2013年12月16日巴東M5.1地震序列及發(fā)震構(gòu)造分析

張麗芬　廖武林　李井岡*　魏貴春　申學(xué)林

1)中國(guó)地震局地球物理研究所，北京　100081 2)中國(guó)地震局地震研究所，地震與大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢　430071

?

2013年12月16日巴東M5.1地震序列及發(fā)震構(gòu)造分析

張麗芬1，2)廖武林2)李井岡1，2)*魏貴春2)申學(xué)林2)

1)中國(guó)地震局地球物理研究所，北京100081 2)中國(guó)地震局地震研究所，地震與大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430071

2013年12月16日湖北省巴東縣發(fā)生M5.1地震，該地震是三峽庫首區(qū)自2003年蓄水以來震級(jí)最大的1次。雙差地震精定位結(jié)果顯示，巴東地震序列呈NEE向線性展布，主震震源較深，余震震源深度逐漸變淺。垂直余震優(yōu)勢(shì)展布的震源深度剖面均顯示出向SE變深的特征；傾角約50°左右，向深部變緩，揭示可能的發(fā)震斷層走向NEE，傾向SE，傾角約為50°。利用矩張量反演得到了主震的震源機(jī)制解，與地震序列定位分析比較吻合的是NEE向節(jié)面，綜合判斷該節(jié)面可能為發(fā)震斷層，傾向SE，傾角50°左右，性質(zhì)以走滑為主兼逆沖分量。利用P波初動(dòng)方法求解了ML2.0以上余震的震源機(jī)制，并采用FMSI程序反演得到了震源區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，結(jié)果顯示其方向與區(qū)域現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向一致，說明該地震序列受區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的控制。地震序列發(fā)生在175m高水位運(yùn)行期的水位緩慢降落階段，基于ETAS模型對(duì)流體觸發(fā)作用進(jìn)行了定量檢測(cè)，顯示庫水對(duì)地震序列的觸發(fā)作用占17%，余震自激發(fā)占83%。綜合分析認(rèn)為，巴東M5.1地震為庫水觸發(fā)的構(gòu)造型地震，NEE向斷裂構(gòu)造為可能的發(fā)震構(gòu)造。

雙差定位震源深度剖面震源機(jī)制構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)ETAS模型

0　引言

2013年12月16日13時(shí)4分，湖北省恩施土家族自治州巴東縣發(fā)生M5.1地震，此次地震距離三峽水庫大壩約66km，震中烈度達(dá)Ⅶ度，是三峽水庫2003年5月蓄水以來發(fā)生在庫首區(qū)的最大地震。此次地震共造成5人受傷，約740人失去住所，民居建筑破壞損失達(dá)5,236萬元。就三峽地區(qū)而言，多以小震微震活動(dòng)為主，5.0級(jí)以上地震的樣本缺乏，所以深入研究較大地震序列的特征及發(fā)震構(gòu)造對(duì)于區(qū)域未來地震趨勢(shì)的分析具有非常重要的意義。本文從地震精定位入手，獲得了整個(gè)地震序列更為精確的震源分布圖像，并對(duì)其時(shí)空分布特征進(jìn)行了分析。利用矩張量反演方法反演了巴東M5.1主震的震源機(jī)制，使用格點(diǎn)嘗試方法求解了ML2.0以上余震的震源機(jī)制，結(jié)合震中區(qū)斷裂構(gòu)造等探討了序列活動(dòng)的發(fā)震構(gòu)造。因該地震序列發(fā)生在三峽水庫175m蓄水的高水位緩慢下降階段，可能和庫水位變化存在一定的聯(lián)系，故利用基于傳染型余震序列(Epidemic Type Aftershock Sequence，簡(jiǎn)稱ETAS)的模型分析了流體對(duì)地震序列發(fā)生的影響。

1　方法和數(shù)據(jù)

1.1地震精定位方法

精確的地震定位能更準(zhǔn)確地反映地震序列的空間分布特征，可為判斷地震成因提供幫助(易桂喜等，2015)。本文使用雙差地震定位法(Waldhauseretal.，2000)對(duì)巴東地震序列進(jìn)行重新定位，該方法是一種相對(duì)定位方法，使用相對(duì)走時(shí)殘差來修定地震位置，反演的是地震群中的每個(gè)地震相對(duì)于該地震群中心的相對(duì)位置?；?個(gè)震源之間的距離遠(yuǎn)小于震源到臺(tái)站的距離，認(rèn)為2個(gè)事件傳播到臺(tái)站的射線路徑幾乎相同，從而可以有效地降低由于速度模型的不確定性對(duì)定位結(jié)果的影響。

雙差定位方法中，使用2個(gè)地震走時(shí)差的觀測(cè)值和理論值殘差最小確定其相對(duì)位置(Waldhauseretal.，2000)：

(1)

假設(shè)2震源間的距離與震中距和速度均勻性的尺度相比足夠小，雙差可以表示為

(2)

式(2)中，Δm(Δx，Δy，Δz，Δτ)為震源參數(shù)的擾動(dòng)量，式(2)可展開為

(3)

將所有事件對(duì)在所有臺(tái)站上的雙差方程聯(lián)立，得到線性方程組(4)：

WGm=Wd

(4)

式(4)中，m為震源參數(shù)的擾動(dòng)量，d為雙差矢量，G為偏導(dǎo)數(shù)矩陣，W為對(duì)角加權(quán)矩陣。

1.2震源機(jī)制解反演方法

震源機(jī)制求解方法有多種，如P波初動(dòng)方法、P波與S波振幅比資料方法(Kisslingeretal.，1980)、格點(diǎn)嘗試法(Reasenbergetal.，1985)、聯(lián)合使用體波和面波資料的CAP方法(Zhuetal.，1996)和時(shí)域矩張量反演方法(Dziewonskietal.，1981)等。P波初動(dòng)得到的機(jī)制解僅僅是初始破裂面，由波形反演結(jié)果得到的則是整個(gè)破裂過程的信息，由于初始破裂方向不一定與地震的斷層錯(cuò)動(dòng)完全一致，因此矩張量解得到的震源機(jī)制結(jié)果相對(duì)完整和可靠。本研究采用矩張量反演方法(張麗芬等，2013)，求取了巴東M5.1主震的震源機(jī)制解。

一般地，地震震源可以由6個(gè)獨(dú)立矩張量元素構(gòu)成的地震矩M來表示，理論地震圖則可以通過這6個(gè)基本矩張量以及相應(yīng)格林函數(shù)的線性組合進(jìn)行計(jì)算(式(5))。在得到源點(diǎn)與接收點(diǎn)之間的格林函數(shù)之后，將格林函數(shù)微分并與震源的矩張量做褶積，便可獲得由該震源激發(fā)傳播至接收臺(tái)站處的理論地震圖，然后通過求解觀測(cè)地震圖與理論地震圖之間的殘差最小來確定最佳震源機(jī)制解(式(6))。

(5)

(6)

1.3數(shù)據(jù)資料

據(jù)湖北省區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，自2013年12月16日13時(shí)巴東M5.1主震后，截至2014年1月12日23時(shí)，震源區(qū)共記錄到余震376次，其中ML3.0～3.9地震2次，ML2.0～2.9地震26次，ML1.0～1.9地震316次，ML0.0～0.9地震31次，最大余震為2013年12月27日ML3.4地震。本文收集了該時(shí)段內(nèi)湖北省區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)及三峽水庫地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的地震觀測(cè)報(bào)告及上述377次地震的數(shù)字波形資料。共有數(shù)字地震記錄6,074條，其中P波震相3,142個(gè)，S波震相2,932個(gè)。經(jīng)計(jì)算理論走時(shí)，剔除差錯(cuò)數(shù)據(jù)，刪除震相不清、距離太遠(yuǎn)的地震，最后篩選出符合條件的322個(gè)地震用于地震定位。

2　地震序列精確定位和震源機(jī)制解

2.1速度結(jié)構(gòu)模型選取

地震精定位和矩張量反演都受區(qū)域速度結(jié)構(gòu)的影響，通過對(duì)比分析由陳學(xué)波(1994)、趙旭(2007)以及李強(qiáng)(2009)等分別提供的速度結(jié)構(gòu)模型(圖1a)，根據(jù)均方根方差最小的原則，最終選取趙旭等(2007)的速度結(jié)構(gòu)模型用于反演，該模型共分6層，如表1 所示。

圖1　研究區(qū)不同地殼速度結(jié)構(gòu)對(duì)比(a)及臺(tái)站分布(b)Fig. 1　Comparison of different crustal velocity models and seismic station distribution.αCXB，αZX，αLQ，βCXB，βZX，βLQ分別代表陳學(xué)波(1994)、趙旭(2007)和李強(qiáng)(2009)速度結(jié)構(gòu)模型中的P波和S波速度

表1　研究區(qū)最終確定的地殼速度結(jié)構(gòu)(趙旭等，2007)

Table1　Crustal velocity model used in this study(after Zhao et al.，2007)

層號(hào)層厚/kmVs/km·s-1Vp/km·s-1密度/kg·m-3QpQs12.03.035.002.6059329624.03.245.502.6667033536.03.315.802.70702351413.03.446.202.75758379510.03.786.802.8192046065.04.397.902.921299650

2.2地震序列精定位

雙差定位反演計(jì)算采用了共軛梯度法進(jìn)行迭代。迭代時(shí)，不刪除空中地震，深度還原為上1次迭代時(shí)的數(shù)值。 通過不斷迭代，降低標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)，舍去殘差大于截?cái)嘀档恼鹣鄶?shù)據(jù)。共322次地震參加重新定位，最終獲得298次地震的精定位基本參數(shù)。重新定位后均方根殘差平均值由原來的3.14s降為0.25s，震源位置的估算誤差(2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差)在EW方向、SN方向以及垂直方向的平均值為0.53km、0.62km和1.35km。M5.1主震震中位置為110.42°E，31.084°N；震源深度6.7km。整個(gè)地震序列沿NEE向呈線狀展布，即震中分布的優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)軸走向?yàn)镹EE(圖2)。

圖2　巴東地震序列空間分布圖Fig. 2　Distribution map of Badong earthquake sequence.F1 高橋斷裂，F(xiàn)2 周家山-牛口斷裂，F(xiàn)3 大屋場(chǎng)斷裂；色標(biāo)代表距離主震發(fā)震的時(shí)間(單位：d)

沿地震序列長(zhǎng)軸展布方向取AA′剖面，垂直長(zhǎng)軸方向取BB′和CC′剖面(圖2)，分析地震活動(dòng)的展布和震源深度分布特征。震源深度沿AA′剖面總體呈現(xiàn)SW淺NE深的特征，84%的余震分布在4～8km深度范圍內(nèi)。從AA′剖面可以看到，隨著時(shí)間序列的推進(jìn)，主震發(fā)生后，多以小震和微震活動(dòng)為主，且微震震源深度比較大的地震淺。沿著震中分布的優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)軸走向，地震集中分布的長(zhǎng)度約12km左右。

圖3　巴東地震序列深度剖面圖Fig. 3　Focal depth profile of Badong earthquake sequence.虛線為擬合的震源深度傾向曲線；色標(biāo)代表余震距離主震的時(shí)間(單位：d)

垂直震中分布優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)軸走向的BB′剖面和CC′剖面，反映了沿?cái)鄬觾A向的震源分布特征(圖3)，較大余震主要分布在5.5～7.0km的深度上。BB′剖面和CC′剖面均顯示余震震源深度SE深于NW的特點(diǎn)，最小二乘擬合得出斷面向SE傾斜，傾角約50°左右。M5.1地震破裂過程沿破裂面由NE向SW單向破裂，震源深度由深變淺，可較為清晰地揭示出發(fā)震斷層可能走向NEE，傾向SE，傾角大致在50°左右，到深部?jī)A角變緩。

2.3矩張量反演震源機(jī)制解

在地震精定位的基礎(chǔ)上，希望通過震源機(jī)制的求解獲取更多的信息來深入了解地震序列的特征?；谛旁氡容^高，臺(tái)站分布方位角較好的原則，選擇了距離巴東震源區(qū)100～400km范圍內(nèi)湖北省和重慶市區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)共12個(gè)臺(tái)站的寬頻帶數(shù)字地震記錄參與矩張量反演計(jì)算(圖1b)。在進(jìn)行波形反演前，先對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。首先對(duì)各臺(tái)站的3分量地震波形進(jìn)行去傾斜和去均值處理。 考慮到速度記錄的高頻成分較多，波形結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不利于震相的截取，去儀器響應(yīng)后，對(duì)速度記錄進(jìn)行積分得到位移。地震記錄本身含有很多噪聲成分，為消除長(zhǎng)周期脈動(dòng)及零漂等的干擾，也為了有效避免速度結(jié)構(gòu)非均勻性所帶來的影響，研究采用4階Butterworth帶通濾波進(jìn)行干預(yù)，濾波范圍為0.05～0.2Hz。格林函數(shù)采用Kohketsu(1985)提出的離散波數(shù)方法進(jìn)行求解。最終反演求得的震源機(jī)制解結(jié)果為，節(jié)面Ⅰ： 走向74°，傾角61°，滑動(dòng)角178°；節(jié)面Ⅱ： 走向165°，傾角88°，滑動(dòng)角29°。圖4 給出了該次地震的震源機(jī)制解結(jié)果以及觀測(cè)地震圖(黑線)與理論計(jì)算地震圖(紅線)之間的擬合關(guān)系。大部分臺(tái)站觀測(cè)波形與理論波形擬合很好，說明矩張量的求解結(jié)果是可靠的。

圖4　巴東M5.1主震矩張量反演結(jié)果Fig. 4　Moment tensor solution for Badong M5.1 mainshock.紅線為理論地震圖，黑線為觀測(cè)地震圖；波形右上角的黑體字代表臺(tái)站分量，下面的數(shù)值則表示波形最大幅值

將本文得到的震源機(jī)制解結(jié)果與P波初動(dòng)方法以及中國(guó)地震局地球物理研究所用CAP方法(CEA IGP，http: ∥www.cea igp.ac.cn/)的結(jié)果進(jìn)行了比較。利用傳統(tǒng)的P波初動(dòng)方法，選取湖北省區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)和三峽地震臺(tái)網(wǎng)震中距250km范圍內(nèi)，具有清晰P波初動(dòng)，方位角分布較好的42個(gè)臺(tái)站記錄進(jìn)行了此次地震震源機(jī)制的求解。得到，節(jié)面Ⅰ： 走向55°，傾角41°，滑動(dòng)角168°；節(jié)面Ⅱ： 走向154°，傾角82°，滑動(dòng)角50°。中國(guó)地震局地球物理研究所用CAP方法得到的巴東M5.1地震的震源機(jī)制解節(jié)面Ⅰ： 走向62°，傾角32°，滑動(dòng)角169°；節(jié)面Ⅱ： 走向162°，傾角84°，滑動(dòng)角59°。對(duì)比上述不同方法得到的結(jié)果，具有很好的一致性，再次論證了主震震源機(jī)制解求解的可靠性和穩(wěn)定性(圖5，表2)。

結(jié)合上述地震精定位后地震序列平面展布和深度剖面分析，判斷發(fā)震構(gòu)造應(yīng)該為走向NEE的節(jié)面Ⅰ，斷層傾向SE，傾角約為50°，運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以走滑為主，帶逆沖分量。

震源機(jī)制解攜帶的是地殼內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，一個(gè)地震序列的震源機(jī)制解能夠反映該序列所處構(gòu)造帶的應(yīng)力狀態(tài)(蘭從欣等，2005)。利用格點(diǎn)嘗試法對(duì)主震后的33次ML2.0以上地震進(jìn)行了震源機(jī)制的求解，對(duì)所有余震的節(jié)面走向、傾角；P、T軸方位角以及P、T軸傾角進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不難發(fā)現(xiàn)，余震的節(jié)面Ⅰ走向基本一致，為NEE—近EW向(圖5a)，傾角多>45°(圖5c)；節(jié)面Ⅱ走向以NNW為主(圖5b)，傾角也多>45°(圖5d)；P軸方位角優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹WW近EW(圖5e)，傾角多<45°(圖5f)；T軸方位角以NE為主(圖5g)，傾角較小，多<45°(圖5h)。

圖5　ML2.0以上余震序列震源機(jī)制解結(jié)果統(tǒng)計(jì)Fig. 5　Statistics of focal mechanisms of ML≥2.0 earthquakes.a，c 節(jié)面Ⅰ走向和傾角; b，d 節(jié)面Ⅱ走向和傾角; e，f P軸方位角和傾角; g，h T軸方位角和傾角

表2　不同方法獲得的M5.1地震震源機(jī)制解結(jié)果對(duì)比

Table2　Comparison of M5.1 earthquake focal mechanism with different methods

方法節(jié)面Ⅰ節(jié)面ⅡP軸T軸B軸走向/(°)傾角/(°)滑動(dòng)角/(°)走向/(°)傾角/(°)滑動(dòng)角/(°)方位角/(°)傾角/(°)方位角/(°)傾角/(°)方位角/(°)傾角/(°)CAP方法7356170168823429617363018155P波初動(dòng)法5541168154825027426273916040矩張量反演7461178165882930020403018356

由上述統(tǒng)計(jì)不難看出(圖5)，ML2.0以上余震震源機(jī)制的NNE向節(jié)面Ⅰ的走向與地震序列的優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)軸方向基本一致，傾角>45°，與地震序列精定位分析的結(jié)果吻合。

在獲取了余震震源機(jī)制解的基礎(chǔ)上，利用FMSI(Gephartetal.，1984; Gephart，1990)方法，對(duì)巴東地震序列震中區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了反演。首先求出震源區(qū)內(nèi)余震震源機(jī)制解的P軸和T軸的平均方位角和傾角，選取平均殘差小的方位角和傾角作為初始輸入值；然后R以0.05為間隔，采用最精確方法(exact method)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搜索，尋找最佳擬合應(yīng)力張量。通過反復(fù)迭代，直至得到穩(wěn)定的應(yīng)力場(chǎng)反演結(jié)果。最終求得巴東M5.1地震序列震源區(qū)的最大主壓應(yīng)力方位角89°，傾角1°；主張應(yīng)力方位角183°，傾角75°，即震源區(qū)受到NEE近EW向的水平擠壓和NNE近SN向的垂直拉張應(yīng)力作用，這與蘇愷之等(1996)利用水壓致裂等多種應(yīng)力測(cè)量方法得到的該地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向基本一致，說明地震序列的發(fā)生受到了區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的控制。

圖6　巴東M5.1地震序列頻次與水位關(guān)系圖(a)及l(fā)gN-M圖(b)Fig. 6　Relationship between water level and daily frequency of M5.1 earthquake sequences(a) and lgN-M figure(b).

3　基于ETAS模型的流體觸發(fā)地震強(qiáng)度檢測(cè)

2013年9月10日，三峽水庫開始第6次175m試驗(yàn)性蓄水，起蓄水位156.80m，11月14日蓄水至175m。至2014年1月31日蓄水期間，日升值較大的時(shí)段出現(xiàn)在2013年9月11—14日，日升幅均超過1m，最大為1.55m(9月13日)。日降值變化幅度不大，均≤0.5m，最大日降幅在2014年1月21日，為0.27m。2013年12月16日巴東M5.1地震發(fā)生時(shí)，庫水位為173.93m，處于高水位運(yùn)行期的水位緩慢下降過程中，整個(gè)地震序列在經(jīng)歷了12月16—19日微震的高頻活動(dòng)后，呈現(xiàn)明顯的衰減趨勢(shì)(圖6a)。利用G-R關(guān)系擬合得到巴東地震序列b值為0.96，介于該地區(qū)典型構(gòu)造地震與水庫地震之間，分析可能與三峽水庫的水位變化存在一定的關(guān)系。

ETAS模型可用于地震活動(dòng)平靜的檢測(cè)、流體觸發(fā)地震的強(qiáng)弱檢測(cè)等(Ogata，1992; Hainzletal.，2005)。該模型所表達(dá)的地震活動(dòng)包括2部分，一部分是由余震自激發(fā)所導(dǎo)致的地震群集，另一部分是由外因作用觸發(fā)的地震活動(dòng)?；诖?，可通過這2部分地震活動(dòng)的分離，探討外因(流體)觸發(fā)與地震活動(dòng)的關(guān)系。國(guó)內(nèi)研究者在此方面開展了大量研究，Lei等(2008)研究了重慶榮昌的注水觸發(fā)地震，發(fā)現(xiàn)某些時(shí)段由注水觸發(fā)的地震數(shù)占總數(shù)的90%；龍鋒等(2010)利用ETAS模型，結(jié)合注水?dāng)?shù)據(jù)和地震序列目錄分析了自貢礦井注水對(duì)地震活動(dòng)的影響；蔣海昆等(2011)利用該模型分析了暴雨對(duì)2010年廣西凌云-鳳山交界處3.0級(jí)震群活動(dòng)的觸發(fā)作用；蔣海昆等(2012)基于ETAS模型對(duì)三峽庫區(qū)流體觸發(fā)微震活動(dòng)進(jìn)行了定量檢測(cè)等。

(7)

式(7)中，求和式為第i次地震對(duì)地震發(fā)生率的貢獻(xiàn)，i遍取所有地震；ti為序列中第i次地震的發(fā)生時(shí)間；常數(shù)K，c，α，p適用于所有的i；Mc為完備震級(jí)；μ表征外因觸發(fā)微震活動(dòng)的強(qiáng)弱；p為余震序列衰減率；α表征序列中不同震級(jí)地震產(chǎn)生高階余震的能力；c為數(shù)值極小的正常數(shù)，目的是保證式(7)右端當(dāng)ti趨近于t時(shí)，分母不為0。

在ETAS模型中，可以得到積分時(shí)段內(nèi)的地震累計(jì)頻度Netas，即：

(8)

圖7　巴東地震序列ETAS模型擬合結(jié)果及模型參數(shù)Fig. 7　ETAS fitting results and model parameters of Badong earthquake sequence.

式(8)中，Nb和Nt分別表示了在[ts，te]時(shí)段內(nèi)流體觸發(fā)的地震數(shù)和地震自激發(fā)產(chǎn)生的地震數(shù)目。Rb和Rt則為流體觸發(fā)所占比例及余震自激發(fā)所占比例。

ETAS模型反演的穩(wěn)定性很大程度上取決于由最小完備震級(jí)所決定的參與計(jì)算的地震數(shù)量，基于上述G-R關(guān)系，我們擬合出了2013年12月16日至2014年1月12日巴東地震序列最小完備震級(jí)MC0.9(圖6b)。利用Ogata提供的SASeis2006程序進(jìn)行了流體觸發(fā)地震作用的檢測(cè)，ETAS模型的參數(shù)估計(jì)采用最大似然法(Ogata，1989; 蔣海昆，2012)，而該算法所必需的上述5個(gè)模型初值則參考蔣海昆等(2012)文中提供的數(shù)據(jù)范圍通過遺傳算法搜索得到。經(jīng)過多次迭代反演，最終得到了巴東地震序列ETAS模型的擬合結(jié)果(圖7)，該地震序列的μ、α、p和Rb值分別約為1.22，0.82、0.99和0.17。

巴東地震序列發(fā)生在175m高水位后的水位緩慢下降階段，蔣海昆等(2012)得出三峽水庫水位緩慢下降階段的μ、α、p和Rb值分別為1.42，0.49、1.47和0.48。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，代表外因觸發(fā)微震活動(dòng)強(qiáng)弱的μ和Rb值均小于三峽庫水位緩慢下降階段，即流體觸發(fā)地震能力比較弱；α較大、p較小，說明余震自激發(fā)能力較強(qiáng)，余震衰減較慢。流體觸發(fā)比例為17%，余震自激發(fā)比例為83%，通過二者的對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，庫水對(duì)該地震序列的發(fā)生起到了一定的觸發(fā)作用，但余震自激發(fā)能力大于庫水的作用。

4　討論與結(jié)論

地震精定位結(jié)果顯示，地震序列分布的優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)軸走向?yàn)镹EE，長(zhǎng)度在12km左右，沿序列長(zhǎng)軸方向的AA′剖面震源深度總體呈現(xiàn)SW淺NE深的特征，M5.1主震震源較深。垂直震中分布優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)軸走向的BB′和CC′剖面反映了沿?cái)鄬觾A向的震源分布特征，清晰顯示出可能的發(fā)震斷層傾向SE，傾角在淺部約50°左右，往深部變緩。從地震的時(shí)序演化可知，破裂起自震中，沿?cái)鄬悠屏衙嫦騍W方向傳播。

主震震源機(jī)制解的結(jié)果表明，NEE向節(jié)面Ⅰ的走向與地震序列的優(yōu)勢(shì)展布方向吻合，判斷可能為發(fā)震斷層節(jié)面，斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以走滑為主兼具逆沖分量。節(jié)面傾向SE，傾角約50°，與震源深度剖面分析得出的結(jié)果也基本符合。對(duì)ML2.0以上余震震源機(jī)制解的節(jié)面走向、傾角等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，余震節(jié)面Ⅰ的走向呈NEE—近EW向，傾角>45°，與主震節(jié)面Ⅰ及地震序列的展布方向均一致。利用FMSI程序，對(duì)巴東地震序列震中區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了反演，得到巴東M5.1地震序列震源區(qū)的最大主壓應(yīng)力方位角89°，傾角1°；主張應(yīng)力方位角183°，傾角75°，即震源區(qū)受到近EW向的水平擠壓和近SN向的垂直拉張應(yīng)力作用，與該地區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向基本一致，說明地震序列的發(fā)生受到了區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的控制。

地質(zhì)構(gòu)造上，震中區(qū)位于鄂西秭歸盆地西緣，中生代末在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下，盆地邊界及其頂角地帶受到強(qiáng)烈的擠壓和破壞，特別是位于川鄂邊境的齊岳山弧形構(gòu)造帶自西向東收斂于盆地西界，使得盆地西緣構(gòu)造變得復(fù)雜(陳學(xué)波，1994)。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以NE和近EW向?yàn)橹?圖2)，高橋斷裂整體長(zhǎng)約40km，走向N45°E左右，傾向SE，傾角50°～60°，為一走滑逆斷層。人工地震測(cè)深揭示，古夫一帶存在西升東降、斷距達(dá)1.5km的基底斷點(diǎn)，說明該斷裂向深部延伸可能切割基底。斷裂帶兩側(cè)地形地貌差異明顯，沿線有滑坡、崩塌體出現(xiàn)，斷層最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世早期(夏金梧等，1996)。近EW向大屋場(chǎng)斷裂，長(zhǎng)約4km，走向280°，傾向NE，傾角較陡，約70°。斷層兩盤巖層產(chǎn)狀不一，上盤巖層發(fā)育 “Z”型揉皺，下盤巖層呈弧形彎曲，上盤方向凸起指示上盤上升，即該斷裂為逆斷性質(zhì)*長(zhǎng)江三峽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，1997，巴東1︰5萬地質(zhì)構(gòu)造圖。。從地震序列與斷裂的空間位置以及斷裂產(chǎn)狀性質(zhì)的分析，巴東地震序列位于NE向高橋斷裂的東南側(cè)和近EW向大屋場(chǎng)斷裂的南側(cè)，主震距離2斷裂分別約10km和2km。理論上，地震應(yīng)發(fā)生在斷裂的上盤，所以可以排除近EW向大屋場(chǎng)斷裂為發(fā)震構(gòu)造的可能。而從震源機(jī)制解節(jié)面以及地震序列的展布方向看，均呈NEE向，與高橋斷裂存在近30°的夾角，認(rèn)為該斷裂發(fā)震的可能性也比較小。綜合分析，巴東地震序列的發(fā)震構(gòu)造為NEE向走滑斷裂，傾向SE，傾角50°左右。

該地震序列發(fā)生在三峽水庫175m蓄水高水位運(yùn)行期的水位緩慢下降階段，對(duì)地震序列的b值分析發(fā)現(xiàn)，該地震序列的b值介于該地區(qū)典型構(gòu)造地震和水庫地震之間，可能兼具二者的性質(zhì)?；谇叭说难芯?，ETAS模型可以檢驗(yàn)流體的觸發(fā)作用，通過對(duì)ML0.9以上地震的反演計(jì)算，得出該地震序列受流體觸發(fā)影響的比例為17%，而余震自激發(fā)比例約為83%，驗(yàn)證了該地震序列兼具構(gòu)造地震和水庫地震性質(zhì)的推論。

綜上分析，庫水對(duì)巴東M5.1地震的發(fā)生起到了一定的觸發(fā)作用，NEE向斷裂構(gòu)造為發(fā)震的主要控制因素。

致謝感謝審稿老師的寶貴建議和意見。感謝Ogata教授提供的ETAS計(jì)算程序SASeis2006 以及Yagi Y老師提供的矩張量反演程序。

陳學(xué)波. 1994. 長(zhǎng)江三峽工程壩區(qū)及外圍深部構(gòu)造特征研究 [M]. 北京: 地震出版社.

CHEN Xue-bo. 1994. Study on the Characteristics of Deep Structure in and around the Damsite of the Yangtze River Three Gorges Project [M]. Seismological Press，Beijing(in Chinese).

蔣海昆，宋金，吳瓊，等. 2012. 基于ETAS模型對(duì)三峽庫區(qū)流體觸發(fā)微震活動(dòng)的定量檢測(cè) [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，55(7): 2341—2352.

JIANG Hai-kun，SONG Jin，WU Qiong，etal. 2012. Quantitative investigation of fluid triggering on seismicity in the Three Gorges reservoir area based on ETAS model [J]. Chinese J Geophys，55(7): 2341—2352(in Chinese).

蔣海昆，楊馬陵，孫學(xué)軍，等. 2011. 暴雨觸發(fā)局部地震活動(dòng)的一個(gè)典型例子: 2010年6月廣西凌云-鳳山交界3級(jí)震群活動(dòng) [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，54(10): 2606—2619.

JIANG Hai-kun，YANG Ma-ling，SUN Xue-jun，etal. 2011. A typical example of locally triggered seismicity in the boundary area of Lingyun and Fengshan following the large rainfall event of June 2010 [J]. Chinese J Geophys，54(10): 2606—2619(in Chinese).

蘭從欣，邢成起，苗春蘭，等. 2005. 近年首都圈地區(qū)中小地震震源機(jī)制解及其特征分析 [J]. 華北地震科學(xué)，23(4): 21—25.

LAN Cong-xin，XIN Cheng-qi，MIAO Chun-lan，etal. 2005. Analysis of small earthquake focal mechanisms and characteristics in the capital circle area of China [J]. North China Earthquake Science，23(4): 21—25(in Chinese).

李強(qiáng)，趙旭，蔡晉安，等. 2009. 三峽水庫壩址及鄰區(qū)中上地殼P波速度結(jié)構(gòu) [J]. 中國(guó)科學(xué)(D輯)，39(4): 427— 436.

LI Qiang，ZHAO Xu，CAI Jin-an，etal. 2009. P wave velocity structure of upper and middle crust beneath the Three Gorges reservoir dam and adjacent region [J]. Science in China(Ser D)，39(4): 427— 436(in Chinese).

龍鋒，杜方，阮祥，等. 2010. 用ETAS模型分析自貢礦井注水觸發(fā)地震 [J]. 中國(guó)地震，26(2): 164—171.

LONG Feng，DU Fang，RUAN Xiang，etal. 2010. Water injection triggered earthquakes in the Zigong mineral wells in ETAS model [J]. Earthquake Research in China，26(2): 164—171(in Chinese).

蘇愷之，李方全，張伯崇，等. 1996. 長(zhǎng)江三峽地區(qū)地殼應(yīng)力與孔隙水壓力綜合研究 [M]. 北京: 地震出版社.

SU Kai-zhi，LI Fang-quan，ZHANG Bo-chong，etal. 1996. Integrated Research on the Stress Field and Pore Pressure at the Three Gorges Site [M]. Seismological Press，Beijing(in Chinese).

夏金梧，周樂群，劉世凱. 1996. 鄂西秭歸盆地及外緣主要斷裂特征及活動(dòng)性研究 [J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)，(1)： 10—14.

XIA Jin-wu，ZHOU Le-qun，LIU Shi-kai. 1996. Study on the characteristics and activities of the main faults in the Zigui Basin and outer margin in the western Hubei [J]. Hydrogeology and Engineering Geology，(1)： 10—14(in Chinese).

易桂喜，龍鋒，聞學(xué)澤，等. 2015. 2014年11月22日康定M6.3地震序列發(fā)震構(gòu)造分析 [J]. 地球物理學(xué)報(bào)，58(4)： 1205—1219.

YI Gui-xi，LONG Feng，WEN Xue-ze，etal. 2015. Seismogenic structure of theM6.3 Kangding earthquake sequence on 22 Nov. 2014，southwestern China [J]. Chinese J Geophys，58(4): 1205—1219(in Chinese).

張麗芬，姚運(yùn)生，廖武林. 2013. 2011年MS4.6瑞昌-陽新地震的震源機(jī)制及發(fā)震構(gòu)造探討 [J]. 地震地質(zhì)，35(2): 290—297.

ZHANG Li-fen，YAO Yun-sheng，LIAO Wu-lin. 2013. Focal mechanisms and seismogenic structures of theMS4.6 Ruichang-Yangxin earthquake of 2011. [J]. Seismology and Geology，35(2): 290—297(in Chinese).

趙旭，李強(qiáng)，蔡晉安. 2007. 三峽庫首區(qū)最小一維速度模型研究 [J]. 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，27(?？?: 1—7.

ZHAO Xu，LI Qiang，CAI Jin-an. 2007. On minimum 1D velocity structure model applied in Three Gorges reservoir area [J]. Geodesy and Geodynamics，27(Spec): 1—7(in Chinese).

Dziewonski A M，Chou T A，Woodhouse J H. 1981. Determination of earthquake source parameters from waveform data for studies of global and regional seismicity [J]. J Geophys Res，86: 2825—2852.

Gephart J W，F(xiàn)orsyth D W. 1984. An improved method for determining the regional stress tensor using earthquake focal mechanism data: Application to the San Ferando earthquake sequence [J]. J Geophys Res，89(B11): 9305—9320.

Gephart J W. 1990. Stress and the direction of slip on fault planes [J]. Tectonics，9(4): 845—858.

Hainzl S，Ogata Y. 2005. Detecting fluid signals in seismicity data through statistical earthquake modeling [J]. J Geophys Res，110: B05S07.

Kisslinger C. 1980. Evaluation of S to P amplitude ratio for determining focal mechanism from regional network observations [J]. Bull Seism Soc Am，70: 999—1014.

Kohketsu K. 1985. The extended reflectivity method for synthetic near field seismograms [J]. J Phys Earth，33: 121—131.

Lei X L，Yu G Z，Ma S L，etal. 2008. Earthquake induced by water injection at-3km depth within the Rongchang gas field，Chongqing，China [J]. J Geophys Res，113: B10310.

Ogata Y. 1988. Statistical models for earthquake occurrences and residual analysis for point processes [J]. J Am Stat Assoc，83(401): 9—27.

Ogata Y. 1989. Statistical models for standard seismicity and detection of anomalies by residual analysis [J]. Tectonophysics，169(1-3): 159—174.

Ogata Y. 1992. Detection of relative quiescence before great earthquakes，through a statistical model [J]. J Geophys Res，97: 19845—19871.

Reasenberg P，Oppenheimer D. 1985. FPFIT，F(xiàn)PPLOT and FPPAGE: Fortran computer programs for calculating and displaying earthquake fault plane solutions [J]. US Geol Surv Open-File Rept: 85—739，25.

Waldhauser F，Ellsworth W L. 2000. A double-difference earthquake location algorithm: Method and application to the Northern Hayward Fault，California [J]. Bull Seism Soc Am，90(6): 1353—1368.

Zhu L P，Helmgerger D V. 1996. Advancement in source estimation techniques using broadband regional seismograms [J]. Bull Seism Soc Am，86(5): 1634—1641.

ANALYSIS ON THE 2013 BADONGM5.1 EARTHQUAKE SEQUENCE AND THE SEISMOGENIC STRUCTURE

ZHANG Li-fen1，2)LIAO Wu-lin2)LI Jing-gang1，2)WEI Gui-chun2)SHEN Xue-lin2)

1)InstituteofGeophysics，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100081，China2)KeyLaboratoryofEarthquakeGeodesy，InstituteofSeismology，ChinaEarthquakeAdministration，Wuhan430071，China

On 16thSeptember 2013，anM5.1 earthquake occurred in Badong County，Hubei Province，which is the biggest one since the first water impounding in 2003 in the head region of the Three Gorges Reservoir area. The crustal velocity information is needed to determine the earthquake location and focal mechanism. By comparison，the 1-D velocity structure model from Zhao was adopted in this study. Double difference location method was applied to determine the precise locations of theM5.1 earthquake sequence. Relocation results show that the dominant distribution of this sequence is along NEE direction. In order to understand its seismogenic structure，focal depth profiles were made. ProfileAA′ was along the sequence distribution，and the earthquake sequence extended about 12km. Focal depth of mainshock is deeper than that of aftershocks，and earthquake rupture propagated laterally southwestward. The seismic profileBB′ andCC′ were perpendicular to profileAA′，which represent the dip direction. Both profiles show that the focal depth becomes deeper toward southeast，and dip angle is about 50°. It means that the possible seismogenic fault strikes NEE and dips southeast. Focal mechanism could provide more information for judging the seismogenic structures. Many methods could obtain the focal mechanism，such as P-wave first motion method，CAP method，and some other moment tensor methods. In this paper，moment tensor inversion program made by Yagi Y is adopted. 12 regional seismic stations ranging from 100～400km are picked up，and before the inversion，we removed the mean and trend. The seismic waveforms were band pass filtered between 0.05 and 0.2Hz，and then integrated into displacement. Green’s functions were calculated using the discrete wavenumber method developed by Kohketsu. The focal mechanism of theM5.1 mainshock manifests that the NEE-striking fault plane probably is the possible seismogenic fault，which is consistent with the analysis of focal depth profiles. The focal mechanisms of theML≥2.0 aftershocks are retrieved by P-wave first motion method，and the nodal plane I is in accordance with the earthquake sequence distribution and the fault plane of the mainshock. FMSI program was adopted to inverse the stress field in the earthquake area，and the results show that the earthquake sequence is under the control of the regional stress field. The earthquake sequence occurred on the stage of slow water unloading，and ETAS model was introduced to testify the influences of water level fluctuations on earthquakes. The results denote that the reservoir played a triggering role in the earthquake，however，the NEE-striking seismogenic fault is the controlling factor.

double-difference location method，focal depth profile，focal mechanism，tectonic stress field，ETAS model

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.019

2015-03-12收稿，2015-10-08改回。

國(guó)家自然科學(xué)基金(41304046)與中國(guó)地震局社會(huì)公益研究項(xiàng)目(1521401800043)共同資助。

李井岡，男，助理研究員，E-mail： 21262832@qq.com。

P315.2

A

0253-4967(2016)03-0747-13

張麗芬，女，1981年生，博士研究生，副研究員，研究方向?yàn)閿?shù)字地震波, E-mail: zhanglf112@163.com。