2013年8月香格里拉德钦—得荣MS5.9地震序列震源机制与应力场特征

罗钧，赵翠萍，周连庆＊

1中国地震局地球物理研究所，北京 100081

2中国地震局地震预测研究所（地震预测重点实验室），北京 100036

1 引言

据中国地震台网测定，2013年8月28日04时44分在云南香格里拉德钦与四川得荣交界地区发生MS5.1地震，震中位于东经99.33°，北纬28.20°，之后震区余震不断.震后第三天，8月31日08时04分，香格里拉震区（本文以最大地震所处区域定义）再次发生MS5.9地震，震中位于东经99.35°，北纬28.15°.根据地震速报结果，截至9月6日23时，MS5.9地震共记录到余震1989次，其中4.0～4.9级11次，3.0～3.9级70次.香格里拉震区位于滇西北地区德钦—中甸—大具断裂带中段附近，根据中国地震台网的定位结果，此次香格里拉地震序列中的两次MS＞5地震震中距德钦—中甸—大具断裂带东北方向约20km（图1）.德钦—中甸—大具断裂带全长约300km，北起云南德钦，南至永胜盆地北端，自上新世末期至早更新世开始形成，第四纪中期以来右旋走滑运动速率为4～6mm·a－1（沈军等，2001）.作为青藏高原东南部的显著第四纪右旋走滑活动断裂之一，德钦—中甸—大具断裂带的近期活动方式和所起的构造作用一直受到针对青藏高原物质东向挤出、逃逸的动力学研究的关注.地质考察结果研究认为该断裂带的右旋走滑活动主要受到其北部块体水平运动的控制，并与同样右旋走滑运动的红河断裂带一起构成川滇块体的西南边界（沈军等，2003）.GPS形变观测结果也认同德钦—中甸—大具断裂带作为边界断裂带的特征，认为其构成了川滇块体内部香格里拉次级块体的西边界（程佳等，2012）.但GPS观测同时表明该断裂带在现今活动很弱（王阎昭等，2008），只在其以西地区观测到明显拉张作用，此次香格里拉震区所处的香格里拉次级块体内部变形不大（程佳等，2012）.而已有的其他基于地震、水压致裂等不同资料开展的不同尺度下青藏高原东南缘块体构造应力场特征的研究结果亦并未涵盖此次地震序列所处的香格里拉次级块体内部区域（谢富仁等，1993；程万正等，2003；崔效锋等，2006；Xu et al.，2010；Zhao et al.，2013）.事实上，香格里拉震区所处区域1976年以来MS＞5地震活动平静，此次MS5.1、MS5.9地震是该区近40年以来发生的两次MS＞5的地震.中等强度的地震携带了区域构造应力场的主要信息，其震源机制解包含地震断层面解、发震应力场P、T轴、震源深度等参数，是认识地震发震断层、探究地震发震机理和区域构造应力的有力手段，尤其是在水压致裂等方法难以到达的地壳深部区域，几乎成为了开展地壳应力特征研究的唯一有效途径.

对于这种长期缺乏中强地震的区域，此次香格里拉地震序列不仅补充了川滇地区地震活动的空间分布图像，且其震源机制解结果无疑是研究震区构造应力特征宝贵的基础资料.对震区构造应力特征开展研究不仅能够为震后趋势判定提供一定依据，同时能加深对香格里拉次级块体运动特征的认识，进而在一定程度上为认识青藏高原东南缘地壳运动及动力来源提供新的证据.因此，本文的目的在于通过香格里拉地震序列主要中等地震的震源机制解的求解，分析其诱发机制和震源区构造应力特征，以期在补充本文作者近年来对川滇地区开展震源机制求解的数据库的同时，为进一步探讨青藏高原东南缘第四纪以来的块体运动特征和动力学模式提供一定程度的支撑.

本文使用我国区域台网的波形数据，获取了MS5.1、MS5.9地震和8次MS＞4余震的震源机制解，得到了这几次地震的矩震级、地震断层面解、震源应力场P、T轴的分布及最佳震源质心深度等参数.在此基础上，结合该区地质构造和GPS等研究，分析探讨了本次地震序列的震源机制和地壳构造应力场特征.

2 CAP方法波形拟合求解震源机制解

2.1 方法与数据

由Zhao和Helmberger（1994）提出、Zhu和Helmberger（1996）发展的 CAP（Cut－and－Paste）方法将区域三分量全波形分为体波和面波两部分，对其采用不同的频段滤波后参与反演.考虑到区域地震震相中面波振幅较体波振幅大2～3倍，而面波容易受到浅层速度结构影响，CAP方法对体波、面波分别给予不同的权重，以提高体波部分在反演时的贡献.反演时通过网格搜索获取不同深度的最佳双力偶断层面解，对比不同深度的误差，得到最佳震源断层面解和震源质心深度.其优势在于反演时完整地使用了波形记录，能够反映较全面的震源信息，所用到的体波部分波形包含了sPmP等深度震相的信息，能够更好地约束地震震源深度.且该方法允许各时间窗理论波形和观测波形的相对滑动拟合，大大减少了对速度模型和地壳横向不均匀性的依赖（Zhu et al.，1997；郑勇等，2009；Wei et al.，2012；吕坚等，2013）.因此，本文采用CAP方法开展波形拟合，求解本次地震序列中10次MS4.0以上地震的震源机制解.

理论地震图的计算，是波形拟合反演求解震源机制解准确与否的关键环节.本文采用F－K（频率－波数）法（Zhu and Rivera，2002）计算理论地震图，震中区的速度模型来自于CRUST2.0模型（Bassin et al.，2000）.鉴于地壳横向不均匀性的影响，利用区域范围的观测波形开展中等地震震源机制解反演时，一般采用350km以内的波形记录（罗艳等，2010；龙锋等，2010）.对于本文研究的10次地震，我们从国家数据测震台网备份中心提供的波形数据中（郑秀芬等，2009），选取了震中距350km范围内的云南、四川、西藏区域台网记录到的高信噪比的宽频带波形记录（图1），且参与反演的台站能够均匀包围震中.

2.2 震源机制解结果

图1 反演使用的台站分布图图中所示台站上方的英文字母为“台站名.台网名”组合的缩写，参照国家数据测震台网备份中心所使用的缩写名称.Fig.1 Spatial distribution of regional stations usedLetters above the triangles which indicate the stations are the abbreviations of“stations.networks”，that are refer to the abbreviations used in the Data Backup Center for China Seismograph Network.

处理观测数据时，对每个区域地震波形记录经去除倾斜、去除仪器响应后，将其旋转至r－t－z三分量，分成体波和面波两个部分.为消除长周期脉动的影响，对体波部分进行0.05～0.2Hz、面波部分进行0.05～0.1Hz的Butterworth带通滤波.反演时，每个地震同时计算了以1km深度为间隔的各台的理论地震图，对各个深度的假想震源，以5°的步长对断层面走向、倾角、滑动角进行网格搜索，断层面解精度可达5°.本文得到了MS5.1、MS5.9地震及后续8次MS＞4余震的最佳双力偶断层面解和震源质心深度，结果详见表1.由于篇幅限制，本文仅给出了MS5.9、MS5.1地震的波形拟合图和深度拟合图（图2），从图中可看出两次地震波形拟合较好，平均拟合相关系数达到81.2%、84.2%，相当一部分波形的拟合相关系数大于90%.结果显示，MS5.9地震为正断层型兼有小部分走滑分量的地震，断层面解为：节面Ⅰ走向299°、倾角53°、滑动角－73°，节面Ⅱ走向91°、倾角40°、滑动角－112°，矩震级Mw5.58，震源质心深度9km.MS5.1地震断层面解为：节面Ⅰ走向290°、倾角55°、滑动角－72°，节面Ⅱ走向80°、倾角39°、滑动角－114°，矩震级Mw5.06，震源质心深度7km.本文结果与其他机构给出的结果基本一致（表2）.MS5.9地震和MS5.1地震震源机制解类型相似，震源压应力轴P轴倾角较陡，方位角为NEE—SWW向；张应力轴T轴近于水平，方位角为NNE－SSW向.

表1及图3给出了本文得到的10次地震的震源机制解.由表1及图3可见，其他8次MS4.0以上余震的震源破裂类型均以正断层类型为主，个别兼有少量走滑分量.震源断层面倾角倾斜，P轴近于直立，方向多数为近NEE—SWW向.T轴基本水平，方向多数为近NNE—SSW向.地震震源质心深度较浅，介于5～12km之间.2号余震与MS5.9、MS5.1地震的震源机制类型基本一致，均为NWW向正断层兼有部分左旋走滑分量或近EW向兼有部分右旋走滑分量，后续7次余震除8号地震断层面近EW向外，其他余震NWW向或NW向断层节面明显，但6号、7号、9号除NWW向节面外，亦表现出近EW向断层节面.

3 分析及讨论

3.1 云南香格里拉德钦—四川得荣地震序列震源机制特征

云南香格里拉德钦—四川得荣地震序列中，中等以上地震震源机制解除个别出现近EW向节面外，NWW向的优势断层面分布特征明显（图3）.同时，整个序列地震的分布长轴近NWW向.根据中国地震局发布的MS5.9地震烈度图，本次地震最高烈度为Ⅶ度，等震线呈椭圆、长轴沿NW走向分布.MS5.1、MS5.9地震和余震震中基本位于Ⅶ度震区之内.因此可以推断发震断层应为一条NWW向的正断层型活动断裂带.

表1 CAP方法获取的震源机制解结果Table 1 Focal mechanisms obtained by CAP method

表2 震源机制解结果（走向，倾角，滑动角）对比Table 2 Comparison of focal mechanism solutions

图3 震源机制空间分布图图中的震源球上方的序号对应表1中的事件序号，图中余震为MS5.1地震发生至9月10日MS＞1的余震分布.Fig.3 Spatial distribution of focal mechanismsThe number above the beach ball is consistent with the ones in Table 1.MS＞1aftershocks drawn is from the occurrence of the MS5.1event to Sep 10th，2013.

由图4可见，10次地震T轴呈近水平分布，P轴近于直立，其方位角分布表明震源区存在强烈的近NS向水平拉张，近EW向垂直挤压作用.且T、P轴方位角均随时间发生明显变化，震源区应力调整剧烈.其中，1—3号地震的T轴为NNE－SSW向，4、5号地震转变为NE－SW向，6—8号地震恢复为与MS5.1地震基本一致的NNE－SSW向，随后的9号地震略有向东偏转，与MS5.9地震一致，但10号地震则转为NE－SW向.显然4、5、10号地震的T轴方向明显偏离了其他几次地震，MS5.9地震后，8月31日的MS4.4和MS4.5两次地震震源区出现短暂的拉张应力调整，随后的6—9号地震显示，截至9月3日拉张应力已逐渐恢复到与主震较一致方向，但是9月6日拉张应力再次转变到NE－SW方向.震源区T轴出现两次从NNE－SSW转变到NE－SW的变化周期，表明拉张应力在主震发生后的较短时间内调整作用明显.P轴的方位角分布亦存在变化，其中1—5号地震的P轴为NEE－SWW向，6号地震的P轴转变为NE向，7、8号地震的P轴进一步转变为NNW－SSE和NNE－SSW 向，而10号地震的P轴方向则恢复到与MS5.9地震一致.6、7、8号地震的P轴方向严重偏离了其他几次地震，说明MS5.9地震后（9月1、2日）P轴出现强烈的调整，9月6日的10号地震则显示P轴已经恢复到与MS5.9地震基本一致的方向.

震源机制解携带的是地壳内部的应力状态，一个地震序列的震源机制解能够反映该序列所处的构造带的应力状态.本文利用FMSI（Gephart and Forsyth，1984；Gephart，1990）方法，对香格里拉地震序列开展了震区地壳构造应力场的反演，结果表明，震源区最大主压应力方位角144°，倾角53°；最大主张应力方位角8°，倾角29°.由于近40年来，

图4 震区发震应力场P、T轴，构造应力场最大主压（拉）应力轴在水平面的投影示意图投影点的方向表示方位角，与圆心之间的距离长度表示倾角，倾角越低，距离越长；倾角越高，距离越短.P、T 轴投影点旁注释的数字，代表对应表1中的地震事件，以示其方位角随时间发生变化的分布.Fig.4 Spatial distributions of P－axes，T－axes of earthquake seismogenic stress field and the principal stress axes of the local tectonic stress fieldThe dots and lengths to the center show the azimuth and dip respectively，while the longer lengths represent lower dips and shorter lengths indicate higher dips.Numbers near the dots indicate the corresponding event which are consistent with Table 1，showing the changes of P－axes and T－axes over time.

香格里拉地区鲜有中等以上地震发生，背景区域构造应力场的资料甚少，因此本文参考GPS观测给出的背景应变率场所反映的地表应力状态进行分析.本文应力场反演结果表明，震区构造带上受到NWSE向垂直挤压、NNE－SSW水平拉张的应力作用.GPS观测认为滇西香格里拉地区地表相对于欧亚板块朝 NNW 向滑移（Shen et al.，2005；Gan et al.，2007；王阎昭等，2008；程佳等，2012；Zhang，2013），反映出NW向的地表最大主压应力，NE向和NNE向的地表最大主拉应力分布.本文得到MS5.9地震序列的构造应力场结果表明震区地壳应力状态与地表的应力状态基本一致，地震发生构造带上的应力状态可能受到背景大尺度应力场的控制.

3.2 川滇地区中强以上地震的震源机制解空间分布特征

川滇地区位于青藏高原东南缘，晚中新世以来，印度板块与欧亚板块的持续碰撞导致青藏高原隆升并东向挤出，在其东部刚性的华南块体阻挡下，高原物质沿川滇块体边界的大型走滑断裂带呈南东向挤出，导致位于青藏高原东南缘的川滇地区发生顺时针转动和南东向滑移.程佳等（2012）的研究结果认为，川滇块体内部的各次级块体均受到了来自其相邻块体的应力作用而发生旋转，相邻块体之间的边界断裂带也呈现出相应的挤压或拉张活动特征.香格里拉震区处于滇西北香格里拉次级块体与保山次级块体的边界断裂带德钦—中甸—大具断裂带中段附近，本文计算的10次地震和极震区均位于香格里拉次级块体内部.这里历史上长期缺乏地震，本次地震序列的发生填补了作者近期对川滇地区中强以上地震震源机制解的研究结果（罗钧等，2014），图5给出了较为完整的近期川滇地区中强以上地震的震源机制解空间分布图像.

由图5、6可见，川滇块体各不同断裂带、块体内部各次级块体之间、块体内外表现出不同的震源机制解空间分布特征.总体上，除香格里拉次级块体各边界断裂带、保山次级块体北缘为显著的正断层型震源机制解类型外，滇中次级块体东、西边界断裂带分别表现为左旋走滑和右旋走滑的机制解类型，而四川盆地与马边次级块体之间的边缘过渡区域，震源机制解类型多表现为逆冲型，反映了西部高原物质向东逃逸推覆过程中受到其东部稳定的华南块体的抵挡、川滇块体向南东向滑移的构造活动特征.

香格里拉次级块体是川滇块体内部显著的正断层地震分布区域，其北边界金沙江断裂带北缘与理塘断裂带交汇处、东边界理塘断裂带中段、南边界丽江—小金河断裂带西南段上，均显著分布着正断层型地震.沿各边界断裂带的震源机制分布表明香格里拉次级块体及其边界断裂带主要受水平引张力控制，张应力轴T轴较为水平，压应力轴P轴较为直立.香格里拉次级块体西侧的保山次级块体北缘的震源机制解亦为正断层型，拉张作用显著.

图5 1976年至2013年9月10日川滇块体及周边近期中等地震震源机制分布图震源机制解按照Zoback（1992）分类，图中黑色框内的震源机制解为此次香格里拉德钦地震序列的震源机制解分布.Fig.5 Spatial distribution of the moderate focal mechanisms of Sichuan－Yunnan block and its adjacent regions from 1976to Sep 10th，2013al mechanism solutions are classified according to Zoback（1992），the beach－balls in the black box are the results of this paper.

我们注意到，在香格里拉次级块体震源机制解压应力轴P轴整体较为直立、T轴基本水平的背景下，其各边界断裂带上正断层地震的断层节面及震源应力轴走向存在差异，与保山次级块体北缘的正断层地震的断层节面和震源应力轴走向也不一致，显示出香格里拉次级块体和保山次级块体受力状态和运动方向的差异.金沙江断裂带北缘断层节面为EW向，T轴近NS向或NNW－SSE向；理塘断裂带中段断层节面为近EW向，T轴近N－S向，个别呈NNE－SSW向；德钦—中甸—大具断裂带中段断层节面为NWW 向，T轴呈 NE－SW 向或 NNE－SSW向.丽江—小金河断裂带西南段保山次级块体北缘断层节面为近NS向，T轴呈近EW向或NEE－SWW向.GPS观测认为（Gan et al.，2007；王阎昭等，2008；程佳等，2012），由于川滇块体及周边的各个相邻次级块体间的应力作用，香格里拉次级块体和保山次级块体以不同的速率做高速的顺时针旋转，但保山次级块体的旋转速率更高，这与两次级块体所受到不同的地壳应力作用有关.香格里拉次级块体的地壳形变受到青藏高原主体地区的挤出和东喜马拉雅构造的楔入共同作用，而保山次级块体除此之外，还受到由于地势差异引起的重力滑塌影响和缅甸板块相对于自身的逆时针旋转在块体北东端产生拉张作用的拖曳（Socquet and Pubellier，2005）.震源机制解结果所显示的香格里拉次级块体边界断裂带和保山次级块体北缘不同的震源区拉张应力分布，表明了作为青藏高原东南缘两主要次级块体的香格里拉次级块体和保山次级块体内不同的拉张应力作用方式和地壳应力环境.

4 结论

当前的研究在大尺度范围上，对青藏高原东南缘受到高原物质东向挤出和滑移的运动特征已达成了共识（Tapponnier et al.，2001）.在此基础上，该区各个次级块体的运动特征和边界断裂带的活动习性，对认识区域发震背景和现今构造应力场特征仍具有重要的研究价值.本文通过使用云南、四川、西藏区域台网的数字地震波形资料及区域地震全波形拟合的CAP方法，获得了云南香格里拉德钦MS5.9地震序列中MS4.0以上地震的震源机制解.此次地震序列发生在历史上长期缺乏破坏性地震的德钦－中甸－大具断裂带中段，本文的计算结果填充了川滇地区震源机制解及构造应力场的空间分布图像，加深了对川滇地区动力学过程的认识.

图6 1976年至2013年9月10日川滇块体及周边近期中等地震的P、T轴分布线段方向表示方位角，长度表示倾角，倾角越低，线段越长；倾角越高，线段越短.Fig.6 Spatial distributions of P－axes and T－axes of Sichuan－Yunnan block and its adjacent region from 1976to Sep 10th 2013The directions and lengths show the azimuth and the dip respectively，while the longer ones represent lower dips and shorter arrows indicate higher dips.

综上所述，云南香格里拉德钦地震序列MS5.1、MS5.9地震的破裂节面分别为走向290°、倾角55°、滑动角－72°；走向299°、倾角53°、滑动角－73°.本文获取的10次MS＞4地震均为正断层型地震，破裂面走向优势分布为NWW向，发震构造应为NWW向活动断裂，断层节面倾角倾斜，为正断层型地震序列.震源区T轴基本水平，方位角主要表现为NNE－SSW向.P轴基于直立，方位角主要表现为NEE－SWW向.同时，MS5.9地震后续余震T、P轴随时间出现明显的方位角变化，表明MS5.9地震后震源区应力调整作用突出.

构造应力场反演结果表明该地震序列发生的构造活动带受到强烈的NW－SE向垂直挤压，NNESSW水平拉张应力作用，与GPS观测所反映的背景地表最大主压（拉）应力方向基本一致.震源区的应力状态可能主要受到背景大尺度构造应力场的控制.香格里拉震区位于香格里拉次级块体内部，该次级块体是川滇块体及周边区域显著的拉张作用区.但香格里拉次级块体和保山次级块体正断层地震的断层节面及震源应力轴走向分布的空间变化特征，表明在大尺度构造应力场作用下存在块体间相互作用、地势差异引起的重力滑塌等作用对构造活动的影响.

致谢中国地震局地球物理研究所“国家数字地震测震台网数据备份中心”为本研究提供地震波形数据（郑秀芬等，2009）.本文CAP波形反演和F－K理论地震图计算程序来源于美国圣路易斯大学的朱露培博士；图形绘制采用了GMT绘图软件（Wessel and Smith，1991）.在此一并感谢.

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