四川盆地荣县—威远—资中地区发震构造几何结构与构造变形特征:基于震源机制解的认识和启示

四川盆地荣县—威远—资中地区属于历史弱震区,然而2019年相继发生多次破坏性地震事件.本文基于四川区域地震台网宽频带地震仪记录波形资料,利用CAP （Cut and Paste）波形反演方法,获得了2016年以来发生在荣县—威远—资中地区的26个M_S≥3.0地震的震源机制解、震源矩心深度和矩震级,对该区域发震构造几何结构与变形特征及构造应力场特征进行了初步分析.主要获得如下认识：（1）26个M_S≥3.0地震的震源矩心深度在1.5~5 km之间,平均深度3.4 km,表明事件发生在上地壳浅部沉积层内;震源深度分布揭示发震断层面倾向SE、缓倾角.（2）26个地震的震源机制全部为逆冲型,表明发震构造整体为逆断层性质.节面优势方位NNE-NE,结合走向与倾角统计结果,本文推测发震构造可能为威远背斜南翼一系列倾向SE、走向NNE-NE的缓倾角盲冲断层.（3）P、T、B轴优势方位单一,表明研究区域处于相对简单的构造应力环境.区域应力场反演获得的最大主压应力轴σ₁方位NW-SE,近水平,与目前已知的该区域构造应力场水平主压应力方向一致,反映区内构造活动主要受区域构造应力场控制;其明显有别于四川盆地南缘2019年6月17日长宁M_S6.0地震余震区NE-SW向的最大主压应力轴方位也揭示出四川盆地构造应力场具有明显的分区特征.（4）26个地震整体的应变花表现为NW-SE向挤压白瓣形态,表明区内发震构造整体呈NW-SE向纯挤压变形模式,明显有别于2019年长宁M_S6.0地震序列NE-SW向挤压兼具小量NW-SE向拉张分量的构造变形模式,进一步表明四川盆地构造变形模式也具有明显的分区特征.     

芦山地震序列震源机制及其构造应力场空间变化

利用近震波形拟合方法获得2013年芦山Ms7.0地震序列共37个余震的震源机制解及其深度(3.4≤Mw≤5.1).大部分地震震源机制以逆冲为主,有个别走滑型地震.震源深度主要分布在10~20 km范围.在稳定可靠的震源机制解基础上,用阻尼线性逆推法,划分不同间距网格,分别计算研究区平均构造应力场.结果表明,芦山及其周边地区的应力状态以挤压为主,应力性质主要为逆冲型,但局部地区出现走滑应力性质,最大主应力方向主体呈NW-SE,不同深度的构造应力性质和方向在局部地区存在一定差异.对比分析汶川地震震源区一带的构造应力场,龙门山断裂带西南段,除北西向小鱼洞破裂带外(最大主压应力和最小主压应力近水平,应力性质以走滑为主),其应力状态基本一致,以挤压为主,应力性质主要是逆冲型,有少量走滑型,最大主应力方向与龙门山构造带近垂直.     

利用多个震源机制解求祁连山西段平均应力场方向

祁连山西段由于受到多个构造块体的共同约束,表现出复杂的地球物理特性和地质特性。本文利用14个中强地震震源机制解和2001-2012年66个中小地震震源机制解分析了区域应力场特征。结果显示,地震的震源性质以走滑和逆冲为主,印证了祁连山西段基本构造变形特征;三个区域应力张量的定量结果显示,最大主压应力σ1方向在NE向,水平挤压作用明显,且具有一定的分区特征,表明局部应力场受到局部构造的影响。     

2020年1月19日新疆伽师MS6.4地震震源及邻区震后构造应力场特征

收集2020年1月19日新疆伽师M_S6.4地震周围及柯坪逆冲推覆构造附近震源机制解资料,应用MSATSI软件包中阻尼最小二乘法反演该地震震中周围的构造应力场。结果表明,研究区主压应力轴方向呈近NS向且整体一致性较好,西段最大主应力方向为NNW向,东段为NNE向,但西段中的喀什、巴楚等靠近塔里木块体边缘地区主压应力方向为NNE向。柯坪逆冲推覆构造带所在区域的主压应力方向呈NNW向,主张应力方向呈NNE向,与此次地震的震源机制解P、T轴方向相同,表明该地震的发生受区域构造应力场影响。研究区整体张轴的非均匀性明显,方位分布范围较大,但地震震中周围主压应力轴倾伏角一致性特征明显,反映了该区域以逆冲为主的应力特征。     

2018年佳木斯汤原ML 4.4地震震源机制及地震趋势分析

2018年1月15日佳木斯汤原县发生M_L 4.4地震,采用ISOLA方法反演矩张量解,结果显示为逆冲型地震,兼少量走滑成分。结合震源区地质构造背景,推断依舒断裂北段通河-汤原段西支断裂为发震构造,主压应力轴与背景应力场方向不一致。分析认为,黑龙江亚板块由东南转向东北运动,造成断层两侧应力产生差异,区域应力场调整诱发汤原M_L 4.4地震。     

乌鲁木齐地区中小地震震源机制解及构造应力场

主要对乌鲁木齐地区中小地震震源机制解及构造应力场进行分析。 结果表明, 乌鲁木齐地区中等地震震源断错性质主要以倾滑逆断层为主, 地震破裂面与其附近构造走向基本一致, 主压应力P轴方向为NE向或近NS向; 乌鲁木齐地区小地震的震源断错性质表现出一定的区域性, 破裂面以近EW向为主, 主压应力P轴方向近NS向, 兼有部分NE向或者NW向。 显示出小地震的发生既受局部地质构造的影响, 也受区域构造应力场的影响。     

2019年6月17日四川长宁MS6.0地震序列震源机制解与发震构造分析

2019年6月17日,在青藏高原东缘四川盆地南缘宜宾市长宁县发生M_S6.0地震,其后5天内相继发生了珙县M_S5.1、长宁M_S5.3和珙县M_S5.4强余震;7月4日,在珙县珙泉镇再次发生M_S5.6地震.因灾害叠加,本次地震序列导致13人死亡,200多人受伤,大量房屋受损,造成了重大的人员伤亡和财产损失.本文基于四川区域地震台网提供的地震资料,采用多阶段定位方法,对长宁M_S6.0地震序列早期（2019年6月17日至22日）余震进行了重新定位,同时,利用CAP波形反演方法,获得了序列中截止至7月4日的16次M_S≥3.6地震的震源机制解与震源矩心深度,对该序列的发震构造进行了初步分析.长宁M_S6.0地震序列重新定位后的610次M_L≥1.5地震分布显示余震区呈NW-SE向展布,长约25 km,宽5 km;序列震源深度在0~10 km区间,深度均值约3.2 km,但空间上呈西深东浅的分布特征.长宁M_S6.0地震位于余震区的东南端,具单侧破裂特征.CAP波形反演结果显示长宁M_S6.0地震序列以逆冲和逆冲兼走滑型地震为主;16次M_S≥3.6地震的震源矩心深度在1~7 km范围,平均深度3.5 km,与定位结果一致,揭示本次长宁地震序列发生在上地壳浅部.根据序列空间分布、震源机制解及震区构造特征,推测本次长宁M_S6.0地震序列的发生可能与长宁—双河复式大背斜中白象岩—狮子滩背斜和双河场褶皱及其伴生断层活动有关,位于余震区西北段的6月17日珙县M_S5.1、22日珙县M_S5.4及7月4日珙县M_S5.6地震应为6月17日长宁M_S6.0地震触发白象岩—狮子滩背斜伴生断层活动所致.序列发震构造整体呈NE-SW向挤压为主、兼具一定NW-SE向拉张分量的构造变形特征,与南侧2018年12月16日兴文M_S5.7和2019年1月3日珙县M_S5.3地震所呈现的NW-SE向挤压、NE-SW向拉张构造变形特征具有显著差异,揭示四川盆地南缘地带处于构造变形模式的转换区域,所处构造环境的变化导致本次长宁地震序列震源区及附近区域发震构造变形特征具有复杂性.     

新疆伽师及周围构造应力场区域特征探讨

在利用伽师及周围58次中强地震震源机制解对这一地区的构造应力场进行分析的基础上,结合系统聚类和应力场反演计算结果,对不同时期、不同区域应力场的变化特征进行了分析。该区域地震以走滑错动为主,柯坪块体逆冲作用更为明显。区域最大主压应力方向近SN,但不同构造背景下的主压应力方向存在着较明显的差异。乌恰-喀什地区P轴基本近SN向,但存在着由NW—SN—NE的随时间变化的过程;柯坪块体内部长期以来受较为一致的NW-SE向压应力作用;伽师震区P轴方向为NE-SW。1996年区域应力场方向开始发生明显的变化,P轴方位向NE偏转,倾角增大。结果表现出不同构造环境下应力场分布格局的特征或变化     

2019年6月17日四川长宁6.0级地震中心震源机制解及震源区构造应力场研究

不同资料和方法给出的2019年6月17日四川长宁6.0级地震震源机制解存在较大差异,为了找到1个合适的震源机制解来研究此次地震的发震方式,通过数学方法得到了与现有震源机制解差别最小的中心震源机制解,节面I的走向、倾角、滑动角分别为194.78°、52.68°和139.16°,节面Ⅱ的走向、倾角、滑动角分别为312.44°、58.67°和45.22°,根据本次地震余震分布拟合得到的断层面的走向为312.17°,与中心震源机制的节面Ⅱ走向一致,因而推断节面Ⅱ为本次地震的发震断层面。之后,利用此次地震之前震源区地震的震源机制解,反演了震源区的震前构造应力场。结果表明,长宁6.0级地震的中心震源机制解和震源区震前应力场均为逆冲型为主兼走滑分量的类型,震前应力场压轴为NWW—SEE向,中间轴为NNE—SSW向,两轴倾角接近水平,而张轴较陡,表现为逆冲型的应力场。将反演得到的应力场投影到中心震源机制解给出的与余震分布一致的节面上,发现中心震源机制解的滑动角和应力场预测的滑动角差别仅为13.45°,表明此次地震受背景应力场控制而发生在先存的薄弱面上。     

欧亚地震带现代构造应力场及其分区特征

利用美国哈佛大学矩心矩张量目录中的2818个地震的震源机制解资料,分析了欧亚地震带及其5个分区现代构造应力场的基本特征,给出了5个分区的震源机制主压应力方向分布图。结果表明:①欧亚地震带以逆断型和走滑型断层活动为主;②地中海地震区以走滑断层活动为主,主压应力方向为SSW向;③伊朗—阿富汗—巴基斯坦地震区以逆断型断层活动为主,主压应力优势方向为NNE—NS向;④喜马拉雅地震以逆断型为主,主压应力优势方向为NS和NE向;⑤川—滇—缅地震区以走滑断层活动为主,主应力场方向为NNE向;⑥印度尼西亚地震区以逆断型断层活动为主,主压应力优势方向为NE—SSW向。各分区的主压应力方向明显受其所在区域板块运动的影响,由此推测板块运动可能是产生欧亚地震带构造应力的主要力源。     

长宁地区复杂地震活动的力学成因分析

长宁地区地震活动复杂,发生在长宁背斜轴部的长宁Ms6.0地震及其后续中强余震的震源机制与相距仅十几公里的南部向斜区内的中强震具有显著差异;这种差异仅仅是由于发震断层构造不同所造成的,还是孕育地震的应力场本身也存在局部变化?为了回答这一问题,本文在通过双差层析成像反演修正小震定位和波速结构的基础上,利用小震综合震源机制解方法获取了长宁地区地壳应力场的精细结构,并据此分析了其与中强震震源机制解的力学一致性.研究发现,长宁地区地壳应力场的最大主应力轴在整个区域内基本都处于近水平状态,其方位虽由北向南发生了一定角度的顺时针旋转,但也基本保持为近东西向;相比之下,应力类型在长宁背斜轴部和南部向斜区之间存在显著差异——前者为逆冲型,而后者为走滑型.同时,这两个局部区域的应力场与对应区域内的中强震震源机制解的吻合度较高,但与非对应区域内的中强震震源机制解的吻合度较低,甚至在力学上是相抵触的,表明区域应力场的局部改变是长宁地区复杂地震活动的必要力学基础.通过岩石力学估算,本文认为岩石泊松比的横向差异很可能是造成这种应力场局部改变的主要成因.此外,本文还对长宁Ms6.0地震序列的发震构造进行了探讨,认为长宁背斜轴部在6?9 km深度内存在基底断层,而正是这种基底断层在区域应力场作用下发生错动导致了长宁Ms6.0地震序列的发生.     

FOCAL MECHANISM SOLUTIONS AND STRESS FIELD OF THE 2019 CHANGNING,SICHUAN MAINSHOCK AND ITS MODERATE-STRONG AFTERSHOCKS(MS≥4.0)

A M_S6.0 earthquake with shallow focal depth of 16km struck Changning County, Yibin City, Sichuan Province at 22:55: 43(Beijing Time)on 17 June 2019. Although the magnitude of the earthquake is moderate, it caused heavy casualties and property losses to Changning County and its surrounding areas. In the following week, a series of aftershocks with M_S≥4.0 occurred in the epicentral area successively. In order to better understand and analyze the seismotectonic structure and generation mechanism of these earthquakes, in this paper, absolute earthquake location by HYPOINVERSE 2000 method is conducted to relocate the main shock of M_S6.0 in Changning using the seismic phase observation data provided by Sichuan Earthquake Administration, and focal mechanism solutions for Changning M_S6.0 main shock and M_S≥4.0 aftershocks are inferred using the gCAP method with the local and regional broadband station waveforms recorded by the regional seismic networks of Sichuan Province, Yunnan Province, Chongqing Municipality, and Guizhou Province. The absolute relocation results show that the epicenter of the main shock is located at 28.35°N, 104.88°E, and it occurred at an unusual shallow depth about only 6.98km, which could be one of the most significant reasons for the heavier damage in the Changning and adjoining areas. The focal plane solution of the Changning M_S6.0 earthquake indicates that the main shock occurred at a thrust fault with a left-lateral strike-slip component. The full moment tensor solution provided by gCAP shows that it contains a certain percentage of non-double couple components. After the occurrence of the main shock, a series of medium and strong aftershocks with M_S≥4.0 occurred continuously along the northwestern direction, the fault plane solutions for those aftershocks show mostly strike-slip and thrust fault-type. It is found that the mode of focal mechanism has an obvious characteristic of segmentation in space, which reflects the complexity of the dislocation process of the seismogenic fault. It also shows that the Changning earthquake sequences occurred in the shallow part of the upper crust. Combining with the results from the seismic sounding profile in Changning anticline, which is the main structure in the focal area, this study finds that the existence of several steep secondary faults in the core of Changning anticline is an important reason for the diversity of focal mechanism of aftershock sequences. The characteristics of regional stress field is estimated using the STRESSINVERSE method by the information of focal mechanism solutions from our study, and the results show that the Changning area is subject to a NEE oriented maximum principal stress field with a very shallow dipping and near-vertical minimum principal stress, which is not associated with the results derived from other stress indicators. Compared with the direction of the maximum principal compressive stress axis in the whole region, the direction of the stress field in the focal area rotates from the NWW direction to the NEE direction. The Changning M_S6.0 earthquake locates in the area with complex geological structure, where there are a large number of small staggered fault zones with unstable geological structure. Combining with the direction of aftershocks distribution in Changning area, we infer that the Changning M_S6.0 earthquake is generated by rupturing of the pre-existing fault in the Changning anticline under the action of the overall large stress field, and the seismogenic fault is a high dip-angle thrust fault with left-lateral strike-slip component, trending NW.     

2017年精河MS6.6地震邻区构造应力场特征与发震断层性质的厘定

2017年8月9日新疆精河发生M_S6.6地震,深入了解该地震的构造应力背景及其所破裂断层的活动特性对理解其孕震过程及震后的地震危险性估计十分重要.本研究自GCMT目录收集了2017年8月9日新疆精河M_S6.6地震震中及其邻区的253个震源机制解,应用MSATSI软件反演了该地震及其邻区的应力场.反演结果显示,西北区域应力场的最大主压应力轴的方位从西到东呈现出NNW-NS-NNE的渐变过程,东南区域应力场最大主压应力轴的方位稳定于NNE向,倾角都较小;最大主张应力轴都基本沿东西向,倾角相对较大;西北区域较大的R值显示出区域应力场主要受近NS向水平挤压作用,中部挤压分量相对较大,西部和东部挤压分量相对较小.根据所反演的区域构造应力场,结合发震的库松木契克山前断裂的地质调查参数,估算该断裂的理论滑动角为137.7°,误差为21.3°,验证了地质上得到的库松木契克山前断裂的逆冲兼右旋走滑性质.判断该断裂滑动性质的另一种方法是通过发生在该断裂上地震的震源机制验证.本研究首先计算了发生在库松木契克山前断裂不同机构给出的震源机制节面在所反演的局部应力场作用下的理论滑动角,发现理论滑动角与实际地震震源机制滑动角相差很小,验证了反演的局部应力场的正确性;而后计算了局部应力场作用下的库松木契克山前断裂上的理论震源机制与实际发生地震震源机制的三维空间旋转角,发现两者在给定的误差范围内是一致的.本研究自地球物理角度确证了库松木契克山前断裂的滑动性质,为该地区的地震孕育环境、地震活动性和地球动力学研究提供了基础.     

2019年6月17日四川长宁MS6.0地震震源区三维速度结构

四川盆地南部地区自2015年以来地震活动性持续增长,并相继发生了数次M5.0及以上的中强地震.2019年6月17日的长宁MS6.0地震则是其中震级最大的一次强震,且震后相继发生了一系列M5.0及以上的中强地震,给当地的生命和财产安全造成了极大危害.研究此次大震的地下结构和发震机制有助于理解该区地震异常活跃的机理,并为今后开展防震减灾工作提供参考.基于这个出发点,本文收集了长宁地震区的丰富地震走时资料,利用双差地震成像方法对长宁地震序列进行了重定位,并获得了研究区内的三维P波和S波速度及波速比结构.结果显示,长宁地震序列主要沿着白象岩—狮子滩背斜轴部展布.长宁地震区在6 km深度附近呈现出明显的低速、高波速比异常结构,指示着可能存在流体.研究区内的速度结构在6 km之上横向不均一性较强,速度异常结构整体呈NW-NWW向展布;而在7.5~12 km横向不均一性则较弱,速度异常结构整体呈NNE或SN向展布.这种速度结构特征可能指示着该区6 km之上基本为沉积层,而7.5 km之下则基本为结晶基底,上下存在解耦.研究区内绝大多数地震事件震级较小,且集中分布在6 km以浅,表明该区绝大多数事件受沉积层结构的控制.相较于白象岩—狮子滩和双河背斜区,长宁背斜在6 km之上呈现更为明显的高速结构,对应较强的力学性质,可能阻挡了本次长宁地震的东南向破裂而使其表现出明显的单向破裂特征.     

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

地震序列类型能够直观地反映构造应力场环境、 地震构造及孕震环境介质的差异性。 主—余型地震多发生在相对均匀的介质环境, 而前—主—余型地震及震群型地震往往发生在复杂的构造环境。 2019年6月17日四川省宜宾市长宁县发生的6.0级地震余震活动总体呈NW向分布, 其南东段的余震呈相对单一的NW向条带状, 而北西段的余震活动呈现丛集的特征。 两段的地震序列类型也表现出明显的差异性, 南东段地震序列为主—余型, 序列衰减速度较快; 北西段地震序列为震群型, 序列初期衰减非常缓慢, 余震丰富。 此次6.0级地震序列发生在长宁—双河大背斜上, 该复式背斜主要由多个次级褶皱构造和不同走向的伴生断层组成, 结构复杂。 长宁6.0级地震序列的分段性特征表明, 该地震序列不是发生在单一的断裂构造上, 为多个构造级联破裂所导致的复合型地震序列。 此外, 序列北西段余震的深度逐渐变深, 可能预示着该区域受华蓥山断裂带活动的影响, 地震序列对华蓥山断裂带未来地震活动的影响应引起关注。     

2020年云南巧家M5.0地震震源机制解与震源区应力场研究

基于国家测震台网数据中心提供的波形资料, 采用gCAP方法反演2020年5月18日云南巧家M5.0地震及研究区域51次地震震源机制解, 并收集研究区域震源机制解50个。 采用网格搜索法反演区域构造应力场, 并对研究区域采用不同划分进行应力场反演。 获得以下结论: ① 主震震源机制解节面Ⅰ的走向、 倾角和滑动角分别为175°、 67°和-19°, 节面Ⅱ的走向、 倾角和滑动角分别为273°、 73°和-156°, 矩震级为4.97, 矩心深度为8.8 km。 表明主震属于兼具逆冲分量的走滑型地震; ② 震后区域应力场主压应力轴方位为NWW, 倾角接近水平, 主张应力轴方位为NNE, 倾角接近水平, 属于走滑型应力状态, 与周边地质构造运动状态相吻合; ③ 对研究区域采用不同划分所得应力场结果相差不大, 表明该区域应力场比较稳定, 受深大断裂带和震源机制解类型影响较小。     

2019年四川长宁MS6.0地震序列重定位和震源特征分析

采用双差定位方法对2019年1月1日至2019年10月20日期间四川区域台网记录到的地震进行重定位,得到7 030个重定位事件,并获得了四川长宁M_S6.0地震序列较准确的空间分布,并据此计算了震后长宁震源区的平均b值,分析了地震序列的活动性;利用近震全波形拟合方法获得了主震及4次M_S≥5.0地震的震源机制解和矩心深度,初步分析了本次地震序列的发震构造,获得如下主要结果:① 四川长宁余震序列呈NW?SE向分布,余震深度分布整体呈现出西深东浅的趋势,且西部地区地震的频度远远高于东部地区;② b值空间分布显示,震后长宁地区呈现出明显的挤压构造环境;③ 主震和4次震级较大余震的矩心深度均较浅,尽管均为逆冲型为主的地震事件,但破裂面走向有所差异;④ 推测主震及中强余震是长宁背斜地区既有断裂或者同震过程中所产生的新生断层长期受到外力挤压而错断所致。      

龙羊峡周围地区地壳应力场及地震危险性探讨

本文利用震源机制资料对龙羊峡及附近地区的地壳应力场和构造进行了反演，结果表明，该地区主压应力以北东或北东东方向占优势，构造主要是北西向。同时根据南北带强震时空特征、共和地震序列及青海东部部分震兆资料对该地区的地震危险性做了粗略的估计。