蔡一川 戴仕貴 魏婭玲

（四川省地震局，成都 610041）

四川木里小震群活動(dòng)特征研究1

蔡一川 戴仕貴 魏婭玲

（四川省地震局，成都 610041）

本文通過(guò)對(duì)四川木里地區(qū)地震震源位置的重新確定，反演了地震震源機(jī)制解，結(jié)果顯示：①重定位后的小震群震中分布成帶狀，地震震源深度分布在0—12km范圍內(nèi)；②經(jīng)過(guò)對(duì)震群空間分布進(jìn)行仔細(xì)分析，認(rèn)為其發(fā)震構(gòu)造是小金河斷裂西側(cè)的一條NWW向分支斷裂；③3次4.0級(jí)以上地震震源參數(shù)存在明顯差異，淺源逆沖事件表現(xiàn)出受垂直方向應(yīng)力（重力）作用的特征，走滑事件表現(xiàn)出與區(qū)域應(yīng)力構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。

震群活動(dòng) 地震條帶 雙差定位方法 震源機(jī)制

蔡一川，戴仕貴，魏婭玲，2015.四川木里小震群活動(dòng)特征研究.震災(zāi)防御技術(shù)，10（4）：933—940.doi：10.11899/zzfy20150411

引言

地震震群活動(dòng)是地殼變動(dòng)的結(jié)果，是地殼運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)的客觀反映，當(dāng)大范圍構(gòu)造應(yīng)力出現(xiàn)增強(qiáng)時(shí)，首先會(huì)在介質(zhì)相對(duì)較薄弱的部位發(fā)生顯著地震或以震群活動(dòng)的方式表現(xiàn)出來(lái)。本文中的“小震群”意指在較短時(shí)間內(nèi)局部區(qū)域內(nèi)密集發(fā)生的一組中小地震（MS≤5.0）。正在活動(dòng)中的震群，究竟是“大震”的前兆震群，還是并不伴有后續(xù)大震發(fā)生一般性的震群活動(dòng)，對(duì)其作出快速、準(zhǔn)確判別，對(duì)減輕地震災(zāi)害和維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在我國(guó)，基于小震群活動(dòng)開(kāi)展的大震預(yù)測(cè)研究一直是眾多研究人員關(guān)注的重點(diǎn)（趙根模，1990；柯龍生等，1977；朱麗霞，1999；啜永清等，2000；Lund等，2002；劉正榮，2004；王俊國(guó)等，2005；崔子健等，2011）。

四川木里縣地處青藏高原南緣，是橫斷山脈在四川境內(nèi)表現(xiàn)最典型的地帶，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；其大地構(gòu)造位置屬于松潘-甘孜地槽區(qū)南緣的兩個(gè)I級(jí)構(gòu)造單元揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)與松潘-甘孜地槽的槽臺(tái)結(jié)合部；小金河斷裂帶為槽臺(tái)結(jié)合的接觸性斷裂，位于木里縣城南14km處，此斷裂由一系列東西向展布、北傾、中部向南弧形突出的斷裂組成。2013年7月至12月期間，四川區(qū)域臺(tái)網(wǎng)地震觀測(cè)資料揭示，在四川木里地區(qū)發(fā)生了大量微震和有感小震群活動(dòng)，11月22日發(fā)生的3次ML≥4.0地震造成木里縣部分房屋開(kāi)裂，給當(dāng)?shù)鼐用竦纳顜?lái)了不小的影響，因此很有必要對(duì)該震群地震活動(dòng)特征進(jìn)行分析研究。定位結(jié)果表明，這些地震以震群形式集中發(fā)生在四川木里縣項(xiàng)腳鄉(xiāng)，得到的可定位地震竟達(dá)64 538次，最大震級(jí)為ML4.5，震中集中分布在幾公里范圍內(nèi)。目前，由于研究者們對(duì)此震群成因尚存有不同認(rèn)識(shí)，因此本文采用雙差定位方法對(duì)此震群進(jìn)行重新定位，用CAP方法對(duì)ML≥4.0地震求解震源機(jī)制解，對(duì)震群地震頻次與錦屏一級(jí)水庫(kù)水位關(guān)系進(jìn)行分析，試圖對(duì)此小震群活動(dòng)特征進(jìn)行一些初步的探索和分析。

1 資料與方法

1.1 臺(tái)站和資料的選取

四川木里震群發(fā)生前，震中集中區(qū)域附近250km范圍內(nèi)正常運(yùn)行的固定臺(tái)站22個(gè)（圖1，紅色三角形）、水庫(kù)臺(tái)站37個(gè)（圖1，綠色五角星）。在臺(tái)站觀測(cè)儀器的配置上，22個(gè)固定臺(tái)站全部配備寬頻帶記錄儀（四川臺(tái)17個(gè)、云南臺(tái)5個(gè)），37個(gè)水庫(kù)臺(tái)站全部配備短周期記錄儀。四川、云南區(qū)域臺(tái)網(wǎng)固定臺(tái)站與四川水庫(kù)企業(yè)臺(tái)站并網(wǎng)監(jiān)測(cè)，構(gòu)成的地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)對(duì)木里震群區(qū)形成了很好的方位覆蓋，保證了地震定位結(jié)果的可靠性。其中，記錄Sg與Pg到時(shí)差小于4s的臺(tái)站有5個(gè)，近臺(tái)方位分布較好，在地震事件定位中發(fā)揮了重要作用。

圖1 重定位臺(tái)站分布Fig.1 The distribution of stations for the earthquake relocation

2013年7月至12月期間，并網(wǎng)觀測(cè)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，為研究木里震群活動(dòng)特征提供了資料保證。在進(jìn)行初始編目定位時(shí)，采用了LOC3D、Hypo2000和單純形定位方法，由于不同定位方法的速度模型和參數(shù)存在差別，因此定位結(jié)果可能出現(xiàn)系統(tǒng)偏差。在研究中為了獲得較為可靠的初始震源位置，選擇ML≥1.0、記錄臺(tái)站數(shù)≥5的地震事件，統(tǒng)一采用Hypo2000定位方法（Wang等，2007）和林向東等（2013）的速度模型進(jìn)行重定位。林向東等（2013）的模型是根據(jù)川西地區(qū)人工地震測(cè)深剖面和波形擬合結(jié)果，并做適當(dāng)調(diào)整后建立的速度模型（見(jiàn)圖2）。

圖2 研究地區(qū)地殼速度模型Fig. 2 The crustal velocity model used in the study region

1.2 方法基本原理及參數(shù)設(shè)置

在小震定位方面采用了雙差定位方法，該方法的基本原理是：如果兩個(gè)地震震源之間的距離小于事件到臺(tái)站的距離，那么震源區(qū)和這個(gè)臺(tái)站之間的整個(gè)射線路徑幾乎相同，則可以通過(guò)地震事件兩兩組對(duì)的方法在一定程度上消除地殼速度結(jié)構(gòu)橫向不均勻性帶來(lái)的定位誤差。近年來(lái)，雙差定位法在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用（李永紅等，2011；馮紅武等，2013；張廣偉等，2013）。本研究中采用適合木里地區(qū)的速度模型開(kāi)展雙差定位。由于S波到時(shí)資料拾取精度相對(duì)P波要低些，因此在定位過(guò)程中將P波權(quán)重設(shè)為0.5—1.0，而S波權(quán)重設(shè)為0.1—0.5。為了獲得較高精度的定位結(jié)果，設(shè)定事件對(duì)的距離閥值為800m，事件對(duì)與臺(tái)站之間的最大距離設(shè)為200km，最小連接數(shù)和最小觀測(cè)數(shù)為8。這些設(shè)置在本例的實(shí)際應(yīng)用中很好地排除了干擾，既保留了P波震相相對(duì)較高的精度，又保證了足夠多的數(shù)據(jù)量。

在震源機(jī)制的研究中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過(guò)系統(tǒng)研究積累了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)取得了大量重要成果（呂堅(jiān)等，2011；易桂喜等，2012；趙凌云等，2010）。其中，Zhao等（1994）和Zhu等（1996）提出的CAP（Cut And Paste）方法獲取震源機(jī)制解，在國(guó)內(nèi)外諸多研究成果中得到了充分證明。其優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在反演震源機(jī)制解時(shí)使用的是近震寬頻帶波形資料，彌補(bǔ)了利用P波初動(dòng)求解震源機(jī)制解受臺(tái)站數(shù)量限制的缺陷。

2 震群重定位結(jié)果分析

為了了解木里小震群的活動(dòng)特征，本文盡可能多地收集研究區(qū)域內(nèi)所有地震的各類震相數(shù)據(jù)，首先采用Hypo2000定位方法進(jìn)行初始定位，然后采用雙差定位方法重新定位。共獲得6094個(gè)重定位結(jié)果，定位成功率為94.5%，E-W、N-S和U-D三個(gè)方向大致的定位誤差分別為0.21、0.2和0.38km。

圖3 木里小震群重定位前、后震中分布Fig.3 The epicenter distribution before and after relocation of the earthquake swarm in the Muli area

圖3（a）是初始定位震中分布圖，結(jié)果顯示地震震中集中在小金斷裂帶西側(cè)的木里項(xiàng)腳一帶，分布成團(tuán)狀，沒(méi)有明顯的幾何特征，僅有少數(shù)微震彌散在其四周。重定位后，ML≥1.0地震震中分布顯示出在平面上高度集中，在西北-東南向呈條帶分布，對(duì)密集區(qū)進(jìn)行放大，獲得重定位震中分布如圖3（b）所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小震群分布呈“劍狀”幾何特征，“劍柄”位于東南端，“劍尖”指向西北。通過(guò)對(duì)震群空間分布判定，木里震群并不發(fā)生在小金主斷裂帶上，而是發(fā)生在小金斷裂西側(cè)的NWW向分支斷裂上。依照?qǐng)D3（b）對(duì)小震群序列按NW和NE方向進(jìn)行了剖面劃分，并將地震震源深度投影到AA'和BB'兩個(gè)剖面上（見(jiàn)圖4）。圖4（a）是地震條帶沿直線AA'的震源擴(kuò)展剖面圖，顯示木里小震群總體震源深度較淺，在地震條帶AA'的東南段，地震震源深度分布范圍為0—12km，西北段地震震源深度集中分布在7—10km范圍內(nèi)；地震條帶總長(zhǎng)約8km，空間幾何圖形就像一個(gè)橫著的大寫字母“L”。圖4（b）是地震條帶沿直線BB'的震源擴(kuò)展剖面圖，震源深度沿BB'剖面總體展布傾角較徒，由最小二乘擬合得到的平均展布傾角約86°，略傾向北，震源深度呈南淺北深的特征。

圖4 木里小震群重定位后深度剖面圖Fig.4 The depth profile map after relocation of the earthquake swarm in the Muli area

3 較大地震震源機(jī)制反演結(jié)果分析

首先，選取四川、云南區(qū)域臺(tái)網(wǎng)震中距小于250km的寬頻帶儀器數(shù)據(jù)資料，共有21個(gè)臺(tái)（圖1中的紅色三角形），在0.05—20Hz的頻率范圍內(nèi)這些臺(tái)站儀器的幅頻特性曲線都是平直的，可獲得較好的臺(tái)站儀器記錄。然后，再?gòu)倪@些臺(tái)站中篩選出信噪比較高、P波初動(dòng)明顯、臺(tái)站方位分布良好的臺(tái)站記錄參與反演計(jì)算。在研究時(shí)間段內(nèi)，木里地區(qū)共發(fā)生ML≥4.0地震4次（見(jiàn)表1），表1中的事件D屬于疊加地震，故僅對(duì)其它3次地震進(jìn)行了反演，且獲得了較可靠結(jié)果。反演結(jié)果顯示，3次ML≥4.0地震震源深度（表2）與精定位結(jié)果給出的震源深度值很接近（表1）。

表1 四川木里ML≥4.0地震重定位結(jié)果Table 1 The relocation results of ML≥4.0 earthquakes in the Muli area

表2 四川木里ML≥4.0地震震源機(jī)制解反演結(jié)果Table 2 The inversion results of ML≥4.0 earthquake in the Muli area

續(xù)表

采用CAP方法反演獲得了四川木里震群中3次ML≥4.0地震震源機(jī)制解，圖5給出了3次4級(jí)以上地震震源機(jī)制反演的深度擬合誤差分布圖，其震源機(jī)制解參數(shù)列于表2。結(jié)果顯示，2013年10月22日18時(shí)事件A的震源機(jī)制反演結(jié)果在2—8km震源深度范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，震源深度在4km處獲得最小深度擬合誤差，這表明該地震屬淺源地震，錯(cuò)動(dòng)類型為逆沖，震源機(jī)制P軸方位近NS向，其傾角近水平（1°）；2013年11月22日03時(shí)事件B的震源機(jī)制反演結(jié)果在20km深度范圍內(nèi)比較一致，震源深度在7km處獲得最小深度擬合誤差，錯(cuò)動(dòng)類型表現(xiàn)為走滑，其深度值較事件A的深度值增加了3km，震源機(jī)制P軸方位為N50°W向，傾角近水平（1°）；2013年11月22日07時(shí)事件C的震源機(jī)制反演結(jié)果在20km深度范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，震源深度在8km處獲得最小深度擬合誤差，錯(cuò)動(dòng)類型也為走滑，其深度值較事件A的深度值增加了4km，震源機(jī)制P軸方位則表現(xiàn)為近N25°W向，傾角為6°。綜上所述，從地震震源機(jī)制解節(jié)面、力軸參數(shù)和錯(cuò)動(dòng)類型來(lái)看，這3次4級(jí)以上地震震源參數(shù)存在明顯差異，淺源逆沖事件A受垂直方向應(yīng)力作用明顯，走滑事件B和C與區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)，說(shuō)明該區(qū)域發(fā)生的小震群活動(dòng)具有一定的復(fù)雜性。

圖5 木里地區(qū)ML≥4.0地震震源機(jī)制隨不同震源深度變化圖Fig.5 The variation of the focal mechanism solution with different depth of ML≥4.0 earthquakes in the Muli area

4 震群活動(dòng)與錦屏一級(jí)水庫(kù)蓄水的關(guān)系

由北向南穿行的雅礱江在四川木里縣與鹽源縣交界處的白碉一帶，突然來(lái)了一個(gè)近于180°的大轉(zhuǎn)折，向北繞行約150km，形成一個(gè)“幾”字形的錦屏大河灣后，然后才繼續(xù)向南流去。木里小震群位于錦屏一級(jí)水庫(kù)的上游，與庫(kù)大壩之間的距離約為50km，屬于錦屏一級(jí)水庫(kù)庫(kù)區(qū)范圍（見(jiàn)圖1）。2012年10月8日，錦屏一級(jí)水電站庫(kù)區(qū)開(kāi)始下閘蓄水，到2012年底水位從海拔（下同）1652m升至1713m，完成第一階段蓄水，水位上升61m；2013年6月中旬開(kāi)始第二階段蓄水，7月18日水位升至1800m的水庫(kù)死水位，完成第二階段蓄水，在第一階段蓄水的基礎(chǔ)上，水位上升87m，蓄水總量約24.2億立方米；2013年9月15日開(kāi)始第三階段蓄水，至10月15日水位上升至1840m，水位再次上升40m（圖6a）。

圖6（b）是木里震群地震頻次5日滑動(dòng)均值，從圖中可以看出，研究區(qū)域水庫(kù)地震類型屬于直接響應(yīng)類型，在第一階段蓄水期間，研究區(qū)域地震頻次沒(méi)有發(fā)生變化；在第二階段蓄水期間，庫(kù)水位上升至一個(gè)新的高度，研究區(qū)地震頻次快速增加，由平靜期5次/日，迅速升高至400次/日；在第三階段蓄水期間，庫(kù)水位上升至最高1840m，地震頻次反而出現(xiàn)了階段性下降，較大地震的發(fā)生略滯后于最高庫(kù)水位，在庫(kù)水最高位后的6—40天內(nèi)，發(fā)生了4次4.0級(jí)以上地震，地震頻次在11月22日達(dá)到了最高值1528次/日，隨后又逐漸減少。圖5顯示出地震頻次與庫(kù)水位上升有明顯關(guān)聯(lián)特征，從而可以判定庫(kù)水位加載過(guò)程所導(dǎo)致的裂隙或斷層面上的應(yīng)力變化，成為庫(kù)區(qū)震群活動(dòng)的直接影響因素。

圖6 錦屏一級(jí)水庫(kù)水位與地震頻次的關(guān)系Fig.6 The relationship between water level of Jinping reservoir and frequency of the earthquake swarms

5 小結(jié)與討論

通過(guò)對(duì)四川木里地區(qū)小震群震源位置的重新確定、反演較大地震震源機(jī)制解、小震群活動(dòng)頻次與錦屏一級(jí)水庫(kù)庫(kù)水位上升關(guān)系的研究分析，得出以下結(jié)論：

（1）木里小震群地震頻次與錦屏一級(jí)水庫(kù)庫(kù)水位的上升有明顯關(guān)聯(lián)特征，庫(kù)水位加載過(guò)程所導(dǎo)致的斷層面上的應(yīng)力變化是小震群活動(dòng)的直接影響因素。

（2）該小震群有一個(gè)明顯的地震條帶，長(zhǎng)約8km，地震震源深度分布在0—12km范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)對(duì)震群空間分布進(jìn)行仔細(xì)分析，認(rèn)為發(fā)震構(gòu)造與小金河斷裂西側(cè)的一條NWW向分支斷裂有關(guān)，并不發(fā)生在NW向小金河主斷裂帶上。

（3）在震群較大的地震震源機(jī)制的研究中，分析出了兩種錯(cuò)動(dòng)類型，其中，發(fā)震時(shí)間靠前的淺源逆沖斷層錯(cuò)動(dòng)表現(xiàn)出受垂直方向應(yīng)力（重力）作用的特征；發(fā)震時(shí)間相對(duì)較晚的走滑斷層錯(cuò)動(dòng)明顯與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)（或地應(yīng)力場(chǎng)）變化引發(fā)的構(gòu)造活動(dòng)增強(qiáng)有關(guān)。

根據(jù)上述結(jié)論可知，木里小震群活動(dòng)頻次與錦屏一級(jí)水庫(kù)庫(kù)水位上升關(guān)系密切，看似僅為一般性的水庫(kù)誘發(fā)地震；但是，該地區(qū)小震群活動(dòng)分布明顯成帶，且絕大多數(shù)地震震源深度較一般性水庫(kù)誘發(fā)地震震源深度偏深，表現(xiàn)出區(qū)域應(yīng)力有增強(qiáng)的現(xiàn)象。因此，正在活動(dòng)中的四川木里小震群究竟是前兆震群，還是一般性的普通震群，目前尚存爭(zhēng)議。

啜永清，王趙麗，孟燕英等，2000.用初動(dòng)符號(hào)的變化識(shí)別前震和震群的研究.中國(guó)地震，16（3）：242—255.

崔子健，李志雄，陳章立等，2011.小震群序列類型判定方法研究的現(xiàn)狀及相關(guān)問(wèn)題研究的趨勢(shì).國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，（6）：32—40.

馮紅武，張?jiān)?，劉旭宙等?013.2013年甘肅岷縣漳縣MS6.6地震及其余震序列重定位.地震工程學(xué)報(bào)，35（3）：443—447.

柯龍生，李用普，章愛(ài)娣等，1977.前震序列與一般震群活動(dòng)規(guī)律的探討.地球物理學(xué)報(bào)，20（2）：1—16.

劉正榮，2004.地震預(yù)報(bào)方法.北京：地震出版社.

林向東，葛洪魁，徐平，Douglas Dreger，蘇金蓉，王寶善，武敏捷，2013.近場(chǎng)全波形反演：蘆山7.0級(jí)地震及余震矩張量解.地球物理學(xué)報(bào)，56（12）：4037—4047.

李永紅，胡新亮，許萍等，2011.以雙差定位方法對(duì)郯城8?級(jí)地震震中附近現(xiàn)代小震重新定位.西北地震學(xué)報(bào)，33（1）：71—75.

呂堅(jiān)，鄭勇，馬玉虎等，2011.2010年4月14日青海玉樹(shù)MS4.7、MS7.1、MS6.3地震震源機(jī)制解發(fā)震構(gòu)造研究.地球物理學(xué)進(jìn)展，26（5）：1600—1606.

王俊國(guó)，刁桂苓，2005.千島島弧大震前哈佛大學(xué)矩心矩張量（CMT）解一致性的預(yù)測(cè)意義.地震學(xué)報(bào)，27（2）：178—183.

易桂喜，龍鋒，張致偉，2012.汶川MS8.0地震余震震源機(jī)制時(shí)空分布特征.地球物理學(xué)報(bào)，55（4）：1213—122.

趙根模，1990.前震和普通震群震源深度分布的比較.中國(guó)地震，6（4）：57—66.

朱麗霞，1999.1997年青海省震群活動(dòng)的某些特征.西北地震學(xué)報(bào)，21（3）：67—71.

張廣偉，雷建設(shè)，2013.四川蘆山7.0級(jí)強(qiáng)震及其余震序列重定位.地球物理學(xué)報(bào)，56（5）：1764—1771.

趙凌云，鄧津，陳俊華等，2010.基于CAP方法的震源機(jī)制研究.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，27（5）：81—84.

Lund B.， B?evarsson R.， 2002. Correlation of microearthquake body-wave spectral amplitudes. Bul1. Seism. Soc. Am.， 92 （6）：2419—2433.

Wang C.Y.， Han W.B.， Wu J.P. et al.， 2007. Crustal structure beneath the eastern margin of the Tibetan Plateau and its tectonic implications. J. Geophys. Res.， 112， b07307， doi: 10.1029/2005JB003873.

Zhao L.S.， Helmberger D.V.， 1994. Source estimation from broadband regional seismograms.Bull. Seis. Soc. Amer.，84: 91—104.

Zhu L.P.， Helmberger D.V.， 1996. Advancement in source estimation techniques using broadband regional seismograms. Bull. Seis. Soc. Amer.， 86: 1634—164l.

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）

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.

Earthquake swarm activities；Seismic zone；Double difference location method；Focal mechanism

中國(guó)地震局測(cè)震臺(tái)網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項(xiàng)（專題編號(hào)：20140320、20140321）

2014-11-22

蔡一川，男，生于1979年。工程師。主要從事系統(tǒng)運(yùn)維工作。E-mall：caiyichuan197910@sina.com