重慶測震臺網中心武隆MS5.0地震監測情況及成因分析

戴應洪，于天航，曹坤劍，王同軍

（重慶市地震局，重慶 401147）

0 引言

2017年11月23日發生在重慶市武隆區的MS5.0地震，是渝東南地區有儀器記錄以來的最大地震。首先介紹該次地震基本情況，包括地震監測情況，災害調查情況，余震序列情況等。然后從數字地震波分析方面，介紹了PTD方法計算震源深度，以及CAP方法反演震源機制的原理，并計算出了震源深度及震源機制等地震關鍵參數，最后從采氣采礦，電站水庫等人類工業生產活動以及地質構造方面分析該地震發震機理。最終認為該地震是典型的構造型地震，震源深度約在8km左右，該地震與人類生產活動關系不大。震源機制解結果顯示節面Ⅱ為發震斷層，其走向，傾角，滑動角分別為234°/69°/～89°，是高傾角正斷型地震，通過比對震中區域斷層性質，認定發震斷層為傾向為西—北西的文復斷層。

1 武隆MS5.0地震監測情況

2017年11月23日的重慶武隆MS5.0地震，重慶測震臺網中心的36個測震臺站，以及接入的鄰省測震臺站共59個測震臺站均清晰地記錄了此次地震的波形，特別是接入的貴州地震局的3個寬頻帶地震計測震臺站（遵義臺，畢節臺，德江臺）解決了地震定位時張角過小的問題，所有測震臺站中震中距50km范圍內臺站6個，100km范圍內臺站15個，離震中最近的為武隆仙女山臺（XNS），震中距為25km，最遠的臺站為四川的小金臺（XIJ），為568km，如圖1所示，圖中小圓為震中距在50km范圍內，大圓為震中距在100km范圍內。地震定位臺站的空隙角為64°，屬于臺站包圍較好的網內地震。據中國地震臺網中心速報數據，該地震發震時刻為2017年11月23日17時43分，震中位置為 29.40°N，107.94E°，震源深度 10km，震級MS5.0級。

重慶轄區彭水、黔江、合川等區縣震感明顯，由中國地震局、重慶市地震局和四川省地震局組成的現場工作隊依照《地震現場工作：調查規范》 （GB/T 18208.3-2011）、《中國地震烈度表》 （GB/T 17742-2008），通過災區震害調查，確定此次地震災區最高烈度Ⅵ度（6度），等震線長軸總體呈北北東走向，長軸20.9km，短軸11.8km。Ⅵ度（6度）區總面積194km2，宏觀震中位于重慶市武隆區火爐鎮車壩村。烈度區內磚木結構、土木結構房屋出現少量墻體裂縫，部分房屋墻體出現明顯裂縫，多數房屋梭瓦、掉瓦。磚混結構房屋極個別墻體出現貫通性裂縫，裝飾性墻體脫落，年久失修的圍墻倒塌，部分墻體出現裂紋，多數基本完好。框架結構房屋完好。

重慶測震臺網中心正式提交的地震編目數據顯示，截至震后三個月，即2018年2月23日，共記錄到ML1.0級以上余震113次，其中ML1.0～1.9共 93次，ML2.0～3.0共 19次，ML3.0以上1次，最大的余震為2017年11月29日10時34分的武隆ML3.1級地震。

圖1震中距為50km和100km內臺站分布Fig.1 The station distribution of the epicentral distance within 50km and 100km

2 震源深度的確定

地震震級為MS5.0，屬于中強地震，根據現場調查，地表的破壞性相對較小，如果震源深度較淺，該震級對地表應該有較強破壞，因此，地震震源深度是一個非常關鍵的地震參數。在地震定位時，由于垂直方向沒有臺站，無法用垂直方向臺站震相走時殘差來約束震源深度[1]，并且也沒有震中距小于震源深度的臺站（假定震源深度不超過20km），最近的武隆仙女山臺（XNS）震中距為25km，并且各個地震機構在不同速度模型下的各種定位方法，得到的震源深度不是一個確定的值。

以下整理了各個地震機構給出的初判震源深度（地震速報深度）：

中國地震臺網中心速報震源深度為10km，四川測震臺網10km，云南測震臺網10km，湖北測震臺網6km，湖南測震臺網6km，重慶測震臺網22km。重慶測震臺網中心的編目結果震源深度為7.7km。

以上各個深度結果差別較大，要確定相對準確震源深度，就需要有適合當地的速度結構和深度計算程序，特別是合適的速度模型對于震源深度的準確測定有著非常重要的作用。本文所用的PTD（初至P波到時差）方法計算震源深度時需要的當地速度模型，為2015年“全國區域一維速度模型建設及推廣使用”項目時得到的重慶速度模型，如表1所示。

表1重慶2015地殼速度模型

震源深度的計算，需要可靠的理論和計算方法。為了準確測定相對可靠的震源深度，本文利用PTD震源深度定位程序進行計算。該程序是根據朱元清《一種確定地震深度的新方法》一文中提出的利用Pn、Pg震相測定震源深度的方法研制的程序[2]。在程序的計算過程中，在指定的深度范圍內直接搜索使得理論計算值與實測值殘差最小的深度。

該方法利用了初至Pg和Pn震相相對較清晰，信噪比較高，人工標注誤差小的特點，加之莫霍界面的波速比較容易確定并且比較穩定，結合直達Pg波和折射Pn波的離源射線反向特征，上下方向相反且容易辨認，能比較敏感地反映震源深度的變化。采用不同臺站的初至Pn和Pg到時差計算震源深度，可以避開發震時刻引起的誤差[3]。本次研究，采用了24個Pg震相，35個Pn震相，共組成571個樣本對，參與計算的Pg-Pn數據對較多，提高了區間的置信度，部分計算結果如圖2所示。

圖2 PTD定位方法計算結果顯示Fig.2 Result display of PTD location method

計算結果顯示，本次武隆MS5.0地震震源深度在8.8km，這些震相到時組合的深度計算結果，是互相獨立的深度結果。由于理論模型和實際應用的地殼模型存在差別，所以，在得到大量單個深度結果的情況下，如果深度結果能滿足統計規律，結果也符合高斯分布，則該結果相對準確，可以看出，這571個獨立的震源深度的集中度最大值和高斯分布極值耦合的最好[4]，如圖3所示。這個結果和重慶測震臺網中心編目結果的7.7km相差不大，比較一致。

圖3 PTD定位方法結果震源深度分布及高斯分布Fig.3 Results in focal depth distribution and Gaussian distribution of PTD location method

3 震源機制的反演求解

CAP方法反演震源機制，原理是通過臺站記錄到的實際觀測波形與由當地速度模型得到的理論波形進行對比，并不斷循環改變震源各項參數，在擬合最好的情況下得到反演的結果。在給定的當地速度模型下，計算各個參與反演的臺站位置的格林函數，結合震源函數合成理論波形。為了得到準確的臺站位置的格林函數，速度模型還是選擇表1的重慶速度模型。

在反演過程中，將處理過后的觀測波形與計算得到的理論波形進行擬合，全空間中進行格點搜索震源參數，在擬合較好的情況下，得到了兩個節面的參數，和中國地震臺網中心（CENC）用兩種方法得到的結果相差不大。如表2所示。

表2各個機構反演武隆Ms5.0地震震源機制結果

其中節面Ⅱ為這次地震的發震斷層，最佳擬合深度為7.8km，震源機制顯示該次地震為高傾角正斷性質（圖4）。

圖4 CAP方法反演武隆Ms5.0地震震源機制解及波形擬合情況Fig.4 Mechanism inversion with CAP method for Wulong Ms5.0 earthquake

下面為震源深度在不同深度時的位移譜擬合結果，可以看出，震源深度的變化對兩個波形的擬合誤差影響明顯，但在最佳深度附近的震源機制變化不大，根據最小誤差的判定結果，此次地震的最佳震源深度為7.8km，此時波形擬合最好，最符合實際的震源機制（圖5）。

圖5震源機制的擬合誤差和隨不同震源深度的變化Fig.5 Variation of focal mechanism fit errors with different depth

4 地震成因討論

武隆MS5.0地震是渝東南地區有儀器記錄以來最大的地震，從歷史地震上看，武隆地區中強地震活動性水平較低，地震區僅有部分ML1～2級的微小地震。

弱地震活動性和弱構造活動背景下，發生MS5.0級地震，有必要探討該地震與區域上斷層的關系及其孕震環境。

早在20世紀初期，人們就意識到人類活動可以造成有感地震。一些研究成果表明，采礦，水庫加卸載，采氣注水加壓等人類工業活動都可以誘發地震，少數誘發地震震級較大，并能對當地造成一定的破壞[5]。

經過實地科考，武隆MS5.0地震震中附近區域無天然氣及礦產開采等現象，離涪陵采氣區距離約60km左右，超出了當地采氣注水壓裂影響范圍，并且采氣注水造成的地震震源深度多在3km左右范圍，與武隆MS5.0地震8km左右的深度相差較大，沒有證據表明該地震與天然氣及礦產開采有關。

水庫誘發地震的討論由來已久，在工程及科研領域始終存在的一個爭論的問題是，水庫究竟是誘發了，還是觸發了地震活動？目前普遍把水庫地震分為兩類，一類稱為“非構造型”水庫地震，例如在巖溶發達的石灰巖地區，蓄水會導致淺層巖溶坍塌，從而產生地震，這類為誘發地震，這類地震的震源深度一般較淺，震級較小，儀器記錄的波形上往往面波發育，卓越頻率較構造地震低；另一類為“構造型”水庫地震，庫區本來就存在發震斷層，并且該斷層應力積累已達臨界值，水庫蓄水只是對原本可能要發生的地震起到“觸發”作用，使地震發震時間提前。這類地震，震級因斷層積蓄應力而異，可以較大，地震波頻率成分復雜，若震源深度較深，則面波不發育，初至波初動清晰。

震中位置距烏江水系最近距離僅為2km，其下游分布有銀盤電站和江口電站。銀盤水電站總庫容3.2億立方米，大壩為混凝土重力壩，最大壩高80m；江口電站水庫總庫容4.97億立方米，有效庫容3.02億立方米。

從各個測震臺站記錄的波形來看，該地震初動清晰，面波不發育，地震頻率成分復雜，震級大，震源深度較深，完全符合一個構造地震的特征。沒有證據表明該地震與電站水庫蓄水有關。

既然是構造地震，那么必然與發震斷層有關，震源機制解告訴我們這次地震是一個張性正斷行為，斷層走向北東，高傾角，而震中區域構造上，發育一系列基底斷層和中小斷裂，這些斷裂大多為基巖斷裂，長期以來一直認為這些斷層是不活動的。基底斷裂為方斗山基底斷裂（逆沖），七曜山—金佛山基底斷裂（正斷）以及彭水基底斷裂（逆沖），其他的中小斷裂為三會沖斷裂（逆斷），芙蓉洞斷裂（逆斷），馬武斷裂（正斷），郁山斷裂（正斷），和尚巖斷層（逆斷），火石埡斷裂（逆斷）等，如圖6所示。

圖6震中附近斷層分布情況Fig.6 The distribution of faults around the Wulong MS5.0 epicenter

震中附近的正斷型斷層為七曜山—金佛山基底斷裂，馬武斷裂和郁山斷裂三條斷層。而震中離七曜山—金佛山基底斷裂距離為28km左右，離郁山斷裂距離為30km左右，距離較遠。震中處在馬武斷裂的延伸斷裂文復斷層之上，其走向也和反演出的節面Ⅱ的走向一致，傾向西—北西，傾角53～65°，長約21km。斷層沿線巖溶強烈發育，其中文復場以北發育落水洞23個，巖溶洼地7個，文復場以南發育落水洞54個，巖溶洼地8個，巖溶潭1個[6]。認為武隆MS5.0地震的發震斷層為文復斷層。

5 結論與討論

武隆MS5.0地震是近年來渝東南地區的最大地震，未造成較大破壞，無較大余震，對比重慶測震臺網對該地震的正式編目結果中震源深度7.7km，根據PTD方法計算結果8.8km，以及震源機制反演的深度7.8km來驗證，判斷地震的震源深度約在8km左右。

經過分析，該地震為典型的構造型地震，與人類生產活動關系不大，震源機制解的結果顯示為高傾角的正斷型地震，發震斷層本文認定為傾向為西—北西的文復斷層。

弱地震和構造活動背景下突然出現如此大的構造地震，震區的應力變化是怎么樣的，應力變化的推動力來自哪里，這些問題需要結合一些譬如GPS大地形變數據，鉆孔應變數據，地磁場變化等前兆數據，做進一步的探討與分析。

致謝：感謝“全國區域一維速度模型”課題組提供PTD深度定位程序。