2018年云南通海MS5.0地震序列重定位及发震构造讨论*

2018-11-23王光明刘自凤赵小艳樊文杰李永莉彭关灵

地震研究 2018年4期

王光明，刘自凤，赵小艳，樊文杰，李永莉，彭关灵，孙楠

(云南省地震局，云南昆明 650224)

0 引言

2018年8月13日1时44分，云南省玉溪市通海县(24.19°N，102.71°E)发生MS5.0地震，震源深度7 km。8月14日3时50分，该地再次发生MS5.0地震，震源深度6 km。

历史地震记录显示，以通海MS5.0地震震中为圆心，半径50 km范围内共发生过13组(15次)M≥5.0地震，其中M5.0～5.9地震9次，M6.0～6.9地震4次，M7.0～7.9地震2次，最大地震为1970年1月5日的通海M7.8地震，本次地震位于1970年通海M7.8地震震源区内。历史地震统计表明，通海地区是一个较为活跃的强震区(闻学泽等，2011)，该地区位于川滇菱形块体东南端，小江断裂带和曲江—石屏断裂带的多条分支断裂交叉分布，复杂的地质构造可能是造成该地区中强震多发的原因。

2018年通海MS5.0地震震源区内地质构造复杂，发育有NW向和NE向的2组断裂，主要断裂为主震震中北部的玉江断裂、明星—二街断裂、九村—路居断裂和青龙街—西冲断裂，复杂的地质构造增加了确定发震断裂的难度。而且云南数字地震台网的初始定位结果显示通海MS5.0地震序列震中分布在长约6 km、宽约5 km的矩形区域，无明显优势分布方向。仅从上述资料分析，NW向的玉江断裂和NE向的明星—二街断裂均有可能是本次地震的发震断裂。

地震序列重定位能够提供高精度的相对位置信息，是判断断层地下破裂情况、确定发震断层和分析地震的发震机理的重要参考(徐甫坤等，2014)。本文采用快报观测报告，结合双差定位方法对2018年通海MS5.0地震序列进行重定位，同时使用Seis_CAP软件和改进的格点尝试法计算2次主震的震源机制解，综合重定位后的地震序列空间分布、主震震源机制解和地质资料分析此次地震的发震构造。

1 数据选取和研究方法

1.1 台站分布和数据提取

2018年通海MS5.0地震发生后，云南省地震局在震源区架设了由3套流动测震仪组成的小孔径流动数字台网，分别为右所营台、梅子铺台和大海洽台。结合云南数字地震台网原有的固定台站，在震区形成了密集且包围较好的观测台网(共23个台站)(图1)，为重定位和震源机制解计算提供了丰富的地震事件波形和观测报告数据。

图1 通海MS5.0地震周边台站和断层分布

本文所使用的观测报告数据来源于全国编目网，属于快报观测报告。观测报告的时间为2018年8月13—15日，空间范围为(24°～24.5°N，102.5°～103°E)，震级范围-1～8级，深度范围为0～50 km。观测报告中存在由不同台网定位的相同的地震事件，因此需要人工剔除重复定位的地震事件，剔除后共获得614次地震事件。其中，M<1.0地震351次，M1.0～1.9地震211次，M2.0～2.9地震41次，M3.0～3.9地震8次，M4.0～4.9地震1次，M5.0～5.9地震2次。

通海地震序列原始定位结果如图2所示，地震序列的震中分布在长约6 km和宽约5 km的矩形区域内，2次主震位于整个地震序列的两侧边缘位置，距离相对较远，整个地震序列无明确的优势分布方向。由于震源区发育有NW和NE向2组断裂，仅通过台网定位的震中分布图和地质资料无法判断此次地震的发震构造。地震序列深度剖面显示，通海地震序列深度方向的优势分布范围为3～18 km。

图2 通海MS5.0地震序列原始定位震中分布图(a)和沿AA′(b)和BB′(c)深度剖面Fig.2 Initial epicenter distribution(a)and depth profiles along AA′(b)and BB′(c)of Tonghai MS5.0 earthquake sequence

1.2 研究方法和速度模型

本文采用双差定位方法(Waldhauser，Ellsworth，2000)对通海地震序列进行重定位。双差定位方法是在主事件定位法的基础上发展起来的定位方法，其主要思想为将一丛地震按照一定的规则两两成对，使用相邻地震事件相对于同一台站的观测走时差与理论走时差之差(双差)来确定震源位置(杨智娴等，2003)。相比于其他定位方法，双差定位方法具有以下优点：①不需要主事件，对于反演震群的空间跨度没有限制；②可以消除震源与台站之间由于速度模型不确定所产生的误差，有效地降低由于对地壳速度结构了解不够精确引起的误差；③地震丛内的地震事件两两约束，能够有效地提高地震定位的精度。双差定位方法提出后在国内外获得了广泛的应用(杨智娴等，2003；Hauksson，Shearer，2005；黄媛，2008；Waldhauser，Schaff，2008；陈晨，胥颐，2013；王未来等，2014；叶庆东等，2017，李涛等，2018；李丹宁等，2017)。

双差定位方法虽然极大地减小了地壳速度模型不精确引起的重定位误差，但是并没有完全消除速度模型误差的影响(黄媛，2008)。Michelini和Lomax(2004)认为双差定位方法对研究区域速度模型变化比较敏感。因此，提供准确精细的研究区域的地壳速度模型对双差定位方法是必要的。本文参考天然地震(王椿镛等，2002；何正勤等，2004)和人工地震测深的研究结果(胡鸿翔等，1986；尹周勋等，1987；熊绍柏等，1993)，构建了通海地区的一维速度结构模型(表1)，李永华等(2009)的接收函数反演结果表明该地区的波速比vP/vS为1.72。

表1 通海震源区速度模型

为检查震相走时数据的可靠性，本文使用表1速度模型计算了理论震相走时，如图3所示。图中可以清晰地区分P波和S波震相的走时曲线，并且震相的离散度小，表明本文所使用的观测报告中震相数据的可靠性较高。观测走时曲线和理论走时曲线在200 km之后出现偏差，说明此速度模型不适用于震中距200 km以上的震相数据。另外，震相-震中距统计(图4)表明本次地震震相记录主要集中在震中距200 km以内，因此本文选取200 km以内的震相数据对地震序列重新定位。

由于地震序列中记录的地震事件较少，为获得较多的重定位结果，本文将观测报告预处理程序(ph2dt)中的MINLNK和MINOBS均设为6。最终共有501次地震事件成群，用于重定位的P波震相对共有28 790条，S波震相对共有26 229条。

图3 通海地震序列震相走时曲线

图4 通海地震序列震相—震中距统计图

2 通海地震序列重定位

选用LSQR算法对通海地震序列进行重定位，最终获得481次地震的震源位置信息。重定位后地震序列NS向平均误差为40.2 m，EW向平均误差为43.8 m，深度误差为66.5 m。重定位后通海地震序列空间分布如图5所示，图中AA′和BB′为辅助线，互相垂直。震中分布(图5a)显示通海地震序列以AA′为中心向内紧缩，呈NE-SW向条带状分布；深度剖面(图5b，c)显示地震序列优势分布范围为3～12 km，与初始定位结果相比更加集中，余震序列在AA′剖面上约5 km的宽度内均匀分布，而在BB′剖面上集中分布在一条近垂直向的条带内。重定位后2次主震的震中位置分别为(24.188°N，102.726°E)和(24.191°N，102.725°E)，分布在整个序列东北部中心，震源深度分别为11.08 km和9.24 km，重定位后2次主震震中之间的距离有所拉近。根据上述现象，推测2次主震可能发生在同一条断层上，主震发生在地震序列的底部，余震序列逐渐向上扩展。

图5 重定位后通海MS5.0地震序列的震中分布图(a)和沿AA′(b)和BB′(c)深度剖面Fig.5 Epicenter distribution(a)and depth profiles along AA′(b)and BB′(c)of relocated Tonghai MS5.0 earthquake sequence

为进一步分析通海2次主震的关系，分别绘制了8月14日MS5.0地震发生前后通海地震序列空间分布图(图6，7)。8月14日MS5.0地震发生前，通海地震序列震中位置呈NE—SW向分布，并且以AA′为中心(图6a)，优势深度分布范围为6～12 km(图6b，c)；8月14日MS5.0地震发生后，通海地震序列震中位置的展布方向不变，但整体向NW方向移动约0.5 km(图7a)，优势深度分布范围为3～11 km(图7b，c)。8月14日MS5.0地震前后BB′深度剖面地震序列分布方向无变化。8月14日MS5.0地震发生前后通海地震序列空间分布表明，8月13日MS5.0地震发生后，余震发生在主震周围，断层在较深的位置破裂，8月14日MS5.0地震发生后，余震逐渐向地表迁移，断层破裂向浅层传播。余震序列震中位置整体向NW向移动，表明此次地震的发震断裂倾向为ES向。根据上述现象推测，8月13日MS5.0地震发生后，震源区积累的能量并未完全释放，余震沿断层面向上扩展时可能受到上方障碍体阻挡，导致在统一的区域应力场作用下于25 h之后再次发生MS5.0地震。

图6 8月14日MS5.0地震发生前通海地震序列震中分布图(a)和沿AA′(b)和BB′(c)深度剖面Fig.6 Epicenter distribution(a)and depth profiles along AA′(b)and BB′(c)of relocated Tonghai MS5.0 earthquake sequence before the MS5.0 earthquake on Aug.14，2018

图7 8月14日MS5.0地震发生后通海地震序列震中分布图(a)和沿AA′(b)和BB′(c)深度剖面Fig.7 Epicenter distribution(a)and depth profiles along AA′(b)and BB′(c)of relocated Tonghai MS5.0 earthquake sequence after the MS5.0 earthquake on Aug.14，2018

3 震源机制解

利用云南测震台网记录到的波形数据，采用赵翠萍等开发的Seis_CAP软件计算通海地震的震源机制解，该软件基于Zhao和Helmberger(1994)以及Zhu和Helmberger(1996)提出的CAP波形反演方法开发。CAP方法将宽频带数字地震记录分为体波部分(Pnl)和面波部分，分别计算它们的合成波形与真实记录的误差函数，在相关参数空间中搜索最佳矩张量解。反演过程中，采用表1所示的通海地区速度模型。为保证震源机制解的可靠性，本文选用距离震中200 km以内、信噪比大于10 dB的台站，同时确保参与反演的台站方位角分布比较均匀，设定走向、倾角和滑动角的网格搜索步长为5°。为确保震源机制解反演结果的正确性，本文同时使用改进的格点尝试法求解P波初动震源机制解(俞春泉等，2009)。

Seis_CAP程序计算的2次通海主震的波形拟合图及反演误差随深度变化如图8，9所示，2次主震的最佳拟合深度分别为8.1和6.4 km，相比于重定位结果分别浅了2.98和2.74 km。分析认为造成上述差异的原因主要有2点：①双差定位方法为相对定位方法，反演的是2次主震相对于震群中心的位置，震群绝对位置依赖于台网定位精度，而震源机制解反演的是2次主震的绝对位置；②双差定位方法使用P，S波震相到时信息反演地震的初始破裂位置，而CAP方法使用波形的体波和面波信息反演地震的矩心位置(张广伟等，2014)。尽管重定位和震源机制解反演的主震震源深度存在差异，但是2种方法所得到的震源深度均表明8月13日MS5.0地震震源深度较深，而8月14日MS5.0地震震源深度较浅。

表2和表3分别给出了使用Seis_CAP程序和改进的格点尝试法求解得到的通海2次主震的震源机制解。从中可以看出，2次主震的震源机制解节面走向和倾角结果相似，表明本文震源机制解的计算结果可靠性较高。震源机制解计算结果显示，2次主震均为走滑型地震，重定位后地震序列的空间分布特征与2次主震震源机制解的NE向节面相吻合，因此推测NE向节面为2次主震的主断层面。

表3 改进的格点尝试法求解得到的2次通海主震震源机制解

4 讨论

2018年通海地震震中附近主要发育有NW向和NE向的2组断裂，其中NE向的明星—二街断裂、九村—路居断裂、青龙街—西冲断裂均为小江断裂南段分支。玉江断裂为晚更新世活动断裂，长约55 km，走向310°，倾向NE或SW，倾角50°～70°。明星—二街断裂为全新世活动断裂，长约78 km，总体走向15°左右，倾向SE，倾角较陡，达70°左右。九村—路居断裂为全新世活动断裂，长约65 km。总体走向10°左右，倾向NW，倾角较陡，达70°以上。沿断裂发育宽10～20 m的断层破碎带。青龙街—西冲断裂为全新世活动断裂，长约50 km，总体走向20°左右，倾向NW或SE，倾角较陡。上述断裂中，距离通海地震震中最近的为玉江断裂和明星—二街断裂。

通海地震序列重定位后的空间分布显示，地震序列震中优势分布方向为NE向；地震序列在AA′深度剖面(AA′以主震为中心，北偏东35°)分布较宽，无明显趋势；地震序列在BB′深度剖面(BB′以主震为中心，与AA′垂直)集中分布在较窄的区域内，形成约80°的倾角，倾向ES。根据通海地震序列重定位后的空间分布推测，此次地震的发震构造为走向约为北偏东35°的断裂，倾角约为80°，倾向ES。

通海地震震源机制解计算结果表明2次主震均为走滑型，结合地震序列的空间分布，我们认为震源机制解NE向节面是2次地震的主断层面。综合分析重定位后地震序列空间分布、主震震源机制解和地质资料，认为小江断裂带中南段西支的明星—二街断裂或与其平行的隐伏断裂可能是此次地震的发震断裂。