Seismological Research Letters:四川长宁中等地震构造特征

2018年和2019年,在四川长宁地区先后发生多次中等地震(M≥5.0),特别是2019年长宁M6.0级地震,是四川盆地内有记录以来的最大一次地震事件。长宁地区一度成为地震研究的焦点,主要是该地区的背斜部位,长期存在的盐矿注水开采,在过去几十年产生了大量地震,成为典型的“地震窗”;而在向斜部位,是长宁国家级页岩气示范区,自2014年以来页岩气压裂施工和开采以来,地震也急剧增加(图1)。因此,前人大量研究认为,这些地震活动在时间和空间上与工业活动关系密切,是典型的诱发地震。然而,前人研究主要是地震学、大地测量形变学的研究,对该地区地下精细地质结构、不同地震定位结果的差异、发震断层的厘定等方面还存在很多不确定性,进而限制了诱发/触发地震的界定,以及地震动力机制的深入研究。


图1. 四川长宁地区中等地震(M≥5.0)事件分布图


实验室鲁人齐研究员、陶玮副研究员等,与中国地质大学(北京)何登发教授、天津大学刘静教授等人合作,通过采用高分辨反射地震剖面,钻井资料,结合区域地质构造、综合震源机制解、不同的地震定位结果,基于多元约束的三维建模技术,对长宁地区中等地震的发震构造进行了综合分析。研究使用高分辨地震反射剖面,识别出长宁地区的主要断层系统(图2),并剖析了研究区构造的形成和演化。


图2. 过2019年长宁M6.0级地震震中的地震反射剖面构造解析


研究结果表明,长宁地区的中等地震事件,几乎都与先存断层重新活动相关。其中,2019年6月17日发生的长宁6级地震及其4次中等强度余震,发生在长宁背斜基底早期逆冲断层上,而主震和断层刚好位于盐矿开采井附近,因此推测盐矿流体可能弱化了基底断层并产生地震。2018年和2019年两次发生在建武向斜的中等地震,矩心深度(Centroid depth)普遍较浅(图3),但在两次地震范围的浅层沉积盖层中尚未发现可以产生中等地震对应规模的断层;而在前寒武-基底存在规模较大的先存断层,与前人采用双差定位的震源深度(Focal depth)更吻合。


图3. 长宁地区构造变形特征与中强地震不同定位结果综合分析


研究同时表明,晚新生代受青藏高原向东南的挤出,川西南威远、长宁地区受控于现今构造应力场的作用,两向地应力差值较高;前寒武和基底先存断层发育,部分先存断层或处于临界状态,具备了中强震的发震潜力(图4)。因此川西南地区工业活动需要开展深入研究,避免或防范破坏性地震的发生。


图4. 四川长宁地区构造变形特征与地震构造模型

该研究得到了中央级公益性科研院所基本科研业务专项重点项目(IGCEA2103)和地震应急科考项目(IGCEA1919)的共同资助。研究成果于2021年7月在线发表于国际期刊《Seismological Research Letters》:

Lu, R., D. He, J.-Z. Liu, W. Tao, H. Huang, F. Xu, and G. Liu (2021). Seismogenic Faults of the Changning Earthquake Sequence Constrained by High-Resolution Seismic Profiles in the Southwestern Sichuan Basin, China, Seismol. Res. Lett. XX, 1–10. https://doi.org/10.1785/0220200302.