茶文劍 金明培 高 瓊 李孝賓 黃 雅

1）中國昆明 650224 云南省地震局

2）中國云南 671000 中國地震科學實驗場大理中心

0 引言

北京時間2021 年6 月10 日19 時46 分，在楚雄州雙柏縣發(fā)生MS5.1 地震（24.34°N，101.91°E），震源深度8 km。此次地震造成震區(qū)老舊房屋部分倒塌，磚木和磚混結構房屋局部開裂，未造成人員傷亡。主震發(fā)生以后，于當日19 時58 分和21 時52 分分別發(fā)生MS3.6和MS3.3 地震。6 月16 日15 時35 分雙柏再次發(fā)生MS4.2 地震。本次地震發(fā)生在楚雄—化念斷裂帶以西，該區(qū)域近年發(fā)生的最大地震為2015 年6 月14 日ML4.1 雙柏安龍堡地震（24.415°N，101.968°E）。

地震是地殼內部應力長期積累，并突然釋放的結果。地球上板塊與板塊之間相互擠壓碰撞，造成板塊邊緣及板塊內部產(chǎn)生錯動和破裂，從而引發(fā)地震。地質學上表現(xiàn)為斷層相互運動的結果。震源機制解是以地質學為基礎，結合地震方法，對地震的應力來源和構造成因進行解釋的一種方法。該方法因計算結果穩(wěn)定可靠，且能給出矩心深度和矩震級，目前已被廣泛應用。地震發(fā)生后，不同機構給出此次地震的震源機制解。中國地震臺網(wǎng)中心給出的結果為：節(jié)面Ⅰ走向300°，傾角69°，滑動角174°；節(jié)面Ⅱ走向32.16°，傾角84.4°，滑動角21.11°。中國地震局地震預測研究所給出的結果為：節(jié)面Ⅰ走向302°，傾角89°，滑動角177°；節(jié)面Ⅱ走向32.05°，傾角87°，滑動角1.0°。Seismology（地震）小組給出的結果為：節(jié)面Ⅰ走向300°，傾角88°，滑動角160°；節(jié)面Ⅱ走向30.73°，傾角70.01°，滑動角2.13°。顯然，不同機構采用不同方法和資料給出的該地震初始震源機制解存在差異，這些震源機制有一定的離散度。為了提高對上述重要問題的認識，利用云南區(qū)域臺網(wǎng)的寬頻帶數(shù)字地震波形記錄，反演了2021 年6 月10 日19 時46 分雙柏MS5.1 主震、19 時58 分MS3.6 和21 時52 分MS3.3 以及6 月16 日15 時35 分MS4.2 余震的震源機制解；計算本次地震的空間展布尺度和走向，并結合CAP 反演結果，討論該地震的發(fā)震斷層；對雙柏5.1 級地震的地震序列進行統(tǒng)計，通過給定的余震時間軸序列計算h值；最后依據(jù)矩震級、矩心深度、h值、余震展布尺度等綜合分析，對震源區(qū)域地震趨勢進行分析研判。

1 資料與方法

1.1 臺站與數(shù)據(jù)選取

在地震震源機制的研究中，利用P 波初動和波形反演方法是常用的手段。本研究采用目前廣泛使用的CAP 方法。用CAP 方法計算震源機制解時，首先需要確定該地震的觀測記錄波形數(shù)據(jù)。由于地下介質結構的各向異性，區(qū)域速度模型存在橫向差異，因而隨著震中距的增加，臺站記錄到的震相更加復雜。Zhao 等（1994）、Zhu 等（1996）提出利用區(qū)域臺站波形記錄數(shù)據(jù)反演中小地震震源機制解時，選擇震中距不超過250 km 的臺站，得出的結果較為可靠。因此，根據(jù)不同臺站記錄波形，經(jīng)反復挑選，共得到信噪比較高、臺站方位角分布較好的9 個云南區(qū)域臺網(wǎng)寬頻帶臺站（圖1）。所選臺站最大震中距為178 km，臺站方位總體呈大圓路徑分布，對震源機制解反演結果的可靠性提供了必要約束。9 個臺站較好地記錄了楚雄雙柏MS5.1、MS3.6、MS3.3 和MS4.2 地震。據(jù)吳建平等（2004）提出的云南地區(qū)一維平均地殼速度模型（表1），計算格林函數(shù)，對所選取臺站的地震記錄進行波形擬合，確定震源機制解。

圖1 震中與臺站分布Fig.1 Epicenter and stations distribution

表1 云南地區(qū)平均速度模型Table 1 Mean crustal velocity model in Yunnan

1.2 CAP 方法原理

CAP（Cut and Paste）方法基本原理是將寬頻帶地震記錄分成P 波（Pnl 波）和面波2 個部分進行擬合，并允許不同臺站記錄的不同段波形各自在一定窗長范圍內相對移動，從而在適當?shù)臅r間變化范圍內，搜索出合成地震圖和觀測地震圖全局差異最小的震源機制解。該方法的一大優(yōu)勢是反演結果對速度模型和地殼橫向變化的依賴性相對較小，而且通過相對提高Pnl 的權重，對震源深度有比較好的約束（呂堅等，2008）。本研究使用經(jīng)震中距矯正后的絕對誤差值作為誤差函數(shù)（Zhu et al，1996），定義為

式中，u為觀測地震位移，s為理論地震位移，r為震中距，r0為選定的參考震中距，p為指數(shù)因子。一般而言，取體波p=1，面波p=0.5。

1.3 反演過程

臺站記錄的原始震相是速度值，首先對原始記錄在時域上進行積分和去除儀器響應，再將得到的位移記錄從北南（NS）、東西（EW）和垂直（UD）分量旋轉為徑向（R）、切向（T）和垂向（Z）分量，得到Pnl 波和面波2 個部分，并將Pnl 波震相和面波震相分別在0.05—0.2 Hz、0.05— 0.1 Hz 帶寬上進行4 階Butterworth（巴特沃斯）帶通濾波處理。在這個頻帶上濾波，能夠有效截掉長周期地脈動和位移漂移，可以有效降低地殼介質各向異性所帶來的影響，也能夠充分反映地震波攜帶的震源信息。經(jīng)過以上處理，最終得到各臺站含有Z、R分量的2 個Pnl 震相和3 個分量的面波震相。

對9 個臺站記錄的雙柏地震波形進行Pg 波初動到時拾取，并使用單純型定位法，要求殘差小于0.2，定位結果為（24.36°N，101.90°E），震源深度6.5 km。中國地震臺網(wǎng)正式測定結果為（24.34°N，101.91°E），震源深度8 km。使用單純型定位法獲得相對準確的震源位置后，本研究基于表1 所示地殼速度模型參數(shù)，運用CAP 方法，對該地震進行震源機制反演。最后，根據(jù)公式（1）給出的誤差目標函數(shù)進行搜索，得出合成地震圖和觀測地震圖全局差異最小的震源機制解為最優(yōu)解。

2 結果分析

2.1 反演結果分析

通過CAP 反演，得到了雙柏MS5.1 地震的震源機制解、矩心深度和矩震級結果以及9 個寬頻帶臺站的理論地震圖與觀測地震圖的擬合情況（圖2）。9 個臺共得到18 個Pnl 波和27 個面波，共45 個震相。其中理論地震圖與觀測地震圖的相關系數(shù)大于80% 的有34個，占比75.56 %；相關系數(shù)大于等于90%的有25 個，占55.56 %；從圖3 可以看出，擬合誤差隨矩心深度呈現(xiàn)標準拋物線型變化，反演最佳矩心深度為8.0 km 左右，反演所得最佳矩心深度與中國地震臺網(wǎng)中心正式測定的震源深度8 km 一致，在某種程度上表明了反演震源機制結果較為平穩(wěn)。理論地震圖與觀測地震圖擬合情況較好，可以判定結果是較為可靠的。反演結果給出的楚雄雙柏MS5.1 主震的矩震級為MW5.0，最佳雙力偶解為節(jié)面Ⅰ：走向301.0°，傾角90.0°，滑動角158.0°；節(jié)面Ⅱ：走向31.0°，傾角68.0°，滑動角0.0°；所得震源機制解P軸方位角348.2°，仰角15.4°，T軸方位角253.8°，仰角15.4°。

圖2 楚雄雙柏5.1 級地震理論地震圖與觀測地震圖紅線為理論地震圖，黑線為觀測地震圖，下方上面的數(shù)字為理論地震圖相對觀測地震圖的移動時間，下面的數(shù)字為理論地震圖與觀測地震圖的相關系數(shù)Fig.2 Comparison between the synthetic and the observed seismograms

圖3 反演方差及震源機制隨不同深度的分布Fig.3 Error plots as a function of source depth

表2 給出利用CAP 方法計算所得雙柏MS5.1、MS3.6、MS3.3、MS4.2 地震震源機制解結果。可以看出，3 次余震的震源機制解與主震震源球結果基本一致。雙柏MS5.1 地震發(fā)生后，不同機構都給出了此次地震主震的震源機制解，而且Seismology（地震）研究小組還根據(jù)多家研究機構的結果給出了最優(yōu)解（表3）。通過與不同機構給出的主震震源機制解進行對比發(fā)現(xiàn)，文中得到的結果（節(jié)面Ⅰ）與Seismology 小組所得最優(yōu)解結果（節(jié)面Ⅰ走向300°，傾角88°，滑動角160°）比較接近。該小組應用中心解方法，對各機構的初始震源機制解進行歸一化，得到震源機制標準差最小解，并視為最優(yōu)解。而且，不同機構采用不同方法和資料得到的該地震的震源機制解雖略有差異，結果有一定離散度，但總體較為一致，表明本研究所得反演結果較為可靠。

表2 楚雄雙柏MS ≥3.0 地震序列震源機制解Table 2 Focal mechanism solutions for the Chuxiong Shuangbai MS ≥3.0 earthquake sequence

表3 不同機構給出的楚雄雙柏MS 5.1 地震震源機制解Table 3 Focal mechanism solutions for the Chuxiong Shuangbai MS 5.1 earthquake given by different institutions

2.2 發(fā)震斷層判定

據(jù)云南省地震局現(xiàn)場工作隊烈度調查結果，此次雙柏5.1 級地震最高烈度為Ⅵ度，宏觀震中位于楚雄州雙柏縣安龍堡鄉(xiāng)法念村委會附近。震區(qū)斷裂交匯，活動構造復雜，距本次地震較近的斷裂（圖4）有NE 走向的元謀—綠汁江斷裂南延段（F1）和NW 走向的楚雄—化念斷裂（F2），而楚雄—化念斷裂（F2）距震中相對較遠，且走向與余震分布長軸方向不一致，可以排除為發(fā)震斷層的可能性。距離震中較近，且斷層走向與余震長軸方向大體一致的斷裂是元謀—綠汁江斷裂南延段（F1），但由地震序列的空間分布來看，主震及余震分布在F1斷裂帶西北方向，且與震中區(qū)域距離約10 km，這與震源機制顯示的破裂面走向31°，地震應該分布在斷層線東南側不符，且斷層面傾角為68°，接近垂直，因而余震分布應該不會距離斷層線10 km 這樣遠，因此排除元謀—綠汁江斷裂南延段（F1）為發(fā)震斷層的可能性。結合余震分布的長軸方向和震源機制解中斷層面走向和傾角等參數(shù)，初步判定，本次地震的發(fā)震斷層為一條不知名斷裂，且大致沿圖4 中的AB線展布，走向 NNE31°，斷層線AB的長度約為7 km，余震展布寬度約3 km。根據(jù)余震展布的長軸方向和寬度判定雙柏MS5.1 地震的斷層面應該是震源機制解最佳雙力偶解之節(jié)面Ⅱ：走向31.0°，傾角68.0°，滑動角0.0°，發(fā)震構造為大致沿AB方向的小規(guī)模不知名斷層，震源機制顯示為左旋走滑性質。

圖4 雙柏 MS 5.1 地震余震序列空間分布Fig.4 Spatial distribution of aftershocks of Shuangbai MS 5.1 earthquake

3 地震序列的早期趨勢判定

3.1 地震序列h 值

截至6 月16 日，云南測震臺網(wǎng)共記錄ML≥0 地震478 次，其中0 ≤ML＜ 1.0 地震308 次，1.0 ≤ML＜ 2.0 地震141 次，2.0 ≤ML＜ 3.0 地震23 次，3.0 ≤ML＜ 4.0地震3 次，4.0 ≤ML＜ 5.0 地震2 次，ML≥ 5.0 地震1 次。該地震序列M—t圖見圖5。h值是修正后的大森公式（劉正榮，1979；劉正榮，1984）中地震頻度隨時間的衰減系數(shù)，在地震序列判斷中被廣泛應用，選取6 月10 日20 時到6 月16 日24 時數(shù)據(jù)記錄，根據(jù)震級— 頻次圖（圖6 左上角）統(tǒng)計結果得出最小完整性震級，取ML0.6，采用Mapsis 軟件計算得到h=1.78。

圖5 2021 年雙柏MS 5.1 地震序列ML ≥0 地震M—t 圖Fig.5 M-t diagram of the Shuangbai ML ≥0 earthquake sequence in 2021

3.2 地震趨勢判定

一次強震發(fā)生后，后續(xù)地震的發(fā)展趨勢被普遍關注。因此，在震后快速判定地震類型，及時跟進震情趨勢研判，對防災救災工作具有重要意義。本研究計算得到h=1.78 ＞1.0（圖6），可初步判定此次地震序列為主震—余震型，預測最大余震震級為MS3.9，實際發(fā)生的最大余震震級為MS4.2，兩者基本吻合。

圖6 雙柏地震MS 5.1 地震h 值計算結果Fig.6 The h value of the Shuangbai MS 5.1 earthquake

Wells 等（1994）根據(jù)全球震例總結并建立了矩震級與地震破裂面積之間的經(jīng)驗關系式：lgRA=a+bMW，式中，RA表示斷層面面積，對于走滑型地震，a取-3.42（±0.18），b取0.90（±0.03），其標準偏差一般在0.22 以內。根據(jù)上述研究結果，取斷層面為長7 km，寬3 km，則計算得到理論矩震級約為5.27±0.22，與實際矩震級MW5.0 接近，表明此次地震破裂釋放能量較充足后續(xù)發(fā)生更大地震的可能性較小。

4 結論

（1）根據(jù)余震展布長軸的優(yōu)勢方向和反演的震源機制解結果，初步判定楚雄雙柏5.1 級地震發(fā)震斷層可能是一條大致沿NNE 走向的不知名斷裂，斷層面走向31°，傾角68°，滑動角0°，震源機制顯示為左旋走滑性質。根據(jù)余震尺度計算的矩震級與實際發(fā)生地震的矩震級相當，后續(xù)發(fā)生強震的可能性較小。

（2）楚雄雙柏MS5.1 地震的矩震級為MW5.0，矩心深度為8.0 km。從利用3 個MS≥3.0余震反演的矩心深度來看，該地震序列矩心深度基本穩(wěn)定在8 km，且有逐漸變淺趨勢。

（3）楚雄雙柏MS5.1 地震的余震序列h值為1.78，遠大于1.0 的判定閾值，可初步判定為主震—余震型，后續(xù)最大地震震級應為MS4.0 左右。

綜上所述，依據(jù)地震序列衰減h值、余震展布尺度與矩震級匹配程度、矩心深度逐步變淺等特征，綜合判定該序列應為主震—余震型，未來發(fā)生強震的危險性較小。