2014年康定MS 6.3、MS 5.8震群型地震发震机理讨论

廖林 姚琪 刘杰 张微

1）中国石油大学（北京），北京市昌平区府学路18号 102249

2）中国地震台网中心，北京 100045

3）中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083

0 引言

2014年11月22日，在川滇菱形块体的东边界——鲜水河断裂带上发生了康定MS6.3地震，同月25日，在该地震震中南侧约11km处又发生了MS5.8地震。据统计，2014年康定地震共造成5人死亡，78人受伤，直接经济损失达42.32亿元。这2次地震的震级仅相差0.5级，按照地震序列分类的定义，该组地震属于震群型。根据Jiang等（2006）对川滇地区89个MS≥5.0地震序列的统计可知，鲜水河断裂带上绝大部分强震属于主余型，少量属于孤立型，仅有1972年9月27日康定MS5.6、MS5.7震群属于多震型。由此可见，此次康定震群对于鲜水河断裂带而言，是少有的强震震群。

根据地震序列类型的统计可知，震群型地震大多发生具有共轭构造或多组不同走向构造的交汇区，譬如2012年9月7日云南彝良MS5.7、MS5.6震群就发生在SN向的马边断裂带与NE向的昭通断裂带交汇区。相对来说，主余型地震能够在各类形式的构造中产生，特别是先存断层内部闭锁单元或障碍体的破裂或新生的相互分离的断裂段的破裂等，鲜水河断裂带上大部分强震序列都是主余型，譬如1967年8月30日炉霍MS6.8地震；简单断层端部的进一步扩展大多产生孤立型地震，譬如1982年6月16日甘孜西北MS6.0地震。从发震构造位置上来看，2014年康定震群震中位于鲜水河断裂带色拉哈段和折多塘段的交汇处，但是该震群的2次主震震源机制解近于一致（CMT），震中所在断裂的产状也近于一致，并不存在共轭构造或多组不同走向的构造交汇。因此，2014年康定震群的发震构造必然具有其独特性。

本文从2014年康定地震的震源特性、大地构造背景出发，分析了主、余震的时空分布，并将2014年康定震群与鲜水河断裂带上1960年以来主要中强震的构造位置、地震蠕变曲线、地震序列类型和围岩特征等进行对比，进一步讨论了2014年康定震群的独特性及其震群型地震序列的发震机理。

1 大地构造背景

2014年康定MS6.3、MS5.8地震发生在川滇菱形块体的东边界——鲜水河断裂带上（图1（a））。鲜水河断裂带北起甘孜县东谷，南至石棉附近，全长约300km。该断裂带自北而南可划分为炉霍段、道孚段、乾宁段、雅拉河段、色拉哈段、折多塘段、雪门坎段和磨西段等8段（安艳芬，2011），2014康定震群分别发生在色拉哈段与折多塘段上（图1（b））。雅拉河段、色拉哈段、折多塘段等3段呈左行雁列排列，晚新生代以来均表现为左旋走滑的特征。

鲜水河断裂北接甘孜-玉树断裂，南接安宁河-则木河-小江断裂系，与这些断裂共同构成了川滇菱形块体的东北边界，并在折多山-贡嘎山一带与龙门山断裂带共同构成了川滇地区的“三岔口”地带，是巴颜喀拉块体、川滇块体和扬子块体等3大构造板块交汇地区。据第四纪断错地貌测量、古地震研究和GPS监测数据等分析结果，鲜水河断裂带左旋走滑速率约为12mm/a（Xu et al，2003）；相对而言，安宁河-则木河断裂的滑动速率较小，减少的部分可能分解到大凉山断裂带上（何宏林等，2008），也可能转换为相邻贡嘎山的强烈垂直隆升（徐锡伟等，2003）。贡嘎山岩体及鲜水河断裂与龙门山断裂所夹的三角区域的 AFT年龄小于3Ma，其周边地区的AFT和磷灰石（U-Th）/He年龄多大于10Ma，这表明贡嘎山地区局部受特殊构造条件的影响而存在快速隆升的现象（谭锡斌等，2010）。

1890年以来发生在鲜水河断裂带上的7级地震有4次，分别为1893年乾宁地震、1923年炉霍-道孚地震、1955年康定地震及1973年炉霍地震。从历史地震分布来看（图1、表1），该断裂带上MS≥5.0的中强震主要分布在断裂北侧的甘孜-炉霍附近以及该断裂带南东的乾宁-康定一带。从1960年以来鲜水河断裂带上主要地震的震源机制解来看，除了断裂端部的地震具有一定的拉张分量之外，该断裂带上的地震均为走滑型。1972年康定MS5.6、MS5.7震群（塔公地震）距本次地震仅12km，是距本次地震震中最近的地震（图1（b））。

2 发震机理

2.1 震源特征

图1 2014年康定地震地质构造背景、历史地震分布（a）及中小震精定位、震源机制解结果（b）

据中国地震台网中心测定，2014年11月22日康定MS6.3地震震中为30.3°N、101.7°E，震源深度18km，后续发生的25日康定MS5.8地震震中为 30.2°N、101.7°E，震源深度 16km，两者相距约11km。据中国地震局地球物理所房立华博士对康定地震精定位结果可知，22日主震震中 30.288°N、101.684°E，震源深度 19.8km；25日主震震中 30.207°N、101.719°E，震源深度为16.7km，两者相距约9.6km。

从主、余震的精定位结果来看，2014年康定地震的主、余震具有明显的NW向条带状密集分布的特征，并且具有明显的空间分段性。从余震的空间分布来看，2014年康定震群可分为南北2个部分：北段长约16km，宽2～3km，与鲜水河断裂色拉哈段的地表位置吻合很好；南段长约7.5km，宽约2km，地震较北段更为密集，也更为集中，绝大部分位于色拉哈段与折多塘段之间约13km的阶地上（图1（b））。

色拉哈段与折多塘段位于贡嘎山隆起的挤压阶区范围内，段落单元相距宽度为9～13km，相对于鲜水河断裂带的其他段落，这一区域为鲜水河断裂带永久性段落边界，不存在与鲜水河断裂带炉霍段、道孚段和乾宁段一起发生级联破裂的可能（安艳芬，2011）。易桂喜等（2005）通过对1978～2003年中小震b值的分析提出，位于贡嘎山隆起区的雅拉河段-色拉哈段已有255～300a的无强震期，处于高应力下的相对闭锁状态，具有较低的b值和中偏低的释放水平。这一地区也是“M7专项工作组”（2012）指出的历史地震空段区域，2014年康定地震就发生在该空段上。

2.2 序列特征

图2 2014年康定地震震后8天内的地震分布

从余震序列的时空展布上看（图2），2014年康定震群也具有明显的分段性，且时、空间分段性是紧密联系的：11月22～23日，中小震基本上围绕着色拉哈段分布，且仅止步于色拉哈段与第三纪二长花岗岩交接处，即MS6.3主震向南约7km，折多塘段上仅11月22日有一个ML2.6地震；11月24日，小震分布变得稀疏而分散，沿着色拉哈段在主震以北4km处集中分布，且向南延伸至MS6.3主震以南近12km处，几乎跨过了色拉哈段与折多塘段之间的区段；11月25日在色拉哈段与折多塘段之间的区段上发生了MS5.8主震，同时北侧的色拉哈段上也有余震发生，两者之间尚存4km的中小震空段；11月26～29日余震同时发生在色拉哈段与折多塘段上，余震表现出明显的NW向密集分布的特征，且开始充填两段之间的地震空区，整个余震条带密集分布区长达30km，且区段以北、以南均有小震发生，但第三纪花岗岩岩体内部的余震与区段的余震之间尚存近5km的空区。余震序列的时空分布表明，11月22日MS6.3地震及其余震局限于色拉哈段在古生代沉积岩的段落，并没有沿着该断裂向第三纪花岗岩岩体内部延伸，11月25日MS5.8地震虽然震级较小，但是该地震之后色拉哈段与折多塘段之间才贯通并产生级联破裂。

2014年康定震群震后10天内的地震蠕变曲线（图3）和30天内的地震日频度（图4）同样展示了该地震序列随时间的分段性特征。很明显，随着11月22日MS6.3地震和25日MS5.8地震的发生，地震蠕变曲线呈鲜明的二段式阶梯抬升，表现出震群型地震的地震蠕变特征，而地震日频度曲线在2次主震发生后均有2个峰值，之后快速衰减，显示了2014年康定震群的地震序列时间分段性特征。在2次主震发生时都存在地震日频度的高值，但是很明显，地震日频度的峰值出现在第2次主震之后，且几乎是第1次主震之后日频度的3倍，这表明很有可能第1次主震破裂并不完全，至第2次主震之后地震破裂才得到了广泛传播，或是发生了级联破裂。

图3 鲜水河断裂带1972年以来主要中强震蠕动曲线

图4 1972、2014年康定震群震后中小震日频度分布

3 震群发生机制

从1972年以来的鲜水河断裂带上主要中强震后10天的地震蠕变曲线来看（图3），仅1972年康定地震与2014年康定地震的蠕变曲线近似，具有阶梯式抬升的特征，第1天的主震分别释放了约40%、70%的能量，后续的第2次地震释放了剩余的能量，表明这2次地震为震群型。除了这2次地震之外，鲜水河断裂带上大部分中强震蠕变曲线均在1天内就释放了90%以上的能量，即主震释放了绝大部分能量，表明这些地震为主余型或孤立型。

根据地震序列与深部构造的统计，主余型地震大多发生在上地壳高速区，或高、低速过渡带内，而多震型则较多地发生在上地壳低速区内（Jiang et al，2006）。据横跨鲜水河断裂带的大地电磁测深剖面（Bai et al，2009）显示，2014年康定震群震中附近，鲜水河断裂带西南侧中下地壳（25～75km）为低电阻率的较软弱区，之上则为高电阻率的强硬地层，而鲜水河断裂北东侧中下地壳强度较高且上地壳存在低速区。由深部结构来看，鲜水河断裂带上的地震应以主余型为主，多震型地震的可能性很小。

从地震发生构造位置的统计来看（表1），鲜水河断裂带1960年以来的地震发生在断裂段中部的有3次，其地震序列类型既有主余型也有震群型；发生在断裂段端部的地震有3组，其地震序列类型有主余型和孤立型；发生在断裂段之间交界地带的有4组，地震序列类型有主余型、孤立型和震群型等。由此可见，地震发生的相对构造位置与地震序列类型无关。

表1 鲜水河断裂带1960年以来MS≥5.0地震序列特征及地震序列类型

从鲜水河断裂带历史地震和地层的分布来看（图5），鲜水河断裂带中北部的炉霍段、道孚段、乾宁段主要切割了古生代-元古代沉积岩、变质岩，而中南部的雅拉河段、色拉哈段、折多塘段、雪门坎段和磨西段则围绕着或是切割了其西侧长近120km、宽达18km的第三纪二长花岗岩，即著名的“贡嘎山岩体（折多山花岗岩）”。鲜水河断裂带1972年以来主余型和孤立型的中强震主要是发生在贡嘎山岩体以北的段落，即这些主余型和孤立型的地震均发生在古生代-元古代沉积岩、变质岩的环境中。而鲜水河断裂带仅有的2次震群型地震，即1972、2014年康定震群，则均发生在贡嘎山岩体的周边，围岩物性发生了很大的改变。由此推测，鲜水河断裂带上的震群型地震有可能与此大面积分布的新生代花岗岩有关。

在地震相关研究中，花岗岩岩体一般被认为是破碎的，不容易储存能量，并对周边应力环境敏感，容易发生中小地震。然而贡嘎山岩体是新生代第三纪花岗岩，生成时间短，且U-Pb、Rb-Sr和40Ar/39Ar测年均表明贡嘎山岩体侵入与断裂带剪切变形事件是同期的（张岳桥等，2004），也就是说，在第三纪，鲜水河断裂带每期剪切花岗岩体之后都会导致地壳的局部重融合花岗岩体的侵入。从这个意义上来说，贡嘎山岩体具有新生性和完整性，可将其视为一整块完整的巨型花岗岩岩体。贡嘎山花岗岩体向下延伸至地壳深部，Bai（2009）的电性剖面结果显示，鲜水河断裂之下的强硬岩体向下延伸至中下地壳，Liu（2014）的流动台阵S波反演结果也指出，鲜水河断裂深部的岩体至少延伸至20km处。而鲜水河断裂的反复剪切和花岗岩的重熔，证实了深达中下地壳的鲜水河断裂即使在地壳深部也是花岗岩与周边沉积岩的分界。由岩石物性力学参数研究可知，一般情况下，花岗岩的杨氏模量可达6.1×104～8.2×104MPa，一般均大于 5.0×104MPa，而砂岩和板岩的杨氏模量仅为 1.2×104～4.1×104MPa。由此可见，贡嘎山岩体代表了一个极其难以破碎的、极坚固的、能储存更多应力的围岩环境，而在这种围岩环境中地震破裂是极难传播的，只有足够强度的地震能量才能撕裂贯通该岩体，譬如1955年级康定地震。

图5 鲜水河断裂带中新生代主要地层分布与地震分布

由上可以推测出2014、1972年康定震群的发震机理。由于发震部位位于贡嘎山岩体与周围三叠纪砂岩、变砂岩、板岩等的交界位置附近，虽然早期断裂切割了花岗岩体，但是2014、1972年康定震群的首个地震能量并不足以使得地震破裂沿着原有断层向花岗岩岩体内传播，反而因为受到花岗岩岩体的阻隔，地震破裂止步于花岗岩岩体，使应力应变均积累在岩体周边的沉积岩和变质岩中，并在积累到一定程度后，沉积岩和变质岩中的先存断裂发生了破裂，产生了第2次地震。如果在第2次地震破裂中仍受到花岗岩岩体的阻隔，破裂得不到足够距离的传播，那么就会产生第3次地震。由于地震都是在花岗岩岩体和沉积岩、变质岩交接部位产生的，并且破裂传播范围有限或近似，因而几次地震的震级也是相近的。总之，正是由于贡嘎山岩体与围岩岩性差异的存在以及2014、1972年康定地震的震级偏小，导致了2次震群的产生。

2014年康定震群的地震时序分布（图2）很清楚地显示了地震破裂、破裂被阻碍、能量储存、再次破裂等的过程。1972年康定震群由于缺乏地震精定位结果，导致在地震目录中该地震序列的位置与历史地震位置有所偏差，地震的时序分布并不清楚，很难判断1972年震群的具体位置位于岩体何处（图5），但从震后30天的日频度曲线（图4）可以看出，第1次主震之后的地震日频度值并不高，峰值出现在第2次、第3次主震之后，这与2014年康定地震后的地震日频度极其类似，表明1972年康定震群也是第1次主震的破裂传播被阻碍，第2次乃至第3次较大的主震之后破裂才得以在较大范围传播。

4 结论和讨论

（1）2014年康定MS6.3、MS5.8地震发生在鲜水河断裂带上，主震与余震间隔3天，震级相差0.5级，属于震群型地震。震源机制解显示该地震2次主震均为陡倾角走滑型，主余震呈现明显的NW向密集展布，其方向与震源机制解方向一致，表明该地震发生在鲜水河断裂带中南段的色拉哈段与折多塘段。

（2）主余震的时序分布、地震蠕变释放曲线以及震后30天地震日频度均显示，2014年康定地震的破裂传播和能量释放存在鲜明的时间、空间分段性，并且时空分段性是紧密联系的。时间上以2次主震为间隔，第1次主震之后余震日频度值较低，第2次主震之后余震日频度值陡然升高。空间上以色拉哈段与折多塘段之间的区段为界，第1次主震及其余震大多发生在色拉哈段，止步于色拉哈段与第三纪花岗岩体交汇处，第2次主震发生在色拉哈段与折多塘段之间的区段上，其余震在色拉哈段与折多塘段以及两者之间的区段上均有分布。

（3）通过对比鲜水河断裂带1960年以来大部分中强地震的构造位置、地震蠕变曲线、围岩特征等我们发现，无论震级大小如何，无论发生在何种构造部位，鲜水河断裂带大部分中强地震序列类型均为主余型或孤立型，只有发生在鲜水河断裂带南端贡嘎山岩体周边的1972年康定地震（塔公地震）和2014年康定地震为震群型地震。

（4）2014、1972年康定地震的震群型序列特征很有可能与附近强硬的、难以破裂的、整体性完好的、新生代发生过多次熔融的贡嘎山岩体（折多山花岗岩）有关。贡嘎山岩体内部发育的断裂，摩擦力更大，需要更大的能量才能发生破裂。2014、1972年康定地震的震级不高，能量不大，当地震破裂传播至贡嘎山岩体时，地震破裂不足以使得岩体内的断裂发生破裂，相关能量转而在岩体周围的砂岩、变质岩内储存直至相关的次级小断裂发生破裂，从而产生震群型地震序列特征。

致谢：感谢程佳博士、房立华博士在本文完成过程中的大力支持。