資料，反演得到了鮮水河斷裂帶南東段上地殼范圍內(nèi)不同深度的三維P波速度結構特征，揭示了鮮水河斷裂帶南東段的深部介質(zhì)構造環(huán)境，斷裂兩側雅江—九龍一帶和瀘定—寶興地區(qū)分別呈現(xiàn)出低速異常與高速異常的分布特征，表明了鮮水河斷裂帶南東段兩側上地殼物質(zhì)存在顯著的橫向介質(zhì)差異，而康定MS6.3地震恰好發(fā)生在該高低速異常區(qū)的分界線上.2014年11月22日康定地震發(fā)生后，四川省地震局現(xiàn)場流動監(jiān)測工作組按照抗震救災指揮部的安排，在康定震區(qū)架設了流動測震臺站(LJBT、LTGT、LTDQ、LZGT等)，對震中形成了較好的包圍，因此我們又對四川省區(qū)域固定臺網(wǎng)和流動測震臺站于2014年11月25日至12月5日期間所記錄到的1028個康定6.3級地震的余震序列進行精確定位結果可以看出(圖6)，重新定位后的余震序列沿著鮮水河斷裂帶南東段呈條帶狀分布，A—A′和B—B′剖面顯示震源深度優(yōu)勢分布層位深度為8～15 km，為淺源性殼內(nèi)地震，這與易桂喜等(2015)研究結果相一致.康定MS6.3余震序列的空間分布特征與松潘—甘孜塊體西南邊界的鮮水河斷裂南東段的深部介質(zhì)條件密切相關.首先，在地震學研究方面，Wang 等(2008)通過研究S波的速度結構發(fā)現(xiàn)青藏高原東緣下地殼介質(zhì)具有強衰減的性質(zhì)并呈現(xiàn)出大范圍的低速異常；郭飚等(2009)利用川西地震臺陣記錄到的遠震P波走時數(shù)據(jù)反演獲得龍門山地區(qū)400 km深度范圍內(nèi)的三維P波速度結構也顯示鮮水河斷裂帶中下地殼(30 km)存在低速異常擾動；Liu 等(2014)通過P波接收函數(shù)和背景噪聲的聯(lián)合反演得到了3D青藏高原東部0～100 km的速度成像，發(fā)現(xiàn)下地殼的物質(zhì)沿鮮水河斷裂帶流動，并在鮮水河斷裂帶和龍門山斷裂帶處分流，在流動過程中同時拖曳著中上地殼的運動，由于中地殼軟弱，所以應力的集中一般在上地殼(20 km以內(nèi)).其次，在大地電磁(MT)測深研究方面，Zhao 等(2012)通過跨龍門山推覆構造帶南段(寶興附近)和中段(北川—映秀附近)的大地電磁剖面探測研究結果表明，龍門山斷裂帶中北段以西的松潘—甘孜塊體在上地殼高阻層下方存在高導低阻層，其層頂面埋深約為20 km，龍門山斷裂帶南段西側的地殼低阻層深度即相對堅硬上地殼的厚度約為10 km，小于汶川地震所在的中段西側的低阻層頂面深度.2013年4·20蘆山MS7.0地震之后，由中國地震局地球物理研究所牽頭，實施了蘆山“4·20”7.0級強烈地震的科學考察工作，詹艷等(2013)根據(jù)跨龍門山斷裂帶南段蘆山地震震源區(qū)的MT復測成果反演得到該區(qū)的二維深部地電結構，震后MT復測資料表明龍門山斷裂帶南段深部電性結構發(fā)生了變化，松潘—甘孜塊體南西邊界斷裂——鮮水河斷裂帶的低阻層埋藏深度差異較大(與詹艷個人通訊，2014).由于受青藏高原強烈隆起抬升和高原上地殼物質(zhì)向東蠕散的影響，塊體內(nèi)部低速層的存在使上地殼如同漂浮在塑性層上，且中下地殼低速層的存在有利于應力在其上方的脆性地殼內(nèi)集中，這正是鮮水河斷裂及其附近地區(qū)發(fā)生強烈地震的深部介質(zhì)條件.同時，青藏高原東部地區(qū)所形成的一系列的弧形走滑斷層系，構成了川滇和川青兩個明顯的滑移塊體，隨著青藏高原的地殼增厚和抬升，龍門山斷裂帶以西的川青塊體向SE方向滑移，在龍門山斷裂帶西南段、安寧河斷裂冕寧以北段和鮮水河斷裂帶南東段附近交匯的“三岔口”康定地區(qū)同四川盆地西緣相碰撞，盆地西緣瀘定—雅安等高速異常區(qū)所積累的應力突然釋放，產(chǎn)生康定MS6.3地震，這正是從地震學方面對此次鮮水河斷裂帶南東段康定地區(qū)強震孕育和發(fā)生的深部構造環(huán)境做出的解釋.

(2)本文的研究結果還表明，位于四川盆地西緣的瀘定—雅安地區(qū)密度較高，其上地殼物質(zhì)比較堅硬，而松潘—甘孜塊體的地殼物質(zhì)則相對比較軟弱.鮮水河斷裂帶南東段特有的視密度和視磁化強度異常分布特征也反映了康定地區(qū)東西兩側的基底性質(zhì)存在明顯差異，康定—石棉及其以東的地區(qū)所表現(xiàn)出的磁異常高和重力高的位場特征，反映該區(qū)域由強磁性、高密度物質(zhì)組成，在區(qū)域構造應力場的作用下，具備孕育和發(fā)生大震的深部構造環(huán)境，而康定MS6.3地震就發(fā)生在康定—石棉重力梯度變化帶上、雅安—瀘定磁性穹窿區(qū)的西邊界線上.隨著川青塊體向南東方向滑移，受到盆地西緣邊界剛性磁性基底對川青塊體的強烈阻擋，加劇了康定—石棉及其以東地區(qū)基底巖層的褶皺變形，并產(chǎn)生了強烈的應力積累，也正是由于不同塊體內(nèi)部或者塊體間基底性質(zhì)存在的明顯差異、強磁性、高密度堅硬介質(zhì)發(fā)育的地區(qū)往往有利于應力相對集中，脆性上地殼中低強度的區(qū)域在橫向擠壓的構造應力場作用下易于破裂，從而有利于康定MS6.3地震的孕育和發(fā)生.本文根據(jù)重力、航磁反演得到的鮮水河斷裂帶南東段的深部構造背景和物性分布特征與P波速度結構之間具有較好的一致性，其中速度結構表現(xiàn)為低速異常區(qū)的康定—九龍一帶，在位場反演結果中表現(xiàn)出了低密度和低磁化強度特征，而四川盆地西南緣的瀘定—寶興一帶高波速異常區(qū)則對應著強磁性和高密度的位場特征.本文研究成果對深入理解康定MS6.3地震的孕震機制和深部介質(zhì)條件提供了可靠的依據(jù)，為鮮水河斷裂帶南東段地震構造環(huán)境評價和地震活動趨勢分析提供了科學的深部構造資料.

圖6 精定位前、后的地震震中分布和沿A—A′、B—B′剖面震源深度分布圖(a) 精定位前震中分布圖; (b) 精定位后震中分布圖; (c) A—A′剖面; (d) B—B′剖面.Fig.6 Distributions of epicenter before and after precise relocation and the A—A′，B—B′ sections of hypocenters

(3)2013年4月20日蘆山地震的發(fā)生是否有可能開啟在它南面的沉寂多年的近NS向的安寧河斷裂帶及其附近現(xiàn)今小震活動相當活躍的冕寧、石棉一帶的強震活動(陳運泰等，2013；Yang et al.，2005)，是個亟待加強監(jiān)測與研究的重要科學問題.從地震活動性方面看，2014年10月1日09時23分，大涼山斷裂北段附近的越西縣(102.8°E， 28.4°N)發(fā)生5.0級地震，而連接NE向龍門山斷裂帶、NW向鮮水河斷裂帶與近NS向安寧河斷裂帶的Y字形的“三岔口”地區(qū)，是近年來持續(xù)關注的地震危險區(qū)和重點監(jiān)視防御區(qū)，此次康定MS6.3地震就發(fā)生在該地區(qū).由于鮮水河斷裂帶上其他區(qū)段歷史上都發(fā)生過強震，唯獨其南東段的石棉地區(qū)沒有強震記載，僅有1989年5月的5.3級地震和2008年6月18日的4.7級地震.據(jù)四川省現(xiàn)代臺網(wǎng)觀測記錄，自20世紀70年代迄今的40余年間，石棉地區(qū)及其附近約95.96%的地震為ML<3.0的小震活動，ML≥3.0地震僅占4.04%左右.迄今為止，康定—石棉段歷史最大地震為1786年73/4級地震.然而，鮮水河斷裂帶南東段晚第四紀以來的活動更具鮮明的特色，以顯著的斷錯地貌和近代地震地表破裂為其主要特征.根據(jù)野外地震地質(zhì)調(diào)查，鮮水河斷裂南東段擦羅段北起石棉田灣，向東南經(jīng)安順場、擦羅止于公益海附近，長度約60 km，該段錯切了臺地并形成明顯的斷槽地貌，在安順場附近，鮮水河斷裂在該段呈N30°W方向延伸，將沖溝和沖洪積階地同步左旋錯斷，其中Ⅳ級階地面被斷層縱向錯開，位錯量在300 m左右，顯示出明顯的活動性.唐漢軍等(1995)曾在石棉縣新民鄉(xiāng)花崗巖中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在16000—17000年前一次強烈古地震的遺跡，說明鮮水河斷裂在石棉地區(qū)目前呈閉鎖狀態(tài)，有發(fā)生大震的危險.根據(jù)本文對鮮水河斷裂帶南東段深部孕震環(huán)境的綜合研究成果可知，石棉段處于重磁異常梯級帶上且其北東側表現(xiàn)出的高密度、強磁性和高波速等物性特征有利于區(qū)域應力的相對集中，鮮水河斷裂帶南東段石棉地區(qū)的地震活動趨勢和地震危險性背景值得進一步關注和研究，鮮水河斷裂帶南東段深部孕震環(huán)境對深入理解該區(qū)孕震過程和驅(qū)動地震帶新構造變形的動力學機制等問題都具有重要的科學意義.

致謝 感謝趙大鵬教授提供的層析成像程序，感謝中國地震局地質(zhì)研究所詹艷研究員對文章給予的指導和幫助，在論文的撰寫過程中先后與楊歧焱博士、呂苗苗博士、顧勤平博士、吳朋高級工程師等進行了多次有益的交流和探討，審稿專家對本文提出了寶貴的修改意見，作者在此一并表示衷心的感謝.

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(本文編輯 何燕)

The deep seismogenic environment of the southeastern section of the Xianshuihe fault zone and the 2014 KangdingMS6.3 earthquake

LI Da-Hu1,2， DING Zhi-Feng1， WU Ping-Ping4， ZHENG Chen1， YE Qing-Dong1， LIANG Ming-Jian2,3

1InstituteofGeophysics,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100081,China2EarthquakeAdministrationofSichuanProvince,Chengdu610041,China3InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029,China4InstituteofDisasterPrevention,HebeiLangfang056201,China

At 16∶55, November 22, 2014, anMS6.3 earthquake occurred in Kangding country, Garzê, a Tibetan autonomous prefecture in Sichuan Province. This event ended a 30-year interval without any large earthquake in the Xianshuihe fault zone and motivated scholars in China and elsewhere in the world to assess the seismic risk of this region. To study the deep seismogenic environment of the southeastern section of the Xianshuihe fault zone and the genesis of the KangdingMS6.3 earthquake, we conducted a seismic tomography study. Using 99287 P-wave travel time data of 7397 regional seismic events, recorded by a digital seismic network and by transportable seismic stations in Sichuan Province, the structure of the upper crustal three-dimensional P-wave velocity was ascertained. Through field separation and inversion imaging of the gravity and aeromagnetic data of the Kangding seismic zone, the apparent density and apparent magnetization inversion results were obtained at different depths in the crust. The low velocity zone of the Yajiang-Jiulong area and the velocity structure characteristics of the Luding-Baoxing high-speed zone indicate the existence of a transverse medium that is significantly different from the crustal material on either side of the southeastern section of the Xianshuihe fault zone. The KangdingMS6.3 earthquake took place at the boundary of the high velocity anomaly zone and the low velocity anomaly zone. Accurate locating for the sequence of 1028 aftershocks of the KangdingMS6.3 earthquake reveals that these aftershocks show a zonal distribution along the southeastern Xianshuihe fault zone with focal depths 8～15 km. Such spatial distribution characteristics of the aftershocks are closely related to the deep medium conditions of the southeastern segment of the Xianshuihe fault. The unique anomaly distribution of apparent density and apparent magnetization intensity reflect the existence of obvious differences in basal properties on both sides of the Kangding area. The high magnetic anomalies and high gravity potential field characteristics of the Kangding-Shimian′s eastern area indicate that this region is comprised of strong magnetism and high-density material. The Kangding earthquake occurred in the Kangding-Shimian gravity gradient belt, and its epicenter is located on the magnetic dome′s western boundary of the Ya′an-Luding area. When moving southeastward, the Sichuan-Qinghai block is strongly hampered by the rigid basement of the Sichuan basin on its western margin. Such a process has strengthened folding deformation and the accumulation of stress within the Kangding-Shimian area and its east. The sudden release of accumulated stress led to the occurrence of the KangdingMS6.3 earthquake. These are the deep seismogenic environment of the southeastern Xianshuihe fault zone. The Shimian segment of the southeastern Xianshuihe fault zone is also located in a gravitational and magnetic anomaly zone, with high density, strong magnetism, and high velocity media on its northeastern side. Therefore, this segment also deserves further risk assessment and investigation into its seismicity trend.

Xianshuihe fault zone； Kangding earthquake； Velocity structure； Apparent density； Apparent magnetization inversion

10.6038/cjg20150610.

中國地震局地震科技星火計劃項目(XH15040Y)和國家自然科學基金項目(41474057)聯(lián)合資助.

李大虎，1982年生，在讀博士，目前主要從事深部孕震環(huán)境研究、地震活動斷層探測等工作.E-mail:lixiang2006@sina.com

10.6038/cjg20150610

P315

2014-12-23，2015-05-08收修定稿

李大虎，丁志峰，吳萍萍等. 2015. 鮮水河斷裂帶南東段的深部孕震環(huán)境與2014年康定MS6.3地震.地球物理學報，58(6):1941-1953,

Li D H, Ding Z F, Wu P P, et al. 2015. The deep seismogenic environment of the southeastern section of the Xianshuihe fault zone and the 2014 KangdingMS6.3 earthquake.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),58(6):1941-1953,doi:10.6038/cjg20150610.