四川甘孜瀘定M5.6 地震機理分析

代青沁

遼寧省大連地震監測中心站，遼寧大連 116001

中國地震臺網顯示，2023年1月26日03:49，四川甘孜瀘定發生了M5.6地震，鮮水河斷裂帶是與此次地震振動距離最近的活動斷裂。鮮水河斷裂位于左旋走滑斷裂帶，是南北活動構造關鍵組成部分，不僅具有較強的內陸地震活動性，還具有破壞烈度強、地震活動頻繁、震級大的特點。

1 瀘定M5.6地震與地質構造及歷史地震情況

此次地震區位于川滇菱形塊體和青藏高原東緣巴顏克拉塊體交界部位，在50 Ma左右歐亞板塊與印度板塊持續碰撞，推動高原東緣持續向東南方向逃逸，致使各個活動塊體之間出現了差異性運動。這部分差異性運動均存在較大的塊體邊界斷裂運動速率，但是塊體內部斷裂僅擁有相對較小的運動速率，若是產生這種差異性運動的持續時間較長就會形成震區高山峽谷地貌，呈現出強烈地形切割，最高峰貢嘎山海拔達到了7 556 m，而大渡河河面海拔僅有約1 500 m，具備較大垂直高差。從區域構造來看，在瀘定以內的摩西附近存在龍門山、鮮水河、安寧河三大斷裂帶，其形成的幾何構造圖像為明顯的“Y”字形，此交匯區也被相關人員叫作三岔口地區，如圖1所示。M5.6地震以鮮水河斷裂帶南東段為震中位置。

在步入晚第四紀后，塊體邊界斷裂出現了很多大地震，自公元1700年出現強震記載以后，鮮水河斷裂處已經發生約50次超過M5.0的地震，最近發生的一次強震為2022年9月5日12:52四川甘孜瀘定地震，地震強度達到了6.8級，擁有16 km震源深度。

2 瀘定地區S波速度結構特征

收集青藏高原東緣臺站獲取的連續波形資料，共包含臺站806個。在合理利用背景噪聲數據處理流程的基礎上，配合臺站對時間數據計算互相關并疊加、單臺數據預處理等措施形成Rayleigh波相速度頻散曲線，再使用多路徑面波頻散走時直接反演方法，最終明確川滇地區的方位各向異性和S波速度。利用該方法和掌握的各種城鄉設備能夠形成0.75°×0.75°左右的川滇地區地殼S波速度結構。

深入分析四川甘孜瀘定M5.6地震區域S波速度結構，最終結果如圖2所示。結合垂直剖面圖可知，在側向S波速度存在明顯差異，對比CC’和AA’2個皮頁面可知，瀘定M5.6地震震源上方S波速度較低，而下方S波速度較高。利用Pn波層析成像方法，了解到自“Y”形交匯區域向南均出現明顯的Pn波，而北部正好與之相反。

圖2 各個垂直剖面的S波速度

相關人員在瀘定地區開展遠震P波層析成像了解到，證明了上地幔“Y”形交匯區周邊存在低速分界和P波高等明顯特征，同時上地幔S波速度分界特征具有相似表現，通過分析各種深度下切片整體速度情況，在深度越來越大的情況下，瀘定M5.6地震自西側青藏高原開始逐漸開始降低S波速度，而在東側四川盆地內則為高速狀態，此種表現證明了兩側介質的變形強度可能存在差異。

簡單來說，發生瀘定M5.6地震的區域在垂向和橫向均處于低速和高速交界區域，其與青藏高原東南緣強震深部構造擁有一致特征。

在瀘定M5.6地震震中西南側的中下地殼深度擁有一個較小的低速體，其可能是導致本次地震出現的深部構造因素。通過分析相關研究結果可知，低速異常是川西高原下地殼中較為常見的現象，借助傳遞地區流動地震臺陣的噪聲數據可計算出Rayleigh面波相速度，12～18 s周期中地殼存在低速、高速交替變化的分塊表現。25～35 s中下地殼低速異常表現明顯。

綜上所述，可能有內殼薄弱層存在于鮮水河斷裂下方，致使其上覆脆性上地殼物質有很大概率出現集中應力導致強震。

3 瀘定地區地殼厚度和泊松比值橫向非均勻變化

在評價物質組成和表現區域均衡狀態的過程中，泊松比和地殼厚度屬于重要參數，其可以約束地殼演化。

出于深入了解瀘定M5.6地震深部蘊震環境的目的，借助現有觀測數據，反演出瀘定地區的泊松比值和地殼厚度，詳細情況如圖3所示。研究區域內存在30～70 km地殼厚度，瀘定M5.8地震震源區兩側明顯存在不同的地殼厚度，其能夠有效對應四川盆地和青藏高原地形起伏情況，其界線大致處于龍門山斷裂處，西側為較厚地殼，東側為較薄地殼(圖3a)。通過分析可知，本次地震是在從西向東地殼厚度不斷變化的過渡區域而發生的。

圖3 瀘定地區地殼厚度情況(a)和瀘定地區泊松比值(b)

此外，已有研究結果表明，泊松比值能夠非常敏感地呈現出巖石成分，當硅含量較高時就會降低泊松比[1]。根據圖3b可知，研究區域內擁有0.21～0.32泊松比值，鮮水河斷裂南東段與龍門山斷裂、四川盆地交界處具有較高泊松比值，實際值超過了0.3；而鮮水河斷裂和川滇塊體西北段僅擁有較低泊松比。

部分學者在探究青藏高原東南及附近區域布格重力異常時使用了小波多尺度分析方法，證明了地殼厚度與布格重力異常之間存在反比例關系，松潘－康定－麗江一帶屬于典型的重力異常梯級帶。在龍門山斷裂和四川盆地阻擋與青藏高原物質SE向擠出多種因素綜合影響下，在龍門山斷裂、鮮水河斷裂、安寧河斷裂交匯區域堆積大量物質，在此種情況下將不斷積累區域內的應力，最終形成本次地震[2]。

相關人員以中國地震科學Ⅰ期臺陣取得的S波速度結構為基礎，觀測到有兩條低速帶存在于青藏高原東南緣中下地殼，認為該區域中下地殼中有很大概率具有軟弱的熔融物質。根據三維S波速度結構可知，在青藏高原東南緣麗江－小金河斷裂和龍門山斷裂處分布一條中下地殼低速帶，青藏高原物質SE向擠出是導致此低速帶形成的主要因素。由此可知，在四川甘孜瀘定M5.6地震震源中可能存在一部分熔融物質或鐵鎂質，瀘定M5.6地震發生主要受中下地殼低速體的影響。

4 瀘定地區GNSS應變場和構造應力場特征

基于相關學者在歐洲框架下形變速度場資料，在瀘定地區最大分解尺度計算中使用多尺度球面小波的方法，最終確定最大剪切應變率和主應變率為7。針對稀疏區域的測站在分解時選用較小尺度，確定區域整體特征[3]。

最終結果證明，在川滇塊體東北邊界，明顯存在更高的主應變率，在典型高值條帶中出現了最大剪切應變率，在鮮水河斷裂處出現極值，證明鮮水河斷裂區域存在非常嚴重的構造變形情況。需要注意的是，瀘定M5.6地震出現的鮮水河斷裂東南段存在較大應變率梯度和高剪切應變率，符合相關學者的研究觀點[4]。

在發生瀘定M5.6地震后，中國地震局地球物理研究所對其主震震源機制進行了計算，節面Ⅰ為163°走向，77°傾角，-5°滑動角；節面Ⅱ為254°走向、85°傾角、-167°滑動角；T軸為25°走向，P軸為119°走向。以震中附近歷史震源機制解為基礎，中國地震局明確了震源區地處ENE向拉張和WNW向擠壓的走滑應力結構，其中在111°方向出現了最大主壓應力，呈現13°傾角；209°方向存在最小主壓應力，為31°傾角。

相關學者通過對川滇地區應力場的反演了解到，川滇塊體和巴顏喀拉塊體為NW向與WNW向走滑型應力，而龍門山斷裂和四川盆地為NW向和WNW向逆沖型應力。區域內GNSS應變場和構造應力場存在較為一致的分布形態[5]。由此可以推斷，四川盆地EW向阻擋、青藏高原物質SE向運移以及川滇塊體SSE向擠出都是影響瀘定M5.6地震震源區構造的重要因素。

5 地震序列發震構造

余震區南、北2次震源機理研究表明，本次瀘定M5.6地震及其南北2個區域的主要震源是鮮水河斷裂帶南部，其震源機理是NNW向節面的移動規律與鮮水河斷裂帶南側的磨西斷裂帶相吻合。根據余震區的NNW向長軸展布、NW向等震線的分布規律，推斷瀘定M5.6地震及南北2個余震區的主要發震結構是鮮水河斷裂帶南部的磨西斷裂帶，其走向NNW的節面II為一次同震破裂。

余震區北部2個震源機理解析表明，瀘定55.6地震的主要發震線為330°左右，傾角為85°～88°，與中部2個震源點345°左右(或165°)相對，傾角降低至65°左右，傾向SW，這與震源點位置存在著明顯的“NE”方向差別，其主要發震點在華南塊體、川滇塊體以及巴顏喀拉塊體的交界處，青藏高原在印度－澳大利亞2個大陸的連續NE向撞擊擠壓過程中，其地殼物質在華南塊體的“硬”四川盆地的支撐下，呈現出“SE滑動”傾向。鮮水河斷裂帶交匯處的斷層從NW方向變為NNW方向，這是造成其斷層面上各點幾何學性質差異顯著的重要因素。

然而，主震及余震區南北2個方向的大震應力花型在石棉草科鄉北部斷層上表現出的基本一致，表現出NW向擠出與NE向拉張2種性質相同的純走滑構造變形方式，這與GPS形變所得到的應力花型相吻合，表明M5.6大震的主發震斷層雖有NW向改變，但其在石棉草科鄉北部斷層上的變形方式卻很好。

6 結論

本次研究以四川甘孜瀘定M5.6地震為中心，分析了其S波速度、泊松比與地殼厚度、構造應力場、GNSS應變場、地震序列發震構造等問題，最終得出了以下結論。

第一，瀘定M5.6地震以最大剪切應變率快速變化區和布格重力、地殼厚度、泊松比以上地區為震中地點。震源周邊在垂向和橫向方面S波均處于低速和高速過渡區域，此種情況證明深度結構不均勻是導致瀘定M5.6地震的主要因素，在充分考慮瀘定地區泊松比值較高現實情況的基礎上，推測可能有部分熔融介質存在于瀘定地區軟弱中下地殼中，發生本次地震可能是因為受到了中下地殼低速體的影響。

第二，通過反演GNSS資料應變分布情況可知，在鮮水河—安寧河斷裂處明顯存在較高值的最大剪切應變率，同時瀘定M5.6地震也是在剪切應變較高的區域發生，證明相關人員在地震危險性預估中可將應變率作為重要參考。

第三，東側逆沖型應力場和西側走滑型應力場相互作用是導致瀘定M5.6地震出現的主要因素，根據震源機制解情況可知，ENE向拉張和WNW向擠壓的走滑應力結構本次地震震中區域，分析上地殼S分裂結果了解到S波在“Y”形交匯區域優勢偏振方向為2個，雖然瀘定M5.6地震主要是受到了鮮水河斷裂的影響，但是本次地震同樣在一定程度上受到了龍門山斷裂的影響。

第四，通過分析瀘定M5.6地震應變花形態顯示，本次瀘定M5.6地震存在錘走滑構造變形模式的主發震斷層，其同時受到NW向擠壓和NE向拉張作用，證明該斷裂段具有存在顯著變化的深部幾何結構，但是其能夠有效貼合構造變形情況。此外，瀘定M5.6地震西側出現垂直于早期余震密集區的長軸走向，與海螺溝斷裂為共軛發震構造并不一致，也無法保證有其他NE向共軛斷層活動存在。