江西省地震局 呂堅(jiān)

九江-瑞昌地震研究簡介

Brief introduction to research of Jiujiang-Ruichang earthquake

江西省地震局 呂堅(jiān)

2005年11月26日08時(shí)49分，江西省九江縣與瑞昌市交界發(fā)生5.7級地震（后續(xù)簡稱九江-瑞昌地震）。微觀震中位于29°41′N、115°44′E，宏觀震中位于九江縣港口鄉(xiāng)（29°42′N、115°42′E），極震區(qū)烈度為Ⅶ度，受災(zāi)范圍波及江西省九江縣、瑞昌市以及湖北省黃梅縣、武穴市。江西南昌市、九江市、彭澤縣、星子縣、德安縣、永修縣、武寧縣、修水縣以及湖北省通山縣、陽新縣、安微省宿松縣、望江縣等地震感強(qiáng)烈，共造成13人死亡，82人重傷，683人輕傷，是1806年江西會昌發(fā)生6級地震以來，江西境內(nèi)震級最大、死亡人數(shù)最多、損失最大、災(zāi)害最嚴(yán)重的地震。

概況

九江-瑞昌地震發(fā)生時(shí)，區(qū)域地震監(jiān)測能力相對較弱，距離震中250千米范圍內(nèi)只有5個(gè)測震臺站。地震發(fā)生后，江西、福建、湖北三省地震局先后架設(shè)了丁家山、范鎮(zhèn)、獅子洞、武皎、涌泉、武穴和黃梅7個(gè)流動臺，以加強(qiáng)對余震序列的監(jiān)測。當(dāng)時(shí)，江西地震臺網(wǎng)采用華南走時(shí)表和交切法進(jìn)行地震定位，也未接入湖北省地震局架設(shè)的3個(gè)流動臺信號，產(chǎn)出的地震定位結(jié)果存在較大誤差，震中分布沒有明顯的優(yōu)勢方向，絕大多數(shù)余震沒有給出震源深度。

圖1 地面崩塌現(xiàn)象

圖2 地表塌陷現(xiàn)象

根據(jù)地震現(xiàn)場調(diào)查，震區(qū)附近的斷裂構(gòu)造發(fā)育，襄樊-廣濟(jì)斷裂帶、郯城-廬江斷裂帶均可能往此延伸。而宏觀震中位于長江中游南岸的瑞昌盆地內(nèi)，地震造成的破壞明顯受到局部地質(zhì)和水文條件的影響，出現(xiàn)了地面崩塌（圖1）、地表塌陷（圖2）和個(gè)別沙土液化現(xiàn)象。

由于受震時(shí)的工作條件和地形地貌限制，江西省地震局開展的地震烈度抽樣調(diào)查范圍偏小，確定Ⅵ度烈度區(qū)的調(diào)查樣本有限，而有助于判定發(fā)震構(gòu)造的V度烈度區(qū)沒有開展調(diào)查。此外，湖北省地震局也開展了該省境內(nèi)的震害調(diào)查工作，確定的Ⅵ度烈度區(qū)明顯超出了江西局確定的范圍，導(dǎo)致Ⅵ度烈度區(qū)的劃定存在分歧，地震烈度分布圖存在較大的不確定性（圖3），無法給發(fā)震構(gòu)造的確定提供可靠的依據(jù)。

震后10余年來，關(guān)于九江-瑞昌地震的震源參數(shù)和發(fā)震構(gòu)造有著較多的研究。2006年，盧福水等通過地震現(xiàn)場考察并結(jié)合江西省地震局確定的地震烈度分布圖，

認(rèn)為瑞昌盆地東南邊界的劉家-范家鋪-城門山北東向斷裂為本次地震的發(fā)震構(gòu)造；2007年，陳學(xué)忠等利用江西區(qū)域臺網(wǎng)和流動地震臺資料，借助于主地震相對定位法，對九江-瑞昌地震序列進(jìn)行了重新定位，分析了該序列的破裂過程，給出這次地震的余震震中呈北西線性分布，和北西向的洋雞山-武山-通江嶺斷裂的走向基本一致，震中位于該斷裂的東南端；2007年，王墩等通過遙感、余震分布、現(xiàn)場考察等各種手段證實(shí)瑞昌盆地存在一組至少切穿上地殼的北西向斷裂——武山隱伏斷裂，并認(rèn)為九江-瑞昌地震是北東向瑞昌-武寧斷裂與武山隱伏斷裂共同作用的結(jié)果；2007年，楊中書等利用流動地震臺和區(qū)域臺網(wǎng)記錄相結(jié)合的震相數(shù)據(jù)，采用HYPODD方法對九江-瑞昌地震序列進(jìn)行了重新定位，顯示余震呈明顯的北北西向優(yōu)勢分布，主要分布在主震的一側(cè)，推測此次地震可能發(fā)生在廣濟(jì)-襄樊?dāng)嗔褞希?008年，李傳友等根據(jù)野外觀察并結(jié)合地震現(xiàn)場考察結(jié)果，認(rèn)為本次地震可能與瑞昌盆地西北邊界發(fā)育的一條北東向斷裂有關(guān)，推斷丁家山-郎君山斷裂為發(fā)震構(gòu)造，而該斷裂與較新活動的北西向斷裂的交匯部位，則可能是該地震的發(fā)震部位；2008年，呂堅(jiān)等基于寬頻帶數(shù)字地震記錄，采用CAP（Cut and Paste）方法反演了5.7級主震和4.8級最大余震的震源機(jī)制解，并結(jié)合地震序列的精確定位結(jié)果和區(qū)域地質(zhì)背景討論了發(fā)震構(gòu)造。結(jié)果顯示出主震和最大余震的震源機(jī)制解不完全一致，地震序列在震中空間分布和震源深度分布上也具有復(fù)雜性，5.7級主震的發(fā)震構(gòu)造可能為隱伏在瑞昌盆地內(nèi)的洋雞山-武山-通江嶺北西向斷裂，4.8級最大余震的發(fā)震構(gòu)造可能為瑞昌盆地西北邊界的丁家山-桂林橋-武寧北東向斷裂北段；2011年，王俊等根據(jù)地震破裂過程中的多普勒效應(yīng)，利用多臺波譜參數(shù)計(jì)算了九江-瑞昌5.7級地震的震源破裂參數(shù)，得到主震的破裂方位角為320°左右，揭示出發(fā)震構(gòu)造為北西向斷裂，且主震破裂產(chǎn)生的庫侖破裂應(yīng)力變化對4.8級最大余震的發(fā)生有重要的觸發(fā)作用；2012年，韓竹軍等認(rèn)為九江-瑞昌地震的發(fā)震構(gòu)造為瑞昌盆地內(nèi)部隱伏的一條北東向斷裂；2014年，高建華等通過震例總結(jié)研究，得出九江-瑞昌5.7級主震和4.8級最大余震的發(fā)震構(gòu)造并不一致，其中主震發(fā)震構(gòu)造為北西向的洋雞山-武山-通江嶺斷裂的結(jié)論。

圖3 九江-瑞昌地震烈度分布圖

最新研究進(jìn)展

九江-瑞昌地震在多個(gè)研究領(lǐng)域都存在不同的認(rèn)識。以5.7級主震的發(fā)震構(gòu)造為例，就存在盆地西北邊界北東向斷裂、盆地東南邊界北東向斷裂、盆地內(nèi)部北東向隱伏斷裂和盆地內(nèi)部北西向隱伏斷裂的四種觀點(diǎn)。因此，江西省地震局組織申請了地震科技星火計(jì)劃——“九江-瑞昌地震孕震特征與發(fā)震構(gòu)造的多方法精細(xì)研究”項(xiàng)目，獲得了中國地震局的支持和資助。

項(xiàng)目研究首先從地震背景噪聲和接收函數(shù)研究入手，通過速度結(jié)構(gòu)反演和地震活動性的對比研究，得到九江-瑞昌5.7級地震發(fā)生在華南地塊區(qū)的長江中游地震帶上，震區(qū)的地殼厚度為34 km左右（圖4和圖5），和1997年王椿鏞等的人工地震測深結(jié)果一致。從不同深度的速度結(jié)構(gòu)圖可以看出，北西向的襄樊-廣濟(jì)斷裂帶和北東

向的郯廬斷裂帶均往九江-瑞昌震區(qū)附近延伸，并且切穿了莫霍面，震中周圍的速度結(jié)構(gòu)也存在差異性變化。

圖4 背景噪聲成像研究得到的長江中游地區(qū)地殼厚度和剪切波速度結(jié)構(gòu)

圖5 接收函數(shù)研究得到的九江臺下方地殼厚度和波速比

精確的震源位置可為判定發(fā)震構(gòu)造提供重要參考。與絕對地震定位方法相比，HYPODD方法受未知的三維速度結(jié)構(gòu)影響較小，能夠較準(zhǔn)確地確定地震間相對位置，而波形互相關(guān)技術(shù)的使用可以獲取更準(zhǔn)確的到時(shí)數(shù)據(jù)，將兩者結(jié)合起來可以大幅提高地震定位的精度。因此，在確定速度結(jié)構(gòu)模型后，項(xiàng)目組收集了震時(shí)固定臺站和所有流動臺站的波形數(shù)據(jù)，自行編寫程序?qū)⑼粋€(gè)地震的波形記錄整合到一起，重新分析震相到時(shí)記錄，采用HYPOSAT方法進(jìn)行絕對定位。在以上過程中，項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)獅子洞臺的授時(shí)在2005年12月25日00時(shí)前存在1秒的鐘差，這一現(xiàn)象在以往的研究中都沒有引起注意，本項(xiàng)目研究對此進(jìn)行了全面校正。

在絕對定位的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目組引入波形互相關(guān)技術(shù)，利用結(jié)合波形互相關(guān)的HYPODD方法對滿足4個(gè)臺站清晰記錄的228次地震事件進(jìn)行了重新定位，獲得了其中224次地震的精確震源參數(shù)。圖6是重定位后的結(jié)果平面圖，地震序列主要呈現(xiàn)北西和北東兩個(gè)方向的條帶優(yōu)勢分布，其中又以北西向條帶的地震居多，表現(xiàn)與洋雞山-武山-通江嶺斷裂近似的走向，北東向的條帶分布則與劉家-范家鋪-城門山斷裂的走向基本一致。5.7級主震發(fā)生在北西向條帶的西北端，4.8級最大余震發(fā)生在北東向條帶的西南端。

獲取精確的震源位置后，項(xiàng)目組進(jìn)一步采用CAP和SNOKE兩種方法，反演得到最大的4次地震的震源機(jī)制解，并按發(fā)震時(shí)刻的先后按1號-4號在圖6中標(biāo)注。可見這4次地震的震源機(jī)制存在一些差異，其中1號和4號地震的震中同位于北西向條帶上，震源機(jī)制解均存在一組走向北西，傾向北東的節(jié)面；2號和3號地震的震中同位于北東向條帶上，震源機(jī)制解均存在一組走向北東，傾向南東的節(jié)面。綜合主要地震的震源機(jī)制解、地震序列展布方向和震區(qū)的構(gòu)造背景，項(xiàng)目組對九江-瑞昌地震的孕震特征與發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行了綜合研究，認(rèn)為九江-瑞昌地震序列的破裂過程與兩條共軛相交的斷裂活動有關(guān)，5.7級主震發(fā)生在北西向斷裂上，破裂時(shí)斷裂上盤往西北方向走滑兼逆推運(yùn)動，破裂過程中觸發(fā)了相交的北東向斷裂，導(dǎo)致該斷裂上盤向西北方向逆沖，繼而引發(fā)了2號ML4.5地震，然后在構(gòu)造應(yīng)力場和自身的重力效應(yīng)下，北東向斷裂上盤往南西方向走滑并有所下沉，引發(fā)了3號4.8級最大強(qiáng)余震，北西向斷裂則在后續(xù)的應(yīng)力調(diào)整過程中發(fā)生了4號ML4.0地震。

圖6 精細(xì)研究得到的九江-瑞昌地震序列震源參數(shù)與發(fā)震構(gòu)造

展望

自2005年九江-瑞昌地震以來，郯廬斷裂帶南段至襄樊-廣濟(jì)斷裂帶東段區(qū)域的中等地震非?；钴S，這一區(qū)域的未來震情趨勢和相關(guān)基礎(chǔ)研究已得到廣泛關(guān)注和逐步加強(qiáng)。通過多種手段探索破壞性地震的成因機(jī)理和活動特征，有利于促進(jìn)未來強(qiáng)震危險(xiǎn)性和重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)的研究，對于有重點(diǎn)的科學(xué)防御與減輕地震災(zāi)害，保護(hù)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全具有重要戰(zhàn)略意義。