摘要:2020年9月—2021年1月,云南鹽津地區(qū)出現(xiàn)了密集中小地震活動。為獲取更完備的地震目錄和更準確的震源參數(shù),利用2020年1月—2021年2月云南及其鄰區(qū)地震臺網(wǎng)記錄到地震事件的觀測報告和連續(xù)波形,采用匹配定位方法檢測到了1 340次地震事件。利用聯(lián)合波形互相關(guān)的雙差地震定位方法進行重定位,獲得了檢測目錄中351次地震的精確位置,對精定位后的地震活動時空分布特征進行分析研究,結(jié)果表明:鹽津地區(qū)發(fā)生的密集中小地震活動為先后發(fā)生的2種不同類型的地震序列,沿兩條不同走向和傾角的斷裂分布,其中2020年9—10月的ML3.9震群型地震序列發(fā)生在NNW走向、傾角約為75°的鹽津—筠連斷裂;2021年1月的ML5.2孤立型地震序列發(fā)生在近SN走向、斷層線與鹽津—筠連斷裂呈約30°夾角且傾角約為50°的隱伏斷裂。
關(guān)鍵詞:鹽津地區(qū);地震檢測;匹配定位方法;雙差重定位;地震序列;發(fā)震構(gòu)造
中圖分類號:P315.72 文獻標識碼:A 文章編號:1000-0666(2024)02-0178-13
doi:10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0023
0 引言
地震序列一般是指一次較顯著地震發(fā)生前后,在震源區(qū)及附近發(fā)生的一系列地震的時空集群(蔣海昆等,2015)。在實際工作和科學研究中常將地震序列劃分為不同類型,不同地震序列類型的性質(zhì)及特征存在顯著差異,其劃分根據(jù)不同的研究重點有所差異,從地震活動特點來看,地震序列通常被劃分為主余型、前主余型、震群(多震)型和孤立型4類(Utsu,2002;吳開統(tǒng)等,1990;蔣海昆等,2006)??焖倥袆e地震序列類型并研究其活動特征,有助于減輕地震災(zāi)害和維護社會穩(wěn)定,同時對認識地球內(nèi)部介質(zhì)演化、地震孕育和發(fā)生、流體與地震的關(guān)系等問題具有重要意義(Shelly et al,2007;Peng,Zhao,2009;崔子健等,2012;譚毅培等,2016;Ross et al,2020)。
豐富的中小地震記錄和準確的震源參數(shù)可以為研究地震序列的地震活動性、發(fā)震斷層及破裂特征,震情趨勢判定,探索地震成核及觸發(fā)機制等提供地震學依據(jù)(Ross et al,2019;Jiang et al,2019;李姣等,2020;王光明等,2021)。然而,在實際臺網(wǎng)地震目錄的產(chǎn)出過程中,由于大地震后持續(xù)并衰減緩慢的尾波能量、臺站間距及觀測數(shù)據(jù)記錄質(zhì)量、降雨和人類活動等造成的環(huán)境背景噪聲等因素,導致相當數(shù)量的地震事件因其震級較小而被漏檢,從而造成地震目錄的缺失。此外,當前臺網(wǎng)地震目錄主要是基于一維速度模型和人工拾取震相走時,利用絕對定位方法得到的震源位置及震源深度,與實際震源位置相比往往存在較大誤差(Jiang et al,2019)。
云南鹽津地區(qū)位于云貴高原和四川盆地構(gòu)造結(jié)合部位,區(qū)域內(nèi)重巒疊嶂、山勢陡峭,境內(nèi)水系支流眾多,具有豐富的頁巖氣資源和煤礦資源。因地形溝壑縱橫、山高谷深,當?shù)鼐用裢睾影堕_挖坡腳修路建房,房屋結(jié)構(gòu)多為砌體結(jié)構(gòu),抗震性能較差,且地震活動普遍誘發(fā)震區(qū)滑坡、滾石、崩塌、泥石流等次生災(zāi)害,極易造成“小震大災(zāi)”的現(xiàn)象。如2006年7月22日—8月25日,鹽津縣發(fā)生2次5.1級地震,地震活動誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害造成24人死亡,鐵路公路多處受損,通信中斷(向小龍等,2015)【《中國震例》(2003-3007).2006年7月22日、8月25日云南省鹽津5.1、5.1級地震.】,因此有必要對鹽津地區(qū)的地震活動性進行深入研究分析。
本文采用模板匹配定位方法(Match amp; Locate,以下簡稱“Mamp;L方法”)(Zhang,Wen,2015),對鹽津近場區(qū)域記錄到的連續(xù)波形進行微小地震檢測,同時采用基于波形互相關(guān)技術(shù)的雙差地震定位方法(Waldhauser,Ellsworth,2000)對檢測目錄中同時被2個以上臺站記錄到的地震事件進行重定位,利用獲得的豐富的微小地震數(shù)據(jù)和準確的震源位置,對2020年9月—2021年1月鹽津地區(qū)2個地震序列時空演化特征進行分析研究。
1 鹽津地區(qū)地質(zhì)和地震活動背景
鹽津地區(qū)地處揚子準地臺滇東臺褶帶滇東北臺褶束,區(qū)內(nèi)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜,發(fā)育有關(guān)村斷裂、五蓮峰斷裂、華鎣山斷裂和鹽津—筠連斷裂等,這些斷裂主要沿NW和NE方向展布(圖1)。其中,關(guān)村斷裂是馬邊—鹽津斷裂帶的組成部分,五蓮峰斷裂為華瑩山斷裂帶的西南分支斷裂,斷裂結(jié)構(gòu)復雜,由多條斷層組合成2~5 km寬的斷裂帶;華鎣山斷裂由一組沿一系列NE向背斜軸部延伸的數(shù)條呈羽狀排列的壓性或壓扭性斷層所組成,以擠壓逆沖為主【第一次全國地震災(zāi)害綜合風險普查工作.2022.鹽津縣1∶250 000地震構(gòu)造圖說明書.】。歷史上鹽津地區(qū)曾發(fā)生過多次MS5.0以上地震,1974年在距離鹽津縣35 km的云南大關(guān)發(fā)生過7.1級地震。
云南“十五”期間在滇東北昭通地區(qū)建設(shè)的固定地震臺分布稀疏,僅有昭通臺和鹽津臺兩個地震臺站(張演等,2016)。2018年,由于“云南測震臺網(wǎng)示范工程”建設(shè),在昭通地區(qū)增建永善臺、威信臺和鎮(zhèn)雄臺,臺站間距由原來的100 km縮小至50 km左右(曹舸斌等,2019)。2019年,為了監(jiān)測鹽津地區(qū)因頁巖氣開采等工業(yè)活動可能誘發(fā)的地震活動,云南地震臺網(wǎng)在鹽津地區(qū)布設(shè)3套短周期地震儀。根據(jù)云南地震臺網(wǎng)觀測報告,2020年1月1日—2021年2月7日,共記錄到1.0級以上地震117次,其中ML1.0~1.9地震101次,ML2.0~2.9地震11次,ML≥3.0地震5次。本文收集了2020年1月1日—2021年2月7日云南地震臺網(wǎng)和四川地震臺網(wǎng)11個臺站(連續(xù)記錄臺站)記錄的連續(xù)地震波形和同時期在震源區(qū)(28.00°~28.30°N,104.00°~104.30°E,圖1中虛線框)發(fā)生的199次地震(包括1.0級以下)的觀測報告和事件波形數(shù)據(jù)用于研究區(qū)域的微小地震檢測及定位研究。此外本文還收集整理了鄰近的四川臺站和昭通區(qū)域臺站(事件記錄臺站)的觀測報告數(shù)據(jù)用于后續(xù)的雙差重定位等研究。
2020年9月29日,鹽津地區(qū)發(fā)生3次ML3.0以上地震,10月2日發(fā)生1次ML3.0以上地震,最大地震震級為ML3.9;隨后的2021年1月23日,該區(qū)域又發(fā)生了ML5.2(面波震級MS4.7)地震,為方便比較研究,本文將所有地震的震級統(tǒng)一為地方震級ML(表1)。短時間內(nèi)密集的中小地震活動引起了社會廣泛關(guān)注和對區(qū)域地震危險性評估的需求,而完整且準確的地震目錄是分析研究的基礎(chǔ)。
2 研究方法
鑒于鹽津地區(qū)復雜的構(gòu)造地質(zhì)條件和有限的地震監(jiān)測能力,且僅依靠云南地震臺網(wǎng)采用傳統(tǒng)的基于人工拾取震相和一維速度模型的地震檢測、定位方法獲得地震觀測報告不足以深入分析該地區(qū)的發(fā)震斷層精細結(jié)構(gòu)、地震序列時空演化特征等問題。本文首先根據(jù)云南地震臺網(wǎng)提供的199次地震觀測報告選取波形記錄質(zhì)量較好的地震事件作為模板事件,采用基于波形互相關(guān)的Mamp;L方法掃描連續(xù)波形以獲得常規(guī)方法無法識別、定位的微小地震事件,然后手動拾取檢測出地震事件的P、S震相到時;采用聯(lián)合波形互相關(guān)的雙差地震定位方法(Waldhauser,Ellsworth,2000)對檢測目錄中同時被2個以上臺站記錄到的地震事件進行重定位,獲得所有地震事件更加精確的震源位置等參數(shù),從而獲得鹽津地區(qū)更加完備的地震目錄和更加準確的震源參數(shù),進而為分析研究該地區(qū)的發(fā)震斷層、孕震機理和地震活動性特征等工作提供基礎(chǔ)資料。
2.1 模板匹配定位方法
本文采用Mamp;L方法進行微小地震檢測,該方法利用地震模板事件的P、S震相波形與連續(xù)波形做滑動互相關(guān)分析,并通過疊加互相關(guān)函數(shù)來探測微震事件。在疊加之前,對模板地震周圍的三維空間(經(jīng)度、緯度和深度)進行掃描搜索,計算被檢測地震位置與模板地震之間在同一個臺站上的相對走時差,根據(jù)走時差來對互相關(guān)波形進行矯正疊加,疊加后的互相關(guān)函數(shù)最大值所對應(yīng)的格點位置即為被檢測地震事件的震源位置。相對于其它微震檢測方法如震源掃描疊加(Kao,Shan,2004)和波形模板匹配技術(shù)(Gibbons,Ringdal,2006),Mamp;L方法不僅可以檢測到模板事件附近更小震級的地震事件以及距離模板事件較遠的微震,還能給出檢測地震的空間位置信息,并且對于速度模型的精度依賴較小。目前,Mamp;L方法在區(qū)域地震活動性、地震序列時空演化、小當量核試驗的檢測等研究中得到了廣泛應(yīng)用(Zhang,Wen,2013,2015;Jiang et al,2019;李姣等,2020)。
為了獲得鹽津地區(qū)兩次地震序列更加完整的地震目錄,本文選取云南地震臺網(wǎng)地震目錄中2020年1月1日—2021年2月7日的199次地震作為模板事件,與同一時間段鹽津地區(qū)11個連續(xù)記錄臺站記錄到的三分量連續(xù)波形進行互相關(guān)疊加。由于目前鹽津地區(qū)尚未有精細的殼幔速度模型,本文采用鹽津地區(qū)附近的四川長寧地區(qū)速度模型(易桂喜等,2019),用于計算被檢測地震位置與模板地震之間在同一個臺站上的相對走時差,見表2。互相關(guān)函數(shù)經(jīng)過走時差校正及疊加后,為確定平均相關(guān)系數(shù)的閾值,通過多次人工測試最終選取了平均相關(guān)系數(shù)閾值為0.45,同時設(shè)定信噪比閾值為8.0,即當平均相關(guān)系數(shù)和信噪比超過設(shè)定閾值時,則認為成功檢測到一次與模板事件空間距離接近、震源機制相似的地震事件,在此基礎(chǔ)上根據(jù)檢測事件與模板事件S波的振幅比來確定震級(Zhang,Wen,2015)。圖2展示了利用2020年4月16日發(fā)生的一次ML1.3模板事件波形(圖2a中紅色和藍色波段分別為匹配定位檢測中用到的P波和S波,記錄后站為YAJ臺)成功檢測出2020年5月9日發(fā)生的一次ML1.0地震事件(圖2b,記錄臺站為L5312臺),此次檢測的疊加最大互相關(guān)函數(shù)為0.54(圖2c),表明兩次地震事件的記錄波形具有一定的相似性(圖2d)。另外,需要指出的是由于YAJ臺、L5312臺記錄到的這兩次地震事件的P、S震相到時非常接近,故只選取振幅相對較大的S波(藍色波段)作為參考震相。
經(jīng)過Mamp;L方法檢測,共得到了2次地震序列、1 402次地震的發(fā)震時刻、震源位置及震級,包括198次模板地震事件自檢結(jié)果,其中一個模板地震事件發(fā)生在2020年12月2日23時59分42秒,處于相鄰2天的分界線,按日截取的模板地震事件波形不完整,因此未能成功自檢??紤]到被檢測地震事件數(shù)量有限以及后續(xù)研究需要,本文對1 402次被檢測地震事件進行人工復核(檢查被檢測地震事件的波形是否是真實地震事件波形)和P、S震相拾取,最終得到了1 340個檢測事件的2 343個P、S震相,事件數(shù)量是云南地震臺網(wǎng)地震目錄(199次)的6.7倍(圖3),完備震級(MC)由云南地震臺網(wǎng)目錄的ML0.7降低到本文最終獲得地震目錄的ML0.1。需要說明的是,由于鹽津周邊的臨時臺站記錄質(zhì)量和數(shù)據(jù)完整率均較差(如L5306等臨時臺自2020年8月以后就無波形數(shù)據(jù)記錄),導致將近占總地震數(shù)量一半(653次)的被檢測地震事件為單臺(即鹽津臺)記錄事件。此外,經(jīng)過復核的檢測事件數(shù)量與Mamp;L檢測事件數(shù)量誤差在5%以內(nèi),可見本文選取的檢測閾值(平均相關(guān)系數(shù)0.45和波形信噪比8.0)的準確性和可靠性。
2.2 基于波形互相關(guān)的雙差定位方法
雖然Mamp;L方法在檢測地震事件的同時能對被檢測地震事件進行相對定位,但其定位結(jié)果還存在一定局限性,主要體現(xiàn)在:①為了降低計算量,通常采用1 km或更低精度的網(wǎng)格搜索,導致其相對定位誤差精度較低;②該方法僅測量被檢測地震事件與模板事件的相對位置,相對多事件相對定位方法約束較差,導致相對定位可能存在一定的隨機偏差。為了獲得更加準確的震源位置,本文綜合云南地震臺網(wǎng)和昭通臺網(wǎng)提供的觀測報告以及基于Mamp;L方法和人工拾取P、S震相得到的觀測報告,采用聯(lián)合波形互相關(guān)的雙差地震定位方法對所有地震事件重新定位,以期得到更加準確可靠的震源位置、震源深度等參數(shù)。
人工拾取P、S震相受工作人員經(jīng)驗和波形質(zhì)量等因素影響而不可避免地存在一定誤差,利用波形互相關(guān)技術(shù)對人工拾取的P、S震相走時差進行校正,不僅能較好地減小震相拾取誤差以提高地震定位精度,還能增加參與地震定位的震相數(shù)據(jù),進而提高地震定位的可靠性(Waldhauser,Ellsworth,2000;Waldhauser,Schaff,2008;Zhang,Wen,2015;姜金鐘等,2016;王光明等,2018a,b;李姣等,2020)。鑒于云南地震臺網(wǎng)目錄和本文Mamp;L檢測目錄中地震事件的P、S震相走時均由人工拾取獲得,采用波形互相關(guān)技術(shù)對1 340次地震的P波和S波走時差分別進行計算分析,具體計算流程和參數(shù)選取與李姣等(2020)的方法相同。最終,獲得了互相關(guān)系數(shù)大于0.7的2 299條P波和5 824條S波走時差數(shù)據(jù)用于后續(xù)的雙差地震定位。
使用表2采用Mamp;L檢測所使用的速度模型進行雙差重定位。為了保證雙差定位的準確性和可靠性,選取震源距小于10 km的地震事件作為地震對,地震對之間最大距離為5 km,地震對與臺站之間的最大距離為300 km。由于本文最終獲得的地震觀測報告中有相當數(shù)量(1 047次)的地震事件被3個以下的臺站數(shù)記錄,因此本文設(shè)置的震相觀測數(shù)等參數(shù)較為寬松,即在雙差定位過程中設(shè)定地震對震相“鏈接”數(shù)量大于4時(至少有4條P、S震相走時差數(shù)據(jù))才被定義為“強鏈接”地震對,實際反演中只有“強鏈接”地震對才參與雙差定位,故有部分地震事件在定位過程中被舍棄。在定位過程中,對P、S震相走時差數(shù)據(jù)分別賦予1.0和0.5的權(quán)重,采用最小平方QR分解法(LSQR)進行兩輪共20次迭代反演,人工拾取觀測報告震相走時差均方根殘差(RMSCT)平均值由重定位前的189 ms下降為迭代后的34 ms,波形互相關(guān)走時差均方根殘差(RMSCC)平均值由重定位前的148 ms下降為迭代后的46 ms,并在第12次迭代反演開始穩(wěn)定(圖4),最終獲得了351次地震重定位后的震源位置。為評估重定位結(jié)果的不確定性,本文采用Bootstrapping方法(Hardebeck,2013;Jiang et al,2019;李姣等,2020)分析相對定位誤差,結(jié)果顯示在95%置信水平下定位誤差橢圓的東西、南北、垂直向定位誤差均值分別為1.2、2.0、2.3 km,定位結(jié)果具有較好穩(wěn)定性。
3 研究結(jié)果
地震目錄是地震活動性分析、地震預測和地震危險性評估的重要基礎(chǔ)資料(徐偉進,高孟潭,2014),其中基于更加完整地震目錄分析得到的b值等參數(shù)、更加準確的震源參數(shù)和地震活動時空特征是深入分析震源區(qū)構(gòu)造應(yīng)力特征、發(fā)震斷層判定及潛在地震危險性評估等工作的重要研究手段。本文利用由Mamp;L方法和雙差重定位得到的地震目錄和區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)等資料,對2020年1月—2021年2月鹽津地區(qū)兩次地震序列震源區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)、地震活動特征等問題進行探討分析。
3.1 鹽津地震序列統(tǒng)計關(guān)系
古登堡-里克特關(guān)系式(G-R關(guān)系式)描述地震數(shù)量隨震級變化的關(guān)系:
log10N=a-bM""" (1)
式中:M表示震級;N表示震級大于等于M的累計地震數(shù)量;a表示背景地震活動性;b表示大地震和小地震之間的相對比率。在巖石變形實驗中發(fā)現(xiàn),不同類型的斷層(Schorlemmer et al,2005)和巖石的應(yīng)力狀態(tài)(Scholz,1968)會導致b值的變化,大量地震學觀測也表明破壞性地震成核、破裂前震源區(qū)的b值通常要明顯小于地震發(fā)生后的b值(Gulia,Wiemer,2019)。因此,b值大小對于理解震源區(qū)在主震前后的應(yīng)力演化、區(qū)域相對應(yīng)力狀態(tài)等問題具有重要意義(黃亦磊等,2016;Zhang,Zhou,2016;劉雁冰,裴順平,2017)。
完整的地震目錄對準確評估b值至關(guān)重要,本文首先采用最大曲率法評估了云南地震臺網(wǎng)(YSN)地震目錄和Mamp;L方法檢測目錄的完備震級MC,然后基于兩種地震目錄分別采用最小二乘法擬合了2020年1月—2021年2月研究區(qū)的b值(圖5)。分析結(jié)果表明相對于云南地震臺網(wǎng)ML0.7的完備震級,本文利用Mamp;L方法得到的地震目錄完備震級降低到ML0.1左右,而擬合的b值由0.7左右升高到0.8左右,一方面說明經(jīng)過Mamp;L方法檢測后MLlt;1.0微小地震的比例有所增加,另一方面基于兩種目錄得到的b值大小與李濤等(2010)利用1970—2009年的地震目錄獲得的b值(0.75左右)較為一致,相對較低的b值可能反映了該地區(qū)具有較高的應(yīng)力狀態(tài)。
3.2 區(qū)域地震活動時空分布特征
豐富的地震目錄是判定地震序列類型、探究地震序列時空演化特征的基本前提。云南地震臺網(wǎng)提供的地震目錄和本文利用Mamp;L方法獲得的地震目錄均顯示2020年1—8月研究區(qū)的背景地震活動較為平靜,月平均發(fā)震頻次不超過10次且沒有出現(xiàn)明顯的地震活動加速現(xiàn)象(圖6a)。但在兩次地震序列活動期間,利用Mamp;L方法獲得的地震數(shù)量明顯多于云南地震臺網(wǎng)目錄中的地震事件數(shù)量(圖6a),表明基于模板事件波形互相關(guān)的Mamp;L方法可以有效檢測、定位地震序列中震級更低、波形信噪比較低的微震事件。
根據(jù)Mamp;L地震目錄,可將該地區(qū)的地震活動初步分為兩個時間階段:第一階段是2020年9月29日發(fā)生ML3.2地震后至2021年1月23日發(fā)生ML5.2地震之前,該區(qū)域地震活動開始顯著增強,且在ML3.2地震之后1個月內(nèi)陸續(xù)發(fā)生了多次ML3.0以上的地震事件(圖6b),ML3.9地震后區(qū)域地震活動逐漸衰減;第二階段是2021年1月23日ML5.2地震后至2021年2月7日,發(fā)生的地震事件數(shù)量相對第一階段明顯較少,且自ML5.2地震后沒有較大余震事件發(fā)生,后續(xù)最大地震事件為2021年1月31日發(fā)生的一次ML2.2地震,兩者震級相差達3.0(圖6c)。
地震震源位置的空間展布是勾畫發(fā)震斷層幾何形態(tài)(包含走向和傾角等參數(shù))的重要依據(jù)。對比云南地震臺網(wǎng)地震目錄(圖7a)和雙差重定位結(jié)果(圖7b)中相同地震事件的震中分布可知,經(jīng)過對Mamp;L地震目錄進行雙差重定位之后研究區(qū)內(nèi)絕大部分地震事件主要沿兩條不同走向的斷裂分布(圖7b):一條為NNW走向、傾角約為75°的鹽津—筠連斷裂(圖7b中F3斷層及圖7c),雙差定位結(jié)果顯示研究區(qū)發(fā)生的ML≥3.0的地震均發(fā)生在此斷裂附近;另一條為走向近SN向、斷層線與鹽津—筠連斷裂呈約30°夾角且傾角約為50°的未標注斷層(圖7d,下文以“隱伏斷層”代指),少數(shù)震級較小的地震事件發(fā)生在該斷層附近。此外,雙差重定位結(jié)果顯示除兩條較為明顯的斷層之外,研究區(qū)似乎還存在一條近EW向的小斷層(圖7b),但由于在該局部區(qū)域參與和成功重定位的地震數(shù)量較少,還有待進一步研究分析以得到關(guān)于該斷層更加準確可靠的結(jié)論。
為了進一步確認發(fā)生于2020年9月和2021年1月的兩次地震序列的發(fā)震斷層,本文分別基于Mamp;L地震目錄和雙差重定位結(jié)果,繪制了研究區(qū)第一發(fā)震階段(2020年9月29日—2021年1月22日,紅色圓圈)和第二發(fā)震階段(2021年1月22日—2月7日,藍色圓圈)的地震事件(圖8)。結(jié)果顯示第一階段的地震(包括4次MLgt;3.0地震事件)基本發(fā)生在NNW走向的鹽津—筠連斷層附近(以下稱A區(qū)域),而隨著最大的ML5.2地震的發(fā)生,后續(xù)的余震事件則基本發(fā)生在走向近SN向的隱伏斷層附近(以下稱B區(qū)域)。從時間和空間維度上再次證明了研究區(qū)內(nèi)存在兩條不同走向和傾角的發(fā)震斷層。此外,我們分別計算了A、B兩區(qū)的b值,A區(qū)域b值較低,約為0.85,B區(qū)域b值較高,約為0.99。根據(jù)本文獲得研究區(qū)兩個階段的地震活動的時空分布,初步分析認為可能是由于A區(qū)域較高的局部應(yīng)力導致了2020年9月開始發(fā)生的大量中小地震活動,進而加速了斷層B區(qū)域上的ML5.2地震的成核、破裂,并引發(fā)了近南北向斷層上后續(xù)數(shù)量較少的余震事件。
4 討論
不同研究者根據(jù)研究重點的不同對地震序列類型的命名及劃分也有所差異,蔣海昆等(2006,2015)基于震級差的序列分類思路,依據(jù)主震與2021)from the Mamp;L catalogue(a)and DD relocation catalogue(b)地震序列中最大余震之間的震級差ΔM值進行序列類型劃分:①當ΔM≥2.5且余震次數(shù)較少時,序列類型為孤立型;②當0.6≤ΔMlt;2.5時,序列類型為主余型;③當ΔMlt;0.6時,序列類型為多震型(包括雙震型和震群型)。根據(jù)本文獲得的Mamp;L地震目錄及雙差重定位結(jié)果可以推斷,2020年9月—2021年1月鹽津地區(qū)發(fā)生了兩種不同類型的地震序列,即2020年9月29日、10月21日的4次MLgt;3.0地震事件(表1)及其后續(xù)數(shù)量較多的余震事件構(gòu)成了一個最大震級為ML3.9的震群型地震序列,初步推測其發(fā)震構(gòu)造應(yīng)為該地區(qū)的鹽津—筠連斷裂;而2021年1月23日的ML5.2地震及其后續(xù)數(shù)量較少的余震事件(震級差ΔM=3.0,圖6c和圖7)則可能是一次發(fā)生在近SN走向的隱伏斷層上的孤立型地震序列。
需要指出的是,本文的研究時段截止時間為ML5.2地震后15 d,此時ML5.2地震序列的余震活動尚未完全平息,考慮到后續(xù)可能會有較強的余震事件發(fā)生,因此該時間尺度可能不足以準確判定ML5.2地震的序列類型。為此,根據(jù)云南地震臺網(wǎng)提供的2021年2月—2022年2月的正式地震目錄數(shù)據(jù),搜索在研究區(qū)發(fā)生的所有ML≥2.0地震事件(表3)。結(jié)果表明在ML5.2地震發(fā)生之后的1年內(nèi)ML≥2.0地震事件仍然分別發(fā)生在A、B兩個區(qū)域,且在B區(qū)的最大余震事件為2021年12月5日發(fā)生的ML2.5地震,與主震震級相差達2.7級,因此綜合本文及后續(xù)的余震發(fā)展情況可以判定在B區(qū)發(fā)生的ML5.2地震及其余震事件可能確實是一次孤立型地震序列。
1970年以來的地震記錄表明,云南地區(qū)發(fā)生的地震序列類型以主余型為主,多震型次之,而很少發(fā)生孤立型地震序列,研究表明不同地震序列類型的發(fā)震機理與區(qū)域構(gòu)造運動形式和深部介質(zhì)環(huán)境等因素有一定關(guān)系(蔣海昆等,2006)。本文通過精確地震定位發(fā)現(xiàn)了在鹽津地區(qū)前后發(fā)生的孤立型和多震型序列,表明ML5.2地震發(fā)震構(gòu)造可能是一段比較完整的凹凸體(其空間尺度大約為5 km),地震發(fā)生后破裂得比較充分。而發(fā)生ML3.9震群型地震序列的鹽津—筠連斷裂則可能存在尺度不等、較為分散的凹凸體,一方面說明了該地區(qū)復雜的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境,不能排除將來在附近區(qū)域發(fā)生同等或更大級別的破壞性地震;另一方面表明地震發(fā)震機理的復雜性,有必要采用地震檢測與定位等方法對地震序列進行深入研究,明確其發(fā)震機理和地震活動特征。
早期學界更多關(guān)注主要活動斷層上發(fā)生的破壞性大地震,但近年來的觀測實踐表明還有相當數(shù)量的中強地震發(fā)生在盲斷層或者未引起重視的斷層上,這些地震的發(fā)生也可能會造成嚴重的人員財產(chǎn)損失,而此類地震發(fā)震頻次更高、分布更廣,針對此類地震的研究有利于深入認識發(fā)震機理、探索強震孕震環(huán)境等科學問題。本文利用基于模板波形的Mamp;L方法和基于波形互相關(guān)分析的雙差地震定位方法獲得了2020年1月—2021年2月鹽津地區(qū)數(shù)量更加豐富、震源參數(shù)更加精確的地震目錄,相對于云南地震臺網(wǎng)目錄可以更加清晰地勾畫區(qū)域發(fā)震斷層的精細結(jié)構(gòu),同時可以補充由于沒有斷層出露而未進行地質(zhì)調(diào)查、記錄的斷層信息,更好地豐富區(qū)域地震災(zāi)害風險評估等工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
5 結(jié)論
基于云南和周邊區(qū)域地震臺網(wǎng)記錄到的鹽津地區(qū)的地震目錄及連續(xù)波形,本文采用匹配定位方法獲得了2020年1月—2021年2月鹽津地區(qū)更加完整的地震目錄,并利用聯(lián)合波形互相關(guān)的雙差地震定位方法獲得了記錄質(zhì)量較好的地震事件震源位置,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造等資料,得出以下主要結(jié)論:
(1)本文獲得了研究區(qū)1 340次地震的地震目錄,地震事件數(shù)量約為云南臺網(wǎng)目錄中的6.7倍,并利用雙差定位方法得到其中351次地震更加精確的震源位置,微震檢測及雙差重定位結(jié)果表明這些地震發(fā)生在兩條夾角約為30°的斷層上,其中ML5.2地震發(fā)生于走向近SN向、傾角約50°的隱伏斷層。
(2)研究區(qū)地震事件主要可分為兩次不同類型的地震序列活動,即2020年9月29日、10月21日的4次MLgt;3.0地震事件及其后續(xù)余震事件構(gòu)成的一個最大震級為ML3.9震群型的地震序列;2021年1月23日ML5.2地震及其后續(xù)數(shù)量較少的余震事件構(gòu)成的一次孤立型地震序列。
(3)在較短時間尺度內(nèi)在兩條空間距離很近的斷層上先后發(fā)生了兩種不同類型的地震序列,表明了鹽津地區(qū)復雜的構(gòu)造地質(zhì)條件以及斷層不同的孕震環(huán)境(引起地震的凹凸體尺寸和空間分布等特征),初步推測ML3.9震群型地震序列的發(fā)生可能為ML5.2地震所在的另一條斷層上的凹凸體的破裂提供了有利條件。
限于臺站密度、觀測數(shù)據(jù)時段和區(qū)域臺站的記錄質(zhì)量,關(guān)于該區(qū)域發(fā)震斷層更加精細的結(jié)構(gòu)和ML5.2地震成核、破裂過程等科學問題還有待積累更加豐富的記錄資料進行深入研究。
本文圖件主要用GMT6軟件繪制完成,地震波形數(shù)據(jù)處理主要由Seismic Analysis Code(SAC)軟件包完成,張淼博士提供了 MatchLocate2 程序包,常祖峰研究員提供了鹽津地區(qū)斷層數(shù)據(jù),云南地震臺信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)部為本文的數(shù)據(jù)提供了存儲和計算環(huán)境,云南地震臺數(shù)據(jù)產(chǎn)品部、云南省地震災(zāi)害綜合風險普查項目組和昭通市防震減災(zāi)局為本文提供了觀測報告和地震波形數(shù)據(jù),在此深表謝意。
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Analysis of the Seismicity of Two Types of Earthquake Sequences
in Yanjin,Yunnan
ZHANG Yan1,2,JIANG Jinzhong1,2,WANG Guangming1,2,
ZHANG Shuai1,2,HE Deqiang3,ZHOU Qingyun1,2
(1.Yunnan Earthquake Agency,Kunming 650224,Yunnan,China)
(2.Kunming Institute of Earthquake Prediction,China Earthquake Administration,Kunming 650224,Yunnan,China)
(3.Zhaotong Earthquake Preparedness and Disaster Reduction Agency,Zhaotong 657000,Yunnan,China)
Abstract
Based on the catalogue and waveforms of moderate- and small-earthquakes occurring in Yanjin area during September 2020 to January 2021,we use the Match and Locate(Mamp;L)method to detect and locate weak events.A total of 1 340 events are detected by the Mamp;L method,which are about 6.7 times the number of events listed in the Yunnan Seismic Networks Catalogue.We then obtain refined hypocenters of 351 detected earthquakes by simultaneously using P and S travel times and waveform cross-correlation data in the double-difference relocation algorithm.We also investigate the spatial-temporal characteristics of the detected earthquakes after double-difference relocation.Our results indicate that the moderate- and small-earthquakes occurring in Yanjin area during September 2020 to January 2021 could be categorized as two different types earthquake sequences:the ML3.9 swarm mainshock type,and the ML5.2 isolated earthquake.These two types of earthquake sequences occurred along two different faults with different strike and dip angles.The ML3.9 swam sequence occurred on the Yanjin-Junlian fault with a strike of NNW direction and dip angle of about 75°,and the ML5.2 isolated sequence occurred on a blind fault with a strike of near NS direction and a dip angle of about 50°.
Keywords:Yanjin area;earthquake detection;the Match and Locate method;the double-difference relocation;earthquake sequence;seismogenic structure