由余震分布确定2017年九寨沟MS70地震发震断层面参数

胡晓辉 盛书中 万永革 梁姗姗

摘要：基于2017年九寨沟MS70地震经过重定位的4 035个余震数据，利用小震确定大震断层面方法，得到该地震的断层面参数，以余震稀疏区为界将余震分为南北两段进行分段拟合，最后判定了此次地震的发震构造。结果表明：九寨沟地震的发震断层面走向1513°、倾角840°，该结果可视为发震断层参数的一级近似;南、北两段的走向和倾角分别为1474°和883°，1629°和768°，南、北两段较大的差异可能是余震稀疏区的成因;结合周边地质构造特征，推测此次地震的发震断层为虎牙断裂NW向延伸的隐伏部分。

关键词：九寨沟地震;余震;断层面参数;断层分段

中图分类号：P3151   文献标识码：A   文章编号：1000-0666（2019）03-0366-06

0 引言

2017年8月8日21时19分，四川省阿坝州九寨沟县（3320°N，10382°E）发生MS70地震，震源深度为20 km。此次地震发生在青藏高原巴颜喀拉块体东缘，震中附近区域构造复杂，多条差异很大的断层相互交错，主要发育有NWW向的塔藏断裂、近EW向的雪山梁子断裂、NS向的岷江断裂和NNW向的虎牙断裂（徐锡伟等，2017）。该区域地震活动频繁，周边断裂带上曾发生多次中强震，如岷江断裂上发生1933年叠溪MS75地震，虎牙断裂上发生1973年松潘黄龙MS65地震以及1976年松潘—平武2次MS72和1次MS67地震（朱航，闻学泽，2009）。2017年九寨沟地震震中又位于地震破裂空区（徐锡伟等，2017），发震断层和活动断裂之间的关系不明确。对于此次地震的发震断层，不同学者持不同意见，主要有以下两种观点：一种观点认为此次地震可能发生在虎牙断裂NW向延伸的潜伏断层上（杨宜海等，2017;季灵运等，2017;徐锡伟等，2017;鲁人齐等，2018）;另一观点认为发震构造为塔藏断裂南侧分支——树正断裂，或与虎牙断裂贯通（易桂喜等，2017;姚鑫等，2017）。本文利用万永革等（2008）给出的由小震数据确定断层参数的方法，确定本次地震的发震断层面参数，并将所得断层参数和周边断层参数进行对比分析，判定了2017年九寨沟地震的发震断层。

1 数据与研究方法

梁姗姗等（2018）根据四川省地震局的观测报告获得2017年九寨沟MS70地震的震相数据和初始震源参数，选取2017年8月8日21时至10月31日24时共6 453次地震，采用双差定位法对地震事件进行相对定位，最终给出4 036个重定位地震事件，包括1次主震和4 035次余震。重定位后的地震序列沿NS，EW和UD方向的平均相对误差较小，均在005 km以下，平均均方根残差为003 s，其余震序列空间分布情况如图1所示，图中序号1～5为分别来自于易桂喜等（2017）、全球矩心矩张量（GCMT）、美国地质调查局（USGS）、梁姗姗等（2018）和杨宜海等（2017）得到的主震的震源机制解。

大震发生后，大量的余震发生在断层及其附近区域，根据余震分布获得断层产状，可以勾画出断层的形状，推测地震的发震断层，尤其是对于发震断层比较复杂的地震，余震可以刻画出断层的三维形态（万永革等，2008）。王鸣和王培德（1992）最早采用此原理分析了山西省大同—阳高地震的发震断层面，但所采用的高斯-牛顿法依赖初始解，如果初始解选取的不合适，得到的解将会远离真实解。万永革等（2008）对此方法做了改进，假定发震断层面可以近似为一个平面或分段近似为多个平面，小震震源位置到假定断层面距离的平方和最小，建立求解断层面的数学模型，给出根据小震确定主震走向、倾角的模拟退火全局搜索和高斯-牛顿局部搜索相结合的方法，此方法可以在全局搜索最优解，避免了对初始解的依赖，被广泛应用于断层参数的确定（李迎秋等，2011;杨超群等，2013;Wang et al，2014;盛书中等，2014;潘睿等，2015）。但该方法通过人工筛选数据，可能存在偶然因素的影响。为了验证人工筛选数据是否对研究结果及稳定性造成影响，本文在数据筛选前进行了数据随机筛选测试。

2 断层参数的确定

本文使用九寨沟地震全部精定位余震事件进行计算，结果如图3所示（图中白色虚线框和黑色虚线框为断层面）。图3a，b为余震在水平面和断层面上的展布。从图3c，d中可以看出，余震主要集中在主震断层面5 km范围内，说明大部分余震在所求断层面的附近，并以断层面为中心呈对称分布。最终获得九寨沟地震发震断层的详细参数（表1）。

由余震分布确定九寨沟地震发震断层的走向和倾角分别为1513°和840°，与之前研究结果作比较（表2），发现本文结果与美国地质调查局（USGS）、中国地震局地球物理研究所、杨宜海等（2017）、易桂喜等（2017）和梁姗姗等（2018）的结果是一致的;走向结果与GCMT、刘旭宙等（2017）、谢祖军等（2018）的研究结果一致;

3 发震断层的分段

精定位后的余震呈NW—SE向分布，从图1可以看出，在主震的WN方向存在一段余震稀疏区，不同研究者对本次地震序列余震精定位研究结果也显示存在余震稀疏区（房立华等，2018;梁建宏等，2018）。季灵运等（2017）对InSAR观测结果的研究表明发震断层走向在余震稀疏区由NW向NNW过渡，即发震断层在余震稀疏区以南的走向为NW向，在余震稀疏区以北的走向为NNW向。那么主震发震断层是否存在转向，余震稀疏区是否是其转向的分段点？本文采用分段拟合断层参数的方法对发震断层进行分析，根据不同分段间差異大小，确定断层是否可以进一步分段。平均演后残差为每个余震震源到拟合断层面的最终平均残差（万永革等，2008）。本文根据平均演后残差的变化确定分段点的大致位置，将所有地震事件按纬度排列，从南向北，由3305°N开始，用窗长为01°，步长为0025°的滑动窗进行分段拟合，计算结果如图4所示。