2021年5月21日云南漾濞M S 6.4地震序列重新定位與深部孕震環(huán)境淺析

趙 航，李大虎，吳微微，廖 華，梁 宏，黃雪影，陳學(xué)芬

（四川省地震局 中國地震局成都青藏高原地震研究所，四川 成都610041）

據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定，北京時(shí)間2021年5月21日21點(diǎn)48分，云南省大理白族自治州漾濞彝族自治縣發(fā)生MS6.4地震，震中位于（25.67°N，99.87°E），震源深度8 km。此次地震造成3人遇難、28人受傷，極震區(qū)烈度為Ⅷ度，造成大理白族自治州56個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)，大量房屋建筑在地震中遭到破壞（云南省地震局，2021）。此次地震屬于一次典型的前震-主震-余震型事件，地震序列屬于前主余型（Yang et al.，2021），余震活動(dòng)較強(qiáng)，主要集中在主震后一天內(nèi)。從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上看，漾濞地震震中位于維西—喬后斷裂南段，該斷裂是紅河斷裂帶向北彌散延伸的分支斷裂之一，晚第四紀(jì)以來表現(xiàn)為右旋走滑運(yùn)動(dòng)特征，是川滇菱形塊體西南邊界的重要組成部分（常祖峰等，2016a，2016b）。由于川滇菱形塊體地處青藏高原東南緣，受高原物質(zhì)東向逃逸的強(qiáng)烈推擠，其邊界斷裂具備強(qiáng)烈的構(gòu)造變形和地震潛能（Allen et al.，1984；Replumaz et al.，2001）。漾濞MS6.4地震震區(qū)及周邊區(qū)域歷史地震活動(dòng)性較強(qiáng)（見圖1），統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)自1970年以來，震中50 km范圍內(nèi)共發(fā)生M3.0以上地震145次，其中3.0～3.9級地震108次，4.0～4.9級地震27次，5.0～5.9級地震9次，6.0級以上地震1次；震中100 km范圍內(nèi)共發(fā)生M3.0級以上地震312次，其中3.0～3.9級地震249次，4.0～4.9級地震45次，5.0～5.9級地震16次，6.0～6.9級地震2次；漾濞MS6.4地震是滇西北地區(qū)大理、麗江等地自1996年麗江7.0級地震之后發(fā)生的最大地震事件。

圖1 漾濞震區(qū)及周邊地震構(gòu)造背景和震中分布（斷裂構(gòu)造線來源于徐錫偉等，2016）

漾濞地震發(fā)生后，國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者先后基于不同地球物理學(xué)方法開展研究工作，如中國地震局地球物理研究所利用全球臺網(wǎng)數(shù)據(jù)得到了漾濞地震P波初動(dòng)震源機(jī)制解，斷層節(jié)面Ⅰ：走向141°／傾角68°／滑動(dòng)角-153°，節(jié)面Ⅱ：走向40°／傾角65°／滑動(dòng)角-24°，初步判斷此次事件為走滑兼正斷型地震（http：／／www.cea-igp.ac.cn／kydt／278248.html）；龍鋒等（2021）定位結(jié)果表明漾濞地震序列震中距離北東側(cè)的維西—喬后斷裂3～10 km，余震區(qū)長軸呈NW-SE向展布，長約22 km，震源優(yōu)勢分布深度為4～8 km；張旭等人的地震破裂過程初步反演結(jié)果顯示漾濞地震沒有破裂到地表（http：／／www.cea-igp.ac.cn／kydt／278248.html）。雷興林等（2021）基于震源機(jī)制反演、發(fā)震斷層及破裂方向分析、前震主震與潮汐的相關(guān)性分析、應(yīng)力場反演及斷層滑動(dòng)趨勢分析和前震及主震的庫侖應(yīng)力傳遞等對漾濞地震序列進(jìn)行初步研究，結(jié)果表明漾濞地震序列發(fā)生在紅河斷裂帶北段延伸方向上的喬后—巍山斷裂附近，但主震震源斷層及主要余震的分布在走向和位置上均明顯偏離已知的喬后—巍山斷裂，地震序列受一個(gè)發(fā)育程度不高、含多級雁列構(gòu)造的北西向?yàn)橹鳌⒈睎|向?yàn)榇蔚墓曹椬呋瑪鄬酉到y(tǒng)（稱為“漾濞斷層”）所控制。然而，該隱伏斷裂是如何孕育和發(fā)生漾濞地震的？這是一個(gè)亟待深入研究的問題。震區(qū)深部結(jié)構(gòu)能夠提供有關(guān)地震孕育環(huán)境以及發(fā)震機(jī)制等重要信息，但是，由于該區(qū)域長期缺失深部地球物理資料，這給準(zhǔn)確探討地震發(fā)震構(gòu)造幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及其發(fā)震機(jī)理帶來了較大困難。李大虎等（2021a）反演獲得云南漾濞MS6.4地震震區(qū)及周邊的三維P波速度結(jié)構(gòu)和視密度橫向展布信息，研究結(jié)果表明：漾濞震區(qū)P波速度結(jié)構(gòu)與視密度展布特征在深度和分區(qū)特征上均具有較好的聯(lián)系和可比性，震區(qū)三維速度結(jié)構(gòu)和視密度反演結(jié)果均表現(xiàn)出明顯的橫向不均勻分布特征，漾濞MS6.4地震位于高低異常值的過渡帶附近，震區(qū)南、北兩側(cè)速度結(jié)構(gòu)和視密度分布特征各異，綜合說明了震區(qū)地殼物質(zhì)存在顯著的橫向差異。

對地震序列的重新定位是獲得余震空間分布特征和探討震區(qū)深部孕震環(huán)境的有效途徑，但如果僅使用固定地震臺站資料進(jìn)行余震序列的重新定位，常常會(huì)因?yàn)榕_站數(shù)量較少以及分布上的不盡合理等因素而導(dǎo)致定位結(jié)果存在偏差，如果將小區(qū)域流動(dòng)臺網(wǎng)余震監(jiān)測資料和固定臺站觀測資料相結(jié)合，則能夠提高地震定位的精度。因此，本研究利用云南省區(qū)域固定臺站波形資料以及漾濞MS6.4地震后中國地震局第一監(jiān)測中心在震區(qū)附近布設(shè)的小孔徑流動(dòng)地震臺網(wǎng)所記錄到的近臺觀測數(shù)據(jù)，采用雙差定位方法對漾濞MS6.4地震序列進(jìn)行了重新定位，獲得了更加精確的余震序列空間分布圖像，在此基礎(chǔ)上對余震分布特征和震區(qū)的深部孕震環(huán)境進(jìn)行分析討論。

1 方法和數(shù)據(jù)

本研究采用雙差定位法對漾濞MS6.4地震序列進(jìn)行重新定位，該方法由Waldhauser和Ellsworth（2002）提出，并已經(jīng)被國內(nèi)外地震學(xué)家廣泛地應(yīng)用到實(shí)際的地震定位工作中（Courboulex et al.，2003；Shaw et al.，1999；Schaff et al.，2002，2004a，2004b；楊智嫻等，2003；朱艾斕等，2005，2008；趙博等，2013）。該相對定位法是通過地震事件兩兩組對后，在一定程度上減少了地殼速度結(jié)構(gòu)橫向不均勻性的影響，它通常要求兩個(gè)地震事件之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地震到臺站之間的距離，從而保證了兩個(gè)地震到臺站之間的路徑幾乎一致，消除了路徑異常的影響。此時(shí)，相對定位法的基本方程表示如下：

其中，Δtjk和Δtik分別是地震i和j到臺站k之間的到時(shí)差，Xi和Xj分別是兩個(gè)震源的位置矢量，Sk是兩個(gè)震源連線中點(diǎn)處到臺站的地震射線的慢度矢量，εik和εjk分別是地震在臺站k的到時(shí)拾取誤差。Waldhauser和Ellsworth（2002）認(rèn)為式（1）中對兩個(gè)地震采用同一慢度矢量的假設(shè)僅在兩個(gè)地震事件接近的時(shí)候才成立，而在兩個(gè)地震事件較遠(yuǎn)的時(shí)候則不成立，進(jìn)而提出了適合一般條件下成立的方程：

式中的Sik和Sjk分別是兩個(gè)地震位置的慢度，這就是雙差定位法的基本方程。該方法通過對一定空間范圍內(nèi)的地震事件進(jìn)行兩兩組對，根據(jù)配對后地震事件之間震相到時(shí)差來獲得事件的相對空間分布特征，它適用于大范圍地震的同時(shí)相對定位，每個(gè)事件的定位精度不會(huì)受到定位范圍大小的影響，且使用相對走時(shí)殘差來修定地震震源的位置也減少速度模型不準(zhǔn)確性對定位結(jié)果的影響。基于地震序列重新定位的地震活動(dòng)圖像是認(rèn)識震區(qū)的發(fā)震構(gòu)造與地震活動(dòng)之間相互關(guān)系及斷層特征的重要基礎(chǔ)，可為研究漾濞MS6.4地震深部結(jié)構(gòu)和孕震環(huán)境提供可靠的地震學(xué)依據(jù)。

漾濞MS6.4地震地震發(fā)生后，中國地震局第一監(jiān)測中心和云南省地震局在震中附近先后架設(shè)了5個(gè)流動(dòng)地震臺站，結(jié)合云南地震臺以及部分下關(guān)小孔徑臺網(wǎng)的固定臺站，為此次地震序列的重新定位研究提供了豐富的近臺觀測數(shù)據(jù)（圖2b）。為了保障數(shù)據(jù)的可靠性和定位精度，我們選取了2021年5月21日至5月23日期間發(fā)生的共415個(gè)ML≥1.0地震事件的觀測資料，并對震相觀測報(bào)告數(shù)據(jù)進(jìn)行了仔細(xì)篩選，所選擇地震定位的臺站數(shù)據(jù)不小于6個(gè)且震中距小于300 km的臺站，震相數(shù)據(jù)中，P波絕對到時(shí)8045條、S波絕對到時(shí)2053條，圖2a為重定位前的震中分布圖像。本次參與定位的臺站共計(jì)37個(gè)，從圖2b中可以看出觀測臺站圍繞主震有著較好的空間分布。本研究地震重定位所采用的一維速度模型如表1所示。

圖2 定位前地震震中及參與重定位的臺站分布

表1 一維P波速度結(jié)構(gòu)模型

2 定位結(jié)果

經(jīng)過雙差重新定位，我們最終獲得415個(gè)地震事件的定位結(jié)果，定位后的震中分布形態(tài)與初始定位結(jié)果存在差異。重定位后漾濞MS6.4主震位于（25.6887°N，99.8767°E），震源深度約為8.607 km。重定位后沿著緯度、經(jīng)度和深度方向的定位殘差分別為0.584 km、0.826 km和1.162 km，走時(shí)殘差為0.208 s。從圖3a中可以看出，漾濞MS6.4地震序列集中分布在主震的SE側(cè)，并沿著NW-SE向呈條帶狀與維西—喬后斷裂近似平行展布，長約20 km，其中，MS5.6地震位于整個(gè)地震序列的中部，MS6.4主震位于序列的北西端，而隨后的兩個(gè)主要余震都先后出現(xiàn)在主震東南側(cè)，MS5.0余震出現(xiàn)在前震位置附近，而MS5.2余震距離主震距離最遠(yuǎn)，出現(xiàn)在整個(gè)地震序列靠東南端的位置。圖3b、c、d為余震序列分布縱剖面圖，由圖可知震源深度優(yōu)勢分布為5～15 km，地震震源深度較淺，說明地震絕大多發(fā)生在脆性上地殼范圍。而沿著NW-SE向分布的縱剖面（AA′）序列展布情況反映出了沿?cái)鄬觾A向的震源深度分布特征，AA′剖面顯示漾濞地震序列密集區(qū)長約20 km、寬約5 km；根據(jù)橫跨地震序列密集區(qū)南東段的CC′剖面和北西段的BB′剖面均顯示出傾向SW的構(gòu)造特征。

圖3 定位后的地震序列震中分布（a）和縱剖面震源深度分布（b c d）

我們繪制了地震序列震源深度分布的柱狀統(tǒng)計(jì)圖，圖4顯示出震源深度的優(yōu)勢分布層位主要集中在5～15 km，86.5%的地震震源深度較淺，平均深度為9.04 km，說明地震絕大多發(fā)生在脆性的上地殼范圍內(nèi)。李大虎等（2021a）基于震區(qū)三維P波速度結(jié)構(gòu)和地震序列展布研究結(jié)果表明，漾濞MS6.4地震序列的空間分布與震區(qū)上地殼介質(zhì)速度結(jié)構(gòu)存在密切關(guān)系，震區(qū)南、北兩側(cè)速度結(jié)構(gòu)各異。其中，低速異常主要分布在震區(qū)北側(cè)，而高速異常則分布在震區(qū)以南，漾濞MS6.4地震發(fā)生在高、低速異常過渡帶附近，這種介質(zhì)物性發(fā)生變化的邊界帶可能是中強(qiáng)地震孕育和發(fā)生的有利部位，這種特有的速度結(jié)構(gòu)也在以往蘆山MS7.0地震、魯?shù)镸S6.5地震和長寧MS6.0地震等多次強(qiáng)震區(qū)的研究中得到體現(xiàn)（李大虎等，2015，2019，2021b）。結(jié)合本文重定位結(jié)果發(fā)現(xiàn)，漾濞地震序列總體上也位于高、低速異常過渡帶附近，因此，漾濞MS6.4地震震區(qū)殼內(nèi)介質(zhì)結(jié)構(gòu)的非均勻分布是控制漾濞地震及其序列展布形態(tài)的深部環(huán)境因素。

圖4 定位后的地震序列震源深度統(tǒng)計(jì)

3 討論

此次漾濞MS6.4地震的震后科學(xué)考察沒有發(fā)現(xiàn)明顯的地震地表破裂帶，這給直接探討發(fā)震機(jī)理和破裂過程的成因帶來了困難，漾濞地震復(fù)雜的發(fā)震構(gòu)造背景和頻繁的地震活動(dòng)原因仍不清楚。

本研究的地震重定位結(jié)果表明漾濞地震序列沒有發(fā)生在已知的維西—喬后斷裂上，而是集中分布在主震的南東側(cè)，并沿著NW-SE向呈條帶狀與維西—喬后斷裂近似平行展布。龍鋒等（2021）研究結(jié)果表明，漾濞地震的余震密集區(qū)與該斷裂相距3～10 km，二者幾乎平行，初步判斷漾濞地震序列的主發(fā)震構(gòu)造是位于維西—喬后斷裂南西側(cè)的、與其具有相似構(gòu)造特性的平行斷裂構(gòu)造。已有的區(qū)域地質(zhì)資料顯示，該斷裂構(gòu)造發(fā)育在漾濞縣城西南山地中，屬于蘭坪褶皺帶內(nèi)部斷裂。

重定位后漾濞6.4級地震序列震源深度的優(yōu)勢分布層位主要在5～15 km的上地殼范圍，中、下地殼范圍地震較少出現(xiàn)，由于強(qiáng)震的孕育和發(fā)生是在地球深部發(fā)生的動(dòng)力過程或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，與殼幔深部物性結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)環(huán)境有著密切的關(guān)系（丁志峰，2011），因此，分析該區(qū)深部孕震環(huán)境可為漾濞震區(qū)的構(gòu)造評價(jià)和地震活動(dòng)趨勢分析提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)合本研究重定位結(jié)果發(fā)現(xiàn)，漾濞地震序列總體上也位于高、低速異常過渡帶附近，除此之外，漾濞震區(qū)北側(cè)洱源—下關(guān)等地的地表溫泉較發(fā)育，大地?zé)崃髦碉@著偏高（王云等，2018；趙慈平等，2014；李其林等，2018），如王云等（2018）利用He同位素的時(shí)空變化特征研究青藏高原東南緣地?zé)崤c地震活動(dòng)，認(rèn)為由深部流體活動(dòng)導(dǎo)致震源區(qū)熱狀態(tài)的改變是觸發(fā)大地震的關(guān)鍵因素。上官志冠（1988）對溫泉?dú)怏w的研究表明，洱源地區(qū)溫泉無機(jī)成因CH4含量很高，是深部熱動(dòng)力變質(zhì)作用的產(chǎn)物。林元武（1993）利用SiO2地?zé)釡貥?biāo)計(jì)算的熱儲溫度表明洱源段的平均循環(huán)深度最深。雷興林等（2021）基于余震分布形態(tài)推測的發(fā)震構(gòu)造圖表明，前震及余震集中分布在北西向主要發(fā)震構(gòu)造的斷層階區(qū)、端部附近及其與北東向次級構(gòu)造的交會(huì)部位，特別是前震活動(dòng)集中在兩組斷層的交會(huì)部位，同時(shí)也是一個(gè)北西向走滑斷層的張性階區(qū)。這些部位處于次級拉張環(huán)境，強(qiáng)度低且有利于流體活動(dòng)。李大虎等（2021）研究結(jié)果揭示了漾濞MS6.4地震震區(qū)北側(cè)洱源附近存在地殼尺度的低速、低密度異常這一最顯著特征，該結(jié)果與該部位大地?zé)崃髦碉@著偏高等地?zé)岱植几叨纫恢?，認(rèn)為這些均暗示著漾濞地震機(jī)制除了與青藏高原東緣深部物質(zhì)東南向逃逸有關(guān)外，可能還與來自上地幔的熱異常和深部過程密切相關(guān)。

4 結(jié)論

本研究利用云南省地震臺網(wǎng)和漾濞震后流動(dòng)臺站監(jiān)測資料，對2021年5月21日至5月23日期間發(fā)生的、震級ML≥1.0的地震序列進(jìn)行了重新定位，獲得了415個(gè)事件的定位結(jié)果。并結(jié)合震區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和深部反演資料及應(yīng)急科考成果，對此次漾濞MS6.4地震的深部孕震環(huán)境進(jìn)行分析，得出結(jié)論：（1）漾濞MS6.4地震序列集中分布在主震的東南側(cè)，并沿著NW-SE向呈條帶狀與維西—喬后斷裂近似平行展布，長約20 km，其中，MS5.6地震位于整個(gè)地震序列的中部，MS6.4主震位于序列的北西端，縱剖面圖揭示了震源深度優(yōu)勢分布為5～15 km，地震震源深度較淺，說明地震大多發(fā)生在脆性上地殼范圍內(nèi)。（2）考慮到漾濞震區(qū)北側(cè)洱源等地的地表溫泉較發(fā)育、大地?zé)崃髦碉@著偏高等地?zé)岱植家约暗嵛鞅钡貐^(qū)多數(shù)地震活動(dòng)都在一定程度受地?zé)崃黧w影響，并結(jié)合已有研究結(jié)果揭示的漾濞MS6.4地震震區(qū)北側(cè)洱源附近存在地殼尺度的低速、低密度異常這一最顯著特征（李大虎等，2021），認(rèn)為本次漾濞MS6.4地震序列與深部流體密切相關(guān)，流體活動(dòng)導(dǎo)致漾濞震區(qū)熱狀態(tài)的改變以及觸發(fā)地震的關(guān)鍵因素。

致謝：感謝云南省地震局為本研究提供地震波形數(shù)據(jù)和地質(zhì)圖件等資料。