湖北巴东Ms5.1地震构造背景分析*

雷东宁 陈俊华 张丽芬 张楚晨

1)中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室)，武汉 430071

2)湖北省地震局，武汉 430071

3)防灾科技学院，三河 065201

湖北巴东Ms5.1地震构造背景分析*

雷东宁1)陈俊华2)张丽芬1)张楚晨3)

1)中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室)，武汉 430071

2)湖北省地震局，武汉 430071

3)防灾科技学院，三河 065201

基于区域地震构造环境、地震烈度分布、震源机制解，以及主震及余震的波形特征、频谱特征，分析了巴东5.1级地震的孕震构造背景。研究表明，该地震为在水诱发作用下产生的构造型地震。

巴东5.1级地震;水库诱发地震;地震构造;断裂活动性;地震烈度

巴东5.1级地震发生在三峡水库的中游地区，距大坝约65 km，是三峡水库蓄水以来库区发生的最大地震。根据前人研究［1－4］，三峡水库蓄水以来，该区中小地震活动多与库水下渗、库水压力变化有直接联系，其地震类型主要为坍塌型矿震和水下渗诱发的构造型水库地震。详观水库诱发地震史，世界范围内水诱发5级以上地震的震例很少［5］，而在巴东5.1级地震震中约20 km的北东曾于1979年发生过5.1级地震，说明该地震区具有发生5级以上构造地震的背景，第三代地震烈度区划图也将该区列为5级以上潜在地震危险区［6］。巴东5.1级地震是一次构造地震，还是水诱发作用下的构造地震，或是在水作用下由于坍塌冲击作用诱发的构造地震，正是本文探讨的问题。

1 地震构造环境

1.1 区域地震构造

地震区区域构造主要以NE、NW方向为主，如较大规模的NNE向新华-水田坝断裂、仙女山断裂、周家山断裂。周家山断裂为1979年秭归龙会观5.1级地震的发震构造①;NW走向的断裂有仙女山断裂、天阳坪断裂等。研究表明［7］，这些断裂活动时代多在第四纪早、中更新世，第四纪以来活动不明显。

本区属于低中山区，峡谷深切，地形坡降较大，落差高达1 000 m，表明本区现今仍处于隆升较为强烈的时期［8］。地震活动在空间上与构造有一定的相关性，表现出低频次、高强度的特征［7］。

1.2 区域构造应力场

巴东5.1级地震震中位于秭归向斜西南侧，即黄陵背斜之西翼马蹄形盆地的西南边缘，其区域主压应力场方向为NW-SE向［9］。1979年秭归龙会观5.1级地震震源机制解结果为P轴349°、仰角8°，T轴253°、仰角 35°，主压应力优势方向为 NWSE［10－11］，与区域应力场方向一致。

1.3 震中区地质构造

震中区出露的地层主要为上三叠统九里岗组(T3j)地层与下侏罗统(J1t)砂岩地层。在巴东组地层中，含有膏盐层。历史上为采煤区，矿洞发育。从空间上看，震中区主要受NNE周家山断层、马鹿池断裂及高桥断裂所围限，距离高桥断裂最近，约7 km。主震及余震分布显示，地震活动受高桥断裂控制(图1)。另外，从数字高程模型图像上看，震中区可能存在近东西向线性构造，但震中区不明显。震后在震中区进行了野外地震地质调查，发现存在EW向断裂构造，规模有限。

图1 区域地震构造图Fig.1 Regional seismotectonic map

2 巴东地震特征

2.1 巴东地震震源机制解

巴东5.1级地震震源机制解结果如表1所示②。从表中可见，用不同方法解算的结果虽有差异(节面Ⅰ走向 73°～117°，节面Ⅱ走向 168°～347°)，但作为分析本区的应力作用方向和可能的断层错动类型还是有帮助的。从震源机制解结果可知，虽然有一定差异，但基本上反映了本区地震构造环境，巴东5.1级地震的断层错动类型为正断倾滑型，这与本区的地震构造环境基本一致。

表1 不同机构给出的震源机制解Tab.1 The focal mechanism solution from different institutes

2.2 本次地震烈度与龙会观5.1级地震烈度的对比

1979年秭归龙会观5.1级地震烈度图显示，极震区(Ⅶ度区)烈度线长轴方向呈北东向展布，与区域构造线方向基本一致。等烈度线近似椭圆状，Ⅴ度区长轴约40 km，短轴长约30 km(图2(a))。巴东地震震中烈度Ⅶ度区长轴呈NWW向，Ⅵ度区呈梨状，近东西向展布，而预测图给出的等烈度线整体长轴呈NE向。调查显示，Ⅶ度区长轴约3.9 km，短轴长约2.4 km，面积约7.7 km2;Ⅵ度区长轴走向近东西向，长约 21.4 km，短轴近南北向，长约 13.6 km，面积251 km2。与龙会观地震等烈度线相比，巴东地震Ⅶ度区面积较小，表明衰减较快，而且震害较轻(震源深度仅5 km，而秭归龙会观地震为16 km，是其3倍多)(图2(b))。另外，等烈度线的长轴展布显示可能存在近东西向的发震断面，而在短轴方向的衰减快慢代表着发震断面倾向。从巴东地震Ⅵ度线形态来看，大致可判定断面倾向N-NNW。

图2 巴东地震与秭归龙会观地震烈度图Fig.2 Comparison of intensity distribution of Badong Earthquake with Longhuiguan Earthquake

2.3 巴东地震的特点

巴东地震具备一般水库诱发地震的特点，如烈度衰减快、震源深度浅、地震动频率高;但又有不同于一般水库诱发地震的特性，如震级达5.1级、震中震害轻、等烈度线长轴与已有构造线走向吻合度差等［5］。

2.4 地震学特征分析

依据震中距相近、震级相近的原则，分别选取了两次典型构造地震(2011-09-10瑞昌阳新Ms4.6地震、2008-03-24竹山Ms4.6地震)、一次构造型水库地震(2008-11-22秭归Ms4.1地震)、两次塌陷地震(2005-09-13宜昌雾都河ML2.6塌陷、2008-11-07钟祥ML3.3矿塌)，与此次巴东Ms5.1地震的波形、主震频谱、余震频谱特征进行对比。

从波形特征可见，阳新 Ms4.6地震和竹山Ms4.6地震波形紧凑，周期短，高频成分丰富，S波振幅明显大于P波振幅，具有构造地震的特征。而宜昌雾都河ML2.6塌陷和钟祥ML3.3矿塌型地震的波形疏松，短周期面波相当发育，面波周期比地震周期长，高频成分不发育。相同震中距、相似震级条件下，塌陷地震比构造地震衰减得快。秭归Ms4.1构造型水库地震的波形具有构造地震的特征，但又有差别。此次巴东Ms5.1地震的波形与典型构造地震存在差异，波形相对疏松、周期较大，与塌陷型地震及水库地震波形有相似性。

此次巴东Ms5.1地震的优势频率偏低，频率较单一，高频成分不发育，拐角频率约为2.0 Hz;阳新Ms4.6地震高频成分丰富，拐角频率约为6.0 Hz;秭归Ms4.1地震高频成分相对发育，拐角频率约为3.5 Hz;钟祥ML3.3地震频率单一，高频成分不发育，拐角频率约为1.5 Hz。通过对比分析，阳新Ms4.6地震为典型构造型地震，频率成分非常丰富，拐角频率最高;秭归Ms4.1地震为构造型水库地震，其高频成分及拐角频率次之;钟祥ML3.3地震为塌陷型地震，频率成分单一，拐角频率最低;巴东Ms5.1地震的频率分布及拐角频率与塌陷型地震、水库地震更为接近。另外，对本次地震的较大余震进行了波形及频谱特征的对比分析，余震波形比较紧凑，频率成分丰富，拐角频率较高，与构造地震特征接近。

3 地震与构造活动分析

在中国东部，一些在第四纪早、中更新世活动的断裂仍然具有发生中强地震的能力［12］。通过对本次地震发震构造环境、地震烈度与断裂关系的分析认为，本次地震具有如下构造成因特征:

1)本次地震P轴方向与区域主压应力轴方向基本一致，为NW-SE方向。

2)由高桥断裂、马鹿池断裂及周家山断裂围限的楔形微块体构成发震单元，其盖层深度在10 km以内，多数褶皱变形，发育不同尺度及深度的断裂。在我国云南一些地段经常发生中强地震，在地表找不到相应的发震构造，仅存在一些小规模断层，但通过研究发现其深部存在对应的发震构造，这表明发震构造存在构造层次上的差异，即浅表构造和深部构造的非一一对应关系。在中国东部，存在现今判定为第四纪早、中更新世断裂为发震构造［12－13］。

3)从更大区域构造形迹来看，本区位于南大巴山弧与八面山弧的汇聚部位，形似构造结，容易形成应力集中。

4)本区1979-05-22秭归龙会观地震，周家山断层为其发震构造，巴东地震与该地震相距约9.5 km。从发震构造位置上讲，可能属于不同的发震构造，但属于相互关联的发震构造，存在相互作用和影响，可能存在一定的静态应力触发作用。

5)本次地震是在172 m蓄水位，震前十分平静，可能预示着断层处于闭锁状态;在震中区，2003年第一次蓄水就在东瀼口出现微小震群地震活动;沿着高桥断裂曾发生水库诱发地震，最大震级达3.0级。本次地震震级高达Ms5.1，应属水库诱发地震，同时其主要受地震构造控制。

三峡水库蓄水并加压后，水向外渗透软化的面积随时间扩大。显然，随着水位的抬高，断层面的软化面积愈来愈大，若发生地震，其震级也愈大。所以，最后一期水位抬高后，面临强震的危险性更大［14］。文献［15］根据P波确定的可能发震断面走向近东西向，倾向南，这与中国地震台网确定的基本一致，且为正倾滑性质。采用5台精定位的方法，主震余震分布图呈东西向展布，表明与东西向构造存在对应关系。

4 结语

根据对区域地震构造环境、巴东地震与秭归龙会观Ms5.1震害特征、地震烈度对比分析，在水库诱发地震特征讨论的基础上，从现象学角度初步分析认为:

1)震区具有孕育中等强度地震的构造环境;

2)巴东地震发生在三峡库区，属于水库诱发地震中的构造型地震，与1979年秭归龙会观Ms5.1地震具有相同的孕震构造环境;

3)三条断裂为巴东地震的控震构造，盖层浅部存在潜在易滑动面;

4)巴东地震具有正倾滑性质，断面倾向南。

水库蓄水后，库水的荷载、岩体中的孔隙水压力、水对岩体或软弱面的润滑作用的影响应该是研究的重要方面。当然，水库诱发地震是一个十分复杂的问题，需要不断深入研究，才能更加准确地判定属于哪种类型的水库诱发地震。

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3 马文涛，等.水库诱发地震的震例比较与分析［J］.地震地质，2013，35(4):924 －919.(Ma Wentao，et al.The case analysis and comparison of various reservior-induced earthquakes［J］.Seismology and Geology，2013，35(4):924 － 919)

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15 Chen Junhua，et al.Study on the mechanism of the M5.1 Badong earthquake in Hubei［J］.Geodesy and Geodynamics，2014，5(1):47 －54.

ANALYSIS OF SEISMOGENIC BACKGROUND OF BADONG Ms5.1 EARTHQUAKE

Lei Dongning1)，Chen Junhua2)，Zhang Lifen1)and Zhang Chuchen3)
1)Key Laboratory of Earthquake Geodesy，Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071
2)Earthquake Administration of Hubei Provinc 430071
3)Institute of Disaster Prevention，Sanhe065201

The seismotectonic background and genesis of Badong Ms5.1 Earthquake was analyzed based on the regional seismotectonic environment and main seismogenic structure.According to the comparison of distribution of intensity，focal mechanism solutions and seismic wave and spectrum of mainshock and aftershocks of the Earthquake with other earthquakes near by，especially Longhuiguan Ms5.1，1979，a conclusion can be drawn that Badong Earthquake is typical reservoir-induced and tectonic-type earthquake.

Badong Ms5.1 earthquake;reservoir-induced earthquake;seismotectonic;fault activity

P315

A

1671-5942(2014)03-0006-04

2014-03-30

中国地震局地震研究所所长基金项目(IS200856069)。

雷东宁，男，1980年生，硕士，工程师，主要从事地震地质等方面的研究。E－mail:lei_dongning@163.com。