西藏米林6.9级地震孕震机理研究

高锦瑞，王晓山，益西拉姆，王行舟

（1.西藏自治区地震局，西藏 拉萨 850000；2.河北省地震局，河北 石家庄 050021；3.安徽省地震局，安徽 合肥 230000）

2017年11月18日西藏自治区林芝市米林县发生了6.9级地震，地震震中位于印度板块向欧亚板块插入的东北犄角，是喜马拉雅造山带地壳缩短和构造旋转变形最为强烈的部位。震中附近历史地震活动较为强烈，数条断裂交汇，构造背景非常复杂。地震发生后，有很多专家对本次地震的余震时空分布特征（尹昕忠等，2018）、b值时空分布特征（韩佳东等，2019b）、震源区速度结构（王伟平等，2019）和地震震害特征（李宗超等，2018）进行了分析研究。本文通过双差定位方法（Waldhauser et al，2000）对地震进行重新定位，再利用CAP方法（Zhao et al，1994；Zhu et al，1996）计算ML3.5以上余震的震源机制解，最后采用定性和定量断层资料的应力张量反演方法（万永革，2015）对研究区的应力场进行解算，进一步认识此次地震的发震断层和发震机制，揭示该区域构造应力场演化特征，了解区域强震的孕震过程，为研究该区域中强地震发震构造条件和未来强震危险性评估提供重要参考资料。

1 区域地质构造

米林6.9级地震震中附近强震活动较为频繁，根据中国地震台网全国M5.0地震目录，在震中300 km范围内，有历史地震记录以来共发生M≥5.0地震146次（如图1），其中5.0～5.9级地震111次，6.0～6.9级地震30次，7.0～7.9级地震4次，8.0～8.9级地震1次，最大地震为1950年8月15日西藏察隅8.6级地震。在米林6.9级地震发生前，中小地震活动的位置比较接近，距米林6.9级地震震中100 km范围内曾发生过1845年西藏林芝附近级地震、1938年波密西6.0级地震、1950年波密西6.0级地震和1950年墨脱附近级等显著地震。

图1 米林6.9级地震震中及邻区历史地震分布

西藏地区地震台站分布稀疏，该区域地震监测能力薄弱，距离本次地震300 km范围内只有6个固定测震台站，在米林地震发生后，中国地震局地球物理研究所实时地震学课题组在南迦巴瓦峰附近架设了5个临时台站，台站数据及时共享到了西藏地震台网，这有效地提高了地震定位精度，确保米林地震余震序列是在同一监测系统连续时段内获得的。米林6.9级地震震中及其附近台站分布如图2，周边断裂的情况如表1。本文搜集和整理了西藏区域台网2017年11月18日至2019年4月30日米林6.9级地震可定位余震序列目录、观测报告及其原始记录波形，开展双差重定位、震源机制和应力场反演，研究米林6.9级地震的发震机制。

图2 米林6.9级地震震中及其附近台站分布

表1 区域主要断裂及活动性

2 地震重定位

对整合后的米林地震序列震相观测报告进行筛选，按照每个地震事件的记录台站不少于3个、震相数不少于6个的原则最终选取1 329个地震事件。其中ML0.0～0.9地震8个，ML1.0～1.9地震459个，ML2.0～2.9地震718个，ML3.0～3.9地震135个，ML4.0～4.9地震6个，ML5.0以上地震3个。本文采用双差定位法（Waldhauser和Ellsworth，2000）对余震序列进行地震重定位，并对定位前后地震的分布特征进行分析。

2.1 速度模型

为了监测喜马拉雅东构造结核心地区地震活动以及开展该区域构造研究，中国地震局地球物理研究所实时地震学课题组于2016年12月围绕南迦巴瓦峰地区布设了5个宽频带流动地震台站，并将震源区附近的固定台站林芝台与波密台并入台网中，形成了南迦巴瓦测震台网。米林地震时，南迦巴瓦台网的台站距离震中较近，台网正好包围了米林地震的震源区，完整地记录了地震发生的全过程，为研究该地震及邻区的速度结构提供了宝贵的近台连续波形观测资料。文章直接采用韩佳东等（2019b）使用VELEST方法反演得到的最小一维速度模型（如表2）对地震进行重定位。

2.2 重新定位结果分析

重定位前后的震中平面分布如图3，从图中可以看出在进行重定位前，米林地震的余震序列主要分布在主震的东北侧。经过双差重定位后共得到980个震源位置，重定位后的余震沿着主震的NW和SE方向往两侧扩展分布，余震显著集中在一个NW向的长约40 km，宽约10 km的狭窄条带之内，地震序列横穿雅鲁藏布江断裂的北部断裂，整个余震序列分布在南迦巴瓦峰和加拉白垒峰连线的东北部，靠近帕隆—旁辛断裂，分布趋势几乎与帕隆—旁辛断裂平行。米林地震序列双差重定位后的地震分布见图4a，沿地震条带优势方向做剖面AB（图4b）和垂直方向做剖面CD（图4c）进行震源深度剖面分析，重定位后米林地震序列震源深度主要集中在2～12 km，从短轴剖面上的地震分布推断此次米林地震的发震断层倾角约为45°。在重定位前震源深度主要集中在5～8 km（图5a），重新定位后地震震源深度比重定位前的震源深度的分布更加离散（图5b）。造成如此分布的原因可能是因为使用了不同的速度模型（或者是编目人员设定了震源初始深度），本文双差定位使用的速度模型如表2，原始地震定位采用的速度模型如表3，可能在该区域不同的速度模型对震源深度的定位影响较大。

图3 双差重定位前后的震中分布

图5 米林地震序列重定位前（a）、后（b）的震源深度-频次图

表2 林芝地区P波速度结构

表3 原始地震定位采用的速度模型

图4 米林地震序列双差重定位后的震源深度剖面

3 震源机制解反演

由于受到台站数量和分布的限制，本文只对ML3.5以上的余震采用中国地震局预测研究所基于CAP方法（Zhao et al，1994；Zhu et al，1996）研制的CAP软件（崔仁胜等，2017）进行了波形拟合震源机制反演。米林地震的震中与1950年察隅8.6级大地震的震中相距约220 km，两次地震均处于喜马拉雅造山带东构造结，均受到来自印度板块北东向推力发生逆冲或走滑运动，所处的构造运动环境较为相似。前人对察隅地震的震源错动类型有走滑型和逆冲型两种解释，之后该区相继发生了两次右旋走滑型地震。米林6.9级地震主震的震源机制解采用Global CMT（http：//www.globalcmt.org/CMTsearch.html）的结果，另外还搜集了中国科学院青藏高原研究所、中国地震台网中心和美国地质调查局（USGS）等机构给出的震源机制解作比较（见表4），说明本文选用的震源机制解结果是可靠的。对ML3.5以上的余震，本文采用CAP方法进行了波形拟合震源机制反演（表5）。根据Zoback（1992）判断震源机制应力类型的方法将地震序列震源机制解分类，由图6可以看出：震源错动类型以逆冲和走滑为主。此次米林地震序列的震源机制也比较符合该区的构造动力环境。

图6 米林M L3.5以上地震震源机制反演结果

表4 米林6.9级地震震源机制解

表5 米林M L3.5以上余震震源机制反演结果

4 构造应力场反演

随着对应力场研究的不断深入，根据断层滑动资料、震源机制等反演应力场的方法有很多种，Gephart和Forsyth（1984）采用非线性的网格搜索法来求取应力场的方向和相对大小，但该方法网格搜索步长选取太大（最细的搜索网格为5°），不满足精度要求。Michael（1987）进行归一化求解应力场，可能导致结果的不准确，并且无法考虑所用数据的精度。许忠淮（1985）提供的滑动方向拟合法也取得广泛的应用，但是所采用的以投影到每个断层面滑动方向的剪切应力之和最大为准则的方法并不适用于有断层薄弱面存在的情况，并且该方法根据震源机制求解时计算量太大，且没有给出所得结果的置信区间。针对上述问题，万永革（2015）给出一种能够采用不等精度的震源机制数据、采用更细的应力场参数网格（1°×1°×1°×0.01）搜索应力张量最优解的方法，并且给出应力张量估计参数的一定置信度下的置信范围。

本研究使用收集到的活动断裂资料与研究区域内中小地震的震源机制数据，采用更细的应力场参数网格搜索方法（万永革，2015）来搜索应力场参数的最优解，反演计算得到研究区域的应力结果如表6，将反演结果图像化表示如图7。图7a为研究区应力场示意图，其中黑弧线为所选节面的等面积投影表示，红色大箭头为S1轴（主压应力轴）的最优方向，红色小箭头为断层理论滑动方向，蓝色大箭头为S3轴（主张应力轴）的最优方向，蓝色小箭头为断层观测滑动方向，绿色弧线为得到的95%置信度应力场的最大剪应力节面，黄色小箭头为该节面的最大剪应力方向。S1、S2、S3周围的封闭曲线代表95%置信度下应力场S1、S2、S3轴的范围；图7b为研究区的应力状态立体表示图，红色表示S1轴，蓝色表示S3轴；U、D分别代表上、下。由图7与表5的反演结果可以看出，在置信度95%下，米林地震序列主压应力轴（S1轴）方向分布置信范围为-2°～33°，主张应力轴（S3轴）方向分布置信范围为115°～150°；R=0.5，对应于应力张量的本征值呈等差排列，也就是说这三个轴在数值上为等间距的，即该区的最大主压应力轴方位NNE，应力状态为逆冲兼走滑类型。

图7 研究区域应力场反演结果示意图

表6 应力场反演计算结果

表6中S2轴和S3轴倾角不确定度较高的原因主要有两方面：一方面，米林6.9级地震周边的活动断裂走向和活动性质复杂，而且前人对该区的活动断裂研究程度不高，限制了我们在使用过程中的精度；另一方面，该区的台网分布在不使用临时台网的情况下对震源机制解的波形反演约束较差。

5 结论和讨论

根据西藏地震台网记录的米林6.9级地震及其余震序列目录、观测报告和地震波形等资料，通过双差重定位、震源机制和应力场反演，得到了以下结论：（1）2017年米林6.9级地震为主震余震型，利用双差方法重定位后的余震主要沿着主震的北西和南东方向往两侧扩展分布，并且显著集中在一个NW向的长约40 km，宽度约10 km的狭窄条带之内，整个余震序列的空间分布在南迦巴瓦峰和加拉白垒峰连线的东北部，靠近帕隆—旁辛断裂。重定位后的地震震源深度比重定位前的震源深度分布更加离散，这可能是由于定位使用了不同的速度模型，具体原因我们将在以后的工作中进一步研究。（2）对ML3.5以上的地震采用CAP方法进行了波形拟合震源机制反演，结果显示米林地震的主震震源错动类型为逆冲型，余震序列以逆冲和走滑类型为主，比较符合该区域的构造动力环境。（3）本次地震的构造应力场反演结果是主压应力轴（S1轴）方向为N-NNE向，反映的应力状态为NNE向逆冲，但S2轴和S3轴倾角的不确定度较高，这可能和该区活动断裂构造复杂、震源机制解的数量较少和质量不高都有一定的关系。（4）帕隆—旁辛断裂位于雅鲁藏布江大峡谷北前锋，总体为NW走向，两端与雅鲁藏布江断裂和墨脱断裂连接，具逆冲运动特征。米林地震余震序列与帕隆—旁辛断裂距离最近，且余震的长轴方向也为北西向，余震震源机制显示出震源错动类型以逆冲和走滑为主，也与该断裂特征较为吻合，因此推测米林6.9级地震的发震断裂为帕隆—旁辛断裂。米林地震周边断裂非常发育，有多条断裂交汇于该区域附近，断裂交汇地带是应力调整的关键地区，更易触发较大地震，因此未来需加强该区域的地震监测和研究。

致谢：米林6.9级地震发生后，中国地震局地球物理研究所立刻把在震中附近架设的5个流动地震台并入西藏地震台网，大大提高了该区域的监测能力，为本文提供了宝贵的近台连续波形观测资料和震相到时数据，审稿专家和编辑为本文提供了建设性修改意见，在此一并表示感谢！