用CAP方法研究重庆荣昌2014年2月23日M L 3.8地震震源机制

2015-09-04王小龙雷兴林勾宪斌郭欣余国政

中国地震 2015年2期

王小龙雷兴林勾宪斌郭欣余国政

1)重庆市地震局，重庆市渝北区红黄路339号 401137

2)日本地质调查所，筑波 305-8567

0 引言

荣昌地处四川、重庆两地接壤处，位于四川盆地东缘。构造上位于川东断裂褶皱带华蓥山系的西南段，属于川中穹窿和川东断褶带2个构造单元的分界部位(图1)。川中穹窿地层近水平，变形微弱，以鼻状或短穹隆状背斜构造为特点。川东断裂褶皱带变形强烈，以狭长的背斜和宽缓的向斜大致等间距平行展布为特点，是典型的侏罗山式隔档式褶皱。背斜成山，向斜为谷，地表断裂与背斜构造具有伴生现象，且大多位于背斜的轴部或陡翼(四川省地质矿产局，1991)。该区地震活动性原本很弱，历史上无5级以上地震的记载。但有研究认为自20世纪80年代末期开始，随着工业部门将天然采气过程产生的污水通过几口深度2～3km的废井回灌，荣昌地区注水地震活动性显著提高，已发生数十次4级以上地震，包括几个5级地震，成为重庆市辖区内地震活动最强的地区之一(Lei et al，2008)。

震源机制解，又称断层面解，是用地球物理学方法判别断层类型和地震发生机制的一种方法。地震发生后，通过对不同的地震台站所接受到的地震波信号进行数学分析，即可求出其震源机制解。震源机制解不仅有助于更好掌握震源性质、破裂过程、解释孕震机理及震区构造力学环境，而且能为震后救援、余震预测、震后评估提供及时准确的数据。随着宽频带数字地震台网的普及，Zhao等(1994)提出CAP(cut-and-paste)方法。该方法将地震波分成面波和体波部分，分别对这些截取的震相利用相关性方法进行拟合，对各自的震相按照最大的相关性系数进行比较，从而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，因此有效减小了地壳结构模型对反演的影响。同时，由于采用近震拟合，不但可以提高信噪比和反演精度，还能降低对台站数量和方位角分布的要求。该方法一经提出，国内外研究人员就对部分区域内的中等地震开展了震源机制解研究，并获得一些很有意义的结果。本文根据重庆区域台网及邻近省份台网记录的宽频带波形数据，利用CAP方法对2014年2月23日重庆荣昌ML3.8地震的震源机制和震源深度进行了反演。

1 资料选取

在通常情况下，区域速度结构的横向不均匀性随着震中距增加而增大，区域地震台站记录到的震相复杂性也随着震中距增大而增大。因此，在利用区域地震波形反演中强地震的震源机制解时，较多地采用震中距250km范围内的台站记录(吕坚等，2013)。在本研究中，采用中国地震台网统一地震目录中重庆荣昌地震的震级为ML3.8，地震震中位置为29.442°N、105.591°E。我们选取震中周边9个台站的宽带数字地震记录进行震源机制反演，这些台站能够较好地包围震中(图1)。地震所在区域荣昌的速度结构模型，目前也有较为可靠的研究成果(图2)(王小龙等，2012)，我们采用该模型和频率-波数法(F-K方法)计算理论地震图。由于地震的矩心深度反映了地震发生时能量释放最大区域的震源深度，对研究地表破坏的成因比起始破裂深度更具参考意义，因此我们采用CAP方法对2014年2月23日重庆荣昌ML3.8地震的矩心深度和震源机制解进行反演研究。

2 方法

对挑选出的宽频带数据先去除仪器响应，旋转至大圆路径得到径向、切向和垂向的速度记录，再分成Pnl和面波两个部分，并将Pnl部分用带宽为0.05～0.2 Hz、面波部分用带宽为0.05～0.10 Hz的带通滤波器进行滤波。采用相同的滤波范围对计算得到的理论地震图进行滤波处理。选择这样的分析频率范围，既可以滤掉长周期地脉动和由速度积分得到位移造成的长周期漂移，也可以有效避免介质细结构所带来的影响，既可得到恰当的标量地震矩，也能较充分地反映地震波携带的震源信息(吕坚等，2013)。经过上述处理后，参与波形拟合的每一个台站都有Z分量、R分量的Pnl震相和3个分量的面波震相资料供反演拟和分析。我们计算了1～10km间10个深度下的各台站格林函数，对断层走向、倾角、滑动角以5°间隔搜索不同震源深度的最佳双力偶解，然后对比不同深度反演误差，得到最佳震源深度和双力偶解。

3 结果分析

图1 荣昌及邻近地区地质构造及反演所用资料台站分布图

图3(a)给出了反演方差和震源机制解随不同深度值的变化，可见震源深度在3km左右时震源机制解的反演方差达到极小值。由此可见，此次地震震源深度为3km左右，考虑到速度模型本身的误差，应该有一定的误差。此次地震震源机制解的节面Ⅰ走向46°、倾角44°、滑动角 74°，节面Ⅱ走向 247°、倾角 48°、滑动角 104°，P 轴方位 147.25°、仰角 -2.09°，T轴方位46°、仰角-78.76°，表明该地震是带走滑分量的逆冲型地震(图3(b))。图4给出了相应的波形拟合情况，可见总体上拟合效果较好，本次地震反演得到的震级为MW3.04。本结果与重庆地震局预报中心利用P波初动方法得到的结果基本一致，表明我们的CAP震源机制解结果是可靠的。

4 发震构造探讨

图2 荣昌台下方的地壳速度模型(据王小龙等，2012)

图3 反演方差和震源机制解随不同深度的变化(a)及震源机制反演结果(b)

据丁仁杰等(2001)的研究可知，荣昌ML3.8地震所在的螺观山背斜呈NE50°展布，在广顺至半边街一线被NW320°走向的断层右行水平扭错(图1)。背斜轴部地震出露NE60°走向的燕子岩逆断层，断层面倾南东，倾角30°～40°，长约10km，断层构造岩经热释光(TL)年代测定为距今22.4万年。震中附近未发现地表断层，但据石油深孔钻探证实，在1700m深度存在一条SW50°倾向北西，倾角约45°的“腹底”逆断层。这次ML3.8地震震源深度为3km，在油气的储层盖层内，对应地层为二叠系储层，与自贡黄家场气田注水诱发地震序列的多数地震震源位置类似(Lei et al，2013)(图5)。震源机制解中节面Ⅱ与该“腹底”逆断层基本一致。故节面Ⅱ是地震的主破裂面，其走向和力学性质与震中地区NE向活动断裂基本一致。从图1可知，螺观山背斜上有2口注水井，这些注水井深达2km左右，直接钻入该背斜深部的储气层。注水使该井附近的隐伏断层面的摩擦强度降低，产生较大的应力降，从而产生诱发地震。另外一方面，由于四川盆地构造方向性强，在NW或SE压应力场作用下，形成了一系列NE向展布的构造带，这些构造带与龙门山构造带大致平行。特别是在喜山期以来，受NWW向挤压，具有强烈的右行水平方向的运动力学特征，也是形成重庆地区几近平行发育褶皱构造的主要构造成因。这次地震P轴方位147.25°、仰角-2.09°，T轴方位46°、仰角-78.76°与区域应力场一致。《中国震例》(1997～1999)中有资料表明(陈棋福等，2003)，1997年8月13日荣昌5.2级地震的震源机制与本次地震的震源机制几乎一致。综上所述，该地震有可能是在区域主应力场的作用下，注水导致的孔隙压增加所触发的盖层内“腹底”断层活动的结果。

图4 2014年荣昌M L 3.8地震反演实际波形与理论波形对比

5 结论

本文利用2014年2月23日重庆荣昌ML3.8地震的近震宽频带波形，用CAP方法反演了该地震震源机制解，得到的最佳双力偶解表明这是一次以逆冲为主兼具走滑分量的地震，节面Ⅱ的走向247°、倾角48°、滑动角104°，与震中附近的一条深度为1700m走向为 NE50°倾向NW，倾角约45°的“腹底”逆断层基本一致。震源深度为3km左右，在油气储层盖层内发生的地震，有可能是在区域主应力场的作用下，注水后岩石的孔隙压发生变化触发了盖层内“腹底”断层活动所致。