引用本文
谢张迪, 韩竹军. 2014年云南景谷 MS6.6地震发震断层及其动力学参数 [J]. 地震地质, 2019,41(4): 887-912.
XIE Zhang-di, HAN Zhu-jun. STUDY ON THE SEISMOGENIC FAULT AND DYNAMICS PARAME-TERS OF THE 2014 MS6.6 JINGGU EARTHQUAKE IN YUNNAN [J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2019,41(4): 887-912.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2019.04.006
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2014年云南景谷 MS6.6地震发震断层及其动力学参数
谢张迪, 韩竹军
中国地震局地质研究所, 活动构造与火山重点实验室, 北京 100029
*通讯作者: 韩竹军, 研究员, 主要研究方向为活动构造与地震危险性分析, E-mail: zjhan0904@163.com。

〔作者简介〕 谢张迪, 男, 1992年生, 2016年于防灾科技学院获地球物理学专业学士学位, 现为中国地震局地质研究所构造地质学专业在读硕士研究生, 主要从事小震精定位和震源机制解等方面的研究, E-mail: zdxier@qq.com。

收稿日期: 2018-08-31
基金项目: 国家自然科学基金(41772218)资助
摘要

2014年10月17日云南景谷发生了 MS6.6地震, 震源区构造复杂, 震中无明显与已知断层相关的地表破裂, 且与普文断裂出露地表的位置存在一定距离。 为研究景谷地震发震断层的性质、 震源区应力场特征和断层面的几何学参数, 文中在精定位的基础上计算了景谷主震和余震序列共46个 ML3.0以上地震的震源机制解, 并反演了震源区应力场。 依据模拟退火全局搜索和高斯牛顿局部搜索相结合的方法, 获取了断层面参数的全局最优解及其误差。 初步认为景谷地震的发震构造为一条新生的兼具正断性质的近直立右旋走滑断层, 破裂面长约17.2km, 未延伸到普文断裂; 震源区应力场中的最大水平主压力( P轴)为NNE-SSW向, 水平张应力( T轴)为NW-SE向。

关键词: 景谷地震; 震源机制解; 震源区应力场; 发震断层
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2019)04-0887-26
STUDY ON THE SEISMOGENIC FAULT AND DYNAMICS PARAME-TERS OF THE 2014 MS6.6 JINGGU EARTHQUAKE IN YUNNAN
XIE Zhang-di, HAN Zhu-jun
Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China
Abstract

On October 17, 2014, a MS6.6 earthquake occurred in Jinggu, Yunnan. The epicenter was located in the western branch of Wuliang Mountain, the northwest extension line of Puwen Fault. There are 2 faults in the surrounding area, one is a sinistral strike-slip and the other is the dextral. Two faults have mutual intersection with conjugate joints property to form a checkerboard faulting structure. The structure of the area of the focal region is complex. The present-day tectonic movement is strong, and the aftershock distribution indicates the faulting surface trending NNW. There is no obvious surface rupture related to the known fault in the epicenter, and there is a certain distance from the surface of the Puwen fault zone. Regional seismic activity is strong. In 1941, there were two over magnitude 7.0 earthquakes in the south of the epicenter of Jinggu County and Mengzhe Town. In 1988, two mainshock-aftershock type earthquakes occurred in Canglan-Gengma Counties, the principal stress axes of the whole seismic area is in the direction of NNE. Geological method can be adopted to clarify the distribution of surficial fracture caused by active faults, and high-precision seismic positioning and spatial distribution characteristics of seismic sequences can contribute to understand deep seismogenic faults and geometric features. Thus, we can better analyze the three-dimensional spatial distribution characteristics of seismotectonics and the deep and shallow tectonic relationship. The focal mechanism reveals the property and faulting process to a certain extent, which can help us understand not only the active property of faults, but also the important basis for deep tectonic stress and seismogenic mechanism. In order to study the fault characteristic of the Jinggu earthquake, the stress field characteristics of the source area and the geometric parameters of the fault plane, this paper firstly uses the 15 days aftershock data of the Jingsuo MS6.6 earthquake, to precisely locate the main shock and aftershock sequences using double-difference location method. The results show that the aftershock sequences have clustering characteristics along the NW direction, with a depth mainly of 5~15km. Based on the precise location, calculations are made to the focal mechanisms of a total of 46 earthquakes including the main shock and aftershocks with ML≥3.0 of the Jinggu earthquake. The double-couple(DC)component of the focal mechanism of the main shock shows that nodal plane Ⅰ: The strike is 239°, the dip 81°, and the rake -22°; nodal plane Ⅱ, the strike is 333°, the dip 68°, and the rake -170.31°. According to focal mechanism solutions, there are 42 earthquakes with a focal mechanism of strike-slip type, accounting for 91.3%. According to the distribution of the aftershock sequence, it can be inferred that the nodal plane Ⅱ is the seismogenic fault. The obtained focal mechanism is used to invert the stress field in the source region. The distribution of horizontal maximum principal stress orienation is concentrated. The main features of the regional tectonic stress field are under the NNE-SSW compression( P axis)and the NW-SE extension( T axis)and are also affected by NNW direction stress fields in the central region of Yunnan, which indicates that Jinggu earthquake fault, like Gengma earthquake, is a new NW-trending fault which is under domination of large-scale tectonic stress and effected by local tectonic stress environment. In order to define more accurately the occurrence of the fault plane of the Jinggu earthquake, with the precise location results and the stress field in the source region, the global optimal solution of the fault plane parameters and its error are obtained by using both global searching simulated annealing algorithm and local searching Gauss-Newton method. Since the parameters of the fault plane fitting process use the stress parameters obtained by the focal mechanism inversion, the data obtained by the fault plane fitting is more representative of the rupture plane, that is, the strike 332.75°, the dip 89.53°, and the rake -167.12°. The buried depth of the rupture plane is 2.746km, indicating that the source fault has not cut through the surface. Based on the stress field characteristics and the inversion results of the fault plane, it is preliminarily believed that the seismogenic structure of the Jinggu earthquake is a newly generated nearly vertical right-lateral strike-slip fault with normal component. The rupture plane length is about 17.2km, which does not extend to the Puwen fault zone. Jinggu earthquake occurred in Simao-Puer seismic region in the south of Sichuan-Yunnan plate. Its focal mechanism solution is similar to that of the three sub-events of the Gengma earthquake in November 1988. The seismogenic structure of both of them is NW-trending and the principal stress is NE-SW. The rupture plane of the Jinggu main shock(NW direction)is significantly different from the known near NS direction Lancang Fault and the near NE direction Jinggu Fault in the study area. It is preliminarily inferred that the seismogenic structure of this earthquake has a neogenetic feature.

Keyword: Jinggu earthquake; focal mechanism solution; stress field of the source area; seismogenic fault
0 引言

地震的发生受到深部的物性结构和动力学环境的影响(李永华等, 2014), 深部断层与浅部破裂构造形态可能有所不同, 如1679年三河-平谷大地震的深震反射探测研究就表明深部构造和浅部构造存在差异(张先康等, 2002)。 通过地质方法能查清活动断层的地表破裂分布状况, 高精度的地震定位及地震序列的空间分布特征有助于认识深部发震构造的几何学特征, 从而使我们能更好地分析地震构造三维空间分布特征和深浅部构造关系, 进而为确定发震断层和分析地震的发震机理提供重要参考(Balfour et al., 2012; 房立华等, 2013; 陈佳等, 2014; 徐甫坤等, 2015a, b)。 震源机制解在一定程度上揭示了震源性质及其破裂过程, 不仅能够帮助我们认识断层活动性质, 也是理解深部构造应力和发震机制的重要依据(胡幸平, 2010; 莘海亮等, 2012)。 采用模拟退火全局搜索和高斯牛顿局部搜索相结合的方法, 可获取断层面参数的全局最优解及其误差, 并依据区域构造应力场参数估计断层面上的滑动角(万永革等, 2008)。 依据上述地震学方法, 可定量描述断层的深部状态, 对于判别断层的错动方式、 发震机制、 震源区应力分布特征及深浅部活动断层的几何形态有着重要意义。

2014年鲁甸MS6.5地震和景谷MS6.6地震分别发生在川滇块体东侧和西南侧, 鲁甸地震沿包谷垴-小河断裂在地表形成了长约2.2km的地表破裂带; 而景谷地震震区无明显的地表破裂, 且与已知的普文断裂存在一定的距离(徐锡伟等, 2014; 洪海春等, 2015; 邓嘉美等, 2016)(图1)。

图 1 景谷MS6.6地震区域主要第四纪断裂与破坏性地震(MS≥ 6.0)震中分布
图片修改自文献(徐锡伟等, 2016; Shi et al., 2018), 活动地块据文献(张培震等, 2003)。F1澜沧江断裂; F2景谷断裂; F3无量山断裂(F3-1西支— — 普文断裂, F3-2中支— — 普洱断裂, F3-3东支— — 磨黑断裂); F4把边江断裂; F5黑河断裂; F6打洛断裂; F7孟连断裂; F8元谋断裂; F9南汀河断裂(F9-1西支, F9-2东支); F10畹町-安定断裂; F11红河断裂带(F11-1中段, F11-2南段); F12小江断裂带南段; F13奠边府断裂; F14普渡河断裂(F14-1北段, F14-2中南段); F15小江断裂带中段(F15-1小江西支断裂, F15-2小江东支断裂); F16石屏-建水断裂; F17曲江断裂; F18勐龙断裂; F19个旧断裂; F20哀牢山断裂; F21勐遮断裂; F22师宗断裂。Ⅰ 滇缅活动地块; Ⅱ 川滇活动地块; Ⅲ 华南活动地块Fig. 1 Seismic tectonic map of the Jinggu MS6.6 earthquake area.

景谷地震区已知的主要第四纪断裂为NNW向无量山断裂(皇甫岗, 2009; 徐锡伟等, 2016), 但前人对该断裂活动性的研究程度较低。 目前依据余震序列的双差定位和震源机制解结果分析, 景谷地震的主破裂面走向NW(与普文断裂走向一致), 倾角近90° , 主压应力轴方向为 N5° ~10° E, 该地震为一次右旋走滑地震(徐甫坤等, 2015a; 陈浩等, 2016; 李丹宁等, 2017)。 徐锡伟等(2014)根据余震序列分布和震源机制解特征等资料判定景谷地震的发震断层应属于景谷-云仙断裂或无量山断裂的NW向隐伏段; 洪海春等(2015)认为景谷地震的发震构造为普文断裂; 陈浩等(2016)推断此次地震发生在新生断裂上。 由此可见, 前人对景谷地震发震构造的认识还存在一些明显的争议, 对于景谷地震发震构造的判断以推测为主(吴坤罡等, 2016), 这可能与目前对景谷地震发震断层参数仅进行了一些定性分析, 还没有开展定量化的限定工作有关。

为此, 我们从云南省震相观测报告中筛选出震源区(23.07° ~23.71° N, 100.24° ~100.84° E)2014年10月7— 23日ML1.5以上的地震记录, 在获得景谷地震余震序列精定位结果和震源机制解的基础上, 反演震源区应力场特征并计算断层面参数, 拟合得到景谷地震震源断层的产状(走向、 倾向和倾角)及错动方式、 方向, 分析了此次地震的震源断层几何学特征。 本文的结果有助于进一步认识和研究景谷地震的发震断层以及区域地震动力学环境。

1 地震地质背景

2014年10月7日13时49分, 云南省普洱市景谷傣族彝族自治县发生MS6.6地震, 地震发生在滇缅活动地块内部, 震中位置为23.4° N, 100.55° E, 震源深度约10km, 属主-余震型的浅源地震。 景谷地震发生在无量山断裂的西支— — 普文断裂的西北延长线上(孙少安等, 2015; 李丹宁等, 2017), 周围主要发育一组左旋(NEE向景谷断裂等)和一组右旋(NNW向镇源-普文断裂带等)断裂, 2组断裂彼此交切, 具共轭剪切性质, 形成棋盘式断裂格局(虢顺民等, 1999)。 思茅-普洱地震带主要受SSE向压应力作用, 但也具有NE向的局部压应力场(吴坤罡等, 2016)。 总之, 景谷地震区地质构造复杂, 现今构造运动强烈, 余震分布显示破裂面走向为NNW(图2a)。

图 2 定位前主震及余震分布(a)、 用于定位的震相走时(b)和M-T图(c)Fig. 2 Distribution of main shock and aftershocks(a), phase travel-time(b)and M-T map(c).

近年来, 景谷MS6.6地震震中附近区域地震活动强烈。 1941年5月16日和12月26日在景谷地震震中南侧的耿马大寨及勐遮分别发生过7级强震(俞维贤等, 1994)。 1988年11月6日又先后发生了MS7.6和MS7.2双主震-余震型的澜沧-耿马地震(俞维贤等, 1991), 整个震区的主压应力轴方向为NNE向, 与云南中部地区主压应力场方向(NNW)不同。 余震序列主要发生在耿马— 澜沧, 形成1条总体呈NNW走向的地震形变带(毛玉平等, 1991)。 澜沧— 耿马一线可能是在NNE主压应力作用下正在形成的NNW向右旋走滑断裂带(王辉等, 1991; 王绍晋等, 1991; 俞维贤等, 1994), 具有明显的新生性。

2 景谷地震余震序列精定位

速度结构和震相到时的拾取精度是影响地震震源位置精度的重要因素(胡幸平等, 2013)。 双差地震定位算法(double-difference earthquake location algorithm)(Waldhauser et al., 2000)是由主事件定位法发展而来, 但不依赖主事件的相对定位方法。 由于该方法使用地震对的走时差进行定位, 当震中分布比较密集, 地震对之间的距离远小于地震对到台站的距离及传播路径上速度不均匀体的线性尺度时, 则可以认为每次地震事件到同一台站具有相同的射线路径, 最大限度减小了速度模型对定位结果的影响(杨智娴等, 2003; 张爱民等, 2006)。 双差定位法是了解震区地震活动时空分布规律及断层构造的行之有效的方法(刘巧霞, 2010), 已被国内外地震学家广泛应用于区域地震活动特征、 活动断层空间展布及其精细结构的研究中(李志海等, 2008; 马宏生等, 2008; 陈翰林等, 2009; 张广伟等, 2011; 赵云峰, 2011)。 但Michelini等(2004)及盛书中等(2017)的相关研究结果表明, 震源处的速度结构对地震波射线有影响, 进而影响到定位结果。 因此, 本文采用多种速度模型进行双差定位, 以获取最优的定位结果, 并利用精确定位余震分布确定断层的几何特征。

2.1 数据处理

本文从云南省震相观测报告中筛选了范围为23.07° ~23.71° N, 100.24° ~100.84° E的地震资料, 其中2014年10月7— 23日ML1.5以上的地震事件共693个(图2a, c)。 剔除离散性较大的震相记录后, 得到P波震相 3833条, S波震相 2653条(图2b)。 从图 3中可以看出, 所选用的18个台站能够很好地包围震中, 空间分布较为理想, 且震相走时(图2b)数据结构良好, 可为双差定位提供充分的数据支持。

云南省震相观测报告中的初始定位结果显示(图2a), 景谷地震余震序列沿NNW-SSE方向展布, 与NE向的澜沧江断裂交切, 主震位于余震丛集区外。 由筛选的余震序列的M-T图(图2c)可知, 景谷地震主震发生后, 随时间的推移, 余震频度逐渐减小, 到本文筛选数据的终止时间, 景谷MS6.6主震初始破裂的余震频度基本达到稳定状态。

据云南省震相观测报告显示, 共有66个台站记录到景谷主震, 本文仅筛选P波到时40s以内的台站(共18个, 图3)进行定位, 这些台站距景谷主震较近, 有良好的波形记录, 且能很好地包围主破裂区。

图 3 景谷MS6.6主震位置及双差定位使用的台站分布图Fig. 3 Location of Jinggu MS6.6 main shock and station distribution involved in the double-difference earthquake location.

2.2 速度模型

速度模型在地震定位、 尤其是确定地震深度时具有重要作用(Michelini et al., 2004)。 双差定位法采用走时差数据, 很好地限制了速度模型的横向不均匀性所导致的误差(白玲等, 2003)。 但震源所在层的水平分层速度模型将对定位结果产生影响(曲均浩等, 2015)。 景谷地震位于兰坪-思茅盆地的边缘、 澜沧江断裂的东侧, 具有极其复杂的地壳结构, 且景谷主震及余震位于地壳低速异常带(李永华等, 2014), 震相走时(图2b)显示景谷地震震区地壳速度结构有明显的分层特征, P波和S波速度在中上地壳存在低速异常, 该异常可能与地壳高度破碎及断层、 微裂隙中的流体有关(Chen, 2001)。 因此, 对本次余震序列进行重定位, 确定合适的速度模型尤为重要。

在先前有关该区域的研究中, 研究者采用或给出的速度模型差异较大, 故在本研究中采用吴建平等(2006)(WJP)、 徐甫坤等(2015a)(XFK)和呼楠等(2013)(HN)修正的速度模型, 在双差定位程序中采用相同参数对相同数据进行定位, 并探讨速度模型对重定位结果的影响。 具体速度模型见图4。

图 4 本研究所用速度模型
WJP 吴建平等(2006); XFK 徐甫坤等(2015a); HN 呼楠等(2013)Fig. 4 Velocity models used in this study.

速度模型XFK、 HN和WJP的波速比分别取1.75、 1.96和1.73。 由于P波到时资料的拾取精度高于S波, 因此在定位过程中将P波权重设置为1.0, S波权重设置为0.7。 XFK和HN采用7层速度模型, 最大P波速度分别为8.1km/s和7.37km/s。 WJP采用6层速度模型, 最大P波速度为7.8km/s。

2.3 数据计算及定位结果

首先采用Ph2dt程序利用修改后的震相观测报告中的P波和S波震相计算走时差文件, 并转换为精定位主程序HypoDD的输入文件。 研究区可用台站较多, 地震多且分布密集, 依据台站分布将地震事件和台站之间最大离散距离设置为400km, 事件对之间的最大离散距离设为15km, 单个事件的震相和可组成事件对的最小数目为4个。 在定位过程中, 设定每次地震定位使用的台站数量和震相数不少于4个。 经过筛选, 共有639个地震的3 9492对震相参与定位。

定位结果(图5, 表1, 表2)显示, 基于不同速度模型的双差定位结果是稳定的, 但定位得到的地震数量和误差存在一定差异。 定位数量最大相差79个, 定位误差在EW向最大相差0.08 35km, SN向最大相差0.10 47km, Z向最大相差0.14 82km。 由此可知, 利用景谷地震周边的速度模型模拟地壳、 上地幔真实的速度结构时, 可能在空间范围内存在约0.1km的误差。

and BB' profiles.'>图 5 采用3种速度模型定位结果及沿AA’ 和BB’ 深度剖面震源分布
采用WJP (a)、 XFK (b)、 HN (c)速度模型得到的定位结果Fig. 5 The locating results of three velocity models and focal depth along the AA' and BB' profiles.

表1 采用不同速度模型得到的定位结果 Table1 The locating results of different velocity models
表2 本文及不同机构给出的主震位置 Table2 The location of the main shock determined by this paper and by different institutions

将基于3种模型定位得到的主震位置与其它机构给出的结果(表2)进行对比后发现, 定位误差在水平方向上相差很小, 主要为震源深度的差距。 震源深度是研究地震成因和机制的重要的参数, 重定位过程中, 双差定位可对地震震源深度进行有效地约束(杨智娴等, 2003)。 采用不同模型定位后(图5), 主震和余震序列震源深度均集中在5~15km, 位于地壳的上部。

定位得到的主震深度(表2)和其它机构的结果相比有一定差异, 但与徐甫坤等(2015a)、 陈浩等(2016)采用双差定位法, 李丹宁等(2017)采用波形互相关定位的结果相近, 且与人工采用Loc3dSB川滇3-D定位方法获得的震源深度19km相近。 本文所采用的3种模型中, 速度模型WJP(吴建平等, 2006)可以获取较多数量的重定位地震, 其定位误差相对较小(表1), 与初始定位结果相比, 重定位后震群的水平分布更加集中(图5)。 因此, 在下文中主要讨论基于吴建平等(2006)的速度模型得到的精定位结果。

3 震源机制解

gCAP(generalized Cut and Paste)(Zhu et al., 2013)全矩张量反演方法是在CAP(Cut and Paste)(Zhu et al., 1996)波形反演震源机制解的基础上发展而来的。 其反演结果对速度模型依赖小, 且采用近震拟合, 不但减小了对台站数量和方位角的依赖, 而且提高了信噪比和反演精度, 在国内外得到了广泛应用(Zhang et al., 2014; 易桂喜等, 2015; Zhu et al., 2016; 梁姗姗等, 2017)。 本文依据中国地震台网记录的云南省地震台站连续波形数据, 采用gCAP法计算景谷地震主震及ML3.0以上余震的震源机制解。

3.1 原理方法

双力偶点源所激发的地震波场可以表达为(安艺敬一等, 1986)

unr, t; rs=∂isGnjr, t; rsMij(1)

其中, Mij为矩张量, Gnj为格林函数, r和rs分别代表接收点和源点的空间坐标, t为时间, ∂is中的上标s表示偏导算子, 作用于震源空间坐标rs上。

震源深度是很难确定的参数, 计算速度模型和不同震中距的格林函数时, 震源深度对理论地震图的形态将产生直接影响, 并在一定程度上影响震源机制解的反演结果(赵凌云等, 2010)。 为了减小震源深度误差对震源机制解反演结果的影响, 反演过程中采用格点搜索法对震源深度进行了搜索, 以波形拟合误差最小的震源深度和相应的震源机制解作为最佳拟合结果(赵凌云等, 2014)。

3.2 数据处理

通常情况下, 区域速度结构的横向不均匀性随着震中距的增加而增大, 区域地震台站记录的震相复杂性也随着震中距的增加而增大(王小龙等, 2015)。 因此, 利用区域地震波形反演中强地震的震源机制解时, 常采用震中距250km范围内的台站记录(郑勇等, 2009; 谢祖军等, 2012)。 本研究中, 根据云南省震相观测报告, 筛选P波到时在30s以内的台站, 截取研究区内ML3.0以上事件开始前10s— 事件结束后50s的波形记录。 对挑选出的波形数据先去除仪器响应, 旋转至大圆路径得到径向、 切向和垂向的速度记录, 再分成Pnl和面波2个部分, 并分别对Pnl、 面波部分进行0.05~0.2Hz和0.05~0.1Hz的带通滤波。

3.3 反演结果

本文利用gCAP方法反演了2014年10月7— 23日研究区内ML≥ 3.0的地震, 获得景谷主震和余震序列共46个地震的震源机制解(表4, 图6b)。

表4 景谷Ms6.6地震主震及余震序列震源机制解 Table 4 Focal mechanism solutions of the main shock aftershock sequence of Jinggu Ms6.6 earthquake

图 6 震源机制解结果
a 与其它机构的对比结果; b主震及余震序列的46个震源机制解分布Fig. 6 Focal mechanism solution result.

为验证反演结果, 选取中国地震局地质研究所、 中国地震局地球物理研究所、 GCMT和徐甫坤等(2015a)的结果进行比较, 对比结果见图6a和表3。 断层面解的3个角度存在一定的偏差, 这种偏差可能与反演过程中选取的台站分布、 网格搜索步长或速度模型不同有一定联系(吕坚等, 2013)。

表3 不同机构主震震源机制解 Table3 Focal mechanism solution of the main shock from different institutions

根据获得的46个震源机制解在上半球乌尔夫网投影中绘制了每个震源机制解的节面走向(图7a)和P轴走向的优势方位(图7b)。 图7a说明了由震源机制解获得的2个节面的优势方位分别为NNW和NNE向, 其中NNW向节面与余震序列的破裂方向(图7b)一致, 节面上箭头的方向代表了单个地震事件破裂时上盘沿节面的滑动方向, 优势方向为向右水平滑动。 图7b中P轴的优势方位为NNE向兼局部NW向, 说明由震源机制解得到的震源区主压应力场方向为NNE向和局部NW向。

图 7 震源机制解优势节面及上盘沿节面运动方向(箭头)(a)和下半球投影的震源机制解及P轴优势走向(b)Fig. 7 The dominant nodal plane of focal mechanism solutions and the motion direction of the upper wall along the nodal plane(arrow)(a); Focal mechanism sulutions(lower hemisphere projection)and the predominant orientation of P axis(b).

大震或强震往往与大范围的构造活动有关, 受控于大范围构造应力场的空间分布状态(王曰风, 2007)。 景谷地震震源区主压应力方向与1988年发生耿马MS7.5地震的耿马-澜沧地震带的NE-SW主压应力方向(王凯等, 1991)基本一致, 也受到云南中部地区NW向主应力场的部分影响。 说明景谷地震和耿马地震的发震断层都是在大范围构造应力主导下, 受局部构造应力场环境影响的NW向新生断层。

4 震区应力场特征

与强震的震源机制解相比, 单个中小地震的震源机制由于求解资料相对较少, 受到的干扰更大。 但中小地震远远多于强震, 综合大量中小地震的震源机制解可减小局部构造条件的影响, 较好地约束构造应力主轴的方向(Hardebeck et al., 2006; 郑建常等, 2013), 从而凸显出整个区域的构造应力场特征。

采用震源机制解确定构造应力场有多种方法(Gephart et al., 1984; Michael, 1984; Hardebeck et al., 2006; Maury et al., 2013), 这些方法通常基于以下3种假设: 1)构造应力场在区域上是均匀的; 2)地震发生在预存的不同方向的断层上; 3)滑动向量指向断层上的剪切应力方向。 本文采用基于Michael(1984, 1987)方法改进的迭代应力反演方法(Vavry c˙uk, 2014)。 该方法在Michael(1984, 1987)方法的基础上引入Lund等(1999)的断层失稳准则进行约束, 修正了Michael(1984, 1987)方法在未知断层节面的情况下直接反演导致的断层节面的非稳定性。 迭代应力反演法在确定断层面的基础上进行多次迭代, 直到找到应力收敛的最佳值。

图 8 研究区应力反演结果
a 检索到的主压应力P轴(红色)、 T轴(蓝色)方向; b 红色、 绿色和蓝色分布代表σ 1、σ 2和σ 3主应力方向; c 莫尔圆图与断层位置(蓝色十字); d 相对应力R值分布Fig. 8 The stress inversion result of the study area.

应力反演得到的2个节面分别为: 节面Ⅰ 走向350.26° 、 倾角87.96° 、 滑动角-167.12° ; 节面Ⅱ 走向224.29° 、 倾角80.67° 、 滑动角-9.15° 。 震源区最大主压应力方向为NNE向(方位角为197.99° 、 俯角为12.36° ), 最小主压应力方向为SEE向(方位角为107.09° 、 俯角为4.09° ), 中间主压应力的方位角为359.10° 、 俯角为76.96° , 相对应力R值为0.72。

采用主震和余震震源机制解反演的应力场结果与震源机制解统计的P轴优势走向(图7b)基本一致, 最小主压应力来源于σ 3方向。 本文反演得到的景谷地震最大主压应力方向与怒江— 澜沧江断裂带以东、 红河断裂带以西右行扭动的澜沧江断裂带和营盘山、 把边江断裂围限区域现今构造应力场NE向的主压应力方向(欧作畿, 1983, 李群芳, 1992)一致, 也与前人根据震源机制解获取的景谷地震震源区应力场方向(徐甫坤等, 2015a; 陈浩等, 2016; 李丹宁等, 2017)及早期的研究结果(许忠淮等, 1989; 谢富仁等, 2001; 万永革, 2011)— — 滇西南主压应力优势方位为NNE— NE、 思茅-普洱地震带主要为SSE方向及局部NE向主压应力场方向一致。

5 断层面参数反演

万永革等(2008)采用模拟退火全局搜索和高斯牛顿局部搜索相结合的方法, 获取了断层面参数的全局最优解及其误差, 并依据区域构造应力场参数估计了断层面上的滑动角, 这在确定地质活断层的几何形态上具有重要意义。 该算法曾成功应用于唐山地震和滦县地震断层的推算, 得到了与其它数据反演相吻合的结果, 在国内也得到了较为广泛的应用(李守勇等, 2011; 卜玉菲等, 2013; 郑建常等, 2013; 盛书中, 2015; 董宗明等, 2017)。

本文依据上述方法, 对地震发震断层参数进行反演, 并根据上文获得的应力场参数估计了断层面的滑动角。

5.1 断层面拟合结果及分析

根据上述小震精定位结果, 选取图 9所示的矩形区域内的余震序列事件进行反演。 由震中分布图可以看出, 在主震附近存在NW向小震丛集, 反映了该方向的断层活动性。 由选定的余震序列震源深度图(图10, 535个事件)可知, 震源深度主要为5~10km, 但也有一些地震离散分布, 在筛选过程中应去除离散分布的小震数据, 采用丛集性较强的地震, 得到的结果会更加精确(杨超群等, 2013)。

图 9 断层面反演中所用余震数据及选取的区域Fig. 9 Aftershock data and selected regions used in fault plane inversion.

选取筛选后的事件参与断层面的反演。 由于参与反演的地震较多, 地震带状分布明显, 所得到的走向、 倾角的标准差均很小。 从图 10中可以看出大部分小震分布在所求断层面的附近, 并且基本以断层为中心向两侧对称分布(图11)。

图 10 震源深度频度分布图Fig. 10 Focal depth-frequency distribution map.

图 11 景谷地震断层附近的小震分布
a 平面分布; b 沿断层面分布; c 垂直于断层面横断投影; d 小震距断面距离分布Fig. 11 Distribution of small earthquakes near the Jinggu earthquake fault.

所得结果见表5。 反演所得的断层走向332.75° , 倾角89.53° , 近直立, 依据反演后所得破裂面顶点的坐标可知, 景谷地震断层面破裂长约17.2km。

表5 景谷地震余震精定位资料反演得到的发震断层的走向、 倾角及顶点位置 Table5 Strike, dip and vertex positions of the seismogenic fault obtained from inversion of fine location data of aftershocks of the Jinggu earthquake
5.2 断层面滑动角的确定

虽然根据上述方法得到了断层面的走向、 倾角及标准差, 然而滑动角对了解断层的相互作用是至关重要的。 依据小震震源机制解资料得到该区的震源应力场参数, 并基于地震断层错动方向与局部应力场在该断层面上作用的剪切应力方向一致的合理假定, 采用万永革等(2008)给出的断层滑动角估计方法, 根据应力轴方位较倾角准确、 R值较难准确确定的准则, 假定P轴、 T轴的方位角误差为5° , 倾角误差为10° , R值取上文的计算结果0.72(误差为0.1), 计算出断层的滑动角为-167.12° , 其标准差为8.67° , P轴和T轴的平均夹角为90° 。

本文采用余震序列反演的断层参数(走向332° 、 倾角89° 、 滑动角-167° )和主震震源机制解(走向333° 、 倾角68° 、 滑动角-170° )基本一致。 综合以上计算结果, 基本可以得到景谷地震发震断层的几何形态: 景谷地震的发震断层在NNE向主压应力下, 自下向上、 自SSE向NNW沿走向332° 破裂, 下界深度19.085km, 上界埋深2.746km, 表明该震源断层未切穿地表, 这和震中仅具有张性重力裂缝, 未发现地表破裂带(石峰等, 2014)的现象一致。 反演得到的断层滑动角为-167.12° (标准差8.67° ), 表明其破裂性质为正断。

6 讨论与小结
6.1 讨论

本文利用双差定位法对景谷地震余震序列进行了精定位, 依据gCAP方法计算了ML≥ 3.0地震的震源机制解并反演了震源区应力场参数和断层面参数。

一般而言, 根据余震分布反演断层面参数需要大量小震震源参数。 本文采用景谷地震主震后15d的余震数据, 虽然数量少, 但具有很好的丛集性, 且景谷MS6.6主震初始破裂15d后余震基本保持较少数量的稳定水平(图2c), 说明初始断裂的应力基本释放结束。 之后对反演数据进行了筛选, 反演得到的断层面走向、 倾角误差都很小, 这也证明了本文所采用数据具有稳定性。

采用不同速度模型对景谷地震的余震进行双差定位, 所得的定位结果相差不大, 但震源深度和定位误差有一定差异。 因此在应用双差定位法时, 应选取几个速度模型对定位结果进行对比分析(Michelini et al., 2004)。 国内外研究者利用不同计算方法得到的2014年景谷地震主震的震源机制解结果之间存在一定差异(表3), 综合研究区上地壳结构的复杂性, 这些误差是完全可以接受的, 本文得到的结果和GCMT所得结果的一致性较好, 但本研究采用的是区域体波和面波测定的结果, 观测点更接近震源, 在这种情况下, 万永革等(2001)认为可以得到更多的震源信息。

景谷地震发生在川滇块体南侧的思茅-普洱地震区, 该区地质构造复杂, 主要发育有NE向景谷左旋断裂和NW向普文右旋断裂带等。 这与1988年11月耿马主震的3个子事件的NW向发震构造、 震源机制解及其反演所得NE-SW向主压应力具有较好的一致性, 但与云南中部地区的NNW向应力场方向不一致(王凯等, 1991)。 景谷地震也受到云南中部地区NNW向主应力场的部分影响, 这与澜沧-耿马地震一致, 说明其发震断层很可能是正在形成的新生活动断裂。

6.2 小结

通过上述的工作和讨论, 可以获得如下一些初步结论:

(1)景谷主震的震源位置为23.38° N, 100.47° E, 震源深度17.8km。 根据景谷地震余震序列的精定位结果, 沿破裂面NW走向的小震具有丛集分布的特征, 震源深度主要分布在5~15km, 景谷地震的发震断层位于地壳上部。

(2)通过计算和分析景谷地震主震及余震序列ML≥ 3.0的震源机制解, 主震震源机制最佳双力偶解为: 节面Ⅰ , 走向239° 、 倾角81° 、 滑动角-22° ; 节面Ⅱ , 走向333° 、 倾角68° 、 滑动角-170.31° 。 发震断层震源机制解的类型主要以走滑为主, 有42个, 占91.3%; 震源机制解水平最大应力方位集中, 区域构造应力场的主要特征为NNE-SSW向的挤压(P轴)和NW-SE向的拉张(T轴), 同时受到云南中部地区NNW向应力场的影响。

(3)景谷地震发震断层的产状为走向332.75° 、 倾角89.53° 、 滑动角-167.12° , 是一条兼具正断层性质的高角度走滑断层, 破裂面长约17.2km, 破裂上界面深2.746km, 未断错到地表。

(4)基于主震及余震序列的重定位、 震源机制解及震源区应力场结果, 景谷MS6.6主震破裂面(NW向)与研究区已知的近SN向澜沧江断裂、 近NE向景谷断裂有较大差别, 且初始破裂未延伸至普文断裂, 初步推断本次地震的发震构造具有新生性。

致谢 国家地震科学数据共享中心(http://data.earthquake.cn/)为本研究提供了数据支撑; 云南省地震局为本研究提供了震相观测报告; 文中所用的HypoDD1.3定位程序由Waldhauser F博士提供; 美国圣路易斯大学朱露培先生提供了gCAP程序; 防灾科技学院万永革教授提供了断层面参数反演程序; 波形数据处理过程中采用了SAC(The Seismic Analysis Code)和Obspy程序; 图件采用GMT(Generic Mapping Tools)和FaultKin绘制; 审稿专家为本文的进一步完善提出了有价值的意见与修改建议。 在此一并表示感谢!

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