胡景, 趙韜, 白超英, 郭浩, 王瑩, 李興旺, 莘海亮

1 長安大學地質(zhì)工程與測繪學院， 西安 710054 2 陜西省地震局， 西安 710068 3 美國威斯康星大學麥迪遜分校地球科學學院， 威斯康星州 麥迪遜 53706-1692 4 中國地震局地球物理勘探中心， 鄭州 450002

0 引言

2021年5月21日云南大理州漾濞縣(25.67°N，99.87°E)發(fā)生了6.4級地震，震源深度8 km.此次強震發(fā)生前，震中附近前震活動頻繁，最大前震震級5.6級；地震發(fā)生后，又相繼發(fā)生了5.0、5.2級兩次5級余震，以及多次3、4級余震，地震序列豐富(http:∥www.csi.ac.cn/).主震發(fā)生后多家科研機構及科研人員迅速給出了此次地震的震源機制、余震精定位結果、震源破裂過程以及地表形變觀測等結果(http:∥www.cea-igp.ac.cn/kydt/278248.html; https:∥www.eq-igl.ac.cn/zhxw/info/2021/33882.html；Yang et al., 2021；葉濤等, 2021).已有結果初步顯示此次地震發(fā)生于維西—喬后—巍山斷裂西南側(cè)(圖1)，震源機制解為右旋走滑型，余震序列呈北西向分布；主震及余震序列均發(fā)生在高低阻電性過渡區(qū)附近且靠近高阻一側(cè)；發(fā)震斷層向西南傾斜，地表沒有明顯的破裂，但存在一條NW-SE走向的地表裂縫帶，推測發(fā)震構造是維西—喬后—巍山斷裂西南側(cè)的北西向右旋走滑型隱伏斷裂，存在復雜的多分支斷層破裂.

震源區(qū)地殼速度結構可以反映關于地震深部孕育環(huán)境及發(fā)震機理等重要信息，同時經(jīng)過精定位后的序列空間展布則可以提供發(fā)震斷層的深部特征及震源破裂過程的基本信息(王未來等, 2014；易桂喜等, 2017).為了更好地開展漾濞地震深部孕育環(huán)境研究，本文采用三重差地震層析成像方法(Guo and Zhang, 2017；Guo et al., 2021)，利用區(qū)域地震臺網(wǎng)多年震前與震后觀測的地震初至數(shù)據(jù)，聯(lián)合反演獲得了漾濞地震震源區(qū)高分辨的三維速度結構和漾濞余震序列重新定位結果，討論分析了此次地震的發(fā)震構造特征，為深入研究該區(qū)強震發(fā)生機理提供參考.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

漾濞6.4級地震發(fā)生在維西—喬后—巍山斷裂(F1)以及紅河斷裂帶(F3)連線的西側(cè)(圖1).維西—喬后—巍山斷裂、紅河斷裂帶屬于川滇菱形塊體的西邊界.川滇菱形塊體是青藏高原向東擠出的產(chǎn)物，是青藏高原東緣側(cè)最具代表性的活動塊體(鄧啟東等, 2002).川滇菱形塊體總體呈北西走向，東側(cè)以小江斷裂、鮮水河斷裂、安寧斷裂、則木斷裂為界；西側(cè)主要以紅河斷裂、維西—喬后—巍山斷裂、金沙江斷裂帶為界(常祖峰等, 2016).川滇菱形塊體東邊地震頻繁、構造簡單，研究程度較高；而西邊結構樣式復雜，除紅河斷裂外，西邊界構造研究程度相對較低(常祖峰等, 2016；徐曉雪等, 2020).

圖1 研究區(qū)域構造背景及中強震震中分布黃色五角星為漾濞6.4級主震，沙灘球表示主震的震源機制(王瑩等, 2021)，白色圓圈為自2008年以來發(fā)生的5級以上的地震的震中，黃色圓圈為此次漾濞地震序列5級以上的地震，灰色圓圈為漾濞6.4級地震序列震中分布. 黑色線為斷層跡，F(xiàn)1: 維西—喬后—巍山斷裂，F(xiàn)2: 程海斷裂，F(xiàn)3: 紅河斷裂，F(xiàn)4: 瀾滄江斷裂，F(xiàn)5: 怒江斷裂. 黑色圓圈表示地名.Fig.1 Tectonic background of the study region and epicenter distribution of moderate and strong earthquakesThe yellow star denotes the epicenter of the Yangbi mainshock with a magnitude of 6.4.The beach ball represents the mainshock focal mechanism (Wang et al., 2021). White circles are earthquakes (magnitude >5) occurred since 2008. Yellow circles are earthquakes of the Yangbi earthquake sequence with magnitude larger than 5. Gray circles are epicenter distributions of the Yangbi earthquake sequence. Black lines are fault traces. F1: Weixi-Qiaohou-Weishan fault; F2: Chenghai fault; F3: Red-river fault; F4: Lancang-river fault; F5: Nu-river fault. Black circles denote place names.

2 方法和數(shù)據(jù)

2.1 方法

雙差地震層析成像被廣泛應用于不同尺度的結構成像(Zhang and Thurber, 2003, 2006; Guo et al., 2018; Zhang et al., 2019; Zuo et al., 2020; 鄧山泉等, 2020; 莘海亮等, 2020; 孫權等, 2021).該方法通過聯(lián)合使用地震到臺站的初至波絕對走時數(shù)據(jù)和地震對到同一臺站的初至波走時差數(shù)據(jù)，可以同時反演得到高精度的地震位置和三維速度結構.在雙差層析成像算法的基礎上，Guo等(2021)進一步發(fā)展了最新的三重差層析成像算法和程序(tomoTD).tomoTD可以同時使用絕對到時數(shù)據(jù)以及多種類型的到時差數(shù)據(jù)，包括事件對、臺站對、和雙對到時差數(shù)據(jù).這里，我們使用了絕對到時數(shù)據(jù)、事件對到時差、臺站對到時差數(shù)據(jù)進行漾濞地震震源區(qū)的地震定位和速度成像研究.相比傳統(tǒng)的雙差成像算法，tomoTD中的臺站對到時差數(shù)據(jù)可以得到更準確的地震絕對位置以及源區(qū)外的速度結構.下面簡單介紹該方法的原理.

事件i到臺站k的觀測到時和預測到時的殘差可用震源位置、發(fā)震時刻、速度結構以及臺站校正項的擾動量來線性表示:

+Δτi+sk,

(1)

(2)

和

(3)

將式(2)和式(3)分別減去式(1)可分別得到

(4)

和

(5)

地震對雙差數(shù)據(jù)對地震相對位置(Waldhauser and Ellsworth, 2000)以及震源區(qū)的速度模型(Zhang and Thurber, 2003)比較敏感，而臺站對雙差數(shù)據(jù)可以更好地得到地震的絕對位置以及源區(qū)外的速度結構(Guo and Zhang, 2017; Guo et al., 2021).因此，聯(lián)合使用這兩種走時差數(shù)據(jù)可以同時獲得高精度的地震絕對位置和地震之間的相對位置以及高分辨率的震源區(qū)和震源區(qū)外的速度結構(Guo et al., 2021).

2.2 數(shù)據(jù)

本文從中國地震臺網(wǎng)中心收集到地理范圍(97°E—103°E, 23°N—28°N)以及2008年1月1日到2021年6月3日的震相目錄.根據(jù)漾濞6.4級地震序列(2021-05-18—2021-06-03)的地理位置，選出離地震序列震中中心距離范圍為200 km以內(nèi)的地震(圖2a).最終，獲得了共32個地震臺站記錄到的6286個地震的初至數(shù)據(jù).圖2b顯示了區(qū)域臺網(wǎng)初始定位的深度值分布(紅色柱狀圖和藍色柱狀圖分別表示全部地震和漾濞地震序列), 大部分地震深度在15 km以上，且集中于5～10 km.高質(zhì)量的地震波到時數(shù)據(jù)對走時成像是非常重要的，本文采用如下策略挑選地震波到時數(shù)據(jù)：(1)震中距在10～130 km范圍內(nèi)，避免將小震中距的非Pg和Sg震相以及大震中距的Pn和Sn波納入成像數(shù)據(jù)之中(Pei et al., 2019; 劉毅，2020)，這是因為偽彎曲算法(Um and Thurber, 1987) 不適用于近地表復雜結構介質(zhì)中的射線追蹤，同時追蹤沿莫霍間斷面?zhèn)鞑サ腜n以及Sn波射線會產(chǎn)生較大的誤差(Zhao et al., 1992); (2)Pg和Sg波初至拾取誤差分別小于0.2 s與0.5 s；(3)記錄臺站數(shù)不少于3個；(4)剔除走時偏離曲線+/-1.5 s的數(shù)據(jù).其中時距曲線是由初至走時和震中距線性回歸得到，其斜率一般對應著地殼的平均慢度.如圖2c所示，走時與震中距成線性關系，可看出到時數(shù)據(jù)整體質(zhì)量較高.經(jīng)過上述條件篩選后，本文獲得了36938條Pg波到時和32111條Sg波到時.然后基于Pg波絕對到時數(shù)據(jù)和Sg波絕對到時數(shù)據(jù)構建地震對數(shù)據(jù)和臺站對數(shù)據(jù)：對于地震對數(shù)據(jù)，要求地震對最大間距不超過20 km，共獲得了343075條地震對Pg波到時差數(shù)據(jù)和288797條地震對Sg波到時差數(shù)據(jù)，其中地震對最小間距為4.1 km.對于臺站對數(shù)據(jù)，要求最小臺臺間距不小于2 km，最大臺間距為200 km，最終獲得108131條臺站對Pg波到時差數(shù)據(jù)和80229條臺站對Sg波到時差數(shù)據(jù).

3 成像細節(jié)

3.1 模型參數(shù)化

本文成像區(qū)域如圖2a所示，成像原點的地理坐標為(99.931°E, 25.625°N)，X軸相對于正北方向順時針旋轉(zhuǎn)45°，平行于漾濞初始地震序列，大致與該地區(qū)的主要斷裂平行.X軸方向網(wǎng)格點坐標為-500，-150，-100，-50，-30，-20，-15，-10，-5，0，5，10，15，20，30，50，100, 150和500 km；Y方向的網(wǎng)格點坐標與X方向相同；深度方向的網(wǎng)格點坐標為-4，0，4，7，10，13，16，20，25，30, 50和70 km.在XY平面上，漾濞地震序列區(qū)域的橫向網(wǎng)格點間距為5 km.

圖2 研究區(qū)域地震、臺站以及成像網(wǎng)格點分布(a)、地震深度分布(b)與Pg波和Sg波走時與震中距的關系(c)圖圖a中紅色圓圈為2008年1月1日到2021年6月3日期間的歷史地震; 藍色三角形表示臺站; 黑色十字架表示水平方向的成像網(wǎng)格點分布; X軸繞正北方向順時針旋轉(zhuǎn)45°, 與研究區(qū)域的漾濞地震序列以及主要斷裂平行(維西—喬后—巍山斷裂).圖b中紅色直方圖和藍色直方圖分別所有地震和漾濞地震序列的深度分布. 圖c中橫坐標和縱坐標分別是震中距和Pg(或Sg)走時. 黑色線包圍的區(qū)域以外的散點被作為異常點剔除.Fig.2 (a) Distributions of earthquakes, stations and tomographic grid nodes in the study area, (b) statistical histogram of focal depths for earthquakes, and (c) travel-time as a function of epicentral distance for Pg wave and Sg wave(a) Red circles are historical earthquakes during January 1, 2008 to June 3, 2021. Blue triangles denote stations. The black crosses represent the distribution of imaging grid nodes on the horizontal plane. X axis is rotated by 45 degree clockwise from North to be parallel to the Yangbi earthquake sequence and the main fault (Weixi-Qiaohou-Weishan fault) in the study area. (b) Red and blue histograms represent distributions of focal depths for all earthquakes and the Yangbi earthquake sequence, respectively. (c) X and Y axes denote epicentral distance and Pg (or Sg) travel-time, respectively. Scatters outside the region outlined by black lines are removed as outliers.

3.2 初始模型及反演參數(shù)的選取

好的初始模型對于成像結果非常重要.Liu等(2020)利用多種數(shù)據(jù)(體波走時和面波頻散數(shù)據(jù))對川滇地區(qū)進行聯(lián)合成像，獲得了川滇地區(qū)地殼和上地幔的P波和S波三維速度模型SWChinaCVM-1.0(https:∥github.com/liuyingustc/SWChinaCVM)，其橫向分辨率達到0.5°，垂向分辨率達到10 km.為此本文根據(jù)成像的地理范圍以及網(wǎng)格點分布從SWChinaCVM-1.0中提取出三維VP和VS模型作為本文成像的初始VP和VS模型，另外，震相報告提供的地震發(fā)震時刻以及震源位置分別為本次成像中地震的初始發(fā)震時刻以及初始位置.

為保證反演系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及模型的泛化能力，本文采用L-curve方法(Hansen and O′Leary, 1993)獲得實際反演中的最佳阻尼因子以及模型光滑因子，并考慮到條件數(shù)范圍為150～200(Share et al., 2019).如圖3(a，b)所示，即對于不同的阻尼因子，進行一次迭代，同時反演地震參數(shù)(發(fā)震時刻和位置)和慢度模型，獲得模型范數(shù)和加權殘差范數(shù)的關系曲線.同樣地，對于不同的光滑因子，也采用上述策略，并獲得慢度模型范數(shù)與加權殘差范數(shù)的關系曲線，最終選擇曲線拐點處所對應的最佳阻尼因子以及最佳平滑因子.

本文采用分級加權迭代的策略(Guo et al., 2021)進行反演，在前期迭代中，給予絕對走時數(shù)據(jù)較大的權重以獲得背景速度模型，其中速度和震源參數(shù)同時反演以及震源參數(shù)單獨反演交替進行.在后期迭代中，增大地震對數(shù)據(jù)以及臺站對數(shù)據(jù)的權重，以獲得更高精度的地震絕對位置和相對位置以及更高分辨率的速度模型結構.最終加權均方根走時殘差從初始的1.64 s收斂到0.21 s，加權均方根殘差下降約86%.圖3(c，d)顯示了Pg波和Sg波反演前后的絕對走時殘差的分布.在反演之前，殘差分布在-3～1 s之間，表明初始模型與真實速度之間存在整體偏差；反演之后，Pg和Sg波走時殘差分布在-1.1 s到1.0 s范圍內(nèi).Pg波絕對走時殘差的均方根值反演前后分別為0.79 s和0.21 s，下降約73%；Sg波的絕對走時殘差的均方根值反演前后分別為1.12 s和 0.26 s，下降約76%.可以看出，結果模型相比初始模型能更好地擬合觀測到時.

3.3 模型分辨率測試

對于速度反演結果的評價，本文采用檢測板恢復性測試(Humphreys and Clayton, 1988)進行模型分辨率分析，其做法如下：首先對于反演網(wǎng)格點，在初始模型的基礎上加入+/-5% 的速度擾動構建棋盤模型，并利用實際的觀測系統(tǒng)合成理論的Pg和Sg絕對走時數(shù)據(jù)，然后基于合成的絕對走時數(shù)據(jù)并根據(jù)實際的地震對以及臺站對關系構建理論的地震對和臺站對雙差數(shù)據(jù)；最后，采用與實際反演大致相當?shù)膮?shù)以及相同的初始模型進行反演，得到恢復的棋盤.

由于地震分布基本在20 km以上，深部(>20 km)缺乏射線覆蓋，幾乎沒有分辨率.因此，圖4展示了0～16 km深度范圍內(nèi)VP和VS在不同深度切片上的棋盤恢復結果.整體來看，VP和VS的棋盤在4～16 km具有較好的分辨率，其中7 km、10 km和13 km切片的棋盤恢復結果相對較好，VP的棋盤恢復結果整體要好于VS的棋盤恢復結果；淺層(<4 km)由于缺乏交叉的地震射線，因此分辨較低.圖5顯示了穿過漾濞地震序列的不同剖面的棋盤恢復結果，可以看出漾濞震源區(qū)具有較高的分辨率，橫向分辨率達到5 km.網(wǎng)格點上的DWS(Derivative Weight Sum)值代表著射線在該網(wǎng)格點的采樣密度(Thurber and Eberhart-Phillips, 1999).當DWS>100時，得到的結果具有較高的可靠性(Thurber et al., 2007; Scarfì et al., 2007).附圖1和附圖2分別顯示了Pg波和Sg波的DWS值在不同深度的分布.整體上看漾濞震區(qū)0～16 km深度范圍的DWS值大于150，與漾濞震區(qū)棋盤恢復度較好區(qū)域相對應.

圖4 檢測板實驗在不同深度的VP和VS恢復結果黑色線為斷層跡; 灰色點為距離剖面2 km范圍內(nèi)的漾濞地震序列; 紅色虛線表示恢復度值為0.85的等值線.Fig.4 VP and VS recovered results of the checkerboard test at various depthsBlack lines mark fault traces.Gray circles represent earthquakes of the Yangbi earthquake sequence within +/-2 km of depth slices. Red dashed contours enclose areas with restoration value equal to 0.85.

圖5 檢測板實驗在不同剖面的VP和VS恢復結果剖面位置見圖4 Z=0.0 km切片. 圖中符號與圖4相同.Fig.5 VP and VS recovered results of the checkerboard test at various depthsSymbols are the same as those of Fig.4. Profile locations are shown on the slices of Z=0.0 km in Fig.4.

3.4 重定位誤差分析

由于tomoTD采用了LSQR迭代類算法(不是奇異值分解算法)求解成像方程組，因此是無法直接給出地震重定位的誤差估計，其結果盡管采用了雙差定位程序(HypoDD)的重定位輸出格式，但其輸出的重定位誤差是沒有參考意義的(Waldhauser and Ellsworth，2000).為了評估地震重定位誤差，本文采用自助法(Efron and Gong, 1983；Efron and Tibshirani, 1991；王樂洋和李志強, 2021)進行分析.本文隨機挑選了全部絕對走時數(shù)據(jù)90%的Pg波和Sg波作為觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)該觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應地震對數(shù)據(jù)和臺站對數(shù)據(jù)，同時采用與先前相同的反演策略重新進行定位和成像.重復進行120次，最后統(tǒng)計重定位后的地震在X、Y和深度方向1倍的標準偏差，并將其作為地震重定位在三個方向的誤差.如圖6所示，整體上在X和Y方向上的定位誤差較深度方向上的誤差小.漾濞地震序列重定位誤差(圖6a和b的灰色方柱)在水平方向較深度方向小，其中約61%的地震重定位誤差(三個方向誤差的二范數(shù))小于2 km.

圖6 重定位后的地震在X(a)、Y(b)和深度(c)方向的誤差直方圖白色和灰色柱狀圖分別表示所有地震和漾濞地震序列.Fig.6 Error histograms of relocated earthquakes for X (a), Y (b) and depth direction (c)White and gray histograms represent all earthquakes and the Yangbi earthquake sequence, respectively.

4 結果

本文利用三重差層析成像算法(Guo et al., 2021)獲得了研究區(qū)域5704個(其中2795個地震為漾濞地震序列)地震精定位結果(附圖3)和漾濞震源區(qū)高分辨率的三維VP、VS與VP/VS結構，棋盤測試結果顯示在漾濞區(qū)域橫向分辨率高達5 km(圖4和圖5).在成像過程中，部分地震會被舍去，主要原因包括由于部分地震的到時數(shù)據(jù)臺站覆蓋不理想導致的定位誤差較大，被定位到了地表以上，即空震；以及反演迭代過程中依據(jù)標準偏差的倍數(shù)作為截斷值，要剔除殘差大于截斷值的臺站數(shù)據(jù)(Zhang and Thurber，2003).

4.1 重定位后的漾濞地震序列分布特征

整體上重定位后的所有地震相比初始定位在深度上更為集中(附圖3).重定位后的漾濞地震序列地震數(shù)目為2795個，占地震總數(shù)的49%.對于所有地震，在X、Y和深度方向上誤差的中位數(shù)分別為0.25 km、0.27 km和1.1 km (圖6白色方柱).漾濞地震序列(圖6的灰色方柱)在X、Y和深度方向上誤差的中位數(shù)分別為0.21 km、0.34 km和0.95 km.重定位后的主震震中位置為北緯25.682°，東經(jīng)99.874°，震源深度為9.5 km，其在X、Y以及深度方向的定位誤差中位數(shù)分別為0.19 km、0.24 km和1.29 km.主震重定位后的深度相比中國臺網(wǎng)中心給出的初始定位深度8 km以及龍鋒等(2021)重新定位的主震震源深度7.8 km略深，這可能是由于定位所用的不同初始速度模型所導致.

重定位誤差小于2 km的漾濞地震序列分布如圖7所示.重定位后漾濞地震序列震中主要位于維西—喬后—巍山斷裂(F1)西側(cè)，呈北北西向條帶狀分布，長度約25～30 km，寬度約3～8 km (圖7a)；震源深度的分布范圍為0～20 km，優(yōu)勢分布范圍為3～13 km.從不同位置的三條平行垂直切片(AA′-CC′)地震分布可以看出，余震分布由北西向南東方向逐漸散開，同時傾角由陡略微變緩，表明了發(fā)震斷層北西段表現(xiàn)為傾角較陡、結構相對單一的走滑斷裂，南東段由兩條分支斷裂組成.另外，從平行穿過余震序列的DD′垂直切片可看出隨著時間變化余震大多發(fā)生在主震的南東側(cè)，而主震的北西側(cè)余震較少，反映了主震呈現(xiàn)單側(cè)破裂的行為.

圖7 重定位誤差2 km以內(nèi)的漾濞地震序列的分布圖(a) 重定位的地震震中(彩色圓圈)分布. 黑色五角星表示主震, 灰色虛線表示剖面(AA′、BB′、CC′和DD′)位置, 與圖4 Z=0.0 km切片中的位置相同; (b) 距離剖面2 km以內(nèi)的地震分布. 彩色圓圈大小正比于地震震級大小. 黑色虛線為勾勒的斷層. 不同顏色表示主震發(fā)生前與后的時間.Fig.7 Distribution of earthquakes with relocation error within 2 km(a) Epicenter distribution of relocated earthquakes (colored circles). Black star marks the mainshock and gray dashed lines are positions of profiles (AA′, BB′, CC′ and DD′). Profile locations are the same as shown in Z=0.0 km slice of Fig.4; (b) Distributions of earthquakes within 2 km of profiles. The magnitude scaled by circles. The size of colored circle is proportional to the magnitude of earthquake. Black dashed lines outline faults. Different colors denote the number of days before and after main shock.

4.2 漾濞地區(qū)水平切片波速結構

圖8和圖9分別展示了0～16 km不同深度水平切片的VP和VS分布.漾濞地區(qū)的地殼厚度在30～45 km(Zhang and Gao, 2019)，由于地震大部分發(fā)生在深度15 km以上，本研究的成像結果在中下地殼(深度>16 km)分辨率較弱，因此主要反映了上地殼VP和VS的分布.

圖8 不同深度切片上VP分布灰色圓圈表示距離切片2 km以內(nèi)以及誤差小于2 km的漾濞地震序列; 黑色五角星表示漾濞主震; 黑色線為斷層跡; 紅色虛線表示恢復度值為0.85的等值線.Fig.8 VP distributions at various depth slicesGray circles mark the Yangbi earthquake sequence, having relocation errors less than 2 km, within 2 km of depth slices. The black star marks the Yangbi mainshock. Black lines denote fault traces. Red dash lines are contours with restoration values of 0.85.

漾濞地區(qū)附近的VP和VS在0～10 km深度范圍呈現(xiàn)為高速異常，而在深度13～16 km范圍內(nèi)呈現(xiàn)出低速異常(圖8和圖9).整體上，發(fā)震斷層的北段0～10 km深度范圍，VP相比發(fā)震斷層的南段要高.在10 km深處，主震區(qū)附近的VP結構呈現(xiàn)出高低速相間的特征.在13 km深處，發(fā)震斷層的西側(cè)VP值整體上要高于東側(cè)的VP.如圖8和圖9所示，在淺層(深度≤4 km)，大理附近的區(qū)域表現(xiàn)為低VP和低VS異常，這可能反映了大理盆地相對較厚的沉積，而漾濞區(qū)域則表現(xiàn)為高VP和高VS異常，可能與該區(qū)域的地表巖性有關；不同深度處的VP和VS在橫向上表現(xiàn)出較強的不均勻性，推測與該區(qū)域的復雜地質(zhì)相對應.本文在漾濞以及大理地區(qū)速度特征相比前人的區(qū)域尺度成像結果(Huang et al., 2002; 鄧山泉, 2020; Liu et al., 2020; 劉毅, 2020)更加精細.

4.3 垂直切片速度與波速比結構

為了更好地顯示震區(qū)的速度結構，我們給出了三條近乎垂直于余震區(qū)的速度與波速比結構剖面(AA′，BB′和CC′)以及一條沿著余震分布且穿過主震的DD′剖面(圖10)，并將距離剖面2 km以內(nèi)定位誤差小于2 km的地震投影到相應的剖面上.由于波速比(VP/VS)是表征地殼介質(zhì)組分和力學強度性質(zhì)的重要參數(shù)(Barton, 2006)，因此本文給出了相應的波速比結構.本文的波速比由VP直接除以VS得到，其可靠度可由VP和VS的可靠度共同來約束.盡管對于P波和S波由于數(shù)據(jù)數(shù)量及質(zhì)量不同，直接將二者模型相除得到VP/VS模型通常含有較多的假異常(Allam et al., 2012)，但是在二者數(shù)據(jù)量較為接近的情況下，也能得到符合地質(zhì)的VP/VS模型 (Allam et al., 2014).為此，本文用VP和VS的恢復度共同約束VP/VS的恢復度，即在分別計算VP和VS的恢復度后，將VP和VS恢復度大于0.85的區(qū)域定為反演可信度較高的區(qū)域，取VP和VS兩者恢復度均大于0.85的交集區(qū)域作為VP/VS較可信的區(qū)域.圖10中VP/VS剖面的黑色虛線包圍的區(qū)域表示其對應的VP和VS恢復度值都大于0.85.

圖10 VP、VS以及VP/VS在不同垂直剖面上的分布黑色和紅色五角星分別代表漾濞主震和漾濞地震序列中震級大于4的地震. 灰色圓圈表示漾濞地震序列. 這些投影的地震距離剖面2 km以內(nèi)且定位誤差小于2 km. 黑色細虛線表示恢復度值為0.85的等值線. 粗黑虛線為預測的斷層. Hvr和Lvr分別表示高VP/VS和低VP/VS區(qū)域. Hvs表示高VS區(qū)域. 剖面位置見圖7.Fig.10 VP, VS and VP/VS distributions at various vertical profilesBlack and red stars denote the Yangbi mainshock and earthquakes of the Yangbi earthquake sequence with magnitude value larger than 4, respectively. Gray circles mark the Yangbi earthquake sequence. Those projected earthquakes are within 2 km of vertical profiles, having relocation errors less than 2 km. Thin black lines are contours with restoration values of 0.85. Thick black dash lines outline predicted faults. Hvr and Lvr denote high and low VP/VSareas, respectively. Hvs denotes high VS area. Profile locations are shown in Fig.7.

對于所有的剖面，其VP、VS以及VP/VS都呈現(xiàn)出橫向不均勻性(圖10).圖中顯示漾濞主震發(fā)生在高VP(～5.8 km·s-1)和高VS(～3.5 km·s-1)以及低波速比(～1.65)的邊界上(AA′以及DD′剖面)，而主震上方及下方的波速比相比其附近的略高(DD′剖面).余震主要聚集在高低速過渡區(qū)(BB′、CC′以及DD′剖面)，靠近低速的區(qū)域；在余震分布的東南側(cè)存在高VS異常以及低波速比異常(圖10 DD′剖面的Hvs和Lvr).三條北東向剖面均顯示剖面投影地震的南西、北東兩側(cè)均有較大范圍的高速體存在.

5 討論

5.1 主余震分布及發(fā)震斷層展布特征

本文結果顯示主震(圖8和圖9黑色五角星)位于高低速過渡區(qū), 靠近高VP的邊界區(qū)(圖10的AA′、DD′速度剖面)，波速比相對較低；大于4級以上的地震分布(圖10黑色五角星)也具有類似的分布特征.Huang等(2002)以及王椿鏞等(2002)對云南地區(qū)的P波速度層析成像同樣發(fā)現(xiàn)地殼中的中強震發(fā)生在高低速的過渡區(qū)或者高速的邊界區(qū).

漾濞地震序列重定位后誤差小于2 km的地震震中分布于維西—喬后—巍山斷裂的西側(cè)，呈北北西-南南東走向.余震主要發(fā)生在主震的南南東方向，北北西方向余震數(shù)量較少(圖7)，表明該次地震為單側(cè)破裂，破裂優(yōu)勢方向為南南東向，與已有研究結果相一致(雷興林等，2021；龍峰等，2021；云南漾濞6.4級地震科考取得階段性進展—中國地震局地質(zhì)研究所(https:∥www.eq-igl.ac.cn/kydt/info/2021/33884.html)).研究區(qū)及鄰區(qū)震源機制解與構造應力場結果以及GPS測量(Wang and Shen, 2020)顯示區(qū)域主應力場方向為北北西-南南東，主震為右旋走滑斷層，大部分地震的震源機制呈現(xiàn)為走滑特征(吳鵬等，2020；王瑩等，2021；Xu et al., 2020).同震變形場及破裂滑動分布結果顯示該次地震最大滑動量位于主震震源附近東南側(cè)區(qū)域(張克亮等，2021)，SW傾向斷層面上的滑動分布主要沿著南東方向擴展(王紹俊等，2021)，這與本研究觀測到的余震主要分布在發(fā)震斷層的南南東方向一致，同時也對應了余震主要分布在主震南東側(cè)的相對P波速度較高、波速比也較高的的區(qū)域(圖10).類似的高滑移量與高速異常相對應的研究在多個不同地區(qū)的地震研究中(Thurber et al.，2006；Pei et al.，2010)中都有發(fā)現(xiàn)，可能揭示了發(fā)震斷層面上地震凹凸體的存在(Li et al.，2013；張欣，2015).

從速度和波速比結構(圖8—10)來看，主震區(qū)域西北側(cè)有高速體存在，高速體對應著強力學性質(zhì)，因此不容易發(fā)生破裂，而要使其發(fā)生破裂需要更大的應力積累，這可能是該次地震在西北側(cè)沒有發(fā)生較大破裂而呈現(xiàn)出明顯的向東南方向單向破裂特征的緣由.前人關于主震破裂方向與斷層兩側(cè)速度差異相關的研究結果顯示對于具有速度對比差異的斷層，力學性質(zhì)較為柔軟的介質(zhì)中的滑動方向是首選的傳播方向(Brietzke and Ben-Zion, 2006；Ampuero and Ben-Zion, 2008)，本文結果顯示余震主要沿著斷裂向東南方向高波速比速區(qū)域(圖10中DD′剖面)擴展約25～30 km，后停止于高VS/低波速比區(qū)域 (圖10中DD′剖面Hvs/Lvr)，高VS/低波速比可能也表征了較小的巖石孔隙比，意味著介質(zhì)力學性質(zhì)較強，不易破碎(李洪麗等，2021).主震、余震的分布差異可能反映了發(fā)震斷層的北段與南段物性結構差異較大(Guo et al., 2018；葉濤等，2021).

地震在空間上的分布可以大致約束發(fā)震斷層的形態(tài)，垂直于地震序列的AA′、BB′和CC′中縱剖面中的震源深度分布(圖10)反映了沿斷層傾向的震源深度分布特征.整體上這三個剖面(AA′、BB′和CC′)的地震在深度方向上近乎直立狀，表明發(fā)震斷層的傾角較陡，整體傾向以南西為主，且從北西到南東方向(AA′到CC′)，傾角略微變緩，這與王瑩等(2021)從余震序列震源機制得到的傾角(70°～90°)特征一致.AA′剖面穿過主震區(qū)，地震深度呈線性分布，在主震的北東側(cè)(AA′剖面橫軸40 km處)，也有少部分的地震在深度上呈線性分布(龍鋒等，2021)，斷層面傾角較陡，似乎是獨立于發(fā)震斷層外的次級斷層.同樣地，遠離主震震中的BB′，地震分布也比較集中，在深度上呈線性分布.震源區(qū)南西段CC′剖面的地震深度分布顯示了2個分開的地震叢集，且在深度上也近乎呈線性分布，且分叉為傾角近乎垂直的兩支次級斷層(圖10中的CC′速度剖面).橫穿地震序列的DD′剖面顯示了漾濞地震序列在發(fā)震斷層面上的深度展布以及地震序列的整體破裂范圍，整個地震序列破裂長度約25～30 km，地震深度主要分布在3～13 km范圍內(nèi)，大部分余震深度較主震淺，淺層(深度小于1 km)幾乎沒有地震分布，與此次強震野外考察沒有發(fā)現(xiàn)地表破裂相一致.前人關于該區(qū)地震活動性研究結果(吳建平等, 2004；王未來等, 2014；房立華等, 2014)表明川滇地區(qū)地震多屬于淺源地震，其震源深度大多分布于20 km以淺的中、上地殼，本文結果也顯示相同的特征.

2013年3月3日，漾濞北邊的洱源縣發(fā)生了MS5.5地震，楊軍等(2015)根據(jù)洱源MS5.5地震序列獲得的震源機制解和地震后的現(xiàn)場科學考察資料，綜合分析認為洱源MS5.5主震發(fā)生的斷裂為通甸(喬后)—巍山斷裂西側(cè)的煉鐵盆地東緣主邊界斷裂帶；劉毅(2020)對該次地震震源區(qū)速度結構和震源位置進行了聯(lián)合反演研究，速度模型橫向分辨為0.1°，結果表明洱源兩次主震與其東側(cè)維西—喬后—巍山斷裂距離約10 km，重定位后的3個月內(nèi)的余震序列(圖11白色圓圈)呈NNW方向分布，同樣認為該次地震發(fā)震斷裂為煉鐵盆地東緣主邊界斷裂帶.賈佳(2020)采用雙差層析成像方法獲得了洱源震源區(qū)地殼三維P波速度結構和地震位置，地震重定位結果顯示洱源地震主要沿著通甸(喬后)—巍山斷裂西側(cè)北西向分布，震源區(qū)速度異常過渡帶同樣呈現(xiàn)NNW向展布，速度結果橫向分辨為0.15°.Liu等(2020)綜合利用體波走時和面波頻散數(shù)據(jù)給出了川滇地區(qū)成像結果，橫向分辨率為0.5°.本文結果顯示漾濞地震序列同樣呈現(xiàn)為NNW向展布，10 km深度層震源區(qū)速度異常過渡帶也表現(xiàn)為NNW向異常分布；且本次漾濞MS6.4地震與洱源MS5.5地震相距僅約28 km，結合已有的速度及余震序列分布結果(劉毅，2020；賈佳，2020)，我們刻畫了這兩次強震在深度10 km速度切片上的的發(fā)震斷層位置(圖11).速度切片對比結果顯示在中上地殼深度范圍這兩次強震中間區(qū)域存在較小尺度的“地震空區(qū)”，推測維西—喬后—巍山斷裂西側(cè)可能同樣存在著較大的北北西向隱伏斷層，與王光明等(2021)顯示的草坪斷裂走向大體一致.另外，圖11整體顯示本文和劉毅(2020)結果(圖11b和11c)的分辨率高于Liu等(2020)(圖11a)，但是二者(圖11b和11c)在發(fā)震斷裂西南側(cè)，主震西北端等存在較大差異，這可能主要與反演所使用的不同數(shù)據(jù)有關.

圖11 本文結果VP與前人相關研究結果對比(a) SWChinaCVM-1.0 10 km深度水平VP分布(Liu et al., 2020); (b) 本文10 km深度水平VP分布; (c) 10 km深度水平VP分布(劉毅, 2020). 黑色五角為2013-03-03洱源MS5.5地震，白色圓點為洱源余震序列(2013-03-03—2013-06-03)，紅色五角星為漾濞主震，灰色圓點為本研究的漾濞余震序列，黑色粗虛線表示推測的隱伏斷層.Fig.11 Comparison of VP distributions(a) VP distributions at depth of 10 km extracted from SWChinaCVM-1.0 (Liu et al., 2020); (b) VP distributions at depth of 10 km in our study; (c) VP distributions at depth of 10 km from Liu (2020). The black star denotes an earthquake with magnitude of MS5.5 occurred on March 3, 2013 in Eryuan. White dots denote Eryuan aftershocks occurred from March 3, 2013 to June 3, 2013. The red star represents the Yangbi mainshock. Gray dots denote Yangbi aftershocks in this study. The thick black dashed line indicates the inferred hidden fault.

5.2 發(fā)震機制探討

本次地震及余震序列分布于維西—喬后—巍山斷裂帶的西南側(cè)，維西—喬后—巍山斷裂帶位于川滇菱形地塊和蘭坪—思茅地塊的分界帶上.川滇地塊是歐亞板塊與印度板塊相互作用以及印度板塊向青藏塊體北北東向擠壓運動引起強烈地殼變形的前沿地帶，同時川滇地區(qū)也是軟弱物質(zhì)運移(Royden et al., 1997, 2008；Bao et al., 2015)的關鍵位置，持續(xù)向南南東方向運動(徐錫偉等，2003).維西—喬后—巍山斷裂帶不斷受到川滇塊體SSE向的擠出運動，表現(xiàn)出以右旋走滑為主，兼擠壓逆沖的運動特征(常祖峰等, 2016), 使得本次漾濞地震序列的發(fā)生具備了應力不斷積累的來源.

眾多的速度結構成像研究表明低速層廣泛存在于川滇地區(qū)的中地殼之中(王椿鏞, 2002；胥頤等, 2013；陳思文等, 2016；Bao et al., 2015；鄧山泉等, 2020；Liu et al., 2020；Yang et al., 2020；高天揚等, 2021).特別是Bao等(2015)給出的川滇地區(qū)的VS速度結構顯示在20～40 km深度也即中下地殼由北向南圍繞峨眉山大火成巖省內(nèi)帶分布有東、西兩條呈管道狀的明顯的低速帶，與GPS測量揭示的地殼物質(zhì)的順時針運動相一致，而本文研究區(qū)正好位于上述的西低速帶內(nèi)(圖12a).研究區(qū)已有大地電磁測深結果顯示在中下地殼深度范圍存在明顯的低阻、高導層(王緒本等, 2017；葉濤等, 2021)，意味著研究區(qū)中下地殼存在流體或溫度異常導致局部熔融.此外，代艷娟(2016)研究結果顯示漾濞西北鄰近的洱源地區(qū)巖漿活動頻繁，變形變質(zhì)作用強烈，分布有較大面積的雙峰式火山巖，形成于早-中三疊世，經(jīng)喜馬拉雅期的擠壓構造和伸展，具強烈的糜棱巖化作用和熱液疊加，研究區(qū)流紋巖被認為可能是幔源巖漿與殼源熔體混合作用的結果.哀牢山—金沙江新生代堿性鉀質(zhì)巖漿巖帶研究表明該地區(qū)堿性巖來源于含堿度較高的軟流圈地幔(張玉泉和謝應雯，1997).云南地熱結構研究結果顯示昆明、大理—麗江地區(qū)地幔熱流Q>40 mW·m-2，具有典型活動區(qū)的熱結構特征，是典型的高地幔熱流(向才英和周真恒，2000).

圖12 發(fā)震機制示意圖(a) 21 km深度VS分布(修自Bao et al., 2015); (b) 發(fā)震機制三維示意圖.Fig.12 Sketch map of seismogenic mechanism(a) VS distributions at depth of 21 km (adapted from Bao et al., 2015); (b) 3-D sketch map of seismogenic mechanism of MS6.4 Yangbi earthquake.

前人研究結果表明大部分強震多發(fā)生在高速區(qū)域邊界上或低速到高速的過渡區(qū)里(于湘?zhèn)ィ?003；田有等, 2007；王長在等, 2013；Lees and Malin, 1990；Huang et al., 2002；Huang and Zhao, 2004；Hua et al., 2020；Wang et al., 2021).一般情況，上地殼介質(zhì)表現(xiàn)為脆性，受區(qū)域構造水平應力擠壓，容易積累應力，導致巖石破裂；此外速度對比強烈的部位既是應力集中的地方，又是介質(zhì)相對比較脆弱的地方.這樣的環(huán)境具備了積累大量應變能的介質(zhì)條件，又是容易發(fā)生破裂、易于釋放應力的場所，因而容易引發(fā)大的地震(Huang et al., 2002；王椿鏞等, 2002)；同時下地殼中的流體(或局部熔融)容易引起中上地殼發(fā)震層的弱化和應力集中, 進而導致大地震的發(fā)生(田有等，2007；Wang et al., 2021).雷興林等(2021)通過綜合分析認為漾濞地震受深部流體作用影響明顯，主震得以發(fā)生主要受深部流體作用.本文及前人結果綜合顯示漾濞主震位于高低速過渡區(qū)且靠近高速區(qū)域邊界上、震源區(qū)周圍波速結構差異較大、以及震源區(qū)下方具有高波速比和低電阻特征(Sun et al., 2014；王緒本等, 2017；葉濤等, 2021)，并且研究區(qū)附近存在有雙峰式火山巖(或新生代堿性鉀質(zhì)巖漿巖帶)以及具有高地幔熱流值特征，因此我們推測漾濞主震在構造應力南南東向擠壓的作用下，在震源區(qū)應力積累，并且中下地殼的流體(或者部分熔融物質(zhì))從下地殼深度范圍進入發(fā)震斷層，導致斷層弱化最終共同作用引發(fā)了該次強震(圖12b).

6 結論

本文基于區(qū)域地震臺網(wǎng)記錄的高質(zhì)量的Pg和Sg震相到時數(shù)據(jù)，反演了2021年漾濞6.4級地震震源區(qū)的三維P波和S波速度結構和余震序列震源參數(shù)，同時基于可靠的P波和S波速度結構給出了穿過以及垂直于余震的四條剖面VP/VS分布，對該次強震的孕育、發(fā)生機理初步得到以下認識：

(1)地震重定位結果顯示漾濞6.4級地震序列震中主要位于維西—喬后—巍山斷裂的西側(cè)，呈北北西-南南東向條帶狀分布，長度約25～30 km，寬度為3～8 km；震源深度的分布范圍為0～20 km，優(yōu)勢分布范圍為3～13 km；余震主要發(fā)生在主震的南南東方向，少部分在其北西側(cè).根據(jù)地震分布特征以及前人研究結果總體推測發(fā)震斷層為維西—喬后—巍山斷裂西側(cè)的隱伏斷層，走向為NNW向，NW段表現(xiàn)為傾角較陡、結構相對簡單的走滑斷裂，SE段由兩條隱伏的次級斷層組成，且傾角略緩；該次強震為單側(cè)破裂，破裂長度約25～30 km.

(2)漾濞地震的發(fā)生及余震序列的分布與地殼速度結構(VP、VS以及VP/VS)不均勻性有著密切的關系.漾濞主震位于高低速過渡區(qū)且靠近高速區(qū)域邊界上、震源區(qū)波速比較低且周圍波速結構差異較大、以及震源區(qū)下方具有高波速比和低電阻特征；4級以上地震也大致分布在高低速過渡區(qū)或高速區(qū)的邊界上；余震主要分布在速度相對較低區(qū)域.因此我們推測漾濞主震受區(qū)域構造應力的作用下，在震源區(qū)應力積累，并且流體(或者部分熔融物質(zhì))從中下地殼深度范圍進入發(fā)震斷層區(qū)，導致斷層弱化最終共同作用引發(fā)了該次強震.

(3)結合2013洱源MS5.5地震研究結果(劉毅, 2020; 賈佳, 2020)綜合顯示洱源、漾濞兩次強震在中上地殼深度范圍中間區(qū)域存在較小尺度的“地震空區(qū)”，推測維西—喬后—巍山斷裂西側(cè)可能存在著較大的北北西向隱伏斷層，該區(qū)域的地震危險性依然很高.

致謝兩位審稿專家對本文的修改和完善提出了寶貴意見；本次研究中使用了中國地震臺網(wǎng)中心的震相報告數(shù)據(jù)，文中圖件采用了GMT(Wessel et al., 2013)以及Matplotlib (Hunter and John, 2007)軟件包繪制，在此表示衷心感謝.

附圖

附圖1 Pg波DWS值在不同深度切片的分布Appendix Fig.1 DWS value distributions at different depth slices for Pg wave

附圖2 Sg波DWS值在不同深度切片的分布Appendix Fig.2 DWS value distributions at different depth slices for Sg wave

附圖3 重定位前后的地震分布對比(a) 重定位前的地震分布; (b) 重定位后的地震分布. 紅色五角星表示主震; 黑色圓圈表示地震.投影的地震距離剖面(AA′、BB′、CC′和DD′) 2 km以內(nèi).Appendix Fig.3 Comparisons of earthquake distributions before and after relocation(a) Earthquake distributions before relocation; (b) Earthquake distributions after relocation. Red star denotes the Yangbi mainshock. Black circles denote earthquakes. Projected earthquakes are within +/-2 km of profiles (AA′, BB′, CC′ and DD′).