2022年9月5日四川瀘定MS6.8地震序列重定位研究

楊文 劉杰 解孟雨 臧陽 孟令媛 張雪梅

1)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045 2)中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定，2022年9月5日12時(shí)52分18秒四川省甘孜州瀘定縣發(fā)生MS6.8 地震，震中為29.59°N、102.08°E，震源深度16km。此次地震造成瀘定縣、石棉縣等市縣重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

地震發(fā)生后，中國(guó)地震局組織相關(guān)單位就震區(qū)地震形勢(shì)迅速開展會(huì)商研判，為搶險(xiǎn)救援工作提供科學(xué)支撐。中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心、中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所、中國(guó)地震局地球物理研究所、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局等多家機(jī)構(gòu)分別給出震源機(jī)制解(表1)，均顯示該地震以走滑性質(zhì)為主。中國(guó)地震局通過對(duì)災(zāi)區(qū)開展實(shí)地震害調(diào)查，確定此次地震極震區(qū)烈度達(dá)到Ⅸ度，等震線長(zhǎng)軸總體呈NW向展布。中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心、中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所的破裂過程反演結(jié)果顯示，本次地震的破裂面呈NW-SE走向，破裂持續(xù)時(shí)間約為18s，破裂由震中主要向SE方向延伸，由深部向淺部擴(kuò)展(1)https：//www.cea.gov.cn/cea/dzpd/dzzt/5683568/5683917/5684035/index.html。

表1 四川瀘定6.8級(jí)地震不同機(jī)構(gòu)震源機(jī)制解結(jié)果對(duì)比

此次地震發(fā)生在青藏高原東南緣的鮮水河斷裂帶與龍門山斷裂帶交會(huì)部位，區(qū)域構(gòu)造十分復(fù)雜。鮮水河斷裂帶是分割川滇塊體和巴顏喀拉塊體的一條NW走向的呈弧形左旋走滑斷裂帶。該斷裂帶北西起于甘孜北，向南東經(jīng)爐霍、道孚、乾寧、康定、瀘定磨西至石棉新民以南，活動(dòng)行跡逐漸減弱，最終消失于石棉公益海附近(唐榮昌等，1993；易桂喜等，2015)，此次地震震中位于鮮水河斷裂帶南部的磨西—石棉段附近。GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，鮮水河斷裂帶自北向南地表運(yùn)動(dòng)速率逐漸降低(Chen et al，2000)。由于印度板塊向歐亞大陸俯沖，青藏高原發(fā)生強(qiáng)烈的變形，受到青藏高原變形影響，鮮水河斷裂帶上強(qiáng)震頻發(fā)。1700年以來該斷裂帶上先后發(fā)生7級(jí)以上地震8次，最大為1786年6月1日康定 7級(jí)地震(圖1)。2000年以來，鮮水河斷裂上的強(qiáng)震活動(dòng)水平不高，僅發(fā)生2次6級(jí)以上地震，分別為2014年11月22日康定MS6.3 地震和此次瀘定MS6.8 地震，2次強(qiáng)震序列的余震區(qū)距離僅20km。鮮水河斷裂的強(qiáng)震背景突出，加之近年來地震活動(dòng)逐漸增強(qiáng)，該斷裂帶后續(xù)的地震危險(xiǎn)性仍然值得關(guān)注。瀘定MS6.8 地震的發(fā)震構(gòu)造和震源過程是研究鮮水河斷裂的地震危險(xiǎn)性的一個(gè)基礎(chǔ)問題，其對(duì)了解鮮水河斷裂帶的地震活動(dòng)性以及分析其未來發(fā)震趨勢(shì)具有一定意義。

注：灰色圓圈為區(qū)域內(nèi)歷史7級(jí)以上地震，紅色圓圈為2000年以來6級(jí)以上地震，沙灘球分別為2014年11月22日康定 MS6.3 和2022年9月5日瀘定 MS6.8 地震的震源機(jī)制，數(shù)據(jù)來源分別為易桂喜等(2015)和中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心震后應(yīng)急產(chǎn)出；XSH-F：鮮水河斷裂，LMS-F：龍門山斷裂，MJ-F：岷江斷裂，XJH-F：小金河斷裂，DLS-F：大涼山斷裂。

精確的地震定位對(duì)于確定斷層走向、破裂擴(kuò)展范圍及發(fā)震構(gòu)造十分重要(張廣偉，2016)。瀘定MS6.8 地震發(fā)生后，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心記錄到豐富的余震走時(shí)資料，為進(jìn)一步研究區(qū)域構(gòu)造和震源過程提供了基礎(chǔ)。本文利用瀘定MS6.8 地震震中周邊固定臺(tái)站的走時(shí)資料，采用雙差定位方法對(duì)瀘定地震的早期余震序列進(jìn)行重新定位，繼而對(duì)瀘定地震的發(fā)震構(gòu)造和震源過程進(jìn)行探討，為后續(xù)震情跟蹤工作提供參考。

1 四川瀘定 MS6.8 地震序列地震活動(dòng)特征

據(jù)四川地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，截至2022年9月12日24時(shí)，瀘定MS6.8 地震序列共記錄到2826次余震，其中ML1.0～1.9地震1614次，ML2.0～2.9地震390次，ML3.0～3.9地震56次，ML4.0以上地震4次，最大余震為9月7日2時(shí)42分石棉MS4.5 地震，地震空間分布如圖2(a)所示，余震主要沿鮮水河斷裂帶展布，地震分布范圍主要包含康定、瀘定、石棉等市縣境內(nèi)。據(jù)歷史地震序列統(tǒng)計(jì)，瀘定MS6.8 主震震中200km范圍內(nèi)，1900年以來6.0級(jí)以上地震序列中，孤立型和主余型占比約90.9%，震群型占比約9.1%。截至9月12日，地震序列主震和最大余震的震級(jí)差為2.3級(jí)，MS6.8 主震釋放的能量占地震序列總能量的99.95%，根據(jù)震型劃分原則(周惠蘭等，1980)，本次地震序列為主余型的可能性較大。

圖2(b)為2022年瀘定MS6.8 地震序列的震級(jí)-累積頻度關(guān)系圖，可以看到，該地震序列在ML1.2～3.9范圍內(nèi)線性擬合較好，而在ML4.0～5.0范圍地震的頻度明顯低于該段理論線性擬合的頻度?；跒o定地震序列常規(guī)地震目錄，采用窗長(zhǎng)滑動(dòng)法，選擇100個(gè)地震作為窗長(zhǎng)，10個(gè)地震為步長(zhǎng)，滑動(dòng)篩選地震，然后利用擬合優(yōu)度測(cè)試(GFT)和修正最大曲率法(MAXC)的混合方法(Mignan et al，2012)計(jì)算序列最小完備震級(jí)，在此基礎(chǔ)上使用最大似然法(Marzocchi et al，2003)計(jì)算出序列b值的變化曲線(圖2(c))。背景b值根據(jù)震前5年數(shù)據(jù)計(jì)算得到，為 0.98±0.06。b值變化曲線顯示，在主震發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)序列b值呈上升趨勢(shì)，后續(xù)則下降，在9月7日石棉MS4.5 地震發(fā)生前，序列b值低于背景b值，之后b值呈現(xiàn)起伏變化，總體上低于背景b值，表明該序列仍處于較高的應(yīng)力水平，后續(xù)仍需關(guān)注強(qiáng)余震的可能。

圖2 瀘定 MS6.8 地震序列空間分布(a)、震級(jí)-頻度關(guān)系(b)及滑動(dòng)b值(c)

2 四川瀘定 MS6.8 地震序列重定位

2.1 數(shù)據(jù)和方法

雙差定位法是Waldhauser等(2000)提出的一種高精度的相對(duì)定位方法。該方法對(duì)一定空間范圍內(nèi)的地震進(jìn)行配對(duì)，利用配對(duì)地震到臺(tái)站的到時(shí)差確定地震的相對(duì)位置。該方法在一定程度上消除了介質(zhì)不均勻性造成的路徑效應(yīng)，可以獲得較高精度的相對(duì)空間位置分布。雙差定位方法提出后，在發(fā)震構(gòu)造、孕震機(jī)理和地震趨勢(shì)研究等方面取得了廣泛的應(yīng)用(楊智嫻等，2004；朱艾斕等，2005；房立華等，2013、2018；楊文等，2018)。

本研究利用四川地震臺(tái)網(wǎng)震相觀測(cè)報(bào)告，對(duì)四川瀘定MS6.8 地震序列進(jìn)行重新定位，選取2022年9月5—12日期間27.5°N～31.5°N、100°E～104°E范圍內(nèi)的地震事件。選擇震中距200km以內(nèi)38個(gè)固定臺(tái)站(圖3(a))所記錄到的Pg和Sg波震相資料，要求每個(gè)事件至少包含4個(gè)震相，最終挑選Pg波18376條和Sg波17325條，Pg波與Sg波的走時(shí)-距離曲線如圖3(b)所示。對(duì)震中距與Pg波和Sg波走時(shí)分別進(jìn)行線性最小二乘擬合，Pg波平均速度為 5.848km/s，Sg波平均速度為 3.465km/s(圖3(b))，波速比為1.69。在計(jì)算中，P波讀數(shù)賦予1.0的權(quán)重，S波讀數(shù)賦予0.5的權(quán)重。設(shè)定地震對(duì)之間的最大距離不超過10km，OBSCT設(shè)為10。速度模型參考人工地震折射測(cè)線和天然地震反演獲得的結(jié)果(趙珠等，1997；易桂喜等，2015)，共分為6層，如表2所示。計(jì)算過程中，采用共軛梯度法求解方程，經(jīng)過2組共10次迭代后得到阻尼最小二乘法解。

注：黑色三角為所使用的固定臺(tái)站，綠色圓圈為瀘定地震的余震分布，紅色五角星為瀘定 MS6.8 地震。

表2 瀘定地區(qū)初始一維速度模型

2.2 瀘定 MS6.8 地震余震重定位結(jié)果

重新定位后，共獲得1591次地震的震源位置參數(shù)。重新定位后的震源位置測(cè)定平均誤差在EW方向?yàn)?.158km，在SN方向?yàn)?.173km，在垂直方向上為0.298km。重新定位后的主震震中為29.593°N、102.093°E，震源深度14.5km。余震的震源深度大部分分布在10km以內(nèi)，其中6～8km深度最為集中，平均深度為7.718km(圖4)。

圖4 重新定位后余震震源深度分布

2.3 重新定位后瀘定 MS6.8 地震序列空間分布

重新定位后地震序列較重新定位之前震中分布更加集中，線性趨勢(shì)更加明顯，如圖5(a)所示。在水平方向上，瀘定MS6.8 主震位于余震區(qū)中部，余震總體沿鮮水河斷裂呈NW向展布，主要分布在鮮水河斷裂以西地區(qū)，余震區(qū)長(zhǎng)軸約為65km。余震區(qū)具有明顯的分段特征，可大致分為北段、中段和南段3個(gè)區(qū)域(圖5(a))，各個(gè)分段之間具有約10km的小震稀疏段。中段的余震區(qū)擴(kuò)展范圍較大，且具有沿NE-SW向分布的特征，ML4.0以上余震均位于余震區(qū)的南段。

注：黑色五角星分別為 MS6.8 主震和ML4.0以上余震；(a)中虛線圈為圖6中余震區(qū)北段、中段、南段的范圍；(c)、(e)中粗虛線為推測(cè)的斷層位置。

沿AA’的深度剖面顯示，北段的余震震源深度較淺，破裂深度在10km以內(nèi)，中段和南段的震源深度逐漸加深，最深可達(dá)18km。主震和ML4.0以上余震均位于余震區(qū)底部，表明本次破裂為一次由深部向淺部的破裂。在主震的SE方向具有明顯的地震圍空，破裂過程反演結(jié)果揭示主震東南側(cè)的滑移量較大①，該圍空與滑移量較大區(qū)域較為一致。沿BB’和DD’的深度剖面顯示，余震區(qū)北段和南段的余震帶較窄，傾角均為近垂直向，整體略向東傾，南段15km深度處存在與主斷層斜交的分支斷層，顯示了瀘定地震發(fā)震斷層的復(fù)雜性。沿CC’的深度剖面顯示，受NE向次級(jí)斷裂的影響，中段的余震帶較寬，寬度約為25km。主震附近地震較為稀疏，這可能是主震附近破裂較為充分導(dǎo)致的。

2.4 重新定位后余震深度隨時(shí)間的變化

注：紅色五角星分別為 MS6.8 主震和ML4.0以上余震。

2.5 重新定位后余震活動(dòng)空間擴(kuò)展過程

為更好地認(rèn)識(shí)此次地震的擴(kuò)展模式，我們繪制了主震后不同時(shí)間段余震活動(dòng)的分布圖(圖7)。在主震發(fā)生后0～2h，余震主要沿鮮水河斷裂向SE方向擴(kuò)展，主震北側(cè)的地震活動(dòng)較弱。主震后2～6h，余震除了沿鮮水河斷裂擴(kuò)展外，還逐漸向SW方向破裂，開始形成SE向和SW向的共軛交匯。主震后6～12h，余震繼續(xù)沿SE和SW兩個(gè)方向活動(dòng)，余震沿鮮水河斷裂向SE方向擴(kuò)展的范圍有所擴(kuò)大，北段在燕子溝附近的余震活動(dòng)逐漸增加，在此期間南段的挖角鄉(xiāng)附近發(fā)生了一次ML4.2地震。主震后12～24h，余震活動(dòng)范圍基本和主震后 6～12h 一致，SW向地震活動(dòng)的線性趨勢(shì)逐漸變?nèi)?。主震?4h～3天，余震區(qū)北段、中段、南段仍然延續(xù)之前的活動(dòng)范圍，在余震區(qū)南側(cè)的石棉附近地區(qū)發(fā)生最大震級(jí)為ML3.3的一叢地震活動(dòng)，并在挖角鄉(xiāng)附近發(fā)生一次MS4.5 強(qiáng)余震，為此次地震序列早期的最大余震。同時(shí)，余震區(qū)北段余震活動(dòng)也有所增強(qiáng)。主震后3～7天，沿SW向的余震活動(dòng)線性分布特征逐漸變得不明顯，在余震區(qū)北段的康定地區(qū)地震活動(dòng)顯著增強(qiáng)，最大地震為9月11日康定ML3.2地震。

注：黑色五角星分別為 MS6.8 主震和ML4.0以上余震。

3 結(jié)論

2022年9月5日瀘定MS6.8 地震發(fā)生在鮮水河斷裂帶南部的磨西—石棉段。為研究瀘定MS6.8 地震的發(fā)震構(gòu)造和震源過程，本文使用震相報(bào)告P波和S波走時(shí)資料，采用雙差定位方法對(duì)瀘定地震序列的主震和截至9月12日的余震進(jìn)行了重新定位，定位結(jié)果的精度較四川地震臺(tái)網(wǎng)的初步結(jié)果有較大的提升。

重新定位后的主震震中為29.593°N、102.093°E，震源深度14.5km。該深度為相對(duì)定位深度，由于主震的近臺(tái)S波限幅，導(dǎo)致S波到時(shí)無法準(zhǔn)確拾取，因而尚不能給出主震的絕對(duì)定位深度。余震的震源深度大部分分布在10km以內(nèi)，平均深度為7.718km。余震總體沿鮮水河斷裂呈NW-SE向分布，走向?yàn)?31°～340°，長(zhǎng)軸約為65km。發(fā)震斷層的傾角較陡，近乎直立，這與震源機(jī)制結(jié)果節(jié)面I的參數(shù)較為吻合。斷層傾向和傾角沿走向方向略有變化，北段、南段整體略向NE傾。據(jù)地質(zhì)考察結(jié)果，鮮水河斷裂南部的磨西—石棉段長(zhǎng)約76km，整體走向約為340°，傾向?yàn)镹E向(陳桂華，2006)，與本文獲得的精定位結(jié)果較為一致，說明本次地震的發(fā)震斷層為鮮水河斷裂磨西—石棉段。余震區(qū)中段的地震活動(dòng)明顯存在沿著SW向的分布，表明本次地震還受到SW向反沖斷層分支的影響，該分支斷層走向和位置與海螺溝段斷裂較為一致(李嫻，2008)。這種減緩地震破裂的反沖斷層分支為地震成核提供了條件(Fliss et al，2005)。由于受到SW向斷層錯(cuò)斷的影響，余震區(qū)表現(xiàn)為明顯的分段現(xiàn)象。

本次瀘定地震序列的震源深度表現(xiàn)為北淺南深的特點(diǎn)，中段和南段地震頻次逐漸衰減，且震源深度也有變淺的趨勢(shì)。與中段和南段相比，北段的地震頻次則未出現(xiàn)明顯的衰減，震源深度也未出現(xiàn)變淺的現(xiàn)象，后續(xù)仍需關(guān)注該段震源深度加深的現(xiàn)象。重新定位后的分時(shí)段余震活動(dòng)表明，本次地震的初始破裂方向?yàn)镾E向的鮮水河斷裂，該破裂隨后觸發(fā)了與主斷裂共軛的SW向的分支斷裂(海螺溝段斷裂)，余震沿著這兩個(gè)斷裂逐步擴(kuò)展，最后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

致謝：中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http：//data.earthquake.cn)提供數(shù)據(jù)支撐，審稿專家為本文提出了寶貴的修改建議，在此一并表示誠摯的感謝。