王光明，劉自鳳，趙小艷，樊文杰，李永莉，彭關(guān)靈，孫 楠

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

0 引言

2018年8月13日1時44分，云南省玉溪市通海縣(24.19°N，102.71°E)發(fā)生MS5.0地震，震源深度7 km。8月14日3時50分，該地再次發(fā)生MS5.0地震，震源深度6 km。

歷史地震記錄顯示，以通海MS5.0地震震中為圓心，半徑50 km范圍內(nèi)共發(fā)生過13組(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，最大地震為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地震震源區(qū)內(nèi)。歷史地震統(tǒng)計表明，通海地區(qū)是一個較為活躍的強震區(qū)(聞學(xué)澤等，2011)，該地區(qū)位于川滇菱形塊體東南端，小江斷裂帶和曲江—石屏斷裂帶的多條分支斷裂交叉分布，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造可能是造成該地區(qū)中強震多發(fā)的原因。

2018年通海MS5.0地震震源區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育有NW向和NE向的2組斷裂，主要斷裂為主震震中北部的玉江斷裂、明星—二街?jǐn)嗔?、九村—路居斷裂和青龍街—西沖斷裂，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造增加了確定發(fā)震斷裂的難度。而且云南數(shù)字地震臺網(wǎng)的初始定位結(jié)果顯示通海MS5.0地震序列震中分布在長約6 km、寬約5 km的矩形區(qū)域，無明顯優(yōu)勢分布方向。僅從上述資料分析，NW向的玉江斷裂和NE向的明星—二街?jǐn)嗔丫锌赡苁潜敬蔚卣鸬陌l(fā)震斷裂。

地震序列重定位能夠提供高精度的相對位置信息，是判斷斷層地下破裂情況、確定發(fā)震斷層和分析地震的發(fā)震機理的重要參考(徐甫坤等，2014)。本文采用快報觀測報告，結(jié)合雙差定位方法對2018年通海MS5.0地震序列進(jìn)行重定位，同時使用Seis_CAP軟件和改進(jìn)的格點嘗試法計算2次主震的震源機制解，綜合重定位后的地震序列空間分布、主震震源機制解和地質(zhì)資料分析此次地震的發(fā)震構(gòu)造。

1 數(shù)據(jù)選取和研究方法

1.1 臺站分布和數(shù)據(jù)提取

2018年通海MS5.0地震發(fā)生后，云南省地震局在震源區(qū)架設(shè)了由3套流動測震儀組成的小孔徑流動數(shù)字臺網(wǎng)，分別為右所營臺、梅子鋪臺和大海洽臺。結(jié)合云南數(shù)字地震臺網(wǎng)原有的固定臺站，在震區(qū)形成了密集且包圍較好的觀測臺網(wǎng)(共23個臺站)(圖1)，為重定位和震源機制解計算提供了豐富的地震事件波形和觀測報告數(shù)據(jù)。

圖1 通海MS5.0地震周邊臺站和斷層分布

本文所使用的觀測報告數(shù)據(jù)來源于全國編目網(wǎng)，屬于快報觀測報告。觀測報告的時間為2018年8月13—15日，空間范圍為(24°～24.5°N，102.5°～103°E)，震級范圍-1～8級，深度范圍為0～50 km。觀測報告中存在由不同臺網(wǎng)定位的相同的地震事件，因此需要人工剔除重復(fù)定位的地震事件，剔除后共獲得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結(jié)果如圖2所示，地震序列的震中分布在長約6 km和寬約5 km的矩形區(qū)域內(nèi)，2次主震位于整個地震序列的兩側(cè)邊緣位置，距離相對較遠(yuǎn)，整個地震序列無明確的優(yōu)勢分布方向。由于震源區(qū)發(fā)育有NW和NE向2組斷裂，僅通過臺網(wǎng)定位的震中分布圖和地質(zhì)資料無法判斷此次地震的發(fā)震構(gòu)造。地震序列深度剖面顯示，通海地震序列深度方向的優(yōu)勢分布范圍為3～18 km。

圖2 通海MS5.0地震序列原始定位震中分布圖(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

本文采用雙差定位方法(Waldhauser，Ellsworth，2000)對通海地震序列進(jìn)行重定位。雙差定位方法是在主事件定位法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的定位方法，其主要思想為將一叢地震按照一定的規(guī)則兩兩成對，使用相鄰地震事件相對于同一臺站的觀測走時差與理論走時差之差(雙差)來確定震源位置(楊智嫻等，2003)。相比于其他定位方法，雙差定位方法具有以下優(yōu)點：①不需要主事件，對于反演震群的空間跨度沒有限制；②可以消除震源與臺站之間由于速度模型不確定所產(chǎn)生的誤差，有效地降低由于對地殼速度結(jié)構(gòu)了解不夠精確引起的誤差；③地震叢內(nèi)的地震事件兩兩約束，能夠有效地提高地震定位的精度。雙差定位方法提出后在國內(nèi)外獲得了廣泛的應(yīng)用(楊智嫻等，2003；Hauksson，Shearer，2005；黃媛，2008；Waldhauser，Schaff，2008；陳晨，胥頤，2013；王未來等，2014；葉慶東等，2017，李濤等，2018；李丹寧等，2017)。

雙差定位方法雖然極大地減小了地殼速度模型不精確引起的重定位誤差，但是并沒有完全消除速度模型誤差的影響(黃媛，2008)。Michelini和Lomax(2004)認(rèn)為雙差定位方法對研究區(qū)域速度模型變化比較敏感。因此，提供準(zhǔn)確精細(xì)的研究區(qū)域的地殼速度模型對雙差定位方法是必要的。本文參考天然地震(王椿鏞等，2002；何正勤等，2004)和人工地震測深的研究結(jié)果(胡鴻翔等，1986；尹周勛等，1987；熊紹柏等，1993)，構(gòu)建了通海地區(qū)的一維速度結(jié)構(gòu)模型(表1)，李永華等(2009)的接收函數(shù)反演結(jié)果表明該地區(qū)的波速比vP/vS為1.72。

表1 通海震源區(qū)速度模型

為檢查震相走時數(shù)據(jù)的可靠性，本文使用表1速度模型計算了理論震相走時，如圖3所示。圖中可以清晰地區(qū)分P波和S波震相的走時曲線，并且震相的離散度小，表明本文所使用的觀測報告中震相數(shù)據(jù)的可靠性較高。觀測走時曲線和理論走時曲線在200 km之后出現(xiàn)偏差，說明此速度模型不適用于震中距200 km以上的震相數(shù)據(jù)。另外，震相-震中距統(tǒng)計(圖4)表明本次地震震相記錄主要集中在震中距200 km以內(nèi)，因此本文選取200 km以內(nèi)的震相數(shù)據(jù)對地震序列重新定位。

由于地震序列中記錄的地震事件較少，為獲得較多的重定位結(jié)果，本文將觀測報告預(yù)處理程序(ph2dt)中的MINLNK和MINOBS均設(shè)為6。最終共有501次地震事件成群，用于重定位的P波震相對共有28 790條，S波震相對共有26 229條。

圖3 通海地震序列震相走時曲線

圖4 通海地震序列震相—震中距統(tǒng)計圖

2 通海地震序列重定位

選用LSQR算法對通海地震序列進(jìn)行重定位，最終獲得481次地震的震源位置信息。重定位后地震序列NS向平均誤差為40.2 m，EW向平均誤差為43.8 m，深度誤差為66.5 m。重定位后通海地震序列空間分布如圖5所示，圖中AA′和BB′為輔助線，互相垂直。震中分布(圖5a)顯示通海地震序列以AA′為中心向內(nèi)緊縮，呈NE-SW向條帶狀分布；深度剖面(圖5b，c)顯示地震序列優(yōu)勢分布范圍為3～12 km，與初始定位結(jié)果相比更加集中，余震序列在AA′剖面上約5 km的寬度內(nèi)均勻分布，而在BB′剖面上集中分布在一條近垂直向的條帶內(nèi)。重定位后2次主震的震中位置分別為(24.188°N，102.726°E)和(24.191°N，102.725°E)，分布在整個序列東北部中心，震源深度分別為11.08 km和9.24 km，重定位后2次主震震中之間的距離有所拉近。根據(jù)上述現(xiàn)象，推測2次主震可能發(fā)生在同一條斷層上，主震發(fā)生在地震序列的底部，余震序列逐漸向上擴展。

圖5 重定位后通海MS5.0地震序列的震中分布圖(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

為進(jìn)一步分析通海2次主震的關(guān)系，分別繪制了8月14日MS5.0地震發(fā)生前后通海地震序列空間分布圖(圖6，7)。8月14日MS5.0地震發(fā)生前，通海地震序列震中位置呈NE—SW向分布，并且以AA′為中心(圖6a)，優(yōu)勢深度分布范圍為6～12 km(圖6b，c)；8月14日MS5.0地震發(fā)生后，通海地震序列震中位置的展布方向不變，但整體向NW方向移動約0.5 km(圖7a)，優(yōu)勢深度分布范圍為3～11 km(圖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無變化。8月14日MS5.0地震發(fā)生前后通海地震序列空間分布表明，8月13日MS5.0地震發(fā)生后，余震發(fā)生在主震周圍，斷層在較深的位置破裂，8月14日MS5.0地震發(fā)生后，余震逐漸向地表遷移，斷層破裂向淺層傳播。余震序列震中位置整體向NW向移動，表明此次地震的發(fā)震斷裂傾向為ES向。根據(jù)上述現(xiàn)象推測，8月13日MS5.0地震發(fā)生后，震源區(qū)積累的能量并未完全釋放，余震沿斷層面向上擴展時可能受到上方障礙體阻擋，導(dǎo)致在統(tǒng)一的區(qū)域應(yīng)力場作用下于25 h之后再次發(fā)生MS5.0地震。

圖6 8月14日MS5.0地震發(fā)生前通海地震序列震中分布圖(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

圖7 8月14日MS5.0地震發(fā)生后通海地震序列震中分布圖(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 震源機制解

利用云南測震臺網(wǎng)記錄到的波形數(shù)據(jù)，采用趙翠萍等開發(fā)的Seis_CAP軟件計算通海地震的震源機制解，該軟件基于Zhao和Helmberger(1994)以及Zhu和Helmberger(1996)提出的CAP波形反演方法開發(fā)。CAP方法將寬頻帶數(shù)字地震記錄分為體波部分(Pnl)和面波部分，分別計算它們的合成波形與真實記錄的誤差函數(shù)，在相關(guān)參數(shù)空間中搜索最佳矩張量解。反演過程中，采用表1所示的通海地區(qū)速度模型。為保證震源機制解的可靠性，本文選用距離震中200 km以內(nèi)、信噪比大于10 dB的臺站，同時確保參與反演的臺站方位角分布比較均勻，設(shè)定走向、傾角和滑動角的網(wǎng)格搜索步長為5°。為確保震源機制解反演結(jié)果的正確性，本文同時使用改進(jìn)的格點嘗試法求解P波初動震源機制解(俞春泉等，2009)。

Seis_CAP程序計算的2次通海主震的波形擬合圖及反演誤差隨深度變化如圖8，9所示，2次主震的最佳擬合深度分別為8.1和6.4 km，相比于重定位結(jié)果分別淺了2.98和2.74 km。分析認(rèn)為造成上述差異的原因主要有2點：①雙差定位方法為相對定位方法，反演的是2次主震相對于震群中心的位置，震群絕對位置依賴于臺網(wǎng)定位精度，而震源機制解反演的是2次主震的絕對位置；②雙差定位方法使用P，S波震相到時信息反演地震的初始破裂位置，而CAP方法使用波形的體波和面波信息反演地震的矩心位置(張廣偉等，2014)。盡管重定位和震源機制解反演的主震震源深度存在差異，但是2種方法所得到的震源深度均表明8月13日MS5.0地震震源深度較深，而8月14日MS5.0地震震源深度較淺。

表2和表3分別給出了使用Seis_CAP程序和改進(jìn)的格點嘗試法求解得到的通海2次主震的震源機制解。從中可以看出，2次主震的震源機制解節(jié)面走向和傾角結(jié)果相似，表明本文震源機制解的計算結(jié)果可靠性較高。震源機制解計算結(jié)果顯示，2次主震均為走滑型地震，重定位后地震序列的空間分布特征與2次主震震源機制解的NE向節(jié)面相吻合，因此推測NE向節(jié)面為2次主震的主斷層面。

表3 改進(jìn)的格點嘗試法求解得到的2次通海主震震源機制解

4 討論

2018年通海地震震中附近主要發(fā)育有NW向和NE向的2組斷裂，其中NE向的明星—二街?jǐn)嗔?、九村—路居斷裂、青龍街—西沖斷裂均為小江斷裂南段分支。玉江斷裂為晚更新世活動斷裂，長約55 km，走向310°，傾向NE或SW，傾角50°～70°。明星—二街?jǐn)嗔褳槿率阑顒訑嗔眩L約78 km，總體走向15°左右，傾向SE，傾角較陡，達(dá)70°左右。九村—路居斷裂為全新世活動斷裂，長約65 km?？傮w走向10°左右，傾向NW，傾角較陡，達(dá)70°以上。沿斷裂發(fā)育寬10～20 m的斷層破碎帶。青龍街—西沖斷裂為全新世活動斷裂，長約50 km，總體走向20°左右，傾向NW或SE，傾角較陡。上述斷裂中，距離通海地震震中最近的為玉江斷裂和明星—二街?jǐn)嗔选?/p>

通海地震序列重定位后的空間分布顯示，地震序列震中優(yōu)勢分布方向為NE向；地震序列在AA′深度剖面(AA′以主震為中心，北偏東35°)分布較寬，無明顯趨勢；地震序列在BB′深度剖面(BB′以主震為中心，與AA′垂直)集中分布在較窄的區(qū)域內(nèi)，形成約80°的傾角，傾向ES。根據(jù)通海地震序列重定位后的空間分布推測，此次地震的發(fā)震構(gòu)造為走向約為北偏東35°的斷裂，傾角約為80°，傾向ES。

通海地震震源機制解計算結(jié)果表明2次主震均為走滑型，結(jié)合地震序列的空間分布，我們認(rèn)為震源機制解NE向節(jié)面是2次地震的主斷層面。綜合分析重定位后地震序列空間分布、主震震源機制解和地質(zhì)資料，認(rèn)為小江斷裂帶中南段西支的明星—二街?jǐn)嗔鸦蚺c其平行的隱伏斷裂可能是此次地震的發(fā)震斷裂。

5 結(jié)論

本文使用雙差定位方法對2018年云南通海MS5.0地震序列進(jìn)行重定位，并使用Seis_CAP程序和改進(jìn)的格點嘗試法計算了2次通海主震的震源機制解，結(jié)合地質(zhì)資料分析本次地震的發(fā)震構(gòu)造。主要結(jié)論如下：

(1)重定位后，2次通海主震的震中位置分別為(24.188°N，102.726°E)和(24.191°N，102.725°E)，震源深度分別為11.08 km和9.24 km；通海MS5.0地震序列震中位置呈NE-SW向條帶狀分布，震源深度優(yōu)勢分布范圍為3～12 km。

(2)Seis_CAP程序和改進(jìn)的格點嘗試法求解得到的2次通海主震的震源機制解相似，結(jié)果顯示2次主震均為走滑型地震，最佳擬合深度分別為8.1 km和6.4 km。

(3)綜合分析重定位后地震序列空間分布、主震震源機制解和地質(zhì)資料，認(rèn)為小江斷裂帶中南段西支的明星—二街?jǐn)嗔鸦蚺c其平行的隱伏斷裂可能是此次地震的發(fā)震斷裂。

(4)根據(jù)8月14日MS5.0地震發(fā)生前后通海地震序列空間分布和2次主震的震源機制解推測，8月13日MS5.0地震發(fā)生后，震源區(qū)積累的能量并未完全釋放，余震沿斷層面向上擴展時可能受到上方障礙體阻擋，導(dǎo)致在統(tǒng)一的區(qū)域應(yīng)力場作用下于25 h之后再次發(fā)生MS5.0地震。

付虹研究員和常祖峰研究員對本文提供了理論指導(dǎo)，云南省測震臺網(wǎng)為本文提供了地震事件波形數(shù)據(jù)，審稿人對本文提出了寶貴的意見，在此一并表示感謝。