川滇菱形塊體東邊界地震精定位

傅鶯 龍鋒 王世元

四川省地震局，成都市人民南路三段29號(hào) 610041

0 引言

20世紀(jì)70年代，李玶等（1975）、闞榮舉（1980）、闞榮舉等（1977）分別從地震地質(zhì)背景和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)震震源機(jī)制解和地震地表破裂帶等角度提出了以鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶、則木河斷裂帶以及小江斷裂帶為東北邊界，以規(guī)模巨大的紅河斷裂帶為西南邊界的川滇菱形塊體的概念。川滇菱形塊體位于青藏高原向東擠出最強(qiáng)烈的青藏高原東南緣，是印度板塊與歐亞板塊碰撞的強(qiáng)烈變形地帶，該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜，活動(dòng)斷裂帶密集，地震強(qiáng)度大，頻度高，是我國(guó)最重要的強(qiáng)震活動(dòng)地區(qū)之一。

川滇菱形塊體東邊界弧形斷裂帶，歷史上曾多次發(fā)生強(qiáng)震（聞學(xué)澤，2000）。川滇菱形塊體東邊界強(qiáng)震多發(fā)有其動(dòng)力學(xué)因素，青藏高原中部向東運(yùn)動(dòng)，中南部向SE方向運(yùn)動(dòng)，使得川滇菱形塊體的側(cè)向擠出滑移造成了東邊界的左旋剪切變形（Wang et al，2001）。川滇菱形塊體東邊界地震頻發(fā)，現(xiàn)今小震活動(dòng)密集。

精準(zhǔn)的地震定位結(jié)果對(duì)研究該區(qū)域的活動(dòng)構(gòu)造、地震地質(zhì)背景等相關(guān)問題具有重要意義。本文對(duì)該巨大弧形斷裂帶及周邊的地震采用多階段定位法進(jìn)行精定位，得到較為精準(zhǔn)的震中分布圖和深度剖面圖，為研究該區(qū)域的地震活動(dòng)、發(fā)震構(gòu)造提供了基礎(chǔ)資料（Long et al，2015）。

1 地震地質(zhì)背景

1.1 鮮水河斷裂帶

鮮水河斷裂帶地處青藏高原東緣，位于川滇菱形塊體東邊界北段，也是川滇、川青2個(gè)地殼塊體的分界線。該斷裂帶北起甘孜，經(jīng)侏倭、爐霍、道孚、乾寧、康定到磨西以南，呈NWSW向延伸，是一條大型左旋走滑斷裂帶，由爐霍斷裂、道孚斷裂、甘寧斷裂、康定斷裂、雅拉河斷裂、折多塘斷裂和磨西斷裂等7條斷裂構(gòu)成。鮮水河斷裂帶長(zhǎng)約350km，該斷裂帶地震活動(dòng)強(qiáng)度大，頻度高（羅灼禮等，1987；李天祒，1998；潘懋等，1994；錢洪，1987；Qian et al，1990）。據(jù)史料記載，自1700年以來，鮮水河斷裂帶共發(fā)生8次7級(jí)以上地震，分別為1725年8月1日康定7級(jí)地震，1786年6月1日康定、瀘定磨西間7.75級(jí)地震，1816年12月8日爐霍7.5級(jí)地震，1893年8月29日道孚乾寧7.25級(jí)地震，1904年8月30日道孚7級(jí)地震，1923年3月24日爐霍、道孚7.2級(jí)地震，1955年4月14日康定折多山7.5級(jí)地震和1973年2月6日爐霍7.6級(jí)地震（孫成民，2010；四川地震資料匯編組，1980）。

1.2 安寧河斷裂帶

安寧河斷裂帶位于川滇菱形塊體東邊界的中段，與鮮水河斷裂帶的南端相接，北起石棉縣的田灣，在田灣-新民附近與鮮水河斷裂帶呈十分復(fù)雜的空間羽列關(guān)系，形成了密集的地表破裂圖像，向南經(jīng)冕寧、西昌、德昌、米易至攀枝花金沙江邊，斷裂帶整體呈近 SN向展布（陳富斌，1989；唐榮昌等，1989、1992）。安寧河斷裂帶長(zhǎng)約150km，為一左旋走滑活動(dòng)斷裂帶，同時(shí)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的擠壓特征（張?jiān)罉虻龋?004）。GPS測(cè)量結(jié)果和冕寧附近震源機(jī)制解研究表明，安寧河斷裂帶為走滑兼有逆沖分量的活動(dòng)斷裂帶（張培震等，2003；呂江寧等，2003；龍思勝等，2003）。

安寧河斷裂帶是我國(guó)西部的重要強(qiáng)震帶，屬于強(qiáng)烈活動(dòng)斷裂帶，歷史上曾多次發(fā)生強(qiáng)烈破壞性地震（聞學(xué)澤等，2000；周榮軍等，2001；徐錫偉等，2003a、2003b；冉勇康等，2008；程建武等，2010）。該斷裂帶分段特征明顯，其北段的地震背景空區(qū)和南段的應(yīng)力閉鎖區(qū)顯示了該斷裂帶具有潛在的強(qiáng)震危險(xiǎn)（聞學(xué)澤，2000；聞學(xué)澤等，2007；易桂喜等，2004）。

1.3 則木河斷裂帶

則木河斷裂帶與安寧河斷裂帶的南段相接，總體走向330°，斷裂面傾角在60°以上，傾向NE或SW。北西起于西寧鎮(zhèn)，向南東經(jīng)西昌、普格、寧南，在巧家附近與小江斷裂相交，全長(zhǎng)約120km。

自1536年以來，安寧河、則木河斷裂帶共發(fā)生6次6級(jí)以上地震。其中，5次發(fā)生在安寧河斷裂帶南段的冕寧以南，1次發(fā)生在安寧河斷裂帶中北段的冕寧以北的石棉-冕寧段。7級(jí)以上地震分別是1536年3月19日西昌7.5級(jí)地震和1850年9月12日西昌、普格7.5級(jí)地震（四川省地方志編纂委員會(huì)，1998；孫成名，2010）。

2 數(shù)據(jù)資料

2.1 臺(tái)站資料

本文使用的震相數(shù)據(jù)來源于四川省固定寬頻帶地震臺(tái)站、地方數(shù)字測(cè)震臺(tái)站、部分水庫專用臺(tái)站、流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站及周邊省市共享臺(tái)站，共計(jì)147個(gè)。因本文研究區(qū)的南邊屬于川滇交界，若只采用四川臺(tái)網(wǎng)的觀測(cè)資料，由于臺(tái)站分布空隙角較大，將嚴(yán)重影響定位精度。因此，本文加入了云南臺(tái)網(wǎng)部分臺(tái)站，使臺(tái)站覆蓋更好，以提高定位精度，所使用的定位臺(tái)站分布見圖1。豐富的數(shù)據(jù)來源及相對(duì)廣泛的臺(tái)站空間分布使得鮮水河斷裂帶南段-安寧河-則木河斷裂帶研究區(qū)域有較好的監(jiān)測(cè)能力，同時(shí)，較多的近臺(tái)可以有效約束震源位置。

圖1 研究區(qū)臺(tái)站分布

2.2 震相數(shù)據(jù)

本文收集了2010年1月1日～12月31日研究區(qū)內(nèi)共計(jì)7787次地震。和達(dá)曲線（圖2）顯示，震相走時(shí)的離散度較小，說明絕大部分地震到時(shí)讀取準(zhǔn)確。對(duì)其中震相數(shù)據(jù)偏離較嚴(yán)重的觀測(cè)記錄進(jìn)行了校正，以使最終觀測(cè)質(zhì)量更高。

圖2 研究區(qū)地震和達(dá)曲線

2.3 川滇地區(qū)的速度結(jié)構(gòu)

川滇菱形塊體受印度板塊與歐亞板塊碰撞的影響，地質(zhì)構(gòu)造與地殼結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，地殼厚度變化劇烈，速度結(jié)構(gòu)橫向不均勻性較強(qiáng)（Wang et al，2001）。因此，要提高地震定位精度應(yīng)采用適合該區(qū)域的速度模型。

本文先以趙珠等（1987）給出的四川西部模型為初始模型，使用Hypo2000定位程序?qū)ρ芯繀^(qū)進(jìn)行地震定位，而在后續(xù)的定位過程中，反演當(dāng)?shù)氐囊痪S速度結(jié)構(gòu)。

3 研究方法及過程

本文采用多階段定位方法（multi-step locating method）對(duì)研究區(qū)進(jìn)行重新定位（Long et al，2015）。定位過程如下：首先，基于趙珠等（1987）的四川西部地區(qū)速度模型，使用 Hypo2000對(duì)7787次地震進(jìn)行初定（圖3），并考慮到較遠(yuǎn)距離時(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)走時(shí)的影響，對(duì)震中距小于80km的臺(tái)站給予全權(quán)重，而對(duì)震中距為80～150km的臺(tái)站的權(quán)重按余弦函數(shù)衰減給予，同時(shí)獲取震源位置和臺(tái)站方位角等信息（Klein，2002）。然后，挑選其中具有6個(gè)以上臺(tái)站記錄且方位角間隙小于120°的地震事件的觀測(cè)報(bào)告，采用VELEST反演研究區(qū)新的一維速度模型（表 1）和 臺(tái) 站 校 正 （Kissling，1988；Kissling et al，1994、1995）。由表 1可見，川滇菱形塊體邊界附近存在上地殼低速層，這與崔作舟等（1992）的物探研究結(jié)果類似。由圖4可見，華南地塊和青藏高原的臺(tái)站校正存在顯著差異，在走時(shí)計(jì)算時(shí)要充分考慮這部分因素。再將反演得到的新速度模型和臺(tái)站校正代入Hypo2000再次定位，獲得了6981次地震的定位結(jié)果（圖5）。最后，挑選臺(tái)站方位角間隙小于 180°的地震進(jìn)行雙差定位（Waldhauser et al，2000）。以10km為搜尋半徑，P、S震相對(duì)挑選率均大于90%，最終獲得2794次地震的雙差定位結(jié)果，得到精定位后的地震震中分布（圖6）。其中，EW向誤差為514m，SN向?yàn)?02m，垂直向?yàn)?.1km，走時(shí)殘差為0.044s。

表1 研究區(qū)一維速度模型

圖3 2010～2014年研究區(qū)地震震中分布

從初始定位震中分布圖（圖3）可見，定位結(jié)果比較離散，Hypo2000定位結(jié)果已趨于集中（圖5），Hypo2000定位誤差分析顯示（圖7），大部分地震的水平誤差小于3km，垂直誤差小于5km，走時(shí)殘差小于0.3s，說明定位精度尚可。HypoDD定位結(jié)果則更加集中，地震震中沿?cái)嗔褞ё呦虺蕳l帶狀分布更加清晰（圖6）。

圖4 臺(tái)站校正空間分布

4 定位結(jié)果與分析

4.1 震中分布情況分析

從地震精定位的空間分布來看，川滇菱形塊體東邊界道孚南至巧家段地震主要分布在鮮水河斷裂帶東南段、三岔口石棉地區(qū)、大涼山斷裂以及則木河斷裂南段。

鮮水河斷裂帶東南段地震分布相對(duì)密集，沿?cái)嗔褞д共驾^好。最近一次強(qiáng)震是2014年11月22日16時(shí)55分發(fā)生在鮮水河斷裂帶中南段的康定6.3級(jí)地震。安寧河斷裂帶北段小震活動(dòng)頻繁，尤其在斷裂帶端部的石棉區(qū)域即鮮水河斷裂帶南段與安寧河斷裂帶、小金河斷裂帶以及以東的大涼山斷裂帶交叉區(qū)域地震較密集。

則木河斷裂帶北段的地震空區(qū)持續(xù)存在。則木河斷裂帶地震主要集中在南段的普格到寧南段。大涼山斷裂帶地震分布較均勻。

圖5 Hypo2000重定位后地震震中分布

4.2 深度剖面圖分析

依據(jù)精定位后地震震中分布及構(gòu)造跡線，本文在川滇菱形塊體東邊界各斷裂帶的不同部位劃分了4個(gè)剖面（圖6），各剖面震源深度分布見圖8。

剖面AA′沿?cái)嗔褞ё呦?，從鮮水河斷裂帶南段道孚以南附近，沿 SE-NW向延伸至石棉附近；剖面AA′顯示，鮮水河斷裂帶南段至石棉附近小震較為密集，分段活動(dòng)特征明顯，大多數(shù)地震叢集發(fā)生在15km以內(nèi)，但石棉附近地震明顯分為深、淺兩叢，反映了當(dāng)?shù)貜?fù)雜的構(gòu)造過程。

經(jīng)康定垂直于剖面AA′的剖面BB′顯示，整個(gè)鮮水河斷裂帶及旁側(cè)的分支斷裂（沙德斷裂）整體呈現(xiàn)出近乎垂直的斷層面，而剖面右側(cè)的松潘-甘孜地塊內(nèi)的地震則較為分散。

圖6 HypoDD精定位后地震震中分布

圖7 Hypo2000定位誤差分析

圖8 沿 AA′、BB′、CC′、DD′不同剖面的震源深度

從九龍起垂直于剖面AA′的剖面CC′震源深度分布則顯示了在鮮水河斷裂帶南端與安寧河、大涼山等斷裂帶交匯處的斷層間復(fù)雜的相互作用，從分布形態(tài)上來看，安寧河斷裂帶似乎傾向西，而安寧河斷裂帶與大涼山斷裂帶之間所夾的一部分地震較深，傾向也不太明顯，可能是由青藏塊體與華南地塊碰撞形成的。從深度分布來看，石棉附近地震明顯分為深、淺兩叢。地震震源集中分布在0～15km的上地殼及20～35km中下地殼的脆性變形層內(nèi)，15～20km深度范圍地震非常稀少。朱艾斕等（2005）以高溫高壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，通過計(jì)算川西地區(qū)地殼強(qiáng)度，得到14～19km深度范圍的花崗巖處于塑性流變狀態(tài)的認(rèn)識(shí)。塑性流變層厚度和層位與精定位得到的少震層基本吻合。

剖面DD′則從西昌附近以近EW向橫跨安寧河-則木河斷裂帶和大涼山斷裂帶。剖面DD′位于安寧河-則木河斷裂帶的地震空段內(nèi)，因此，地震數(shù)量較少。但總體來看，大涼山斷裂帶傾向比較垂直。

5 結(jié)論與討論

通過多階段定位法對(duì)四川境內(nèi)川滇菱形塊體東邊界的道孚南至巧家段地震進(jìn)行精定位，精定位后，震源位置精度得到明顯提高，震中分布與斷裂帶線性展布較一致。

利用VELEST反演獲得的研究區(qū)一維速度結(jié)構(gòu)顯示，川滇菱形塊體東邊界附近存在上地殼低速層，這與崔作舟等（1992）的物探研究結(jié)果類似。

鮮水河斷裂帶震中位置沿?cái)嗔褞д共驾^好，東南段地震分布相對(duì)密集。安寧河斷裂帶北段小震活動(dòng)相當(dāng)密集，尤其在鮮水河斷裂帶南段與安寧河斷裂帶、小金河斷裂帶以及以東的大涼山斷裂帶交叉區(qū)域更加明顯。則木河斷裂帶地震主要集中在南段的普格到寧南段。則木河斷裂帶北段的地震空區(qū)持續(xù)存在。大涼山斷裂帶地震分布較均勻。

依據(jù)精定位后震中分布及構(gòu)造跡線，劃分4個(gè)剖面討論震源深度與活動(dòng)構(gòu)造間的關(guān)系。沿鮮水河斷裂帶走向的剖面，地震活動(dòng)分段特征明顯，大多數(shù)地震叢集發(fā)生在深度15km以內(nèi)。經(jīng)康定垂直于鮮水河斷裂帶的剖面顯示，鮮水河斷裂帶及沙德斷裂整體呈現(xiàn)出近乎垂直的斷層面，而松潘-甘孜地塊內(nèi)的地震則較為分散。從九龍起垂直于鮮水河斷裂帶的剖面，呈現(xiàn)出鮮水河斷裂帶南端與安寧河、大涼山等斷裂帶交匯處的斷層間復(fù)雜的相互作用，石棉附近地震明顯分為深、淺兩叢，15～20km深度范圍地震非常稀少，這與朱艾斕等（2005）提出的14～19km的塑性流變的層厚和位置的觀點(diǎn)較一致。西昌附近近EW向橫跨安寧河-則木河斷裂帶和大涼山斷裂帶的剖面顯示，大涼山斷裂帶傾向比較垂直。