0 引言

青藏高原是中国大陆岩石圈变形最为强烈的区域(徐锡伟等, 2005), 尤其是东缘地区在2008~2013年仅仅5年的时间内相继发生了汶川M8.0和芦山M7.0两次大地震, 使得该区域成为国内外学者关注的焦点。2015年1月14日13时21分, 四川省乐山市金口河区(103.2°E, 29.3°N)发生M5.0地震, 震源深度14km。此次地震发生在青藏高原东缘龙门山构造带与川滇SN向构造带交接部位, 历史和现今地震活动强度相对较弱, 频度较低。金口河M5.0地震震区位于荥经-马边-盐津断裂带北段, 该断裂带是一条结构复杂的晚第四纪活动断裂带(张世民等, 2005；韩竹军等, 2009), 地震活动频繁, 尤其是南段发生过多次6~6¾级地震和2次7级左右的大地震。而断裂带北段介于地震活动强烈的南段与具有强震、大地震构造背景的龙门山构造带之间, 虽然背景地震活动表现较弱, 但金口河M5.0地震的发生也提醒我们该地区可能具有孕育和发生中、强地震的构造条件, 同时也提供了进一步认识该地区孕震能力和潜在地震危险性的契机。

地震精定位、震源机制解是分析地震活动与活动构造之间关系的常用手段, 高精度的地震定位结果不仅能够提供有效的地震活动信息, 更有助于分析断裂深部的结构形态, 尤其在构造复杂、构造不明或者隐伏构造地区更能发挥作用(田玥等, 2002)。震源机制解能够直观地反映地震破裂几何特性和运行学特征, 揭示地震破裂的力学机制, 库仑应力触发能够从力学机制上探讨应力变化与后续地震的触发关系。

为了进一步认识该地区的孕震构造背景, 本文基于四川区域地震台网记录的震相和波形资料, 采用双差定位法(Waldhauser et al，2000)对所选地震进行重新定位；采用CAP(Zhao et al，1994；Zhu et al，1996)和HASH方法(Hardebeck et al，2002)求解金口河M5.0地震的震源机制解与震源矩心深度以及序列中8次M_L≥2.0余震的震源机制解；并采用Coulomb3(Toda et al，2011)研究主震对序列的触发作用；最后, 综合地震定位和灾害调查结果, 分析地震的发震构造。

1 震区概况

2015年1月14日金口河M5.0地震发生在青藏高原东缘, 位于龙门山构造带、川滇SN向构造带和四川盆地的交汇部位(刘树根, 1993；李智武等, 2009)。该区域地貌梯度变化大, 西侧山地海拔为3500m左右, 而东侧降为500m左右, 在东西宽度不到100km范围内, 形成约3000m的高差(马杏垣, 1989)。金口河M5.0地震震区位于荥经-马边-盐津断裂带北段, 该断裂带是凉山断块活动构造区的东边界, 北起天全以南, 向南经荥经、峨眉、峨边、马边、利店至云南盐津北, 全长250余千米, 由9条规模不等(自北向南包括天全-荥经断裂、峨边断裂、利店断裂、中都断裂、玛瑙断裂、楔子坝断裂、关村断裂、中村断裂、靛兰坝断裂)的纵向断裂和数条横向断裂组成了1个宽30km的NW向逆冲断裂带(唐荣昌等, 1993), 上述断裂走向自北向南由NW向转为NNW向, 总体倾向SW, 构成了弧顶指向NE的弧形压性构造带。单条断裂的平面展布多呈舒缓波浪状或弧形, 活动方式以逆冲为主, NW向断裂兼有左旋走滑错动(张世民等, 2005)。从震中位置(图 1)来看, 该地震发生在断裂带北段的NNW向天全-荥经断裂和NE向西河-美姑断裂的交汇区附近, 其中前者走向NNW, 倾向NE, 倾角40°~60°, 具压性(唐荣昌等, 1993)；后者走向NE, 倾向W, 倾角30°~60°, 同样具压性活动(四川省地质局第一区域地质测量队五分队, 1971)。

有文字记载以来, 此次地震震中50km范围内曾发生过1935年马边M6.0地震以及1957年汉源M5.0 2次5级以上地震。而100km范围内(芦山余震除外)的上一次5级地震为1995年4月26日沐川M5.0地震, 该区域已经长达近20年未发生M≥5地震。因此, 本次地震为该区域近年来的一次显著地震。

截至2015年4月30日, 四川区域地震台网共记录到金口河地震余震38次, 余震数量少。另外, 现场调查结果显示, 乐山金口河M5.0地震极震区烈度为Ⅵ度, 等震线勾勒的优势破坏方向并不明显(四川省地震局地震现场工作队, 2015)。

2 方法和发震构造判定 2.1 金口河M5.0地震序列精确定位

近年来, 随着数字化地震观测技术的迅速发展, 双差定位法(Waldhauseret al, 2000)受到人们的广泛重视, 该方法降低或消除了地层速度结构横向不均匀性对地震定位的影响, 被认为是提高地震、特别是小震震源位置精度的一种有效手段。该方法主要是将一定空间范围内的地震事件两两组对, 经过数学迭代使事件对的震相到时差的残差最小, 以此为原则来确定该事件对的相对位置。

金口河M5.0地震序列地震个数少, 震级偏小, 为了得到序列更加精确可靠的结果, 我们选取了震区及其附近区域2001年以来的历史地震震相资料, 与本次地震序列联合起来, 利用震中距150km范围内的台站, 采用双差定位法对所选地震进行重新定位。首先采用基于赵珠(1987)四川东部速度模型(图 2)的HYPOINVERSE2000绝对定位法(Klein, 1989)对研究区地震进行了初定, 然后选择其中具有4个以上震相的事件参与相对定位, 最终获得了本次地震序列中23次事件的精确定位结果。平均定位误差分别为水平向0.8km、垂直向1.2km, 走时残差0.14s。

重新定位后的震中分布图(图 3)显示, 序列在空间上总体呈NE向展布, 长度约3km, 分布在NNW向天全-荥经断裂和NE向西河-美姑断裂所挟持的狭小范围内, 计算结果表明, 金口河M5.0地震位于(103.18°E, 29.32°N), 深度16.6km, 序列的平均深度约16km。

2.2 金口河M5.0地震序列震源机制解

地震序列空间展布、现场调查的等震线形态与震源机制是判定发震构造的常用手段(易桂喜等, 2015)。由于本次地震的极震区长轴方向并不明显, 本文将序列的震源机制解作为确定本次地震发震构造的依据。

基于四川数字化地震台网记录的地震波形资料, 利用CAP方法(Zhao et al，1994；Zhu et al，1996)反演了主震震源机制解。该方法的基本步骤是将理论与观测地震记录波形分割为Pnl和面波, 在全空间格点搜索理论与实际地震波形之间具有最小误差函数数值的解。本文所使用的Pnl与面波滤波频率范围分别设置为0.05~0.2Hz和0.05~0.1Hz, 网格搜索步长5°。该方法具有所需台站少、反演结果对速度模型和地壳结构横向变化依赖性相对较小的优点(吕坚等, 2008；龙锋等, 2010；易桂喜等, 2012、2016；祁玉萍等, 2018a、2018b), 对M_L≥3.5地震可获得稳定可靠的结果, 但对高频为主的M_L＜3小震效果不好。为此, 我们同时采用了广泛应用于求解中小地震震源机制的HASH方法(Hardebeck et al, 2002), 反演计算了主震以及8次M_L≥2.0余震的震源机制解, 该方法主要是基于P波和S波在距离节面不同方位角处具有不同辐射强度的原理, 采用一定窗口内的P/SV振幅比来确定节面位置, 并同时通过垂直向初动极性来判定象限的力轴性质。

使用和地震定位时相同的速度模型, CAP反演出此次M5.0地震的矩中心深度为12km, 略浅于精确定位深度(图 4(a))。在此深度上的最佳双力偶解为：节面Ⅰ走向350°/倾角46°/滑动角107°, 节面Ⅱ走向146°/倾角47°/滑动角73°, 矩震级为M_W4.6, 波形拟合质量高(图 4(b)), 表现为走向NNW的逆冲型断层作用结果。本文结果与globalCMT利用远震波形给出的震源机制结果一致(表 1), 二者可相互印证。在使用HASH方法计算主震和M_L≥2.0余震震源机制解的过程中, 我们仅使用震中距200km以内且信噪比在3dB以上的波形记录。结果显示, 由HASH计算得到的主震机制解与CAP方法计算结果相差无几(表 2), 进一步证明了本文计算的主震机制解结果是可靠的, 同时也说明了HASH方法在计算具有高信噪比的地震机制解时的可靠性。另外，8次M_L≥2.0余震的震源机制解基本与主震相同，具有大分量的逆冲比重, 但节面走向有较大差异, 以NE向为主, 与精定位所显示的长轴方向较为吻合。

2.3 金口河M5.0地震库仑应力触发

库仑破裂应力是指断层面上存在一定程度的应力积累, 当积累应力大小超过断层面的滑动阻抗强度时, 断层面将会滑动和破裂。释放应力的地震和破裂面称为“源地震”以及“源断层”, 其他先存断层面称为“接收断层”(King et al，1994；Stein, 1999)。

特定区域的地震成因可以由库仑应力变化来进行合理解释(解朝娣等, 2014)。本文以金口河M5.0地震的发震震中位置为中心, 取(103.1°~103.25°E, 29.25°~29.40°N)的矩形范围作为研究区, 对库仑应力触发图像进行分析。依照King等(1994)根据不同地区计算库仑应力变化得出的经验值, 参数选取为：计算深度16km, 剪切模量3.3×10¹⁰Pa, 泊松比0.25, 摩擦系数0.4。

以金口河M5.0地震所在的NNW向天全-荥经断裂作为源断层, 断层参数为CAP计算出的主震机制解(表 1), 破裂长度和宽度均为2.0km；以NE向西河-美姑断裂作为接收断层。采用应力场反演的方式获得该断层相对可靠的段层面解：首先去除8次余震中非逆冲的2次地震, 对余下的6次余震采用SSI方法(Michael, 1984、1991)计算得到3个应力主轴的位置, 并最终得到最佳断层面解(图 5), 考虑到西河-美姑断裂西倾的特征, 我们选择节面Ⅱ(图 5)作为接受断层的参数。最终得到的库仑应力变化图像如图 3所示, 从结果可以看出：余震主要发生在主震引起的库仑破裂应力增加的区域, 主震SW侧的余震密集区应力的Δσ约为0.01~0.03MPa, 大于0.01MPa的触发阈值(程佳等, 2016)。由此可以推断, M5.0主震对西河-美姑断裂施加了正的库仑应力, 促使该断裂破裂, 并激发了一系列余震。

2.4 金口河M5.0地震发震构造分析

尽管已有上述众多资料, 但在分析金口河地震序列的发震构造时仍存在困扰。我们重新列举出这些依据并试图厘清它们之间的关系：①震源区附近存在NNW向天全-荥经断裂和NE向西河-美姑断裂, 均有可能存在第四纪活性, 且2条断裂的压性受力方式与整个序列的逆冲型机制解一致。②极震区长轴展布优势方向不明显。③序列的空间分布、大部分M_L≥2.0余震的机制解节面走向与NE向西河-美姑断裂一致。④主震机制解表现为走向NNW、逆冲型运动方式, 与其附近的NNW向天全-荥经断裂性质一致；余震机制解主要表现为走向NE、逆冲型运动方式, 与主震一样具有大分量的逆冲比重, 但两者节面走向存在较大差异, 余震的走向与精定位所显示的长轴方向及其附近的西河-美姑断裂性质一致(NE向)；另外, 余震主要发生在主震引起的库仑破裂应力增加的区域。鉴于主震和余震在时间上的继承性及2条断裂在空间上的关系, 我们认为NNW向天全-荥经断裂为本次地震主震的发震构造, 倾向NE的机制解节面Ⅰ指出了该断裂的几何产状。M5.0主震发生后, 立即触发了其旁侧的NE向西河-美姑断裂, 并激发了多次余震, 因此余震展布及它们的机制解节面多呈NE向分布。

3 结论

基于四川区域地震台网记录的地震资料, 采用双差定位法对所选地震进行重新定位, 同时, 采用CAP波形反演方法及HASH方法, 求取金口河M5.0地震以及M_L≥2.0余震震源机制解, 结合精定位结果, 对本次地震的发震构造进行分析, 另外, 计算了区域库仑应力值, 得到的结果如下：

(1) 精定位结果显示金口河M5.0地震深度约16km, 略深于波形反演结果。该地震序列主震发生在NNW向天全-荥经断裂附近；余震序列在空间上呈NE向展布, 均匀分布在NE向西河-美姑断裂附近。

(2) CAP方法计算主震震源机制解显示为逆冲型, 矩心深度12km；节面Ⅰ：走向350°/倾角46°/滑动角107°, 节面Ⅱ：走向146°/倾角47°/滑动角73°；矩震级为M_W4.6, 与其附近的NNW向天全-荥经断裂性质一致。8次M_L≥2.0余震的震源机制解基本与主震一样具有大分量的逆冲比重, 但节面走向有较大差异, 以NE向为主, 与精定位结果较为吻合, 与其附近的西河-美姑断裂性质一致。

(3) 库仑应力结果显示, 余震主要发生在主震引起的库仑破裂应力增加的区域。

综合分析认为, NNW向天全-荥经断裂为本次地震主震的发震构造, 倾向NE的机制解节面Ⅰ指出了该断裂的几何产状。M5.0主震发生后, 立即触发了其旁侧的NE向西河-美姑断裂, 并激发了多次余震, 因此, 余震展布及它们的机制解节面多呈NE向分布。