徐志國(guó) 梁姍姍 劉敬光 翟璐媛 史健宇 周元澤

1)國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081 2)中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049 3)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心(CENC)正式測(cè)定，北京時(shí)間2020年5月18日21時(shí)47分云南昭通市巧家縣發(fā)生MS5.0地震，震中位于27.18°N、103.16°E，震源深度8km。此次地震震級(jí)不大，但由于震源較淺，云南昭通、四川宜賓與西昌等地震感明顯，造成了一定程度的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

巧家MS5.0地震發(fā)生于川滇菱形塊體東緣的南北地震帶中南段的NE向早更新世活動(dòng)的蓮峰斷裂和NE向昭通-魯?shù)閿嗔阎g(徐錫偉等，2014)(圖1(a))。這2條斷裂帶屬于川滇塊體-華南地塊邊界帶，也是大涼山次級(jí)塊體與華南地塊之間的邊界帶。由于受印度板塊NE向俯沖碰撞的影響，研究區(qū)域內(nèi)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈，中強(qiáng)地震活躍。該區(qū)內(nèi)曾發(fā)生1974年5月11日云南永善大關(guān)MS7.1地震。同時(shí)，自2000以來(lái)，沿NE向昭通-魯?shù)榈卣饠嗔迅浇卣鸹顒?dòng)極其活躍。例如，先后發(fā)生2003年魯?shù)镸S5.0和MS5.1地震、2004年魯?shù)镸S5.6地震，以及距離此次震中東南側(cè)不到20km的2014年魯?shù)镸S6.5地震。

巧家MS5.0地震發(fā)生后，震源區(qū)余震活動(dòng)持續(xù)不斷。據(jù)云南省區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，震后24h內(nèi)，震源區(qū)及鄰近區(qū)域(27°N～27.3°N，103°E～103.3°E)共記錄到ML≥1.8余震48個(gè)，其中最大震級(jí)為ML3.8。然而，受背景噪聲干擾、波形相互疊加等因素影響，傳統(tǒng)的地震識(shí)別方法會(huì)遺漏較多的余震事件，特別是主震發(fā)生后數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)內(nèi)，常規(guī)地震目錄遺漏的事件較多。

模板匹配定位方法是一種有效識(shí)別小微震事件的可靠方法(Zhang et al，2015)，基于較為完備的地震序列的時(shí)空分布形態(tài)，其可以直接反映發(fā)震斷層的深部構(gòu)造及主震發(fā)震機(jī)制等。因此，本文使用巧家MS5.0地震震源區(qū)附近臺(tái)站記錄的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，通過(guò)模板匹配定位方法，檢測(cè)主震發(fā)震后24h內(nèi)常規(guī)地震目錄遺漏的地震事件，研究巧家地震震后24h序列的特征和發(fā)震構(gòu)造，并進(jìn)一步探討該地震與2014年魯?shù)镸S6.5地震之間的關(guān)聯(lián)以及發(fā)震斷層與周?chē)鷶嗔褞еg的相互作用。

1 數(shù)據(jù)與方法

本研究使用巧家地震發(fā)生后24h內(nèi)、云南和四川區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)記錄的震中距在1°以?xún)?nèi)的5個(gè)臺(tái)站的連續(xù)波形資料，進(jìn)行余震的模板匹配識(shí)別，所使用地震臺(tái)站分布如圖1(b)所示。參考云南省地震局提供的快報(bào)地震目錄，選取主震后ML≥1.8的48個(gè)地震事件波形作為模板(圖1(b))。

圖 1 研究區(qū)域內(nèi)MS≥5.0歷史地震分布(a)及所使用的臺(tái)站和模板事件分布(b)斷層數(shù)據(jù)引自中國(guó)地震局地質(zhì)研究所(1) https://www.eq-igl.ac.cn/

本研究采用張淼(2015)提出的匹配定位(Match and Locate，簡(jiǎn)稱(chēng)M&L)方法，對(duì)常規(guī)地震目錄中遺漏的地震事件進(jìn)行微地震檢測(cè)，該方法利用地震模板事件波形與可能的微震信號(hào)做互相關(guān)疊加來(lái)檢測(cè)小微地震事件。在波形疊加之前，需要對(duì)模板地震周?chē)娜S空間網(wǎng)格進(jìn)行掃描搜索，計(jì)算可能的地震位置與參考位置之間在同一個(gè)臺(tái)站上的相對(duì)走時(shí)差，根據(jù)走時(shí)差來(lái)對(duì)互相關(guān)波形進(jìn)行校正疊加(張淼，2015)。因此，相比傳統(tǒng)的模板檢測(cè)方法，M&L方法不僅對(duì)微震檢測(cè)更加有效，而且能同時(shí)獲得高精度的地震位置信息，此外還可以檢測(cè)到距離模板事件較遠(yuǎn)的地震事件。

檢測(cè)之初，需要對(duì)連續(xù)波形進(jìn)行去均值、去線(xiàn)性趨勢(shì)等預(yù)處理。進(jìn)行微震檢測(cè)時(shí)，地震波的濾波頻段設(shè)為2～8Hz；以參考模板事件震源位置為中心，在三維網(wǎng)格空間內(nèi)搜索微震位置，經(jīng)度和緯度方向的搜索范圍為0.05°，搜索間隔為0.01°；深度方向的搜索范圍為2km，搜索間距為0.1km；計(jì)算模板事件與每個(gè)可能微震記錄的走時(shí)差，然后按照走時(shí)差對(duì)互相關(guān)波形進(jìn)行走時(shí)校正并疊加。

模板事件波形和連續(xù)波形滑動(dòng)互相關(guān)時(shí)，一般選取振幅最大的震相作為參考震相，如地方震的Sg震相。在模板匹配中，基于張廣偉等(2014)對(duì)2014年魯?shù)榈卣鹦蛄羞M(jìn)行地震定位和震源機(jī)制所使用的同一區(qū)域速度模型，計(jì)算Sg的理論到時(shí)和慢度參數(shù)，以Sg波理論到時(shí)的前1s和后3s作為模板波形的互相關(guān)窗口。

在微震檢測(cè)過(guò)程中，以疊加相關(guān)波形的平均互相關(guān)系數(shù)(CC，CC1>CC2)和信噪比(SNR)作為地震檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)求得的平均互相關(guān)系數(shù)(CC)大于CC1時(shí)，則僅用互相關(guān)系數(shù)作為判定標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)求得的平均互相關(guān)系數(shù)(CC)大于CC2而小于CC1時(shí)，則采用互相關(guān)系數(shù)和信噪比聯(lián)合約束作為判定標(biāo)準(zhǔn)。在本研究中，互相關(guān)系數(shù)CC1、CC2和波形信噪比經(jīng)驗(yàn)性地設(shè)置為0.35、0.3和10倍背景相關(guān)系數(shù)(陳安國(guó)，2018；郭鐵龍等，2020)。當(dāng)檢測(cè)到微震事件時(shí)，程序自動(dòng)根據(jù)選取的臺(tái)站分量中參考震相的振幅比中位數(shù)來(lái)確定微震震級(jí)(Peng et al，2009；Meng et al，2013；張淼，2015)。地震事件的檢測(cè)實(shí)例如圖2 所示，圖中以2020年5月19日12時(shí)33分發(fā)生的2.5級(jí)地震事件為模板，檢測(cè)到2020年5月18日21時(shí)58分發(fā)生的1.8級(jí)地震事件，地震模板事件波形與檢測(cè)的微震信號(hào)疊加平均相關(guān)系數(shù)為0.4711，說(shuō)明各個(gè)臺(tái)站地震波形與2.5級(jí)模板事件的相關(guān)性較好，意味著檢測(cè)到一次微地震。

圖 2 模板匹配定位識(shí)別微震實(shí)例紅色波形為模板地震事件波形；灰色為用于識(shí)別微震事件的連續(xù)波形；左側(cè)大寫(xiě)字母表示臺(tái)站名稱(chēng)和分量；右側(cè)數(shù)字表示互相關(guān)系數(shù)

2 結(jié)果分析

2.1 地震事件檢測(cè)

利用模板匹配技術(shù)對(duì)巧家MS5.0地震后24h內(nèi)的遺漏地震進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，共檢測(cè)到327個(gè)微震事件(不包含48次自檢測(cè)事件)。據(jù)云南省地震局提供的常規(guī)地震分析目錄，震后24h內(nèi)相同震源區(qū)范圍內(nèi)共發(fā)生147個(gè)地震事件，其中可定位地震事件134個(gè)，單臺(tái)事件13個(gè)，微震模板匹配檢測(cè)技術(shù)所確定的事件個(gè)數(shù)約為常規(guī)地震目錄(可定位個(gè)數(shù))的2.4倍。

為評(píng)估匹配檢測(cè)所獲得的地震目錄質(zhì)量，我們分析了新舊目錄的完整性，檢測(cè)后地震目錄的最小完整震級(jí)由臺(tái)網(wǎng)目錄的ML1.9降至檢測(cè)目錄的ML1.1(圖3(a)、3(b))，表明模板匹配技術(shù)可以有效提高區(qū)域臺(tái)網(wǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)能力。隨后，以各自的最小完整震級(jí)為起始震級(jí)分別計(jì)算b值，獲得檢測(cè)前后巧家地震序列的b值，檢測(cè)前b值為1.04，誤差為±0.21，而檢測(cè)后b值為0.77，誤差為±0.05。比較遺漏事件地震補(bǔ)充前后的b值結(jié)果，檢測(cè)后的b值與誤差均明顯降低，b值的降低也說(shuō)明檢測(cè)后的地震目錄小震級(jí)事件更多，計(jì)算的b值更為可靠。

圖 3 臺(tái)網(wǎng)目錄(a)和微震檢測(cè)目錄(b)的最小完整震級(jí)

2.2 地震序列活動(dòng)特征

為了更好地展示巧家地震震源區(qū)的地震序列活動(dòng)特征，我們給出了微震檢測(cè)后震源區(qū)M-t分布、地震深度分布、深度統(tǒng)計(jì)以及震源深度與時(shí)間的關(guān)系(圖4)。從時(shí)間分布(圖4(a))可以看出，巧家地震序列總體呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)，無(wú)論是震級(jí)大小還是頻度均相應(yīng)降低，2020年5月19日4點(diǎn)35分發(fā)生了一次ML3.8地震，使得余震水平略有增加；從深度分布(圖4(b)～4(d))可以看出，余震震源深度集中在5～15km，平均震源深度為9.3km，震后24h內(nèi)余震震源深度的每小時(shí)平均值由9.8km減至5.6km，總體呈現(xiàn)出由深變淺的趨勢(shì)。

圖 4 M-t分布(a)、震源深度分布(b)、震源深度頻度(c)和震源深度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)(d)

2.3 發(fā)震構(gòu)造分析

圖 5 震后24h微震檢測(cè)后的地震事件平面(a)及縱剖面圖(b)、(c)星號(hào)代表巧家地震主震；圓圈代表余震，不同顏色描述不同時(shí)間段發(fā)生的地震；AA′、BB′剖面縱橫比例1︰1；地震事件為距離剖面1.5km范圍內(nèi)的地震，震源機(jī)制解結(jié)果取自中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心梁姍姍給出的應(yīng)急產(chǎn)品產(chǎn)出結(jié)果(3) https://www.cenc.ac.cn

為進(jìn)一步了解余震的擴(kuò)展模式，將震后2h內(nèi)的地震在平面及深度上的分布展示出來(lái)，如圖6 所示，由圖可見(jiàn)主震發(fā)生后0～1h，余震多集中在主震周?chē)恢髡鸢l(fā)生后1～2h，余震擴(kuò)展范圍增大，主震NNW向和SSE向兩側(cè)均有余震分布，且NNW側(cè)余震明顯多于SSE側(cè)。

圖 6 主震發(fā)生后2h內(nèi)地震的平面(a)及深度剖面圖(b)星號(hào)代表巧家地震主震；圓圈代表余震，不同顏色描述不同時(shí)間段發(fā)生的地震；AA′剖面縱橫比例1︰1；地震事件為距離剖面1.5km范圍內(nèi)的地震

對(duì)比巧家MS5.0地震和2014年8月3日魯?shù)镸S6.5地震的余震序列分布(圖7)可以看出，2次地震序列分布均展示出發(fā)震斷層具有高傾角的特征，有所不同的是巧家余震優(yōu)勢(shì)展布方向?yàn)镹W向，呈現(xiàn)出單側(cè)擴(kuò)散模式，而在主震區(qū)東南方向十余千米處的2014年魯?shù)榈卣鹬髡饏^(qū)的余震優(yōu)勢(shì)展布方向?yàn)镹W向和NE向，呈明顯的共軛性破裂模式。前人結(jié)合斷裂構(gòu)造性質(zhì)、主震震源機(jī)制和余震時(shí)空分布特征等綜合認(rèn)為，2014年魯?shù)镸S6.5地震的發(fā)震斷層為NW向的包谷垴-小河斷裂，該斷裂為NE向昭通-魯?shù)榈卣鸬拇渭?jí)斷裂，同屬小江斷裂系(房立華等，2014；張廣偉等，2014；張勇等，2015；徐錫偉等，2014)。

圖 7 巧家地震序列、魯?shù)榈卣鹦蛄衅矫?a)及深度剖面圖(b)圓圈大小代表震級(jí)大??；剖面縱橫比例1︰1；地震事件為所有地震在剖面AA′上的投影；魯?shù)榈卣鹦蛄兄囟ㄎ缓椭髡鹫鹪礄C(jī)制解結(jié)果取自張廣偉等(2014)

根據(jù)震源區(qū)余震展布特征和震源機(jī)制解結(jié)果，認(rèn)為巧家地震的發(fā)震斷層為NNW向的走滑斷裂，這表明魯?shù)镸S6.5地震和巧家MS5.0地震的發(fā)震斷層均為NW向走滑斷裂，且此次巧家地震和魯?shù)榈卣鹁l(fā)生在小江斷裂、昭通-魯?shù)閿嗔押蜕彿鍞嗔阉鶉薜膲K體內(nèi)。由于2次地震的震源位置較為接近，故認(rèn)為這2次地震有著緊密的聯(lián)系。從前人給出的地震波速結(jié)構(gòu)來(lái)看，巧家地震和魯?shù)榈卣鹁l(fā)生在地殼厚度和泊松比變化較為劇烈的區(qū)域(王興臣等，2015)，且震中區(qū)域地殼內(nèi)存在高、低速相間的多層層狀異常結(jié)構(gòu)(李永華等，2014；李大虎等，2019)，而巧家地震的震源體低速異常顯著，深度可達(dá)15km(張娜等，2019)。特有的深部結(jié)構(gòu)可能為此次巧家地震的發(fā)生提供了孕震環(huán)境。因此，我們認(rèn)為巧家地震的發(fā)生機(jī)制與2014年8月3日云南魯?shù)镸S6.5和2011年云南盈江MS5.8地震相同(楊婷等，2016)，其與印度板塊和歐亞板塊相互作用形成的高溫、高壓深部流體作用于斷裂帶密切相關(guān)。值得注意的是，巧家地震序列并未顯現(xiàn)出像魯?shù)榈卣鹦蛄泻陀卣鹦蛄杏|發(fā)共軛斷層的特征，可能與本研究所用資料的時(shí)間較短或者震級(jí)規(guī)模較小有關(guān)，需要進(jìn)一步增加震后余震序列資料來(lái)證實(shí)。

3 結(jié)論

本文使用匹配定位方法對(duì)2020年5月18日云南巧家MS5.0主震后24h的波形進(jìn)行遺漏事件檢測(cè)，總共檢測(cè)出327個(gè)新的地震事件，約為臺(tái)網(wǎng)目錄的2.4倍。檢測(cè)后，地震目錄的完整性有了明顯改善，最小完整震級(jí)由最初的ML1.9降至ML1.1，從而完善了巧家地震序列目錄，為該地區(qū)的地震活動(dòng)性和構(gòu)造分析提供了豐富的微震數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)檢測(cè)后的地震事件進(jìn)行活動(dòng)性分析，初步分析了此次地震的發(fā)震構(gòu)造，獲得如下認(rèn)識(shí)：

(1)巧家地震序列總體呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)，無(wú)論是地震大小還是頻度均相應(yīng)降低；從深度分布可以看出，主震后24h內(nèi)余震震源深度總體呈現(xiàn)出由深變淺的趨勢(shì)。

(2)余震在平面上顯示出NNW-SSE向優(yōu)勢(shì)展布方向，長(zhǎng)度約14km，震源優(yōu)勢(shì)深度集中在3～15km之間；深度剖面展示出主震的發(fā)震斷層面較陡，并且具有向西傾的趨勢(shì)。由于震源區(qū)內(nèi)臺(tái)站分布比較稀疏，關(guān)于此次地震的可能發(fā)震斷層面，仍需要結(jié)合其他資料進(jìn)一步分析。

(3)此次巧家地震發(fā)生在小江斷裂、昭通-魯?shù)閿嗔押蜕彿鍞嗔阉鶉薜膲K體內(nèi)，是自2014年魯?shù)?.5級(jí)地震以來(lái)在該區(qū)域發(fā)生的最大一次地震，2次地震的震中相距僅19.9km，從震源位置、震源機(jī)制類(lèi)型、余震展布形態(tài)和速度結(jié)構(gòu)等方面，我們均認(rèn)為這2次地震關(guān)系密切，并認(rèn)為本次地震的發(fā)生與印度板塊和歐亞板塊相互作用形成的高溫、高壓深部流體作用于斷裂帶密切相關(guān)。關(guān)于此次巧家地震和2014年魯?shù)榈卣鹬g的關(guān)系還有待進(jìn)一步深入研究。