四川芦山2022年MS6.1和2013年MS7.0地震余震序列重定位及构造关系

摘要：

以2013年4月20日芦山MS7.0地震和2022年6月1日芦山MS6.1地震为研究对象，首先通过HypoDD对两次地震的主震及其余震序列进行重定位，得到精确的震源位置及空间分布，给出两次主震的震中位置和深度，以及余震区的破裂范围。其次，通过研究两次地震的余震震源时空分布和震源深度剖面，表明两次地震的主震及其余震分布在大川—双石断裂带的不同侧，但发震断层均不是该断裂带;其中2013年MS7.0地震的发震断层为大川—双石断裂和大邑—名山断裂之间的龙门山前缘滑落带;而2022年MS6.1地震的余震分布则位于大川—双石断裂带西北侧，发震断层为一条倾向SE的逆冲断层，经过研究分析，认为该断裂带为近NS走向，与大川—双石断裂同属龙门山前山构造体系。最后，分析两次地震的关联性，发现尽管两次地震空间位置较为接近，但由于两次地震的发震断层不同，且余震扩展方向差异明显，余震丛集也相对独立，因此认为MS6.1地震是一次相对独立的地震事件。

关键词：

芦山地震; 余震序列; 双差定位; 震源位置

中图分类号： P319.56 """""文献标志码：A ""文章编号： 1000-0844（2024）05-1223-11

DOI：10.20000/j.1000-0844.20221124002

Relocation of the 2022 MS6.1 and 2013 MS7.0 earthquake

sequences in Lushan， Sichuan Province， and

their tectonic relationship

ZHANG Shengxia1，2， MA Xiaomei2， YIN Xinxin2， JU Huichao2， WANG Zudong2， WAN Wenqi2

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

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

Abstract：

This paper studies two earthquakes that occurred in Lushan County， Sichuan Province： the MS7.0 earthquake on April 20， 2013， and the MS6.1 earthquake on June 1， 2022. First， the double-difference location method （HypoDD） was used to relocate the two main shocks and their aftershock sequences. This method provided precise hypocenters and spatial distributions， as well as the epicenter locations and focal depths of the two main shocks and the rupture ranges of the aftershock areas. By analyzing the temporal and spatial distribution of aftershocks and the focal depth profiles of the two earthquakes， we found that the main shocks and their aftershocks are distributed on different sides of the Dachuan-Shuangshi fault， which is not the seismogenic fault for either earthquake. The seismogenic fault for the MS7.0 earthquake is the Longmenshan front slip zone located between the Dachuan-Shuangshi and Dayi-Mingshan faults. In contrast， the MS6.1 earthquake occurs to the northwest of the Dachuan-Shuangshi fault， with its seismogenic fault dipping to the southeast. This fault is considered to strike nearly NS and is part of the Longmenshan piedmont structural system， along with the Dachuan-Shuangshi fault. Finally， the correlation analysis between the two earthquakes indicates that， although their spatial locations are close， the MS6.1 earthquake is considered an independent seismic event. This is due to the differences in the seismogenic faults and the expansion directions of the two earthquakes， as well as the relatively independent clusters of their aftershocks.

Keywords：

Lushan earthquake; aftershock sequence; double-difference location; source location

0 引言

2022年6月1日17时0分（北京时间），四川省雅安市芦山县发生MS6.1地震，根据中国地震台网中心测定的结果，震中位置为30.37°N，102.94°E，震源深度为17 km。据新华社报道，地震共造成4人遇难，42人受伤，14 427人受灾。此次地震是继2013年4月20日芦山MS7.0地震之后，该区域发生的最大一次强震。

芦山地震发生在龙门山断裂带南段，在地质构造上，龙门山断裂带属于中生代造山作用形成的断裂带，位于青藏高原和四川盆地的分界处［1-2］，主要由盐井—五龙断裂（F1）、大川—双石断裂（F2）、大邑—名山断裂（F3）组成。区域内构造及台站分布如图1所示。前人已对2013年MS7.0地震做了大量研究，赵旭等［3］利用频率域和时间域进行多步反演方法，吕坚等［4］利用CAP（Cut and Paste，CAP）方法，均反演了震源机制，揭示了MS7.0地震的发震断层面参数分别为：走向209°～214°，倾角46°～47°，滑动角94°～96°。表明此次地震为一次不对称的双侧破裂事件：破裂半径约15 km，整个破裂面积约706.7 km2，平均滑动量约0.231 m。雷兴林等［5］采用多层黏弹模型计算了“5·12”汶川地震对龙门山断裂带南段的影响，表明芦山地震的发生和汶川地震的非弹性触发密切相关。部分学者［6-11］则在震后较短时间内通过余震序列的重定位给出了主震位置和震源深度，初步确定了发震断层位于大川—双石东侧，表现为“铲形”的逆冲断层特征。以上用于重定位的余震序列均为主震后较短时间内发生的，而本文用于重定位的余震序列则是MS7.0地震发生后到2022年MS6.1地震发生前近9年的大量余震序列，并且与2022年MS6.1地震做了相关性分析，为进一步认识芦山地震的破裂过程和断层产状提供了更加充分的依据。

本文主要以芦山地区2013年4月20日发生的MS7.0地震和2022年6月1日发生的MS6.1地震为研究对象，运用双差定位法HypoDD［12-13］进行重定位，获得两次地震主震及余震相对位置更加准确的空间分布图像［14-16］，并分不同时间段研究两者的震前活动趋势，从而进一步分析它们的地质构造相关性，深入探讨芦山地震的破裂断层。

1 数据和定位方法

1.1 震相数据和参数选择

本文对芦山区域（101.94°～103.94°E，29.37°～31.37°N范围内），选取自2009年1月1日至2022年6月17日至少被6个台站所记录到的17 088个地震的到时资料。震级范围在MS0.6～5.5之间，用于重定位的地震台站有22个。从图1可以看出震中周围有着较多的台站分布，对余震区形成较好的覆盖，可有效约束余震的震源位置，进一步提高定位精度。

程序的预处理阶段是通过ph2dt程序实现的。在参数设定中，给定事件对和台站之间的最大距离为150 km，给定事件对之间的最大距离为10 km，超过这个阈值的震相对不予考虑［17-18］。此外，设定单一地震事件最多可与 10个地震组成相应的地震对。对研究区的17 088个地震事件，经过配对后共得到11 748个地震事件，以及247 102对 P 波震相资料、250 354对 S 波震相数据。完成地震配对后，再利用 HypoDD 方法进行地震重定位处理，最终获得11 748个地震事件的重定位结果。对2013年4月20日发生的MS7.0地震和2022年6月1日发生的MS6.1地震为时间节点，分4个时间段进行余震序列定位和地震活动性研究（表1）。

1.2 速度模型

龙门山断裂带位于青藏高原东缘和四川盆地的过渡带，东西部地壳厚度相差20 km，因此选择速度模型极其重要。双差定位可以避免速度横向不均匀性，只有震源处的速度影响定位结果，故本文重定位程序HypoDD使用的速度模型参照了Wang等［19］的模型（表2）。该模型来源于人工地震测深结果，且经过震源区附近，其中P波和S波速度比为1.83。鉴于一般情况下P波到时拾取精度相比S波较高，因此，定位过程中将P波权重设为1，S波权重设为0.5。

1.3 定位方法

本文所采用的定位方法为双差定位法，是一种相对定位方法，不依赖于射线路径，能有效减少因对地壳速度结构的横向不确定性而引起的误差。HypoDD定位法的基本原理主要是对两个相近地震事件的观测走时差和理论走时差相减，得到“双差”，利用这一数据求解震源的相对位置。

两个地震事件i和j的观测走时差和理论走时差的差值定义为双差，表示为drijk，即：

drijk=（tik-tjk）obs-（tik-tjk）cal （1）

式中：（tik-tjk）obs和（tik-tjk）cal分别表示观测走时差和理论走时差。式（1）既可以用于读取震相到时差（此时观测到时是绝对走时差），也可以是相对走时差。对于一对事件i和j的走时差t分别对其位置（x，y，z）和相应初始时间（τ）求偏导数，可由当前的震源位置和记录到第k个震相的台站位置得出。因此，两个事件的相对震源参数方程为：

tikmΔmi-tjkmΔmj=drijk （2）

式中：Δmi=（Δxi，Δyi，Δzi，Δτi）和Δmj=（Δxj，Δyj，Δzj，Δτj）是为使模型更好地拟合观测数据而需要改变的参数。将所有台站（K个）及事件对［N（N-1）/2个］的方程组成下列线性方程组：

WGm=Wd （3）

式中：G是M×4N的偏导数矩阵（M是双差的观测数目，N是地震事件数）;d是双差数据向量;m是长度为4N的向量，含有特定震源参数的变化量［Δx，Δy，Δz，ΔT］T;W是对每个方程加权的对角矩阵。在反演过程中，将式（3）添加一个平均位移为0的约束条件：

∑Ni=1Δmi=0 （4）

这种约束方式只适用于共轭梯度法求解，双差算法对簇的绝对位置误差较为敏感，因此，在反演时，通常对式（4）进行减权，使地震簇质心稍微移动，并对初始绝对位置可能出现的误差进行修正。

2 重定位结果分析

2.1 定位误差

研究区域原报告余震序列产出结果中，平均走时残差为0.38 s，水平向、垂直向的平均标准误差分别为0.67 km、1.21 km。数据预处理后，经双差定位最终得到的10 890次事件结果中，平均走时残差为0.18 s。在EW、NS、UD三个方向的平均标准定位误差分别为0.31 km、0.35 km、0.45 km。由此可知，经重定位后平均定位误差和走时残差明显减小，说明定位结果是可靠的。

2.2 2013年芦山MS7.0地震余震时空分布特征

为了更清楚了解2013年芦山MS7.0地震余震重定位结果的时空变化特征，本文对主震后［0，100） h、［100，200） h、［200，300） h、［300，500） h的4个时间段分别展示地震事件位置分布（图2）。第一阶段为震后［0～100） h内［图2（a）］，该阶段为5级地震发生的主要阶段，且震源深度多集中在20 km左右;第二阶段为震后［100～200） h［图2（b）］，该阶段已经没有5级及以上地震的发生，但余震数量和第一阶段相当，且震源深度集中在15～20 km之间;第三阶段为震后［200～300） h［图2（c）］，该阶段3级及以上地震明显减少，震源深度集中在15 km左右;第四阶段为震后［300～500） h［图2（d）］，该阶段的区间范围为200 h，地震个数较前面阶段有所下降，且震源深度主要集中在12 km左右。可见，随着时间推移，震级和地震数目下降的同时，震源深度也随之变浅。从总体来看，余震震中位置主要集中在大川—双石分支断裂带（F2）的下盘，余震区存在沿断裂带F2向SW方向扩展的趋势，但在余震区的NW面（图中画虚线的位置），即F2断裂带的上盘存在少量余震活动，且均为3级以下震源深度较浅的地震，随着时间的推移虚线框内的地震活动逐渐变少。

综合而言，经过重定位后的余震震中相比重定位前位置分布更加集中，主震重定位震中位置为30.30°N＼，102.98°E，震源深度18.3 km。主震深度由重定位前的17 km改进到18.3 km，这一结果与张广伟等［6］使用震后48 h内504个余震事件、苏金蓉等［7］使用震后9 d内3 758个余震事件及陈晨等［8］使用震后16 d内的5 875个余震事件，均通过双差定位法重定位得到的主震深度（分别为17.6 km、16.33 km和16.67 km）相比较高，但小于房立华等［9］使用震后一周内2 464个余震事件的重定位深度（20.1 km）。

从震源深度剖面（图3CC′）可以看出，余震区的破裂长度约34 km、宽度约17 km，余震深度主要分布在10～20 km的范围内。破裂长度的结果大于刘成利等［10］利用远震体波数据反演得到的结果（28 km）和吕坚等［4］通过HypoDD重定位得到的结果（30 km），与房立华等［9］确定的余震展布长度约35 km、宽度约16 km的结果基本一致。通过对震源深度剖面的分析，表明断层面向NW倾斜，浅部倾角较陡、深部略缓，表现为“铲形”的逆冲断层特征。余震区存在一条向SE倾斜的余震带，与发震断层相交成“Y”字型。从图3的剖面AA′和BB′可以看出，发震构造呈现出明显的铲状分布特性［9］，余震区存在向SE倾斜的带状分布趋势。通过对重定位后的余震拟合发震断层倾角的变化，结果表明主震处倾角为45°（图3剖面BB′）。

余震震中主要集中在大川—双石断裂带（F2）的单侧，但它并不是发震断层。根据余震的震源分布推断发震断层是位于F2东侧约10 km，倾向NW，倾角约45°的一条盲逆冲断层，同属龙门山前山构造体系。李传友等［11］通过野外地质调查表明发震构造为芦山之下的龙门山前缘滑落带，它的运动带动了大川—双石和新开店等断裂带的活动。

2.3 2022年芦山MS6.1地震余震时空分布特征

本次MS6.1主震重定位震中位置为30.39°N、102.92°E，震源深度18.4 km。图4为震后16 d内的427个余震序列经重定位后，得到的351个余震事件震中位置平面分布图。其中，图4（a）、图4（b）、图4（c）、图4（d）分别为震后［0，100） h、［100，200） h、［200，300） h、［300，367］ h的时间段余震事件震中位置变化。可以看出经过重定位后的震中分布明显集中，并且随着时间的推移，余震数量大幅减少，震级也随之降低。另外，余震主要分布在主震的北西方向，表明破裂主要沿北西向扩展。此次地震的余震集中分布在F2断层的上盘（西北面），与2013年MS7.0余震震中分布明显不同。

图5（a）为主震后16 d的余震活动频次。由图可见，6月1日余震活动频次达到峰值，6月4日大幅较少，震级也随之下降。从图5（b）可见，最大震级为6月1日的MS5.2，最小震级为MS0.9，60%的余震发生频次分布在MS1.2～2.4之间。

2.4 震源深度

重定位前余震的深度主要集中在10～20 km之间［图6（a）］，重定位后余震平均深度为14.45 km［图6（b）］，超过60%的余震深度主要分布在10～15 km的范围内。主震深度由定位前的22 km改进到18.4 km，且0～5 km深度的余震活动几乎没有，表明地震产生的破裂并未延伸至地表。

为了进一步了解发震构造，沿余震区南北走向（轴线EE′）和垂直走向（轴线DD′）分别做深度方向投影，得到震源深度剖面图（图7）。可以看出震源区的破裂长度约为21 km，破裂宽度约15 km。90%的余震主要分布在10～20 km的深度范围内。从剖面DD′和EE′可以看出，余震的震源深度相比主震要浅。以剖面EE′的主震位置为界，右侧震级较大，余震数量较少;左侧震级较小，余震数量较多，震源深度总体呈南浅北深的特点。剖面DD′显示余震震源深度向南东倾斜。

本文根据震源深度剖面（DD′）拟合出发震断层的倾角为47°，这一结果与Xie等［20］的震源机制反演结果基本一致。余震区位于大川—双石断裂（F2）的西北侧，部分余震靠近盐井—五龙断裂（F1）。余震主要集中在主震的西北面，表明断层沿该方向的破裂范围较大。通过对震源深度剖面和余震丛集的分析，可以看出发震断层向南东方向倾斜。结合大川—双石断裂产状（F2），推测发震断层并不是F2，而是位于F2的西北侧，沿着主震近直立走向的基底隐伏逆冲断裂，同属龙门山前山构造体系。余震序列的震源深度总体表现为南浅北深，西北向余震分布多，东南向分布少，符合逆冲型地震的特点［21-24］。

3 两次地震的关联性

3.1 相关性

在地震活动性方面，2013年芦山MS7.0地震发生之前的4年时间内（表1），仅有170个地震事件，且全部集中在2010年8月份，最高震级仅为MS3.4［图8（a）］，表明该区域地震活动几乎为平静期。在2013年芦山MS7.0地震发生之后到2022年MS6.1发生之前，余震活动整体较为活跃，该区域内发生的最大震级为MS5.5（5级以上5个，均发生在MS7.0地震的当日和次日）。图8（b）为2022年MS6.1地震发生之前的4年时间内（表1）M-t分布图，该时间段的最大震级为MS5.2（发震时间为2022年5月20日，距离MS6.1地震发生前11 d），其他震级均介于MS1.0～2.0之间，且发震时间分布均匀。相比MS7.0地震发生之前的4年里地震活动较为频繁，与MS7.0地震发生后的余震总体活动水平基本一致。但此次MS6.1地震是否与2013年MS7.0地震有直接触发关系，还需进一步讨论。

就两次地震的破裂面而言，MS7.0地震的余震主要向西南面扩展，破裂面向北延伸较小，可能是受宝兴高强度杂岩体［25-26］的阻挡。但此次MS6.1地震发生在MS7.0地震的西北端，且破裂面主要沿北西向扩展。因此，本文认为MS6.1地震的余震不仅不在MS7.0地震的余震分布范围内，而且破裂面扩展方向也不同。在震源深度分布方面，两次地震在0～5 km范围内几乎没有余震，5～10 km范围内的余震也较少，在10～20 km的范围内较多，推断破裂主要集中在断裂的深部，并未延伸到地表附近。这一结论与文献［10］取得的基本认识相符。刘成利等［10］通过有限断层模型反演地震破裂过程的结果表明，绝大多数破裂集中在地壳深部，近地表的滑移量很小，浅部并无大的错动。

3.2 相对独立性

在震源机制方面，结合赵旭等［3］使用的频率域和时间域多步反演及鲁人齐等［27］采用Wphase矩张量反演方法，分别获取两次地震的震源机制解（表3）。由表3可知，2013年MS7.0地震为一次高倾角的逆冲型事件，2022年MS6.1地震为逆断层型地震破裂事件。结合本文余震重定位震源深度剖面分析结果，详细对比了两次地震的发震断层和余震分布（表3）。可见两次地震的发震断层均不是大川—双石断裂，MS7.0发震断层为倾向NW的主断层和倾向SE的次级反冲断层所构成的“Y”型断层系统，主震处倾角约45°；MS6.1发震断层为一条倾向SE的反冲断层，主震处倾角约47°。本文对两次地震震源深度剖面采用最小二乘法拟合，所得的发震断层倾角与赵旭等［3］的结果基本吻合，而震源机制解的倾角与鲁人齐等［27］的结果基本吻合。

经过对两次地震的震源深度剖面分析（图3和图7），2022年MS6.1地震的发震断层和2013年芦山MS7.0地震明显不同。经过重定位后两次地震的主震震中相距约11.7 km，其主震及余震发生在断层F2的不同侧，MS6.1地震分布在F2断层的上盘（西北面），而MS7.0是在F2断层的下盘（东南面）。结合研究区断裂带构造和余震展布特征，可知MS7.0芦山地震的主要破裂沿北西向展布，同时也破裂了南东向的次级反冲断层（图3剖面BB′）。MS6.1地震发生在一条倾向SE的盲断层上，与2013年MS7.0产生的反冲次级断层倾向相同，同属隐伏断裂体系。但与2013年主逆冲断层倾向相反，深部均收敛于龙门山南段深部基底滑脱层，推测这个断层可能是由于2013年芦山MS7.0地震“Y”型断层系统中的反冲断层发生活动所引发的。综合来看，两次地震发震断层明显不同，余震丛集也相对独立（图9）。此外，万永革（https：//mp.weixin.qq.com/s/My4GXrmLTjmqk HBdjv0CPw）认为 2013年芦山地震在2022年芦山地震主震断层面上引起的库仑破裂应力对本次 MS6.1地震起到抑制作用，说明2013年的芦山地震对本次主震没有直接的触发关系。基于以上研究，认为本次MS6.1地震为一次相对独立的地震破裂事件。

4 结论

本文通过对芦山地区2013年MS7.0和2022年MS6.1地震的主震及余震序列进行重定位，分别得到了精确的震源位置，给出了两次主震的震中位置和深度，以及两次地震余震的破裂范围，并通过分析余震震源的时空分布和震源深度剖面，得出以下结论：

（1） 两次地震的余震序列经过重定位后位置分布明显集中，2013年MS7.0余震震中位置主要在大川—双石分支断裂带（F2）的下盘，余震区存在沿断裂带F2向西南方向扩展的趋势。但在余震区的西北面存在少量余震活动，均为震源深度较浅的3级以下地震事件，且随着时间的推移活动数目逐渐变少。2022年MS6.1余震主要分布在主震北西向，且随着时间的推移，余震数量大幅减少，震级也随之降低。

（2） 两次地震的发震断层均不是大川—双石断裂，MS7.0地震的余震主要分布在大川—双石断裂（F2）和新开店断裂（F3）之间，发震断层表现为“铲形”的逆冲断层特征。2022年MS6.1地震的余震主要分布在盐井—五龙断裂（F1）和大川—双石断裂（F2）之间，发震断层位于F2西北侧，是一套倾向SE、发育在龙门山南段深部滑脱层之上的反冲盲断层。本文认为该断裂带为近直立走向，与F2同属龙门山前山构造体系。

（3） 对两次地震的震前地震活动性、震源机制和有限断层多方面进行了分析，阐述了两次地震的相关性和相对独立性。认为尽管两次地震空间位置较为接近，2022年MS6.1地震的发震断层与2013年芦山MS7.0地震“Y”型断层系统中次级反冲断层倾向相同，具有相似特征，同属隐伏断裂体系，且都未在地表形成破裂。但由于两次地震的发震断层不同，余震丛集相对独立，破裂面沿不同方向扩展，以及2013年芦山地震在2022年芦山地震主震断层面上引起的库仑破裂应力对本次 MS6.1地震起到抑制作用，对本次主震没有直接的触发关系。因此，本文认为2022年MS6.1地震作为继MS7.0地震之后该区域发生的最大一次强震，是一次相对独立的地震破裂事件。

致谢：感谢中国地震台网中心提供的震相数据资料，感谢GMT绘图软件［28］。

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（本文编辑：任 栋）