为研究马边—大关构造带震源参数,本文选取的研究区域为北起四川洪雅,南至云南鲁甸的马边—大关构造带(27.96°～30°N,102.85°～104.76°E),2000年川滇数字地震台网正式投入运行。选用2000～2009年研究区域内川滇台网记录到的具有清晰波形记录的3级以上地震的数字地震波观测资料,进行震源机制解反演及震源参数的计算。地震波形资料主要取自成都遥测台网,部分取自昆明遥测台网。图1给出马边—大关构造带及附近地区通过研究得出震源参数的5.5级以上历史地震的分布情况。地震主要分布在NNW向利店断裂、中都断裂、玛瑙断裂、中村断裂、关村断裂段,以及NE向靛兰坝断裂、莲峰断裂、华蓥山断裂、洒鱼河断裂段附近。受构造断裂的影响,2000～2009年3级以上中小地震在构造带内呈现区域性丛集发生的特点(图2),洪雅西南是该构造带北部的一个小震密集区,该构造带中段即马边至盐津区域是断裂密集分布区域,该区历史上曾多次发生强震。本研究时段内小震分布也十分密集,此外云南鲁甸附近5级地震群也造成了区域的小震集中。从分布上看3个小震密集区有明显的间隔段。

F₁:利店断裂; F₂:靛兰坝断裂; F₃:中都断裂; F₄:玛瑙断裂;

F₅:中村断裂; F₆:关村断裂; F₇:峨边—金阳断裂;

F₈:莲峰断裂; F₉:华蓥山断裂; F₁₀:洒鱼河断裂

图1 研究区历史中强地震与构造带的分布
Fig.1 Distribution of historical moderate strong earthquakes and tectonic zone in research area

对所选3级以上地震进行震源机制解反演时,以层状介质中一点源位错震源模型,采用广义透射系数的快速算法和理论地震图拟合直达波最大振幅比的方法,反演小震震源机制(梁尚鸿等,1984; 刁桂苓等,1993)。计算共给出115个3级以上震源的地震机制解结果。

震源机制解包括可能是震源断层的2个节面的

图2 2000～2009年研究区中小地震分布(断裂段名称同图 1)
Fig.2 Distribution of moderate small earthquakes(2000～2009)(The faults are the same with Figure1)

除节面参数外,震源机制解也包括了3个应力轴的方位角和仰角,基于此震源断层面解的空间取向及参数,即力轴张量在地理坐标系中的表达式,采用计算平均力轴张量及主值的方法(钟继茂等,2006; 程万正等,2006),求解相应的本征方程,可以求得构造区段的应力场方向。根据中小震震源机制解,本文计算给出马边—大关构造带内几个构造区段的平均应力场方向及参数。

视应力与引起地震滑动的平均应力水平之间通过地震波辐射效率联系在一起。对一个地区中引起地震滑动的平均应力水平进行区域平均,就可以作为当地的绝对应力水平的一个间接的估计(吴忠良,2002)。视应力被定义为地震效率和平均应力的乘积

σ_app=ησ^-=μ(E_S)/(M₀).(1)

式中,地震波辐射能量由下式求得

E_S=4πρβS_V.(2)

式中,ρ为介质密度,S_V为速度的功率谱积分

S_V=2∫V(f)²df.

相应的位移功率谱积分

S_D=2∫D(f)²df.(3)

于是,Ω²₀=4S_D((S_D)/(S_V))^1/2.(4)

地震矩可由下式求得

M₀=4(5/2)^1/2πρβ³Ω₀.(5)

根据视应力定义式(1)取μ=3.5×10¹¹ dyn/cm²,求得视应力值(程万正等,2006)。

图3给出了2000～2009年马边—大关构造带及附近115次3级以上地震的震源机制解分布。这些地震主要分布在3个区段:一是构造带北西端,即洪雅西南面,峨边—金阳断裂北端区域。二是构造带中段,该段为多断裂密集分布区,断裂走向既有北西也有北东,即利店、靛兰坝、中都、玛瑙、中村、关村断裂段,以及莲峰、华蓥山断裂段。三是构造带南西侧,即鲁甸、昭通地区的洒鱼河断裂段。

基于图3中115次中小地震震源机制解的力轴空间方位参数,计算平均应力张量,进而得到平均应力场的主值及方位(钟继茂等,2006)。计算结果如图4所示,其中根据整个研究区域内115次中小地震震源机制解得到的平均主压应力方位角

图3 马边—大关构造带3级以上地震震源机制解分布图(断裂段名称同图 1)
Fig.3 Distribution focal mechanism solutions of ML≥3.0 earthquakes in Mabian-Daguan tectonic zone (The faults are the same with Figure1)

根据研究区域内反演的2000～2009年震源机制解的分布情况,将这些解划分为3个局部构造区(图4)。

针对研究区域内地震相对集中分布在区域北段、中南段的特点,对图4中3个地震集中区域的平均应力主值及方向也进行了计算。研究区域北段的洪雅—峨边区域平均应力主值方位角为274°,中南段的马边—盐津区域平均应力主值方位为303°,鲁甸—巧家区域平均应力主值方位角为275°。各区段局部构造应力场方向特征呈现的差异,反映2000～2009年以来3级以上地震破裂机制呈现的局部特征。

图4 马边—大关构造带平均主应力方向(实心箭头为整个研究区平均主应力方位,空心箭头为各个构造区段平均主应力方位; 断裂段名称同图 1)
Fig.4 Mean principle stress of Mabian-Daguan tectonic zone (Solid arrow presents mean principle stress of whole area,hollow arrows present mean principle stress of each tectonic

根据马边—大关构造带115次地震震源机制解2个节面得到的滑动角,图5中的序号对应了震源断层的错动类型。1为逆倾滑动; 2为左旋逆倾滑动; 3为左旋走向滑动; 4为左旋正倾滑动; 5为正倾滑动; 6为右旋正倾滑动; 7为右旋走向滑动; 8为右旋逆倾滑动(程万正等,2006)。将构造带内中小地震错动类型进行统计后,结果显示错动类型较为复杂,倾滑和走滑型地震比例相当(图5)。

对图4中3个分区地震分别统计错动类型,结果显示洪雅到峨边中小地震活动分布区内,左旋和右旋的纯走滑断层占了该段总地震的50%,该区域无大断裂通过,主要是一些小断裂引起较小走滑型地震的丛集。

构造带中段的马边到盐津区段属于构造断裂密集分布地区,属于中强地震活动区,统计该区

图5 地震震源错动类型统计
Fig.5 Statistic of source dislocation type of earthquake in research area

峨边—金阳断裂也是该区段内的一条主要断裂,地震活动频度和强度均较低。马边—大关构造带整体受到NWW-SEE向的主压应力(图4),沿断裂附近分布的地震主要呈现以倾滑为主的力学作用特征。另外,1993～1995年利店断裂中北段间的沐川发生过3次5级地震,其震源机制显示为以右旋为主兼倾滑的特征(程万正等,2002)。

根据鲁甸地区震源错动类型的统计显示,走滑类型的中小震震源占了相当大比例,达到59.1%,其中右旋走滑型占地震总数的40.9%。2003年11月到2004年8月在川、滇交界东侧的云南鲁甸发生5级地震群,最大地震M_S5.6。穿过地震分布区的主要断裂是洒鱼河断裂,呈北东向展布。根据震源错动类型分析,认为该断裂应为右旋错动断层。

根据区内90次中小地震波形资料计算了每个地震的视应力值,经过kriging插值后在平面上绘制等值线(图6)。地震视应力最高值出现在云南盐津与大关之间,达到17 bar。分析其高值的原因,认为该区域历史上就是中强震频发地区,构造应力水平一直较高。该区域历史上最大曾发生7.1级地震。从断裂构造几何结构分析,NW-SE向的马边—盐津断裂带与NE向的莲峰断裂带在此交汇,使得应力容易积累。尤其在研究时段内该区域先后发生过几次中等地震,这是呈现该区域构造构造活动和应力水平的标志。如2006年7月22日和8月25日在盐津发生M_S5.1地震。2003年11月到2004年8月在川、滇交界东侧的云南鲁甸发生5级地震群,即2003年11月15日、26日M_S5.1、5.0地震和2004年8月10日M_S5.6地震。在该构造区发生的系列中等地震活动是1974年大关7.1级地震以来很少出现的现象,表明研究时段的应力水平高值区也反映地震活动的实际水平。

此外,四川马边南面和北面分别有两个相对高值区,这两个区范围相对较小,虽然视应力绝对值不高,但相对周边大范围区域小于1bar的视应力分布来看,这两个区域显得较为突出。1974年大关7.1级地震之后,沿利店断裂地震活动水平一直处于较低水平,仅在利店断裂北端的沐川附近发生过中等地震活动。1993～1995年在沐川县发生5.7级震群,由1993年5.0级、1994年5.7级、1995年5.0级地震序列组成。这些地震的震源机制解给出的主压应力方向为北西向,呈近走滑兼倾滑型(程万正等,2002)。而在利店断裂南西面的雷波附近时有4级以上地震发生,但强度均未超过5级。因此,视应力值的平面分布图像反映了该区域地震活动不均匀分布的基本情况,有助于对该构造区震情的分析和判断。

平面应力分布显示了应力水平的区域分布,为了解应力值在地下深度分布的状况,我们在对所研究的地震作精确定位的情况下,给出全部地震的震源深度。这样我们就可以给出视应力值沿地面某一侧线在纵向的分布图像,即视应力值随深度的分布图。依据马边—大关构造带的总体走向,沿该构造带选取了剖面AB(图6),以分析和观察视应力值在深度上的分布。在剖面AB上分别示出震源深度投影(图7a)和视应力值的分布(图7b)。

图6 2000～2009年地震资料计算的视应力值的在平面上的分布
Fig.6 Apparent distribution on the plane calculated by using seismic data from 2000 to 2009

从图7b看,在平面上的几个相对高值区(图6)在深度分布上也是高值区域。特别突出的是,盐津—大关段视应力值为高值密集区,深度分布在15～20 km范围,该段两端视应力值并不高。而其余2个相对高值区分布在峨边南西和马边南,小于10 km的深度,涉及范围小,值也不高。