甘肃积石山6.2级地震序列重定位及分析

摘要：利用甘肃数字地震台、预警台、流动台三网数据，对2023年12月18日甘肃省积石山6.2级地震余震序列进行震相分析，并采用双差定位法和遗传算法对序列进行重定位。截至2024年1月10日，共分析余震约600个，Pg和Sg震相约15 000条，较同期测震台网增加震相4 000多条。重定位中，双差方法得到的地震数目为余震总数的70%；在此基础上，使用遗传算法对速度和震源位置进行联合反演，要求每个地震至少有3个台站的震相记录，共使用4 828条Sg波和Pg波到时差数据，最终获得余震序列中577个地震的重定位结果，测得主震震源深度为15.2 km。结果显示，余震震中主要沿地表破裂走向分布，其深部近似呈对冲断层形态分布，在空间上余震展布存在明显的边界，可能存在滑脱面。重定位结果可为认识该区复杂的断裂活动及构造背景提供参考依据。

关键词：积石山地震; 地震定位; 双差定位法; 遗传算法

中图分类号： P315.2文献标志码：A文章编号： 1000-0844（2024）04-0918-06

DOI：10.20000/j.1000-0844.20240202004

Relocation and analysis of the Jishishan MS6.2

earthquake sequence in Gansu ProvinceJU Huichao ZHANG Yuansheng QIN Manzhong LIU Baiyun YIN Xinxin GAO Peng JIAO Yuyuan DU Jianqing SUN Changqing PU Ju ZHANG Weidong WAN Wenqi

（1. Gansu Lanzhou Geophysics National Observation and Research Station， Lanzhou 730000， Gansu， China;

2. Gansu Earthquake Agency， Lanzhou 730000， Gansu， China）Abstract：

Leveraging the data recorded by the Gansu digital seismic， early warning， and moving stations， we analyzed the seismic phases of the aftershock sequence of the Jishishan MS6.2 earthquake. Subsequently， employing the double-difference location method and a genetic algorithm， it relocated the analyzed sequence. Accordingly， until January 10， 2024， we analyzed approximately 600 aftershocks and 15 000 Pg and Sg phases， marking an excess of gt;4 000 seismic phases over those analyzed by the seismic network during the same period. During relocation， the double-difference location algorithm recorded earthquakes amounting to 70% of the total number of aftershocks. Considerably， a joint inversion of the velocity and focal location was conducted using the genetic algorithm， requiring the phases of each earthquake to be recorded by at least three stations. Finally， the relocation results of 577 earthquakes in the aftershock sequence were obtained based on arrival time differences between 4 828 Sg and Pg waves. Moreover， the focal depth of the main shock was measured to be 15.2 km. Results revealed that the epicenters of aftershocks were predominantly distributed along the surface rupture trend， while a thrust fault appeared within the deep section. The distribution of aftershocks in space presented a distinct boundary， indicating the possibility of a detached surface. Overall， these relocation results offer insights into the complex fault activity and tectonic background of this area.

Keywords：

Jishishan earthquake; earthquake location; double-difference earthquake location; genetic algorithm

0引言

根据中国地震台网中心测定，2023年12月18日23时59分30秒在甘肃省临夏州积石山县（102.79°E，35.70°N）发生6.2级地震，震源深度10 km。此次地震破坏性强，引起了强烈的地面震动，造成了比较严重的山体崩塌和滑坡，灾害损失大，伤亡人数多。应急管理部发布的甘肃积石山6.2级地震最大烈度为Ⅷ度（https：//www.mem.gov.cn/xw/yjglbgzdt/202312/t20231222_472849.shtml）。震中所在区域位于甘东南地区，处在祁连山地震带和南北地震带北段的复合部位，是青藏高原东北缘的一个重要组成区域（图1）［1-2］。受到欧亚板块与印度板块的长期挤压作用，该区构造活动强烈，发育有一系列深大断裂，如拉脊山断裂、倒淌河—临夏断裂、庄浪河断裂、西秦岭北缘断裂、临潭—宕昌断裂、光盖山—迭山断裂、雪山断裂和贵德断裂等。

震后甘肃省地震局组织相关人员迅速赶赴地震现场，布设了13个由短周期地震仪、宽频带地震仪、强震仪等组成的流动数字地震台，最近台站距离震中约7 km。本研究利用台网数据，对积石山6.2级地震序列进行震相分析，并采用双差定位法和遗传算法［3-5］对地震序列进行重定位，获得该地震序列较精细的分布图像，分析探讨区域地震活动的空间分布特征以及震源区的结构特征。

1数据与方法

1.1数据资料

研究数据来源于甘肃数字地震台、预警台、流动台等三网数据。甘肃数字地震台网记录台站距离震中最近约33 km，预警台网台站距离震中最近约2 km。三网数据合并后，共选取21个台站，其中预警台站13个，选取台站的分布对震中有较好的包络。对甘肃数字地震台产出的余震目录重新进行震相到时读取，数据分析时采用人工读取台站震相数据的方法。截至2024年1月10日，共读取至少有3个台站同时记录到的Pg、Sg震相约15 000条，地震事件约600个，S-P震相记录数4 828条；平均每个地震有8个台站记录，其中M3.0及以上地震14个，最大余震震级M4.1，大部分余震在M1.0以下。

初始速度模型是根据穿过震区的一条人工地震剖面（马尔康—碌曲—古浪剖面）建立的一维速度模型（表1）。该探测剖面自南向北相继穿过了松潘—甘孜块体、阿尼玛卿断裂带东段和祁连褶皱系东端，终止于阿拉善块体南缘［6］。

本文反演区域为34.9°～36.5°N，102.0°～103.5°E。经过多次试验，最终确定反演模型网格数为3×4×10，网格大小不等，边缘位置较大。网格尺度为：沿X轴方向（经度增加的方向）长度分别为65、10、62.1 km，沿Y轴方向（纬度增加的方向）长度分别为85、10、10、72.6 km，沿Z轴方向（深度方向）长度分别为 2、2、2、2、2、4、6、4、6、20 km。

1.2研究方法

本研究采用双差定位法和遗传算法进行数据处理。双差定位是利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）来反演震源位置［7］。遗传算法使用天然地震的直达波Pg、Sg，反射波Pm、Sm，以及首波Pn、Sn等震相到时资料进行计算，并联合人工地震测深资料进行约束［3，5，8］。遗传算法是一种非线性的随机全局搜索算法，它利用观测数据拟合模型参数以发展新的模型，所依据的是适者生存原理［4］。在每一次迭代过程中，每个模型的目标函数值被用于控制可能性，单个参数的特征将被“遗传”到下一代模型中去。每次迭代均以一种类似于适者生存的方式进行，较好的模型“存活”并“繁殖”，而较差的模型将被淘汰，直至得到一个最优模型。遗传算法主要通过“繁殖”“交配”“变异”三个步骤循环，最终优选出最佳的震中位置［1，3］。遗传算法使用的模型为水平分层网格模型，每个水平层被分为若干个立方块，块体内速度相同，层内和不同层之间进行网格插值。

本研究首先使用双差定位法进行重定位，以提高定位精度；在此基础上进行反演计算，获得较好的三维速度模型；最后，将原始数据中未使用的数据也加入到反演计算中，得到全部的地震定位结果。

2重定位结果

利用双差定位法与遗传算法相结合，对积石山地震及其余震进行重新定位。每个模型块均有多条射线穿过，经过精度达0.15 s的迭代，得到577个地震的重定位结果（图2）。主震震中位于青藏高原东北缘拉脊山北缘断裂南东段的大河家断裂（F1）附近。余震序列震中沿NW方向展布，总长约16 km;90%的余震分布在宽度10 km的区域内，集中在大河家断裂（F1）和积石山西缘断裂（F4）之间，基本沿断裂走向分布。北段余震相对较少，大部分余震集中在南段，特别是在大河家断裂（F1）和积石峡断裂（F3）之间，说明这是受区域构造应力挤压最强烈的部位。ML3.0以上地震集中分布在赵木川断裂（F2）附近，呈线性排列。为了更直观地了解地震的震源深度分布，以2 km为统计间隔对不同震源深度的地震进行定量统计，得到深度-频度统计直方图（图3）。由图3可以看出，重定位后震源深度4 km以上和20 km以下的地震减少，优势分布深度为4～20 km，地震较明显集中在10～12 km和14～16 km深度层。

拉脊山断裂带由拉脊山北缘断裂和拉脊山南缘断裂两条向NE凸出的弧形挤压逆冲断裂带构成［2］。它是一条形成于加里东期的古老断裂带，经历过多期强烈的构造变动，是一个反映多阶段构造抬升的构造窗［9］，断裂性质以挤压逆冲为主，略具走滑分量［2，10-11］。袁道阳等［2］研究认为，拉脊山断裂是一个介于NNW向热水—日月山右旋走滑断裂带与NWW向西秦岭北缘左旋走滑断裂带之间的大型挤压构造区和构造转换带，起到调节两组断裂之间应力-应变关系的作用，因此，认为该地区既能反映构造变形，又能反映地震活动，是一个地震构造窗（图1）。

为了分析地震序列与断裂构造的关系，研究断裂深部展布形态，沿垂直于断裂方向进行地震深度剖面投影，给出了4条震源深度剖面AA′、BB′、CC′和DD′（图2中紫色线所示）。AA′起点为（35.75°N，102.52°E），终点为（35.90°N，103.02°E），投影宽度为10 km;BB′起点为（35.70°N，102.55°E），终点为（35.85°N，103.05°E），投影宽度为6 km;CC′起点为（35.67°N，102.56°E），终点为（35.82°N，103.04°E），投影宽度为6 km;DD′起点为（35.65°N，102.57°E），终点为（35.80°N，103.07°E），投影宽度为8 km。从震源深度剖面图（图4）可以看出，余震主要分布在主震上方，震源深度随着时间由浅变深，主要集中在断裂上盘或对冲区。在剖面中余震深部展布存在左边界［图4（b）、（c）、（d）］、右边界［图4（a）、（c）、（d）］，也可以勾画出下边界;左边界和右边界可能分别是断层F₄和F₁在深部的形态展布，下边界可能是滑脱面。

3结论和讨论

本文利用甘肃数字地震台、预警台、流动台等三网数据，对2023年12月18日积石山6.2级地震余震序列进行震相分析，并采用双差定位法和遗传算法对序列进行重定位，最终获得余震序列中577个地震的重定位结果，测得主震深度为15.2 km，发生在几条断裂的交汇部位。将主震定位结果（35.713°N，102.835°E）与其他研究结论进行了对比：左可桢等［12］的结果为（35.745°N，102.827°E），震源深度约为12.5 km;王世广等［13］的结果为（35.748°N，102.812°E），震源深度约为16.4 km;主震水平位置分别相差约3.6、4.4 km，深度分别相差约2.7、1.2 km。

余震基本沿断裂呈NW方向展布，总长约16 km，90%的余震分布在宽度10 km的区域内。余震优势分布深度为4～20 km，在10～12 km和14～16 km深度层地震分布明显集中。在空间上余震展布存在明显的边界，可能反映了断层F4和F1在深部的展布形态（对冲展布），以及可能存在滑脱面。

本次地震震中所在地区地质构造复杂，存在多条断裂。重定位结果可为认识该区复杂的断裂活动及构造背景提供参考依据，后续可以结合更多资料对其进行更深入的研究。参考文献（References）

［1］莘海亮，刘明军，张元生，等.甘东南地区地震重新定位研究［J］.地震研究，2010，33（3）：292-299.SHEN Hailiang，LIU Mingjun，ZHANG Yuansheng，et al.Relocation of the earthquakes in the southeast area of Gansu［J］.Journal of Seismological Research，2010，33（3）：292-299.

［2］袁道阳，张培震，雷中生，等.青海拉脊山断裂带新活动特征的初步研究［J］.中国地震，2005，21（1）：93-102.YUAN Daoyang，ZHANG Peizhen，LEI Zhongsheng，et al.A preliminary study on the new activity features of the Lajishan Mountain fault zone in Qinghai Province［J］.Earthquake Research in China，2005，21（1）：93-102.

［3］张元生，李清河，徐果明.联合利用走时与波形反演技术研究地壳三维速度结构（Ⅰ）：理论与方法［J］.西北地震学报，1998，20（2）：44-51.ZHANG Yuansheng，LI Qinghe，XU Guoming.Study on three-dimensional velocity structure of crust by using travel time and waveform inversion technology （Ⅰ）：theory and method［J］.China Earthquake Engineering Journal，1998，20（2）：44-51.

［4］赵改善.求解非线性最优化问题的遗传算法［J］.地球物理学进展，1992，7（1）：90-97.ZHAO Gaishan.Genetic algorithm for solving nonlinear optimization problems［J］.Progress in Geophysics，1992，7（1）：90-97.

［5］熊振，李清河，张元生，等.郯庐断裂带鲁苏皖段地壳速度结构的分段特征及其地质意义［J］.地球物理学报，2016，59（7）：2433-2443.XIONG Zhen，LI Qinghe，ZHANG Yuansheng，et al.Segmentation of crustal velocity structure beneath the Shandong—Jiangsu—Anhui segment of the Tanlu fault zone and adjacent areas and its geological implications［J］.Chinese Journal of Geophysics，2016，59（7）：2433-2443.

［6］张先康，嘉世旭，赵金仁，等.西秦岭—东昆仑及邻近地区地壳结构：深地震宽角反射/折射剖面结果［J］.地球物理学报，2008，51（2）：439-450.ZHANG Xiankang，JIA Shixu，ZHAO Jinren，et al.Crustal structures beneath West Qinling—East Kunlun Orogen and its adjacent area：results of wide-angle seismic reflection and refraction experiment［J］.Chinese Journal of Geophysics，2008，51（2）：439-450.

［7］WALDHAUSER F，ELLSWORTH W L.A double-difference earthquake location algorithm：method and application to the northern Hayward fault，California［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，2000，90（6）：1353-1368.

［8］鞠慧超，张元生，刘旭宙.2019年甘肃张掖M5.0地震余震序列重定位［J］.地震工程学报，2019，41（6）：1396-1401.JU Huichao，ZHANG Yuansheng，LIU Xuzhou.Relocation of the aftershock sequence of the Zhangye M5.0 earthquake in Gansu Province in 2019［J］.China Earthquake Engineering Journal，2019，41（6）：1396-1401.

［9］王二七，张旗，BURCHFIEL C B.青海拉鸡山：一个多阶段抬升的构造窗［J］.地质科学，2000，35（4）：493-500.WANG Erqi，ZHANG Qi，BURCHFIEL C B.The Lajishan fault belt in Qinghai Province：a multi-staged uplifting structural window［J］.Chinese Journal of Geology （Scientia Geologica Sinica），2000，35（4）：493-500.

［10］张波.西秦岭北缘断裂西段与拉脊山断裂新活动特征研究［D］.兰州：中国地震局兰州地震研究所，2012.ZHANG Bo.Study on new activity characteristics of western segment of fault and Lajishan fault in the northern margin of western Qinling Mountains［D］.Lanzhou：Lanzhou Institute of Seismology，China Earthquake Administration，2012.

［11］李智敏，李延京，田勤俭，等.拉脊山断裂古地震与喇家遗址灾变事件关系研究［J］.地震研究，2014，37（增刊1）：109-115.LI Zhimin，LI Yanjing，TIAN Qinjian，et al.Study on the relationship between the ancient earthquake of Lajishan fault and the catastrophic event of Lajia site［J］.Journal of Seismological Research，2014，37（Suppl01）：109-115.

［12］左可桢，赵翠萍.2023年甘肃积石山6.2级地震序列精定位［J］.地震，2024，44（1）：204-208.ZUO Kezhen，ZHAO Cuiping.Relocation of the 2023 Jishi-shan MS6.2 earthquake sequence in Gansu Province［J］.Earthquake，2024，44（1）：204-208.

［13］王世广，胥广银，李帅，等.2023年甘肃积石山MS6.2地震序列及发震构造分析［J/OL］.地震学报，2024：1-16 （2023-01-13）［2024-01-25］.https：//www.dzxb.org/article/doi/10.11939/jass.20230007.WANG Shiguang，XU Guangyin，LI Shuai，et al.Analysis of earthquake sequence and seismogenic structure of the 2023 MS6.2 Jishishan earthquake，Gansu Province，China［J/OL］.Acta Seismologica Sinica，2024：1-16 （2023-01-13）［2024-01-25］.https：//www.dzxb.org/article/doi/10.11939/jass.20230007.

（本文编辑：赵乘程）