2014年康定MS 6.3、MS 5.8震群型地震發(fā)震機(jī)理討論

廖林 姚琪 劉杰 張微

1）中國(guó)石油大學(xué)（北京），北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號(hào) 102249

2）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

3）中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083

0 引言

2014年11月22日，在川滇菱形塊體的東邊界——鮮水河斷裂帶上發(fā)生了康定MS6.3地震，同月25日，在該地震震中南側(cè)約11km處又發(fā)生了MS5.8地震。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年康定地震共造成5人死亡，78人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)42.32億元。這2次地震的震級(jí)僅相差0.5級(jí)，按照地震序列分類的定義，該組地震屬于震群型。根據(jù)Jiang等（2006）對(duì)川滇地區(qū)89個(gè)MS≥5.0地震序列的統(tǒng)計(jì)可知，鮮水河斷裂帶上絕大部分強(qiáng)震屬于主余型，少量屬于孤立型，僅有1972年9月27日康定MS5.6、MS5.7震群屬于多震型。由此可見(jiàn)，此次康定震群對(duì)于鮮水河斷裂帶而言，是少有的強(qiáng)震震群。

根據(jù)地震序列類型的統(tǒng)計(jì)可知，震群型地震大多發(fā)生具有共軛構(gòu)造或多組不同走向構(gòu)造的交匯區(qū)，譬如2012年9月7日云南彝良MS5.7、MS5.6震群就發(fā)生在SN向的馬邊斷裂帶與NE向的昭通斷裂帶交匯區(qū)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，主余型地震能夠在各類形式的構(gòu)造中產(chǎn)生，特別是先存斷層內(nèi)部閉鎖單元或障礙體的破裂或新生的相互分離的斷裂段的破裂等，鮮水河斷裂帶上大部分強(qiáng)震序列都是主余型，譬如1967年8月30日爐霍MS6.8地震；簡(jiǎn)單斷層端部的進(jìn)一步擴(kuò)展大多產(chǎn)生孤立型地震，譬如1982年6月16日甘孜西北MS6.0地震。從發(fā)震構(gòu)造位置上來(lái)看，2014年康定震群震中位于鮮水河斷裂帶色拉哈段和折多塘段的交匯處，但是該震群的2次主震震源機(jī)制解近于一致（CMT），震中所在斷裂的產(chǎn)狀也近于一致，并不存在共軛構(gòu)造或多組不同走向的構(gòu)造交匯。因此，2014年康定震群的發(fā)震構(gòu)造必然具有其獨(dú)特性。

本文從2014年康定地震的震源特性、大地構(gòu)造背景出發(fā)，分析了主、余震的時(shí)空分布，并將2014年康定震群與鮮水河斷裂帶上1960年以來(lái)主要中強(qiáng)震的構(gòu)造位置、地震蠕變曲線、地震序列類型和圍巖特征等進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步討論了2014年康定震群的獨(dú)特性及其震群型地震序列的發(fā)震機(jī)理。

1 大地構(gòu)造背景

2014年康定MS6.3、MS5.8地震發(fā)生在川滇菱形塊體的東邊界——鮮水河斷裂帶上（圖1（a））。鮮水河斷裂帶北起甘孜縣東谷，南至石棉附近，全長(zhǎng)約300km。該斷裂帶自北而南可劃分為爐霍段、道孚段、乾寧段、雅拉河段、色拉哈段、折多塘段、雪門(mén)坎段和磨西段等8段（安艷芬，2011），2014康定震群分別發(fā)生在色拉哈段與折多塘段上（圖1（b））。雅拉河段、色拉哈段、折多塘段等3段呈左行雁列排列，晚新生代以來(lái)均表現(xiàn)為左旋走滑的特征。

鮮水河斷裂北接甘孜-玉樹(shù)斷裂，南接安寧河-則木河-小江斷裂系，與這些斷裂共同構(gòu)成了川滇菱形塊體的東北邊界，并在折多山-貢嘎山一帶與龍門(mén)山斷裂帶共同構(gòu)成了川滇地區(qū)的“三岔口”地帶，是巴顏喀拉塊體、川滇塊體和揚(yáng)子塊體等3大構(gòu)造板塊交匯地區(qū)。據(jù)第四紀(jì)斷錯(cuò)地貌測(cè)量、古地震研究和GPS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等分析結(jié)果，鮮水河斷裂帶左旋走滑速率約為12mm/a（Xu et al，2003）；相對(duì)而言，安寧河-則木河斷裂的滑動(dòng)速率較小，減少的部分可能分解到大涼山斷裂帶上（何宏林等，2008），也可能轉(zhuǎn)換為相鄰貢嘎山的強(qiáng)烈垂直隆升（徐錫偉等，2003）。貢嘎山巖體及鮮水河斷裂與龍門(mén)山斷裂所夾的三角區(qū)域的 AFT年齡小于3Ma，其周邊地區(qū)的AFT和磷灰石（U-Th）/He年齡多大于10Ma，這表明貢嘎山地區(qū)局部受特殊構(gòu)造條件的影響而存在快速隆升的現(xiàn)象（譚錫斌等，2010）。

1890年以來(lái)發(fā)生在鮮水河斷裂帶上的7級(jí)地震有4次，分別為1893年乾寧地震、1923年?duì)t霍-道孚地震、1955年康定地震及1973年?duì)t霍地震。從歷史地震分布來(lái)看（圖1、表1），該斷裂帶上MS≥5.0的中強(qiáng)震主要分布在斷裂北側(cè)的甘孜-爐霍附近以及該斷裂帶南東的乾寧-康定一帶。從1960年以來(lái)鮮水河斷裂帶上主要地震的震源機(jī)制解來(lái)看，除了斷裂端部的地震具有一定的拉張分量之外，該斷裂帶上的地震均為走滑型。1972年康定MS5.6、MS5.7震群（塔公地震）距本次地震僅12km，是距本次地震震中最近的地震（圖1（b））。

2 發(fā)震機(jī)理

2.1 震源特征

圖1 2014年康定地震地質(zhì)構(gòu)造背景、歷史地震分布（a）及中小震精定位、震源機(jī)制解結(jié)果（b）

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定，2014年11月22日康定MS6.3地震震中為30.3°N、101.7°E，震源深度18km，后續(xù)發(fā)生的25日康定MS5.8地震震中為 30.2°N、101.7°E，震源深度 16km，兩者相距約11km。據(jù)中國(guó)地震局地球物理所房立華博士對(duì)康定地震精定位結(jié)果可知，22日主震震中 30.288°N、101.684°E，震源深度 19.8km；25日主震震中 30.207°N、101.719°E，震源深度為16.7km，兩者相距約9.6km。

從主、余震的精定位結(jié)果來(lái)看，2014年康定地震的主、余震具有明顯的NW向條帶狀密集分布的特征，并且具有明顯的空間分段性。從余震的空間分布來(lái)看，2014年康定震群可分為南北2個(gè)部分：北段長(zhǎng)約16km，寬2～3km，與鮮水河斷裂色拉哈段的地表位置吻合很好；南段長(zhǎng)約7.5km，寬約2km，地震較北段更為密集，也更為集中，絕大部分位于色拉哈段與折多塘段之間約13km的階地上（圖1（b））。

色拉哈段與折多塘段位于貢嘎山隆起的擠壓階區(qū)范圍內(nèi)，段落單元相距寬度為9～13km，相對(duì)于鮮水河斷裂帶的其他段落，這一區(qū)域?yàn)轷r水河斷裂帶永久性段落邊界，不存在與鮮水河斷裂帶爐霍段、道孚段和乾寧段一起發(fā)生級(jí)聯(lián)破裂的可能（安艷芬，2011）。易桂喜等（2005）通過(guò)對(duì)1978～2003年中小震b值的分析提出，位于貢嘎山隆起區(qū)的雅拉河段-色拉哈段已有255～300a的無(wú)強(qiáng)震期，處于高應(yīng)力下的相對(duì)閉鎖狀態(tài)，具有較低的b值和中偏低的釋放水平。這一地區(qū)也是“M7專項(xiàng)工作組”（2012）指出的歷史地震空段區(qū)域，2014年康定地震就發(fā)生在該空段上。

2.2 序列特征

圖2 2014年康定地震震后8天內(nèi)的地震分布

從余震序列的時(shí)空展布上看（圖2），2014年康定震群也具有明顯的分段性，且時(shí)、空間分段性是緊密聯(lián)系的：11月22～23日，中小震基本上圍繞著色拉哈段分布，且僅止步于色拉哈段與第三紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖交接處，即MS6.3主震向南約7km，折多塘段上僅11月22日有一個(gè)ML2.6地震；11月24日，小震分布變得稀疏而分散，沿著色拉哈段在主震以北4km處集中分布，且向南延伸至MS6.3主震以南近12km處，幾乎跨過(guò)了色拉哈段與折多塘段之間的區(qū)段；11月25日在色拉哈段與折多塘段之間的區(qū)段上發(fā)生了MS5.8主震，同時(shí)北側(cè)的色拉哈段上也有余震發(fā)生，兩者之間尚存4km的中小震空段；11月26～29日余震同時(shí)發(fā)生在色拉哈段與折多塘段上，余震表現(xiàn)出明顯的NW向密集分布的特征，且開(kāi)始充填兩段之間的地震空區(qū)，整個(gè)余震條帶密集分布區(qū)長(zhǎng)達(dá)30km，且區(qū)段以北、以南均有小震發(fā)生，但第三紀(jì)花崗巖巖體內(nèi)部的余震與區(qū)段的余震之間尚存近5km的空區(qū)。余震序列的時(shí)空分布表明，11月22日MS6.3地震及其余震局限于色拉哈段在古生代沉積巖的段落，并沒(méi)有沿著該斷裂向第三紀(jì)花崗巖巖體內(nèi)部延伸，11月25日MS5.8地震雖然震級(jí)較小，但是該地震之后色拉哈段與折多塘段之間才貫通并產(chǎn)生級(jí)聯(lián)破裂。

2014年康定震群震后10天內(nèi)的地震蠕變曲線（圖3）和30天內(nèi)的地震日頻度（圖4）同樣展示了該地震序列隨時(shí)間的分段性特征。很明顯，隨著11月22日MS6.3地震和25日MS5.8地震的發(fā)生，地震蠕變曲線呈鮮明的二段式階梯抬升，表現(xiàn)出震群型地震的地震蠕變特征，而地震日頻度曲線在2次主震發(fā)生后均有2個(gè)峰值，之后快速衰減，顯示了2014年康定震群的地震序列時(shí)間分段性特征。在2次主震發(fā)生時(shí)都存在地震日頻度的高值，但是很明顯，地震日頻度的峰值出現(xiàn)在第2次主震之后，且?guī)缀跏堑?次主震之后日頻度的3倍，這表明很有可能第1次主震破裂并不完全，至第2次主震之后地震破裂才得到了廣泛傳播，或是發(fā)生了級(jí)聯(lián)破裂。

圖3 鮮水河斷裂帶1972年以來(lái)主要中強(qiáng)震蠕動(dòng)曲線

圖4 1972、2014年康定震群震后中小震日頻度分布

3 震群發(fā)生機(jī)制

從1972年以來(lái)的鮮水河斷裂帶上主要中強(qiáng)震后10天的地震蠕變曲線來(lái)看（圖3），僅1972年康定地震與2014年康定地震的蠕變曲線近似，具有階梯式抬升的特征，第1天的主震分別釋放了約40%、70%的能量，后續(xù)的第2次地震釋放了剩余的能量，表明這2次地震為震群型。除了這2次地震之外，鮮水河斷裂帶上大部分中強(qiáng)震蠕變曲線均在1天內(nèi)就釋放了90%以上的能量，即主震釋放了絕大部分能量，表明這些地震為主余型或孤立型。

根據(jù)地震序列與深部構(gòu)造的統(tǒng)計(jì)，主余型地震大多發(fā)生在上地殼高速區(qū)，或高、低速過(guò)渡帶內(nèi)，而多震型則較多地發(fā)生在上地殼低速區(qū)內(nèi)（Jiang et al，2006）。據(jù)橫跨鮮水河斷裂帶的大地電磁測(cè)深剖面（Bai et al，2009）顯示，2014年康定震群震中附近，鮮水河斷裂帶西南側(cè)中下地殼（25～75km）為低電阻率的較軟弱區(qū)，之上則為高電阻率的強(qiáng)硬地層，而鮮水河斷裂北東側(cè)中下地殼強(qiáng)度較高且上地殼存在低速區(qū)。由深部結(jié)構(gòu)來(lái)看，鮮水河斷裂帶上的地震應(yīng)以主余型為主，多震型地震的可能性很小。

從地震發(fā)生構(gòu)造位置的統(tǒng)計(jì)來(lái)看（表1），鮮水河斷裂帶1960年以來(lái)的地震發(fā)生在斷裂段中部的有3次，其地震序列類型既有主余型也有震群型；發(fā)生在斷裂段端部的地震有3組，其地震序列類型有主余型和孤立型；發(fā)生在斷裂段之間交界地帶的有4組，地震序列類型有主余型、孤立型和震群型等。由此可見(jiàn)，地震發(fā)生的相對(duì)構(gòu)造位置與地震序列類型無(wú)關(guān)。

表1 鮮水河斷裂帶1960年以來(lái)MS≥5.0地震序列特征及地震序列類型

從鮮水河斷裂帶歷史地震和地層的分布來(lái)看（圖5），鮮水河斷裂帶中北部的爐霍段、道孚段、乾寧段主要切割了古生代-元古代沉積巖、變質(zhì)巖，而中南部的雅拉河段、色拉哈段、折多塘段、雪門(mén)坎段和磨西段則圍繞著或是切割了其西側(cè)長(zhǎng)近120km、寬達(dá)18km的第三紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖，即著名的“貢嘎山巖體（折多山花崗巖）”。鮮水河斷裂帶1972年以來(lái)主余型和孤立型的中強(qiáng)震主要是發(fā)生在貢嘎山巖體以北的段落，即這些主余型和孤立型的地震均發(fā)生在古生代-元古代沉積巖、變質(zhì)巖的環(huán)境中。而鮮水河斷裂帶僅有的2次震群型地震，即1972、2014年康定震群，則均發(fā)生在貢嘎山巖體的周邊，圍巖物性發(fā)生了很大的改變。由此推測(cè)，鮮水河斷裂帶上的震群型地震有可能與此大面積分布的新生代花崗巖有關(guān)。

在地震相關(guān)研究中，花崗巖巖體一般被認(rèn)為是破碎的，不容易儲(chǔ)存能量，并對(duì)周邊應(yīng)力環(huán)境敏感，容易發(fā)生中小地震。然而貢嘎山巖體是新生代第三紀(jì)花崗巖，生成時(shí)間短，且U-Pb、Rb-Sr和40Ar/39Ar測(cè)年均表明貢嘎山巖體侵入與斷裂帶剪切變形事件是同期的（張?jiān)罉虻龋?004），也就是說(shuō)，在第三紀(jì)，鮮水河斷裂帶每期剪切花崗巖體之后都會(huì)導(dǎo)致地殼的局部重融合花崗巖體的侵入。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，貢嘎山巖體具有新生性和完整性，可將其視為一整塊完整的巨型花崗巖巖體。貢嘎山花崗巖體向下延伸至地殼深部，Bai（2009）的電性剖面結(jié)果顯示，鮮水河斷裂之下的強(qiáng)硬巖體向下延伸至中下地殼，Liu（2014）的流動(dòng)臺(tái)陣S波反演結(jié)果也指出，鮮水河斷裂深部的巖體至少延伸至20km處。而鮮水河斷裂的反復(fù)剪切和花崗巖的重熔，證實(shí)了深達(dá)中下地殼的鮮水河斷裂即使在地殼深部也是花崗巖與周邊沉積巖的分界。由巖石物性力學(xué)參數(shù)研究可知，一般情況下，花崗巖的楊氏模量可達(dá)6.1×104～8.2×104MPa，一般均大于 5.0×104MPa，而砂巖和板巖的楊氏模量?jī)H為 1.2×104～4.1×104MPa。由此可見(jiàn)，貢嘎山巖體代表了一個(gè)極其難以破碎的、極堅(jiān)固的、能儲(chǔ)存更多應(yīng)力的圍巖環(huán)境，而在這種圍巖環(huán)境中地震破裂是極難傳播的，只有足夠強(qiáng)度的地震能量才能撕裂貫通該巖體，譬如1955年級(jí)康定地震。

圖5 鮮水河斷裂帶中新生代主要地層分布與地震分布

由上可以推測(cè)出2014、1972年康定震群的發(fā)震機(jī)理。由于發(fā)震部位位于貢嘎山巖體與周圍三疊紀(jì)砂巖、變砂巖、板巖等的交界位置附近，雖然早期斷裂切割了花崗巖體，但是2014、1972年康定震群的首個(gè)地震能量并不足以使得地震破裂沿著原有斷層向花崗巖巖體內(nèi)傳播，反而因?yàn)槭艿交◢弾r巖體的阻隔，地震破裂止步于花崗巖巖體，使應(yīng)力應(yīng)變均積累在巖體周邊的沉積巖和變質(zhì)巖中，并在積累到一定程度后，沉積巖和變質(zhì)巖中的先存斷裂發(fā)生了破裂，產(chǎn)生了第2次地震。如果在第2次地震破裂中仍受到花崗巖巖體的阻隔，破裂得不到足夠距離的傳播，那么就會(huì)產(chǎn)生第3次地震。由于地震都是在花崗巖巖體和沉積巖、變質(zhì)巖交接部位產(chǎn)生的，并且破裂傳播范圍有限或近似，因而幾次地震的震級(jí)也是相近的。總之，正是由于貢嘎山巖體與圍巖巖性差異的存在以及2014、1972年康定地震的震級(jí)偏小，導(dǎo)致了2次震群的產(chǎn)生。

2014年康定震群的地震時(shí)序分布（圖2）很清楚地顯示了地震破裂、破裂被阻礙、能量?jī)?chǔ)存、再次破裂等的過(guò)程。1972年康定震群由于缺乏地震精定位結(jié)果，導(dǎo)致在地震目錄中該地震序列的位置與歷史地震位置有所偏差，地震的時(shí)序分布并不清楚，很難判斷1972年震群的具體位置位于巖體何處（圖5），但從震后30天的日頻度曲線（圖4）可以看出，第1次主震之后的地震日頻度值并不高，峰值出現(xiàn)在第2次、第3次主震之后，這與2014年康定地震后的地震日頻度極其類似，表明1972年康定震群也是第1次主震的破裂傳播被阻礙，第2次乃至第3次較大的主震之后破裂才得以在較大范圍傳播。

4 結(jié)論和討論

（1）2014年康定MS6.3、MS5.8地震發(fā)生在鮮水河斷裂帶上，主震與余震間隔3天，震級(jí)相差0.5級(jí)，屬于震群型地震。震源機(jī)制解顯示該地震2次主震均為陡傾角走滑型，主余震呈現(xiàn)明顯的NW向密集展布，其方向與震源機(jī)制解方向一致，表明該地震發(fā)生在鮮水河斷裂帶中南段的色拉哈段與折多塘段。

（2）主余震的時(shí)序分布、地震蠕變釋放曲線以及震后30天地震日頻度均顯示，2014年康定地震的破裂傳播和能量釋放存在鮮明的時(shí)間、空間分段性，并且時(shí)空分段性是緊密聯(lián)系的。時(shí)間上以2次主震為間隔，第1次主震之后余震日頻度值較低，第2次主震之后余震日頻度值陡然升高。空間上以色拉哈段與折多塘段之間的區(qū)段為界，第1次主震及其余震大多發(fā)生在色拉哈段，止步于色拉哈段與第三紀(jì)花崗巖體交匯處，第2次主震發(fā)生在色拉哈段與折多塘段之間的區(qū)段上，其余震在色拉哈段與折多塘段以及兩者之間的區(qū)段上均有分布。

（3）通過(guò)對(duì)比鮮水河斷裂帶1960年以來(lái)大部分中強(qiáng)地震的構(gòu)造位置、地震蠕變曲線、圍巖特征等我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論震級(jí)大小如何，無(wú)論發(fā)生在何種構(gòu)造部位，鮮水河斷裂帶大部分中強(qiáng)地震序列類型均為主余型或孤立型，只有發(fā)生在鮮水河斷裂帶南端貢嘎山巖體周邊的1972年康定地震（塔公地震）和2014年康定地震為震群型地震。

（4）2014、1972年康定地震的震群型序列特征很有可能與附近強(qiáng)硬的、難以破裂的、整體性完好的、新生代發(fā)生過(guò)多次熔融的貢嘎山巖體（折多山花崗巖）有關(guān)。貢嘎山巖體內(nèi)部發(fā)育的斷裂，摩擦力更大，需要更大的能量才能發(fā)生破裂。2014、1972年康定地震的震級(jí)不高，能量不大，當(dāng)?shù)卣鹌屏褌鞑ブ霖暩律綆r體時(shí)，地震破裂不足以使得巖體內(nèi)的斷裂發(fā)生破裂，相關(guān)能量轉(zhuǎn)而在巖體周圍的砂巖、變質(zhì)巖內(nèi)儲(chǔ)存直至相關(guān)的次級(jí)小斷裂發(fā)生破裂，從而產(chǎn)生震群型地震序列特征。

致謝：感謝程佳博士、房立華博士在本文完成過(guò)程中的大力支持。