基于機(jī)器學(xué)習(xí)和短周期密集臺(tái)陣資料研究北流地震余震特征

文璽翔, 沈旭章*, 周啟明

1 中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東省地球動(dòng)力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510275 2 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海), 廣東珠海 519082

0 引言

2019年10月12日22時(shí)55分,廣西壯族自治區(qū)北流市與廣東省化州市交界發(fā)生MS5.2地震,震中位于22.16°N、110.52°E,震源深度10 km,震中烈度VI度. 此次地震是廣西地區(qū)自2016年蒼梧地震以來(lái)又一次5級(jí)以上的地震,致使震源區(qū)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi),經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)500萬(wàn)元.

震中地區(qū)自新生代以來(lái)處在喜馬拉雅構(gòu)造域與濱太平洋構(gòu)造域的復(fù)合部位(如圖1所示),新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要包括間歇性整體抬升為主的運(yùn)動(dòng)以及沿NE向斷裂的斷塊差異運(yùn)動(dòng)(李冰溯等, 2019).李細(xì)光等(2007)和張培震等(2013)結(jié)合目前的震源機(jī)制解、震區(qū)發(fā)震構(gòu)造以及GPS速度場(chǎng)等研究成果,得到該區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的主壓應(yīng)力方向?yàn)镹W-SE向.研究區(qū)域主要分布北東向蕉林?jǐn)嗔?、北西向石窩斷裂及近南北向的新豐斷裂. 根據(jù)野外地質(zhì)資料(潘建雄和黃日恒,1995),新豐斷裂為逆斷性質(zhì),傾向南東; 石窩斷裂為左旋正斷層,傾向南西,處于北西向巴馬—博白斷裂帶的分支斷裂.自2016年蒼梧地震后,該地區(qū)進(jìn)入另一個(gè)地震活躍期(任鎮(zhèn)寰和羅振暖,1998).深入了解該區(qū)域發(fā)震構(gòu)造對(duì)于華南地區(qū)地震活動(dòng)、抗震設(shè)防以及地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作都有重要意義.

圖1 地震及臺(tái)站分布圖(a) 臺(tái)站分布及研究區(qū)主要斷層. 主圖中三角形表示短周期密集臺(tái)陣位置,圓圈表示余震分布,顏色深淺表示地震發(fā)生時(shí)間; 圖中顯示了主震和前震的震源機(jī)制解 (數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所和廣東省地震局),并且展示了該區(qū)域三條主要斷裂: 石窩斷裂,新豐斷裂,蕉林?jǐn)嗔? (b) 震源區(qū)域放大圖,其中圓圈的大小對(duì)應(yīng)于地震震級(jí)(震級(jí)大小分布于-0.4～2.2之間),顏色深淺代表地震發(fā)生的時(shí)間.Fig.1 Map of earthquakes and stations(a) Map of stations and the major faults in the studying area; Triangles represent the locations of the high dense short-period seismic array, circles represent the distribution of aftershocks, and different colors represent the time of the earthquake; The focal mechanism solutions are also presented (These data came from the Institute of Earthquake Forecasting (IEF) of the China Earthquake Administration (CEA) and the Guangdong Earthquake Agency); The figure shows three major faults in this region, the NW Shiwo fault, the SE Xinfeng fault, and the NE Jiaolin fault; (b) Zoomed window for the region enclosed by the box in (a), where the size of the circle indicates the magnitude of the earthquake (the magnitudes of these events ranged from -0.4 to 2.2) and the different colors represent the time of the earthquake.

目前不同研究機(jī)構(gòu)結(jié)果均顯示(廣西壯族自治區(qū)地震局,蘇珊; 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; 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心,趙博等; 防災(zāi)科技學(xué)院,Seismology小組): 此次北流地震震源機(jī)制解為走滑性質(zhì),節(jié)面I走向?yàn)镹WW,傾角約為70°,節(jié)面II走向NNE,傾角近乎垂直,主壓應(yīng)力P軸方向?yàn)镹W向,同該地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向一致(許忠淮等,1989; 張培震等,2013).盡管根據(jù)目前已有的震源機(jī)制解結(jié)果與野外地質(zhì)勘探調(diào)查、地震烈度分布及余震空間展布可以基本確定NWW向節(jié)面與真實(shí)的發(fā)震斷層石窩斷裂相對(duì)應(yīng)(李冰溯等,2019; 王小娜等,2020; 閻春恒等,2019).但是受觀測(cè)資料所限,目前對(duì)北流地震的認(rèn)識(shí)還面臨以下問(wèn)題: (1) 震源機(jī)制解得出該節(jié)面運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為右旋走滑,與野外地質(zhì)調(diào)查得到的石窩斷裂為左旋走滑的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不同; (2) 根據(jù)定位和震源機(jī)制解結(jié)果,5.2級(jí)主震前2 s發(fā)生了4.2級(jí)前震,震中位于22.16N°,110.53E°,震源深度9.5 km,約在主震北西1 km處.這兩次地震的震源機(jī)制解雖均為走滑型,節(jié)面走向卻不同,因此可能是由于不同斷裂作用而導(dǎo)致的結(jié)果(王小娜等,2020; 周斌,2019),但是缺乏足夠觀測(cè)資料證明; (3) 此外,后續(xù)得到的部分余震震源機(jī)制解結(jié)果與主震前震都不同(郭培蘭等,2019).

大量余震事件空間分布和震源機(jī)制解是深入認(rèn)識(shí)和了解發(fā)震構(gòu)造的最重要信息.近年來(lái),機(jī)器學(xué)習(xí)方法在識(shí)別微震事件中取得了較大突破,此類方法已經(jīng)被應(yīng)用于多個(gè)區(qū)域并取得了較有意義的豐碩成果.如Ross等(2018)使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于南加利福尼亞區(qū)域的1820000條地震波形所訓(xùn)練的模型,通過(guò)交叉驗(yàn)證,在P波到時(shí)拾取上與人工拾取平均誤差在0.023 s,并且在測(cè)定初動(dòng)極性方面,與人工測(cè)定精度相比有95%的準(zhǔn)確率; 趙明等(2019)利用U型卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理首都圈地震臺(tái)網(wǎng)以及四川地震臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)時(shí),Pg、Sg拾取到時(shí)上表現(xiàn)出了相較于傳統(tǒng)震相自動(dòng)識(shí)別方法更優(yōu)的均方根誤差,準(zhǔn)確率和查全率; Wang等(2019)提出基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DCNNs)VGG-16結(jié)構(gòu)的PickNet算法,在處理日本地區(qū)300個(gè)地震事件并與日本氣象廳(JMA)提供的震相目錄進(jìn)行對(duì)比后,表現(xiàn)出了速度快、精度高以及P、S震相拾取數(shù)量更多的特點(diǎn); Zhou等(2019)提出的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的DetNet與循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PpkNet算法,在處理汶川余震的數(shù)據(jù)上表現(xiàn)出了地震信號(hào)檢測(cè)的完備性以及震相拾取的穩(wěn)定性與精確性,且在S波到時(shí)拾取上較好的表現(xiàn);Mousavi等(2020)提出的EQTransfomer方法,在處理日本2016年鳥(niǎo)取地震的波形數(shù)據(jù)后,得到了相比人工識(shí)別震級(jí)分布更廣,小震數(shù)量更多的地震目錄,且P波和S波到時(shí)拾取精度相對(duì)于人工拾取誤差在0.05 s左右.Zhou等(2021b)、Jiang等(2021)、廖詩(shī)榮等(2021)和蘇金波等(2021)將機(jī)器學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于2021年云南漾濞6.4地震研究,獲得了高精度、高完備性的余震序列目錄.Wong等(2021)使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法和波形互相關(guān)方法對(duì)四川盆地地震進(jìn)行研究,構(gòu)建了一個(gè)高精度地震目錄, 進(jìn)一步完善了該目錄的震級(jí)的完整性.Zhou等(2021a)將基于深度學(xué)習(xí)的PhaseNet方法應(yīng)用于四川威遠(yuǎn)頁(yè)巖氣區(qū)域臨時(shí)臺(tái)網(wǎng)記錄的連續(xù)地震數(shù)據(jù)中,獲得了相比于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)約60倍的地震事件,證明了機(jī)器學(xué)習(xí)震相拾取方法在密集臺(tái)網(wǎng)中的適用性.

本研究將基于2019年10月12日廣西北流5.2級(jí)地震震源區(qū)震后約30天的短周期密集臺(tái)陣觀測(cè)資料,使用EQTransformer模型(Mousavi et al.,2020),對(duì)余震進(jìn)行識(shí)別及拾取,進(jìn)而使用Hypoinverse和Hypodd方法對(duì)結(jié)果進(jìn)行精定位,挑取信噪比較高的地震事件進(jìn)行震源機(jī)制解反演.根據(jù)余震空間分布及震源機(jī)制解特征,對(duì)該區(qū)域中強(qiáng)地震發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行探討.

圖2 地震目錄中4次地震事件波形發(fā)震時(shí)刻標(biāo)注在每幅圖的上方,臺(tái)站號(hào)位于每幅圖左側(cè),按震中距排列.Fig.2 Waveforms of 4 earthquake events in regional earthquake catalogThe origin time is marked at the top of each subgraph, and the station numbers are located at the left, arranged according to epicentral distance.

圖3 959臺(tái)站24小時(shí)連續(xù)波形檢測(cè)結(jié)果黃色星表示識(shí)別出來(lái)的地震事件,紅色星表示多個(gè)臺(tái)站共同識(shí)別到的地震事件.Fig.3 24 hours continuous records and detection results of earthquakesYellow stars indicate detected events, and red stars indicate events recorded by multi-stations.

圖4 不同臺(tái)站同一地震事件的波形(a)、(b) 為臺(tái)站959(SP424)和臺(tái)站983(SP327)記錄到的同一個(gè)地震事件; (c)、(d) 為臺(tái)站1025(SP209)和臺(tái)站1011(SP309)記錄到的同一個(gè)地震事件.Fig.4 Waveforms recorded by different stations of the same earthquake(a) and (b) indicate the same seismic events recorded by stations 959 (SP424) and 983 (SP327); (c) and (d) indicate the same seismic event recorded by stations 1025 (SP209) and 1011 (SP309).

圖5 單臺(tái)站余震識(shí)別結(jié)果三角形表示臺(tái)站位置,不同顏色表示識(shí)別出的余震事件數(shù)目.(a) 每個(gè)臺(tái)站單獨(dú)識(shí)別出的微震數(shù)目; (b) 精定位之后每個(gè)臺(tái)站的識(shí)別結(jié)果; (c) 精定位與地震臺(tái)網(wǎng)共有的11個(gè)余震事件的臺(tái)站識(shí)別結(jié)果.Fig.5 The detection results of single stationTriangles indicate station locations, and different colors indicate the number of aftershocks. (a) the number of events detected individually from each station; (b) the number of events detected by each station after relocation; (c) single station about the 11 events in the regional catalog during the same period.

1 數(shù)據(jù)

北流地震之后一周,中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院在震源區(qū)布設(shè)了由120個(gè)EPS-M6Q短周期地震儀組成的密集地震臺(tái)陣,臺(tái)間距3～5 km,自2019年10月18日起進(jìn)行了為期約一個(gè)月的觀測(cè),在觀測(cè)期間記錄到了大量震級(jí)較小的余震.在密集臺(tái)陣觀測(cè)同期,區(qū)域地震目錄共記錄到了余震13次,這些地震事件在本研究布設(shè)的密集地震臺(tái)陣上都有質(zhì)量較好的地震事件波形記錄.如圖2為已有地震目錄中4次震級(jí)較小的地震事件波形記錄,在波形記錄中可以看到清晰的P波和、S波.由于本研究中臺(tái)陣觀測(cè)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng),因此也記錄到了非常多的區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)沒(méi)有記錄到的余震事件.使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法,可以識(shí)別出更多震級(jí)較小的余震.

2 機(jī)器學(xué)習(xí)方法及微震識(shí)別

本文使用最新深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法(Mousavi et al.,2020)對(duì)北流的短周期地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.該方法包含由多任務(wù)結(jié)構(gòu)組成的一個(gè)主編碼器和三個(gè)獨(dú)立的解碼器,解碼器和編碼器主要由一維卷積層(1D convolutions)、雙向和單向長(zhǎng)短期記憶門(mén)(long-short-term memories,LSTM)、NIN網(wǎng)絡(luò)層(Network-in-Network)、殘差連接層(residual connections)、前饋層(feed-forward layers)、轉(zhuǎn)換層(transformer)和自注意力層(self-attentive)組成.編碼器在時(shí)域中分解地震信號(hào),并通過(guò)在它們的時(shí)間依賴性上提取高維特征.然后,解碼器利用這些信息將高級(jí)特征映射到與地震信號(hào)相關(guān)的三個(gè)概率序列: 即每個(gè)時(shí)間點(diǎn)是否存在地震信號(hào)、P波和S波.

相比其他方法,該方法主要優(yōu)點(diǎn)為: (1) 效率更高且降低了人為主觀性的影響; (2) 所受信噪比與檢測(cè)區(qū)間的影響更小; (3) 對(duì)于內(nèi)存和計(jì)算的需求更低; (4) 具有更好的泛化性.

圖3展示了利用連續(xù)記錄波形確定余震事件的過(guò)程.首先對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行基于三分量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的振幅歸一化,并將地震事件、P波和S波的識(shí)別閾值分別設(shè)置為0.4、0.5和0.5,這樣做是在保證每個(gè)臺(tái)站識(shí)別及拾取結(jié)果相對(duì)可靠的情況下,盡可能增加關(guān)聯(lián)地震事件的數(shù)目.本研究所使用的震相關(guān)聯(lián)算法基于每個(gè)事件(包括其P波和S波到時(shí))的識(shí)別時(shí)間,將不同臺(tái)站之間識(shí)別誤差不超過(guò)15 s的事件歸為同一事件(Mousavi et al.,2020).在SP424臺(tái)站(儀器編號(hào)959)連續(xù)24小時(shí)的觀測(cè)記錄中,使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法識(shí)別出了8個(gè)疑似余震事件.進(jìn)而根據(jù)其他臺(tái)站的記錄結(jié)果對(duì)這些疑似事件進(jìn)行了核實(shí)和確定,如SP327臺(tái)站(儀器編號(hào)983)同樣在20時(shí)34分識(shí)別出一例事件,當(dāng)某一地震事件由至少三個(gè)(如3個(gè)P或者兩個(gè)P加1個(gè)S,等等)臺(tái)站記錄到時(shí)才會(huì)將其關(guān)聯(lián)到初始地震目錄中.圖4為短周期密集臺(tái)陣不同臺(tái)站確定的余震事件波形.

使用該方法,本研究最終識(shí)別出了地震數(shù)據(jù)中記錄到的大量余震事件波形,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián),得到有441個(gè)地震事件的地震目錄(如圖5所示),大約是同時(shí)間段的廣東和廣西聯(lián)合測(cè)定得到地震事件數(shù)目的34倍.

3 地震精定位及震源機(jī)制解反演

機(jī)器學(xué)習(xí)方法識(shí)別確定出的地震事件形成了關(guān)聯(lián)后的震相文件.為了對(duì)余震事件空間分布進(jìn)行深入分析,我們使用Hypoinverse方法(Klein,2002)對(duì)地震事件先進(jìn)行初定位.初定位使用的地殼模型如圖6所示.

圖6 初定位使用的地殼速度模型橙色線表示S波波速,藍(lán)色線表示P波波速.Fig.6 Crustal velocity model used for initial locatingThe orange line shows the S-wave velocity, and the blue line shows the P-wave velocity.

為消除所選速度模型對(duì)非震源區(qū)附近的影響,確認(rèn)關(guān)聯(lián)后識(shí)別地震的可靠性,本研究進(jìn)一步使用雙差定位法(Waldhauser,2001)對(duì)余震序列進(jìn)行重定位.其原理是將同一臺(tái)站記錄到的兩個(gè)相鄰地震(事件對(duì))的觀測(cè)走時(shí)差與理論走時(shí)差的殘差(即“雙差”) 表示為一個(gè)方程,利用最小二乘法求解所有臺(tái)站和事件對(duì)組成的方程組,來(lái)獲得地震事件的相對(duì)位置.該方法近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外地震序列精定位研究方面得到了較好的應(yīng)用,如房立華等(2018),Yang等(2022).經(jīng)過(guò)上述的精定位過(guò)程,最終得到了一個(gè)包含299個(gè)事件的地震目錄.

本研究中使用臺(tái)站比較密集,對(duì)很多余震事件觀測(cè)的方位覆蓋較好,為研究震源機(jī)制解提供了可靠保證.因此我們使用gCAP(general Cut And Paste)全矩張量反演方法求解了余震震源機(jī)制解及震源矩心深度.由于反演過(guò)程對(duì)波形記錄質(zhì)量和方位覆蓋要求較高,為得到較為可靠穩(wěn)定的震源機(jī)制解,本研究選取發(fā)生在主震附近且信噪比較高的65個(gè)余震波形進(jìn)行震源機(jī)制解反演.該方法通過(guò)對(duì)P波震相及其后續(xù)震相(Pnl)和S波(或面波)賦予不同的權(quán)重,依據(jù)理論與實(shí)際波形之間的擬合誤差函數(shù),使用網(wǎng)格搜索法來(lái)反演地震矩張量的六個(gè)獨(dú)立分量,即走向、傾角、滑動(dòng)角、標(biāo)量地震矩M0, 以及ISO(各向同性)參數(shù)ζ和CLVD(補(bǔ)償線性偶極子)參數(shù)(Zhu and Ben-Zion,2013).

求解處理過(guò)程主要包括以下步驟: (1) 在SAC文件中寫(xiě)入頭段信息,截取重定位后的地震事件,選用起震時(shí)刻前20 s至后100 s的數(shù)據(jù); (2) 對(duì)截取波形得到的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行去均值、去尖以及去除儀器響應(yīng)等操作,接著對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣,并進(jìn)行分量旋轉(zhuǎn); (3) 采用頻率-波數(shù)法(FK)來(lái)計(jì)算(Zhu and Rivera,2002) 擬合所需要的格林函數(shù)模型,使用全球地殼模型CRUST1.0,網(wǎng)格中心位于110.5°E,21.5°N.反演的震源深度范圍2～16 km,每0.5 km計(jì)算一個(gè)模型; (4) 將非雙力偶分量ISO和CLVD約束為0,擬合求解地震的最佳雙力偶節(jié)面解.反演中Pnl和S波截取波形窗長(zhǎng)分別為25 s和40 s,二者的濾波范圍為0.05～0.1 Hz,走向,傾角和滑動(dòng)角的搜索步長(zhǎng)為5°,每隔0.5 km反演一次震源機(jī)制獲取最佳矩心深度.

4 結(jié)果與討論

4.1 余震精定位結(jié)果

初定位的結(jié)果(如圖7所示)顯示余震事件主要發(fā)生在研究區(qū)域的三個(gè)位置,即主震及前震附近(測(cè)線AA′-BB′)、蕉林?jǐn)嗔迅浇?測(cè)線CC′-DD′),以及石窩斷裂南端(測(cè)線EE′-FF′).主震附近的余震平面有近NS和EW向兩個(gè)延展方向,深度多在3～11 km之間,震源位置隨深度有向東移動(dòng)的趨勢(shì),且大部分余震發(fā)生在較前震和主震更淺的位置,震中位置也更接近于前震; 蕉林?jǐn)嗔迅浇c石窩斷裂南側(cè)的余震,震源深度集中在5 km左右,雖然這些余震在已有的固定臺(tái)站地震目錄中并沒(méi)有記錄,且余震數(shù)目較少,對(duì)于指示孕震斷層空間展布的作用較弱,但是卻可以證明受北流地震的影響,該地區(qū)在至少60 km的范圍內(nèi)有多條次級(jí)斷層處于活動(dòng)狀態(tài).

重定位的結(jié)果如圖8所示,重定位后的地震目錄共包括299個(gè)地震事件,而同期的廣東地震臺(tái)網(wǎng)的余震目錄中只有13個(gè)地震事件.主震附近余震源深度主要在4～11 km之間,與已有地震目錄中的事件深度相近.但與之不同的是,該區(qū)域還有許多發(fā)生在淺部5 km以內(nèi)的地震,且余震中分布僅僅表現(xiàn)出沿EW向的條帶特征.余震震中位置多集中在前震附近,位于主震西北1～3 km范圍內(nèi); 其它區(qū)域的余震,震源深度集中在3～7 km左右,水平和垂向上沒(méi)有明顯的延展趨勢(shì).大部分余震發(fā)生在布設(shè)臺(tái)站后的15天以內(nèi),但是震中位置與震源深度同時(shí)間沒(méi)有明顯相關(guān)性.

由主震附近精定位結(jié)果的三維空間分布(如圖9所示)可以看到微震序列隨震源深度有沿NEE向移動(dòng)的趨勢(shì),在8～10 km的范圍內(nèi),微震分布集中,有指示斷層面參數(shù)的作用(萬(wàn)永革等,2008),該斷層走向約為NWW-SEE,傾向約在SSW-SW之間,傾角約為70°,與目前多個(gè)機(jī)構(gòu)得到的主震震源機(jī)制解節(jié)面產(chǎn)狀吻合(廣西壯族自治區(qū)地震局,蘇珊;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; 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心,趙博等;防災(zāi)科技學(xué)院,Seismology小組),因此確定該斷層對(duì)應(yīng)主震的孕震斷層,即石窩斷裂.此外,還可以由微震分布推測(cè)該地區(qū)存在一條分布于地下4～12 km的斷層,走向約在E-NEE之間,傾角近90°,其產(chǎn)狀與前震震源機(jī)制解節(jié)面相吻合(王小娜等,2020),這條斷裂與石窩斷裂相切,且二者走向較為接近,因此很有可能是該斷層先發(fā)生錯(cuò)動(dòng),而后觸發(fā)石窩斷裂活動(dòng).

圖7 初定位結(jié)果(a) 余震序列分布圖,藍(lán)色圓點(diǎn)表示識(shí)別的余震事件,紅色圓點(diǎn)表示區(qū)域地震目錄中的事件; (b)—(g) 測(cè)線AA′-FF′ 的余震序列縱剖面,綠色五角星表示主震和前震的位置.Fig.7 Initial locations of the aftershocks(a) Distribution of the aftershocks. The blue circle represents the picked events, the red circle represents the events in the catalog; (b)—(g) The longitudinal profile of aftershocks, and the green star represents the position of the mainshock and foreshock.

圖8 重定位結(jié)果(a) 余震序列分布圖,顏色表示識(shí)別的余震事件的時(shí)間,藍(lán)色圓點(diǎn)表示區(qū)域地震目錄中的事件; (b)—(g) 測(cè)線AA′-FF′的余震序列縱剖面,綠色五角星表示主震和前震的位置.Fig.8 The results of relocation(a) Distribution of the aftershocks, color shows the elapsed time of the recognized aftershocks relative to the main shock, the blue circle shows the events in the regional earthquake catalog; (b)—(g) The longitudinal profile of aftershocks, and the green star shows the position of the main earthquake and foreshock.

圖9 主震附近重定位結(jié)果(a) 余震序列分布三維圖, (b) 余震分布三視圖; 不同顏色的球表示不同的發(fā)震時(shí)刻,紫色平面表示石窩斷裂的空間展布,青色平面表示推測(cè)斷裂的空間展布.Fig.9 3D view of relocation results near main shock(a) 3D map of aftershock distribution; (b) depth distribution of aftershocks in latitude and longitude profiles; Different colors of balls show different seismogenic moments. The purple plane shows the spatial distribution of the Shiwo fault, while the cyan plane shows the spatial distribution of the presumed fault.

圖10 震源機(jī)制解結(jié)果(a) 震源機(jī)制解結(jié)果,不同顏色的震源球表示不同的震級(jí)范圍; (b)—(g) 測(cè)線AA′-FF′的余震震源機(jī)制解縱剖面.Fig.10 The results of focal mechanism solution(a) The result of focal mechanism solution. Different colors of the focal spheres show different magnitude; (b)—(g) The longitudinal profile of aftershock focal mechanism solution from survey line AA′ to FF′.

圖11 主震附近震源機(jī)制解結(jié)果(a) 震源機(jī)制解結(jié)果,不同顏色的震源球表示不同的震級(jí)范圍; (b)—(c) 測(cè)線AA′-BB′的余震震源機(jī)制解縱剖面.Fig.11 The results of focal mechanism solution near the mainshock(a) The result of focal mechanism solution. Different colors of the focal spheres show different magnitude; (b)—(c) The longitudinal profile of aftershock focal mechanism solution from survey line AA′ to BB′.

4.2 震源機(jī)制解反演結(jié)果

挑選的65個(gè)余震事件分布及其震源機(jī)制解如圖10所示,主震附近的余震(具體震源機(jī)制解結(jié)果如圖11所示) 矩震級(jí)基本在2.0以內(nèi),多為走滑型,震源機(jī)制解的兩個(gè)節(jié)面走向分別在NNW-NWW之間以及NNE-NEE之間,傾角接近直立,P軸方向基本與該地區(qū)主壓應(yīng)力方向保持一致.震級(jí)較小的地震震源深度在5～8 km,震級(jí)較大的地震震源深度集中在9～11 km.該部分余震震源機(jī)制解與前震的震源機(jī)制解類似,節(jié)面Ⅰ走向?yàn)镹NW-SSE,節(jié)面Ⅱ走向?yàn)镹EE-SWW,震源深度在9～10 km,位于主震NW約1～3 km,進(jìn)一步證明了上述推測(cè)斷層的存在.

蕉林?jǐn)嗔迅浇挠嗾?震源機(jī)制解多表現(xiàn)為走滑型以及逆沖走滑型,兩組節(jié)面傾角在40°～60°,節(jié)面走向多為NW-NWW,震級(jí)多在MW1.3～1.9之間; 石窩斷裂南側(cè)地震,震源機(jī)制解多為過(guò)渡型和走滑型,節(jié)面Ⅰ傾角在70°～90°,節(jié)面Ⅱ傾角在40°～60°,兩組節(jié)面走向近SN、EW向,震級(jí)較小,都在1.3以下.

由于前震和主震的孕震過(guò)程并不相同(王小娜等,2020; 周斌,2019),暗示主震的產(chǎn)生可能是由于上述另一條斷層的錯(cuò)動(dòng)而觸發(fā),且在主震后,兩條斷層同時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài),隨之又產(chǎn)生了不同震源機(jī)制解的余震.此外,蕉林?jǐn)嗔驯睎|端以及石窩斷裂北端的孕震斷裂同樣受到此次北流地震的影響而處于活動(dòng)狀態(tài),產(chǎn)生了諸多震級(jí)較小的地震.由于該部分地震數(shù)量較少,分布較為隨機(jī),難以確定孕震斷層的具體位置及產(chǎn)狀.

5 結(jié)論

本文基于廣西北流5.2級(jí)地震震后布設(shè)在震源區(qū)120個(gè)短周期地震儀組成的密集臺(tái)陣資料,使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法識(shí)別了441個(gè)余震事件,并通過(guò)Hypoinverse和Hypodd方法進(jìn)行精定位.從精定位的299個(gè)地震事件中選擇65個(gè)波形清晰、有多臺(tái)站記錄的事件使用gCAP方法進(jìn)行震源機(jī)制解反演.根據(jù)主震、前震以及余震精定位及震源機(jī)制解結(jié)果,結(jié)合震區(qū)地質(zhì)構(gòu)造情況和烈度情況,對(duì)廣西北流5.2級(jí)地震進(jìn)行發(fā)震構(gòu)造分析,得到如下主要結(jié)論:

(1)震源區(qū)位于石窩斷裂與新豐斷裂的交匯處,可能存在相互切割的斷裂.主震附近的余震主要發(fā)生在其北西約1～3 km的位置,震源深度在4～11 km以內(nèi),震源機(jī)制解多表現(xiàn)為走滑型,節(jié)面走向與前震更接近.結(jié)合精定位與震源機(jī)制解結(jié)果,確定主震區(qū)域主要存在兩條斷裂,即走向NWW-SEE向的石窩斷裂,傾角約70°,以及走向NEE-SWW,傾角近90°的一條斷裂,該斷裂活動(dòng)性更強(qiáng),石窩斷裂可能是伴隨該斷裂的影響而發(fā)生錯(cuò)動(dòng).

(2)蕉林?jǐn)嗔迅浇瑯幼R(shí)別出了較多余震,這些余震震源深度在3～8 km以內(nèi),震級(jí)相對(duì)于主震區(qū)域更小,震源機(jī)制解多表現(xiàn)為逆沖型與走滑型.表明蕉林?jǐn)嗔言谑鼙绷鞯卣鸬挠绊懞筇幱诨顒?dòng)狀態(tài).此外石窩斷裂以南也識(shí)別出了部分余震,震級(jí)約在1.0左右,多為走滑型與過(guò)渡型,該區(qū)域并沒(méi)有出露于地表的斷裂,但是處在石窩斷裂與蕉林?jǐn)嗔训慕粎R處,同樣可能存在次級(jí)隱伏斷裂.

致謝本文在處理波形數(shù)據(jù)的過(guò)程中使用到了SAC以及Obspy(Beyreuther et al.,2010) 軟件,余震識(shí)別使用了S.Mostafa Mousavi等提供的模型和EQTransformer軟件,地震定位使用了Fred W.Klein提供的HYPOINVERSE和Waldhauser提供的HypoDD程序,作震源機(jī)制解使用了美國(guó)圣路易斯大學(xué)朱露培教授分享的gCAP程序,本文圖件繪制主要用到了 GMT(Wessel et al.,2019),在此一并表示感謝.