四川荣县—威远—资中地区显著地震活动及其破裂尺度研究.pdf

12第 2 期（总第 187 期）2023 年 6月No.2Jun.2023四川荣县威远资中地区显著地震活动 及其破裂尺度研究左 洪1，2，梁明剑1，2，江宁波1，2，廖 程1，2，宫 悦1，王宇航1，罗 勇1，2（1 四川省地震局，四川 成都 610041；2 中国地震局成都青藏高原地震研究所，四川 成都 610041）摘 要：基于四川地震台网观测资料，利用双差定位方法进行区域地震重新精定位，获得了 20182021 年荣县威远资中地区ML1 8 以上地震的 5 375 个精定位结果。结合精定位地震的成带分布特征与震源机制解结果，探讨了研究区域 4 个显著地震的震级与破裂尺度经验关系。得到结论：（1）研究区域东部的丛集地震震源深度主要集中在 35 km，主要走向为北东向。西部余震成带分布（有南北走向和与墨林场断层同向的北西向）。北东向分布的地震可能是由威远背斜北东向的荣县-威远隐伏断裂错动引发的。西部地震的震源深度跳跃较大，深部耦合关系不好，而东部地震的深浅耦合关系好，显示出断层连续性较好，更易形成较大规模的断层破裂风险。（2）结合区域内余震成带分布方向与震源机制解的优势破裂方向，得到研究区域内的 4 个显著地震的破裂尺度，拟合得到荣县威远资中地区震级（MS）与破裂尺度（L）的关系为MS=5 036 5 lg（L）+1 5851。关键词：荣县威远资中地区；地震破裂尺度；弱活动构造中图分类号：P315 3 文献标识码：A 文章编号：1001-8115（2023）02-0012-06DOI：10 13716 j cnki 1001-8115 2023 02 002收稿日期：2023-01-15；修回日期：2023-03-10基金项目：四川省地震局地震科技专项（LY2217）、地震科技星火计划（XH23032YA）和中国地震局工程力学研究所基本科研业务费专项资助项目（2020EEEVLO101）联合资助作者简介：左 洪（1996-），女，四川成都人，助理工程师，主要研究方向为地震定位与深部成像 E-mail：1014687055 qq com通讯作者：梁明剑（1979-），男，广西北海人，高级工程师，主要研究方向为地震构造探查和断裂活动习性研究 E-mail：23800794 qq com四川盆地西邻青藏高原，是扬子地台西缘的构造-沉积盆地（吕宝凤等，2005）。四川盆地内的地表构造形迹主要受周边大型构造带活动的影响，形成多期多组构造叠合的复杂构造格局，以华蓥山断裂带和龙泉山断裂带为界，华蓥山断裂带为盆地以东的川东南高陡构造区的主要构造带，龙泉山断裂带以西为川西前陆盆地，介于两者之间的区域为川中隆起区（谷志东等，2012；邓宾等，2013）。自 1970 年有地震台网观测记录以来，四川盆地的地震活动呈现较弱的状态，但近十多年来盆地的地震活动频次和强度呈上升趋势（张致伟等，2019）。2019 年发生的长宁 MS6 0 地震打破了四川盆地地震震级不上 6 0 的历史。四川盆地南部随着地震活动的显著增强也备受关注（张致伟等，2019；易桂喜等，2019，2020；雷兴林等，2020；宫悦等，2020；李大虎等，2021；孙权等，2021）。同时，该地区的地震活动与区域构造之间的关系、潜在地震最大震级等问题也亟待解决。地震震级与破裂尺度的关系在地震危险性分析中往往起到重要的作用，通过野外调查研究区域的地表断裂破裂长度，带入经验关系就能初步获知研究区的潜在最大地震，从而进行地震危险性评估分析。自从Tocher（1958）首先建立了震级与地震地表破裂长度的经验关系以来，国内外在这一领域已经进行了不少的研究（Krinitzsky et al，1977；郭增建等，1979；邓起东等，1992；Wells et al，1994；闻学泽，1995；冉洪流，2011）。地震的地表破裂的最大长度是反映地震断层规模或长度的重要依据，通常地震发生后，通过地表破裂带和相关断裂的野外调查可确认地震破裂尺度；通过地震形成地表破裂的遥感解译也可判定地震破裂尺度；通过精定位得到的余震分布长度也可视作地震破裂尺度的判定依据。当前，已发表的中国大陆相关的地震震级与破裂尺度的经验公式主要依赖于中国西部和华北等地区强活动构造上的强震震例，这些地震往往伴随有明显的地表破裂和同震位错。然而，弱构造变形的四川盆地区域，历史上地震活动频度与强度较弱，鲜有大于 MS5 0 地震发生，即使发生了，也较难发现地震引起的地表破裂痕迹；而且地表断裂往往随褶皱构造而伴生，大部分处于隐伏状态，甚至缺乏深部构造背景。利用地震破裂的经验关系来研究弱构造活动区的地132023 年 6 月左 洪，等：四川荣县威远资中地区显著地震活动及其破裂尺度研究震危险性也成为一大难题。四川盆地中部的荣县威远资中地区历史地震活动水平较低，20082017 年仅发生过 ML3 0 以上地震 29 次。2018 年以来，地震活动频次和强度明显增强。统计结果显示，20082014 年该区域 ML2 0 以上地震的年均频次为 12 次，20152017 年的年均频次增至 263 次，20182021 年的年均频次已突升至887 次。而且，地震强度也呈现明显增大的趋势，相继发生了 2019 年 2 月 24 日荣县 MS4 7、2 月 25 日荣县MS4 9、9 月 8 日威远 MS5 4 及 12 月 18 日资中 MS5 2 等中强地震（易桂喜等，2020）。荣县威远资中地区的震情形势越来越受关注，研究区域的断层大多属于隐伏状态，中强地震发生后，野外调查很难找到地表破裂痕迹，遥感解译也难分辨出可能形成的地表破裂，利用地表破裂长度作为破裂尺度评估已不适合这样的隐伏构造区，而近年来发生的较多中小地震对于研究破裂尺度正好起到重要补充作用。本文以荣县威远资中地区的显著地震为研究对象，通过地震精定位获取显著地震的破裂尺度，结合震源机制解及地震构造特点等因素的约束，分析显著地震的地震破裂尺度，用于评估研究区域活动断层的潜在地震最最大震级风险。1 区域地质背景及地震活动荣县威远资中区域位于川中隆起区西南部，威远背斜是该区域内主要构造格架（四川省地质局，1980）。其中，威远背斜为川中隆起区规模最大、隆起最高的背斜构造，轴向 NE-NEE，长约 100 km，北西翼较缓，南东翼较陡（刘树根等，2008；许海龙，2012；李英强，2018；易桂喜等，2020）。川中隆起区在构造上比较稳定，水平方向构造作用比较弱，主要为盆地底部基底的相对隆升（郭卫星等，2021），地表以舒缓褶皱构造为主，伴生有逆冲断裂体系东西向和北东向褶皱断裂构造（谷志东等，2012），如大垭口断层、墨林场断层、东兴场断层、黄角坡断层、重滩断层、资中断层等，但是大部分断裂处于隐伏或者部分隐伏状态。据地球物理深部资料分析，威远地区的基底埋深 47 km，从西往东的基底深度逐渐变深，威远地区是四川盆地的最高部分。研究区域内西南部主要发育的断层为轴向北西的墨林场断裂（Yang et al，2020），全长约 18 km，为中小地震活动带。历史上只发生过一次 M4 0 地震，即 1967 年 7 月 29 日的荣县 M4 0 地震。野外调查还发现了与墨林场断裂共轭的北东向断裂。北东向荣县威远基底隐伏断裂位于威远背斜南侧，是自流井背斜向威远背斜过度的边界断裂，全长约 200 km，为中小地震活动带，历史上曾发生过 2 次 M4 0以上地震（四川省地震局，1982；图 1）。图 1 研究区域主要断裂、M 4.7 历史地震及 2019 年以来 MS4.0 地震分布142023 年第 2 期四 川 地 震2 数据与方法地震重新定位是研究地震活动性以及活动构造等的重要基础工作之一。双差定位法是由 Waldhauser F和 Ellsworth W L（2000）提出的一种相对地震定位方法。其原理是将每个台站观测的事件组成台站事件对，使得地震对的观测和理论走时之差的残差最小。这种方法使两事件至同一台站的走时差只由两个事件的相对位置以及他们之间小范围内的波速决定，消除了震源至地震台站共同的传播路径效应，有效减少了由于对地壳结构了解不精细而引起的误差（谢卓娟等，2017）。本文基于四川地震台网的 78 个台站记录资料，选取了 20182021 年荣县威远资中地区 ML1 8以上 5 582 个地震的地震目录和观测报告数据。其中，观测到 ML1 81 9 地震 1 688 次，ML2 02 9 地震 3 683 次，ML3 03 9 地震 203 次，ML4 04 9 地震 6 次，ML 5 0 地震 2 次，震源深度集中在 2 8 km。最终筛选出 5 375 个 ML 1 8 的地震事件及 306 121 条 Pg 波震相到时数据用于地震重定位研究，并对该区域显著地震的破裂尺度进行了初步分析。本次精定位采用易桂喜等（2020）利用多阶段定位方法在荣县威远资中地区得出的一维速度模型（表 1），该模型将地层分为 12 层。采用余震空间分布法来确定显著地震的破裂尺度是最常用的方法之一。强震的余震区是地震断层发生应力调整的表现形式，其范围的大小即可反映震源体的大小，也可反映地震断层的规模。因此，人们常用余震区长轴的长度来代表地震断层的长度（Darragh et al，1987；Wells et al，1994；王家鼎等，1995；李忠华等，1999；龙锋等，2006；孙银涛等，2016）。大震后余震活动时间的选取对破裂尺度的确定至关重要，一般采取大震后早期（几小时至几天内）的余震分布，避免由于余震分布随时间扩展或者触发型余震对主震破裂尺度的干扰（龙锋等，2006）。由于地震分布时常有成带性或丛集性的特点，需合理判断地震的破裂尺度和破裂方向。若余震成带分布特征明显，跟发震构造特征及震源机制解比较符合时，则直接将余震带的长度和方向作为地震破裂；若余震分布为丛集性特征，成带分布不明显，则综合震源机制解的截面选取合理的地震破裂。表 1 荣县威远资中地区一维速度模型（易桂喜等，2020）层号123456789101112顶层深度 km0 06 08 010 016 018 020 025 028 034 043 061 0VP（km s）5 155 645 725 966 136 226 446 596 716 757 627 793 显著地震的破裂尺度与破裂方向的拟定31 小震成带分布特征重新精定位的水平方向定位误差为 0 18 km，垂直方向定位误差为 0 39 km。重新精定位前（图 2a）地震分布较为分散，深度主要为 28 km。重新精定位后（图 2b）的地震平面分布更为集中。结合前人的研究发现，以威远为界可分为东西 2 丛，地震成带走向比重新精定位前的更明显，整体深度主要分布为 26 km（陈秋玉，2021；杜广宝等，2021）。威远东部的地震分布比较紧密，且地震成带分布方向比较一致，2 个 MS5 0显著地震均为倾滑右旋逆冲断层活动产生，优势破裂方向均为北东向（易桂喜等，2020）。西部地震成带分布方向比较分散，主要有北东向、北西向和近南北向3个方向。北西向的地震成带与墨林场断裂走向比较一致，与墨林场断裂共轭方向的北东向成带分布的地震可能与四川盆地威远背斜北东向的荣县威远隐伏断裂错动有关。从震源深度分析，西部的主震深度比东部更深，但余震很快跳跃到约 3 km 的浅部；东部的深部与浅部地震比较紧密，深浅断裂的耦合关系较好，可显示出断层连续性较好，更易形成较大规模的断层破裂风险。32 威远MS5.4地震和资中MS5.2地震的余震分布特征及破裂尺度重新精定位后，威远 MS5 4 地震的震源深度主要集中在 35 km，余震分布的走向为北东方向。主震发生后 72 小时内，余震往北东方向扩散，且余震的震源深度越来越浅。威远 MS5 4 地震震源机制解节面为地震主破裂面，地震断层走向为 29，倾角 24（表 2）。前人的研究也发现震源机制解优势方向为北东向（易152023 年 6 月左 洪，等：四川荣县威远资中地区显著地震活动及其破裂尺度研究桂喜等，2020；雷兴林等，2020；Wang et al，2020）。结合震源机制解的优势破裂方向，截取震后 72 小时内的余震分布长度，得到威远 MS5 4 地震的地震破裂尺度约为 5 4 km。表 2 荣县威远资中地区显著地震的震源机制解a发震时间 震中位置节面I节面II震级年-月-日 时：分：秒经度（）纬度（）深度 km走向 倾角 滑动角 走向 倾角 滑动角 MWMS2019-02-24T05 38 09 0104 4929 48525389719652854 5 4 72019-02-25T13 15 58 0104 5029 4751885791633884 7 4 92019-09-08T06 42 14 2104 8229 581029249620266875 1 5 42019-12-18T08 14 05 8104 8329 60141531057682955 0 5 22020-02-16T04 28 19 0104 5029 48100329018058904 5 4 4资中 MS5 2 地震的震源深度主要集中在 25 km，主震重定位深度为 7 km，比威远 MS5 4 地震的深度（9 km）稍浅。根据余震的分布，走向比威远地震更偏向北东。震源机制解结果显示，资中 MS5 2 地震震源机制解节面为主破裂面，断面倾向南东，倾角 82。结合震源机制解的优势破裂方向，截取震后 72 小时内的余震分布长度，得到资中 MS5 2 地震的地震破裂尺度约为 5 56 km。33 威远地区地震震级与破裂尺度的关系研究区域内共有 5 个 MS4 0 以上的地震，分别为 2019 年 2 月 24 日荣县 MS4 7、2 月 25 日荣县 MS4 9、9 月 8 日威远 MS5 4、12 月 18 日资中 MS5 2 及 2020 年 2 月 16 日荣县 MS4 4 地震。其中荣县 MS4 9、MS4 7震群与威远 MS5 4 的地震破裂尺度如图 3 所示。结合震源机制解（表 2）的结果，2019 年 2 月 24 日荣县MS4 7 地震震源机制解节面为地震主破裂面，地震断面倾向南东，倾角 38。2 月 25 日荣县 MS4 9 地震震源机制解节面为地震的主破裂面，地震断面倾向南东，倾角 33，均为倾滑右旋逆冲断层。所以 2019 年2 月 2425 日的地震可看作震群型。震群型地震选取震后 48 小时内的余震，结合震源机制解的主破裂方向，得到荣县 MS4 9 地震的破裂长度约为 4 12 km。2020 年荣县 MS4 4 地震震源机制解的节面为地震主破裂面，地震断面倾角为 32，为南北走向。结合余震成带分布特征，主震破裂长度约为 3 98 km。得到 4a 魏娅玲 2022 以精定位地震活动与震源参数为背景探究成渝经济圈现今地震活动性 结题报告（a）重定位前地震分布，（b）重定位后地震分布，（c）AA 剖面分布，（d）BB 剖面分布，（e）CC 剖面分布图 2 2018-2021 年荣县威远资中地区 ML1.8 以上地震重新精定位平面分布和剖面图162023 年第 2 期四 川 地 震个显著地震的破裂长度（表 3）后，经过公式拟合（图 4）初步得到威远地区震级（MS）与破裂尺度（L）的关系为 MS=5 036 5lg（L）+1 585 1，其中 MS为地震面波震级，L 为余震长度定义的主震破裂尺度。公式拟合的均方差为 0 031，由于样本量较少，公式适用于计算荣县威远资中地区发生的最小地震（MS4 4）和最大地震（MS5 4）之间的地震破裂尺度估算。图中D为通过余震分布与震源机制解得到的破裂尺度图 3 荣县 MS4.9、4.7 震群（a）与威远 MS5.4 地震（b）的地震破裂尺度4 结论与讨论基于四川地震台网记录资料，利用双差定位法获得了 20182021 年荣县威远资中地区 5 375 个ML 1 8 地震的重定位结果。结合震源机制解，初步分析了研究区的地震分布特征及 4 个显著地震的破裂尺度。主要得到以下结论：（1）结合震源机制解的优势破裂方向，发现研究区域东部的丛集地震深度主要集中在 35 km，主要走向为北东向，震源深浅部耦合关系较好。西部地震成带分布，主要有北东、北西和近南北向 3 个优势方向。与墨林场断裂走向共轭的北东向地震可能是由四川盆地威远背斜北东向的荣县威远隐伏断裂错动引发的。且西部震源深度跳跃较大，深部耦合关系不好。（2）结合余震成带分布方向与震源机制解的优势破裂方向，得到研究区域内的 4 个显著地震的破裂尺度，拟合得到荣县威远资中地区震级（MS）与破裂尺度（L）的经验关系为 MS=5 036 5lg（L）+1 585 1。研究区域震级与破裂尺度的经验公式需要尽量多的地震数据拟合得出，由于研究区域本就属于弱构造变形的四川盆地内部，历史上地震活动频度与强度较弱，依靠仅有的 4 个地震数据仅能初步得出一个经验公式，为研究该区域的地震危险性评估提供支撑。下一步可继续研究区域内更多历史显著地震的破裂尺度，得到更准确的震级与破裂尺度的经验关系。参考文献陈秋玉 2021 四川盆地威远、荣县地区地震活动和震源特征研究 D 北京：中国地震局地震预测研究所邓宾，刘树根，王国芝，等 2013 四川盆地南部地区新生代隆升剥露研究：低温热年代学证据 J 地球物理学报，56（6）：图 4 4 个显著地震的震级与破裂尺度经验关系表 3 威远-资中-荣县地区显著地震破裂尺度发震时间2019-02-252019-09-082019-12-182020-02-16发震地点荣县威远资中荣县震级大小 （MS）4 9和4 7震群5 45 24 4破裂尺度 km4 125 405 563 98172023 年 6 月左 洪，等：四川荣县威远资中地区显著地震活动及其破裂尺度研究1958-1973邓起东，于贵华，叶文华 1992 地震地表破裂参数与震级关系的研究 C 北京：地震出版社，247-264杜广宝，吴庆举，张雪梅，等 2021 四川威远及邻区中小地震活动特征及地壳精细结构研究 J 地球物理学报，64（11）：3983-3996宫悦，王宇玺，梁明剑，等 2020 2019 年四川长宁 6 0 级地震序列时空演化特征及其地震构造环境研究 J 地震，40（4）：90-102谷志东，闫淑玉，张波，等 2012 川中威远低缓隆起区三叠系地层中的构造解耦记录及其构造暗示 J 北京大学学报（自然科学版），48（2）：262-272郭卫星，唐建明，欧阳嘉穗，等 2021 四川盆地南部构造变形特征及其与页岩气保存条件的关系 J 天然气工业，41（5）：11-19郭增建，秦保燕 1979 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raised rapidly since September 26，2021 before the MS4 2 Changzhou earthquake that occurred on December 22，2021 The enhancement of water temperature increased by about 0 15，whereas the rate of water temperature became slowly after the earthquake The comparison results of the two sets of instruments showed that the changes were in good agreement with the same trend The results of harmonic analysis and water chemical composition analysis showed that the abnormal changes might be related to tectonic activities The analysis results showed that the reliability of the water temperature anomaly in the well is relatively high，which indicates a certain precursory significanceKeywords：water temperature；Chaohu-well；anomalySichuan，China J Seismological Research Letters，91（6）：3182-3194Study on Significant Seismic Activity and Rupture Scale in the Rongxian-Weiyuan-Zizhong RegionsZUO Hong1，2，LIANG Mingjian1，2，JIANG Ningbo1，2，LIAO Cheng1，2，GONG Yue1，WANG Yuhang1，LUO Yong1，2（1 Sichuan Earthquake Agency，Sichuan Chengdu 610041，China；2 Chengdu Institute of the Tibetan Plateau Earthquake Research，China Earthquake Administration，Sichuan Chengdu 610041，China）Abstract：Based on the observation and recorded data from Sichuan seismic network，this paper used the double-difference seismic relocation method to obtain the precise location results of 5 375 earthquakes above ML 1 8 in the Rongxian-Weiyuan-Zizhong region from 2018 to 2021 Combined with the results of seismic belt distribution and focal mechanism solutions，we explored the empirical relationship between magnitude and rupture scale of four significant earthquakes The results revealed that the cluster of earthquakes in the eastern part of the study area is mainly concentrated in 35 km，with a north-east maintrend The western seismic strip shows a north-south trend and a north-west direction that is consistant with the Morin Field fault The north-east earthquake may have been caused by the north-east anticline of the Rongxian-Weiyuan basement latent fault dislocation The focal depth of the western main shock and the aftershock is deep However the deep coupling relationship is not good，whereas the good coupling relationship between the eastern part may indicate the longer faults Combined with the seismic belt distribution direction and the dominant rupture direction of the focal mechanism solution，the rupture scales of four significant earthquakes in the study area were obtained We suggest that the empirical relationship between magnitude and rupture scale in Rongxian-Weiyuan-Zizhong area is MS=5 036 5lg（L）+1 585 1Keywords：Rongxian-Weiyuan-Zizhong region；earthquake rupture scale；weakly active structure（上接第 17 页）