0 引言

据中国地震台网中心正式测定，北京时间2019年10月2日20时4分贵州沿河发生M_S4.9地震，震中位于28.40°N、108.38°E，震源深度10km。据现场调查，沿河地震的最高烈度为Ⅵ度，等震线长轴方位NE，长轴长10.2km，短轴长6.9km，Ⅵ度区面积55.8km²(据公布的烈度资料)^①。根据贵州铜仁市应急管理局公布的《2019年10月2日贵州沿河4.9级地震灾害直接损失评估报告》(贵州省地震局，2019)，本次地震虽未造成人员伤亡，但造成了约12784万元的直接经济损失，在震级和烈度范围均不大的情况下，造成了巨大的直接经济损失。本研究基于震害特征进行研究分析，以期有助于指导当地的防震减灾工作。

① http://www.gzsdzj.gov.cn/xwzx/sjdt/202202/t20220216_72558417.html

沿河地震发生在上扬子地块的凤冈SN向隔槽式褶皱变形区，该地区地震活动水平较低。沿河M_S4.9地震是自1854年有地震记录以来，发生在贵州铜仁地区的最大地震，该区域150km范围内，最大的地震为1856年6月10日湖北咸丰级地震(陆联康，1984；秦娟等，2018)，距本次地震震中位置最近的为1941年2月7日贵州印江5.0级地震。

本次地震未形成地表破裂，从地质的角度研究发震构造存在一定的困难(唐茂云等，2015)。本文通过沿河地震等震线、震源机制解、震源矩心深度及断层调查，综合评判此次地震的发震断层(易桂喜等，2016；黄世源等，2017；李翠平等，2019)，并进一步探讨地震的成因机制。对本次地震的研究有助于研判该地区的地震趋势，同时也为建立该区域地球动力学模型提供基础资料。

1 区域地震地质背景

贵州沿河位于上扬子地块的凤冈SN向隔槽式褶皱变形区(图 1(a))(李延栋，2017)。区内构造样式以隔槽式褶皱为主，为典型的侏罗山式褶皱组合。向斜变形强烈，常伴有逆断层发育，背斜变形相对较弱，构造行迹以近SN向为主。断层走向一般在N350°W~N30°E之间，以直线状延伸为主，少部分呈S型弯曲。单条断层规模一般在100km以内，多数倾向为E、SE，少数倾向为NW，断层性质为正、逆断层均存在。一般平行排列并在走向上断续延伸呈带状产出，间隔幅度与褶皱波长大致接近，切割青白口系至三叠系，局部地区控制晚白垩世磨拉石盆地产出。

研究区内断层主要出露于背斜核部，断层走向主要包括NE向、近SN向和NW向(图 1(c))，其中走向NW断层多以平移性质为主，走向近SN的断层主要为正断层性质，走向NE的断层具正断层和逆断层性质，多数断层最新活动时代不明(表 1)。沿河断层沿线有串珠状温泉出露。德江—息烽断层、宽坪断层、樱桃断层和德江断层在地貌上呈直谷及盆山突变界线，断层三角面较明显，沿断裂带多有上升泉分布。沿七科坝断层常形成深切峡谷，并有温泉出露。杨家坝断层在地貌上呈线性延伸的负地貌，沿断层有温泉出露，并发生过1941年印江5.0级地震。阳断层和合水断层在地貌上呈线性沟谷，两者的最新活动时代不明(卢定彪等，2011)。

2 沿河4.9级地震震害特征

依据GB/T 18208.3-2011《地震现场工作：调查规范》(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2012)、GB/T 17742-2008《中国地震烈度表》(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等，2009)，本次地震现场工作队在灾区共调查了30个点，最高烈度为Ⅵ度，等震线长轴走向NE向，长轴10.2km，短轴6.9km，Ⅵ度区面积为55.8km²，主要涉及沿河土家族自治县的甘溪镇、板场镇、夹石镇和淇滩镇等4个乡镇(图 2)。Ⅵ度区内土木、砖木房屋少数中等破坏，框架结构房屋完好。Ⅵ度区外房屋有少量轻微受损。

根据2019年10月4号的现场调查结果，芭蕉村(108.44°E，28.40°N)、后坝村(108.44° E，28.41° N)、大田村(108.44° E，28.42° N)等3个村寨属于Ⅵ度区，因此实际灾区面积应比发布的烈度图大，且轴向偏向E45°N。芭蕉村、后坝村、大田村等3个村寨(715户，3100人)中的砖混结构房屋约占80%，砖木结构房屋约占15%，全木结构房屋约占5%。3个村寨451户有不同程度受灾。少数砖木结构房屋中等破坏(图 3(a))；个别砖混结构房屋中等破坏(图 3(b))，少数砖混房屋轻微破坏(图 3(c))；框架结构房屋完好，少量出现墙皮脱落现象(图 3(d))，本研究认为该地区属于Ⅵ度区。

3 发震构造分析 3.1 震源机制解

沿河地震位于测震台较为稀疏的贵州铜仁地区，本文选用CAP(Cut and Paste)波形反演方法(Zhao et al，1994；Zhu et al，1996)。该方法将地震波形分为体波和面波，分别对截取的体波、面波进行带通滤波，计算理论波形与观测波形之间的误差函数，然后利用网格搜索获取给定参数空间中误差函数值最小的最佳解，解决了由于地震波速度模型不准确导致的不同震相到时差异产生的拟合偏差，其不仅能有效减少对速度模型的依赖性(Tan et al，2006；龙锋等，2010；王小龙等，2015；易桂喜等，2016、2017a、2017b)，还能降低对台站数量和方位角分布的要求，提高反演的信噪比和精度，是目前确定地震震源机制解和震源深度较为可靠的方法(谢祖军等，2013；蔡一川等，2015)

采用四川东部地区地壳上地幔速度结构(赵珠等，1987)，其波速比为1.73(表 2)。并基于台站方位角均匀分布的原则，选择位于震中距200km范围内的重庆市、贵州省的10个台站高信噪比宽频带波形资料，反演M_S4.9主震的震源机制。在计算中，首先对挑选的三分量地震波形进行去均值和去除仪器响应处理，旋转到大圆路径得到径向、切向和垂向的速度记录，再分成体波和面波，并分别用0.05~0.2Hz和0.08~0.1Hz的频率范围进行带通滤波；最后计算各台站的格林函数，以5°为网格步长搜索不同震源深度的最佳双力偶解。图 4显示了M_S4.9主震的反演方差和震源机制解随深度的变化，以及最佳拟合深度的观测波形和理论波形拟合图，绝大部分分量的观测波形和理论波形相关系数大于80%，二者具有较好的拟合关系。

最终反演得到的主震震源机制解结果为：节面Ⅰ走向61°、倾角35°、滑动角135°，节面Ⅱ走向190°、倾角66°、滑动角63°，P轴方位299°、仰角17°，T轴方位61°、仰角60°。本文获得的震源机制解与中国地震台网中心(CENC)给出的节面Ⅰ走向55°、倾角51°、滑动角113°，节面Ⅱ走向201°、倾角45°、滑动角64°基本一致，结果显示此次地震主要是受NW-SE向的挤压作用而发生的，具有逆冲兼平移性质。

此外，本文还利用传统的P波初动方法，选取震中附近P波初动记录清晰且方位角分布较均匀的27个台站求解主震震源机制。计算结果显示，节面Ⅰ走向272°、倾角75°、滑动角163°，节面Ⅱ走向7°、倾角73°、滑动角15°，P轴方位320°、仰角1°，T轴方位229°、仰角23°。与CAP波形反演结果相比，该结果亦指示了地震主要是因NW—SE向的挤压作用而发生的，具有逆冲兼平移性质，与图 4中10km左右震源矩心深度的震源机制解相似。

3.2 震区主要断裂特征

沿河地震位于夹石背斜核部，夹石背斜核部地层较平缓，两翼倾角约10°~25°，出露地层主要为寒武系-奥陶系碳酸盐岩，局部为上震旦统碎屑岩。该背斜核部NE向断裂发育，主要包括沿河断层和钟南断层，这两组断层平行展布，构成复杂的断裂带。

(1) 钟南断层。钟南断层整体呈N30°E~50°展布，西南起于道钟村，向北东经板场镇、钟南、杨寨村，止于重庆石园村附近，延伸约55km。地貌上，钟南断层通过处表现为明显线性负地貌(图 5(a))。根据1︰20万沿河幅(H-49-ⅩⅩⅪ)、1︰5万甘溪幅和1︰5万沿河幅，钟南断层在南段整体表现为倾向SE的高角度正断层，倾角60°~80°。在421乡道上见钟南断层断层面发育，断层上见擦痕及阶步发育(图 5(c))，擦痕近直立，阶步属于羽状阶步，为典型的正阶步，根据阶步的粗糙感方向，判断钟南断层为正断层性质，断层面产状分别为149°∠65°和153°∠76°(图 5(b)、(d))。

(2) 沿河断层。沿河断层整体呈N30°E~50°展布，西南起于先店村，向北东经舟门村、淇滩村、沿河县城，止于月亮村，延伸约42km。根据1︰20万沿河幅(H-49-ⅩⅩⅪ)、1︰5万甘溪幅和1︰5万沿河幅，沿河断层在先店村、舟门村至淇滩村一段整体表现为倾向SE的高角度逆断层，断层倾角60°~80°。野外调查发现，沿河断层在地貌上整体沿乌江延伸，野外可见大量的断层崖发育。淇滩村附近见沿河断层次级断层面发育，断层面上可见擦痕和阶步发育，擦痕侧伏向NE，侧伏角约50°；阶步属于羽状阶步，为典型的正阶步，根据阶步的粗糙感方向和缓坡面对着的方向，判断沿河断层以逆断层为主，并兼具平移性质(图 6)。

4 讨论 4.1 震害分析

本文采用的CAP全波形反演方法(Zhao et al，1994；Zhu et al，1996)是目前确定地震震源机制解和震源深度较为可靠的方法(谢祖军等，2013；蔡一川等，2015)。根据图 4，震源深度在3km左右时震源机制解的反演方差达到最小值。本文得到的沿河4.9级地震震源深度与中国地震台网中心测定的10km深度差别较大，即使考虑到速度模型的误差，也基本可以认为此次地震震源深度在3km左右，是发生在地壳内部浅层的一次地震。

由于沿河地区建筑物多以老旧的砖混结构为主，砖木结构及木结构占比较小。当地农村自建房屋抗震性能差，加之此次地震属于地壳内部浅层的一次地震，造成了沿河地区巨大的直接经济损失。

4.2 发震构造判定

除一些特殊条件外，中小地震一般很难形成地表破裂(唐茂云等，2015)。尽管传统的槽探和钻探方法较为可靠，但需要合适的地质条件和大量的经费支持，因此存在一定的局限性。此外，贵州沿河地区为基岩山区，寒武纪、奥陶纪灰岩大量出露，断层露头往往弥散性隐匿于山体裂缝与节理面中，断续出露或不出露，同时缺乏可靠的年代限制，调查其长期活动性难度较大。本文利用震源机制解、地震烈度等震线，并结合震区主要断层的性质等推断发震断层(易桂喜等，2015、2017a、2017b)，最终获得的沿河4.9级地震震源机制解同中国地震台网中心给出基本一致，均指示沿河地震为逆冲兼平行性质；同时，沿河地震烈度Ⅵ度区长轴呈NE向展布于沿河断层东南侧。据1︰20万沿河幅(H-49-ⅩⅩⅪ)、1︰5万甘溪幅、1︰5万沿河幅和野外实地调查，沿河断层为一条走向NE、倾向SE、倾角60°~80°的逆断兼平移断层。

综上所述，推测沿河断层为本次沿河M_S4.9地震的发震断层。

4.3 地震成因分析

沿河地震主震震源机制解结果显示，该地震是以NW—SE向挤压作用下形成的逆断兼走滑断层作用为主，且震源深度为3km左右，究其原因可能有2种解释：

(1) 受外部应力扰动作用。区域强震不仅可以改变周边构造应力场的方向(张致伟等，2015)，同时还可能通过应力传递的形式触发或延迟周围地震(Parsons et al，2008；万永革等，2015；Han et al，2017)，如2010年四川遂宁与重庆潼南交界的5.0级地震就可能为2008年汶川8.0级地震之后川东南应力调整的产物(张永久等，2011)。沿河处于上扬子地块的黔北隆起区，属于弱地震背景，沿河地震周边150km范围内，破坏性地震缺失严重，自1854年以来方有地震记录，其中4.7~4.9级地震2次(包括本次沿河4.9级地震)，5.0~5.9级地震3次，6级以上地震1次(1856年6月10日湖北咸丰级地震)。距震中最近的一次地震为120km外的2017年11月23日重庆武隆5.0级地震(李翠平等，2019)。由于沿河地震距周边7级以上强震较远，且震源机制解与区域构造方向一致。本研究推断，沿河地震地震成因受应力传递影响较小。

(2) 外部流体作用。流体作用对断层的影响与区域应力场的张性和压性无关(马文涛等，2013)，其对断层的影响主要是流体的荷载作用和孔隙压力改变。沿河地震震中位置距沙沱水电站的库区最近距离仅1.2km(图 7)。据调查，沙沱水电站最大坝高101m，库容9.21亿m³，电站正常蓄水位365m，死水位353.5m；蓄水段自2013年开始蓄水。沙沱水电站上游河道较窄，蓄水流域较长，蓄水荷载同地质体内原有应力状态相比影响较小，因此流体直接的荷载作用似乎不能解释此次地震的成因。对于孔隙压力的改变，Pandey等(2003)研究指出，在流体扩散过程中，2~3bar的孔隙压力改变就足以诱发地震，其中良好的渗透通道和局部构造条件是其最主要的两大条件。本次地震震中附近普遍发育寒武纪和奥陶纪碳酸盐岩地层，沿钟南、沿河等断层发育一系列溶洞和地下暗河(郭维祥等，2004)。而溶洞、地下暗河等岩溶地貌是水体渗透扩散的有利通道(易立新等，2000)。根据贵州乌江水电开发有限责任公司沙沱发电厂提供的水位变化数据，沙沱水电站库区自2019年8月2日开始逐渐蓄水，在9月6日达到361m，之后水位保持稳定，自9月26日的361.26m持续下降，于10月6日达到355m左右，整体下降了6m多。10月2日沿河地震发生在水位持续下降阶段(图 8)。

沿河断层沿乌江延伸，且该地区碳酸盐岩、裂隙及溶洞发育，流体沿着通道向深部渗透，在结构面上产生孔隙压力变化，使得有效压力减小，且伴随水位的持续下降，岩石抗剪强度降低，从而活化沿河断层，继承性地诱发此次地震，同时震源机制解给出的震源深度为3km左右。因此，推测本次地震可能为水库诱发断层活化引起的地震。

5 结论

由于震源深度浅，当地建筑物抗震性能差，导致沿河M_S4.9地震震害严重，直接经济损失大。基于沿河M_S4.9地震的区域构造环境、主震震源机制解、烈度分布特征和震区主要断层的性质，推测此次沿河地震的发震构造为沿河断层。沿河M_S4.9地震震中位置距沙沱水电站库区仅1.2km，加之震中区域岩溶地貌发育，遍布溶洞和地下暗河，流体的深部渗透导致局部断层活化，进而诱发了本次地震。本文推测沿河M_S4.9地震为水库诱发断层活化引起的地震。

致谢: 感谢贵州省地震台和中国电建贵阳勘察设计研究院提供的观测数据，感谢贵州乌江水电开发有限责任公司沙沱发电厂提供的水位变化数据。