摘要：采用雙差定位的方法，對2023年12月18日甘肅省積石山縣MS6.2地震的余震（震后一周）進行重定位，最后獲得438個地震事件（包含主震）的位置。定位結(jié)果顯示余震主要呈NNW向分布，長度約為16 km;主震位于余震帶的中央偏東北處，余震分布與拉脊山斷裂近似平行，與主震的震源機制解吻合;余震的震源深度主要集中在6.5～12 km，主震深度為11.5 km。從沿斷裂走向的剖面可以觀察到，此次地震的淺地表余震事件較少，因此未造成明顯的地表破裂。對發(fā)震斷裂的分析表明，拉脊山斷裂帶的走滑速率較低，這可能代表其處于強鎖定階段。此外，地震聚類分析表明，盡管北拉脊山斷裂是主要發(fā)震斷裂，南拉脊山斷裂與此次地震的發(fā)震構(gòu)造也存在緊密聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：積石山MS6.2地震; 雙差定位; 震源機制; 發(fā)震構(gòu)造; 時空演化

中圖分類號： P315文獻標(biāo)志碼：A文章編號： 1000-0844（2024）04-0932-10

DOI：10.20000/j.1000-0844.20240308002

Precise location of the 2023 Jishishan MS6.2 earthquake

in Gansu Province and its seismogenic structureCHEN Kerui CHEN Jifeng YIN Xinxin

（1.Lanzhou Institute of Seismology，CEA，Lanzhou 730000，Gansu，China;

2.Gansu Lanzhou Geophysics Observation and Research Station，Lanzhou 730000，Gansu，China）Abstract：

We analyzed the aftershocks of the Jishishan MS6.2 earthquake，which occurred in Gansu Province on December 18，2023.These aftershocks，which correspond to the shocks felt for one week after the main shock，were relocated using the double-difference algorithm.The aim of this study was to accurately determine the precise location of the 438 seismic events，including the mainshock.The relocation results show that the aftershocks were primarily distributed along the NNW direction，with a length of approximately 16 km.The main shock was located in the northeast direction of the center of the aftershock zone，and the distribution of aftershocks was roughly parallel to the Lajishan fault，indicating a correspondence with the focal mechanism of the mainshock.The focal depths of the aftershocks ranged from 6.5 to 12 km，and the mainshock was relocated at a depth of 11.5 km.As seen from the profile along the rupture strike，the earthquake caused a small number of shallow surface aftershock events and did not result in surface ruptures.An analysis of the seismogenic fault in the present study indicates that the Lajishan fault zone exhibits a modest strike-slip rate，indicating that it is in a strong locking state.Furthermore，the analysis results derived using the clustering method showed that although the north Lajishan fault is the main seismogenic fault，the south Lajishan fault is also closely related to the earthquake.

Keywords：Jishishan MS6.2 earthquake;double-difference location;focal mechanism;seismogenic structure;spatial and temporal evolution

0引言

2023年12月18日23時59分（北京時間），甘肅省臨夏回族自治州積石山縣發(fā)生了MS6.2地震。據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定，此次地震的震中位置為35.7°N，102.79°E，震源深度11 km。中國地震臺網(wǎng)中心發(fā)布的震源機制解為：走向163.46°、傾角40.88°、滑動角115.65°。根據(jù)中國地震局于2023年12月22日發(fā)布的甘肅積石山6.2級地震烈度圖（https：//www.gsdzj.gov.cn/info/1024/20233.htm），此次地震的最大烈度為Ⅷ度，面積約139 km2。等震線長軸為NWW走向，長軸124 km，短軸85 km。截至2023年12月25日，積石山地震共造成甘肅117人死亡，青海民和縣32人死亡，2人失聯(lián)。截至2023年12月26日（震后一周），甘肅省地震臺網(wǎng)共記錄到544次余震事件，其中，MS3.0以上10次，MS4.0以上2次，最大余震為2023年12月19日0時59分和12月21日4時2分的兩次MS4.1地震。

甘肅省積石山縣位于青藏高原東北緣的甘東南地區(qū)，屬于南北地震帶組成部分。此次積石山地震為逆斷裂型地震，震中處于拉脊山斷裂、循化南山斷裂、西秦嶺斷裂（WQLF），以及積石山斷裂（JSSF）的交匯處，周圍有貴德盆地（GDB）、西秦嶺盆地及臨夏盆地（LXB）等，具有較復(fù)雜的構(gòu)造背景［1-3］。圖1展示了該區(qū)域斷裂以及本文數(shù)據(jù)來源臺站的分布情況，右上角子圖中的藍色方框是此次研究區(qū)域的位置。拉脊山斷裂是一條區(qū)域性活動斷裂，分為南拉脊山斷裂（SLJSF）和北拉脊山斷裂（NLJSF），整體呈NNW走向。此次地震的震中位置距拉脊山斷裂約6 km，距離黃河約10 km。李智敏等［4］的研究表明，拉脊山斷裂的逆沖活動在官亭盆地的黃河Ⅰ級和Ⅱ級階地形成了較為明顯的拖曳現(xiàn)象；在有歷史記載以來，拉脊山斷裂僅發(fā)生過20余次5級左右的地震，但其在晚更新世至全新世以來都有過活動。同時，探槽還揭露了該斷裂在公元前1700年以來發(fā)生過兩次以上中強古地震事件，并導(dǎo)致了黃河階地的形成；拉脊山斷裂帶上強烈的古地震事件及其造成的黃河上游堰塞湖和決堤洪水與喇家文化的毀滅存在緊密的聯(lián)系［4］。

地震定位不僅對發(fā)震斷裂構(gòu)造研究具有重要的理論價值，對于快速評估由地震引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害也有重要指導(dǎo)意義［5］。大地震的破裂過程往往與多個斷裂面有關(guān)，即使主震的發(fā)震斷裂是單一斷裂，余震也可能與其他斷裂產(chǎn)生聯(lián)系。此次地震沒有產(chǎn)生明顯的淺地表破裂，因此在發(fā)震斷裂的研究方面產(chǎn)生了一定的困難。為了確保研究結(jié)果的可靠性，采用Wan等［6］的聚類地震分析法，即在地質(zhì)資料相對較少的情況下，僅對地震精定位的結(jié)果進行模糊聚類。這種方法非常適用于積石山地震周圍斷裂形態(tài)的研究。

1數(shù)據(jù)和方法

本研究所用數(shù)據(jù)資料是甘肅省地震臺網(wǎng)2023年12月18—26日所記錄到的地震事件，具體來源于積石山地震震中附近200 km范圍內(nèi)的34個臺站，最近的XUH（循化）臺距離震中約33 km。為了獲得高質(zhì)量的余震序列目錄，選擇MSgt;0.6的余震進行重定位，采用Waldhauser和Ellsworth于2000年提出的雙差定位方法［7］。該方法可以用來重新定位每一簇高質(zhì)量的地震事件，并最大限度地減少同一觀測站記錄的事件對之間的走時殘差。

截至2023年12月26日，甘肅省地震臺網(wǎng)共記錄到544個地震事件。根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行初步定位，結(jié)果如圖2所示，圖2（a）、（b）、（c）分別是這544個地震事件的原始定位結(jié)果以及在緯度和經(jīng)度上的剖面地震分布圖。由于人工拾取到時和定位存在一定的主觀性和經(jīng)驗性，我們對余震重定位數(shù)據(jù)進行了嚴(yán)格的篩選，要求MSgt;0.6且定位震相不少于5對。

發(fā)震區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，并且臺站分布相對稀疏。如果僅使用由震中距決定的到時（Pg和Sg）來分析，震源深度的測定將不準(zhǔn)確，因為在地殼地震中，震源深度通常是分辨率最低的參數(shù)［8-10］。原始數(shù)據(jù)的定位結(jié)果（圖2）表明此次地震的余震分布較為集中。在這種地震活動密集的區(qū)域，雙差定位法能有效利用大量地震事件之間的相對關(guān)系，提高震中位置的相對精度，還能通過雙差定位最小化地震對之間的走時差異，減少定位誤差，從而彌補研究區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足的問題。

雙差定位時所使用的一維速度模型參考了青藏高原東緣地震探測剖面的P波速度結(jié)構(gòu)（表1）［11］。

由表1可知，由于積石山塊體內(nèi)部地殼分層和速度結(jié)構(gòu)橫向變化較小，本文采用的速度模型能較好地代表震源區(qū)周邊的平均速度結(jié)構(gòu)。 波速比根據(jù)接收函數(shù)H-k掃描結(jié)果［12］，選擇震中周邊20個臺站的平均值，并將其設(shè)定為1.75。

在所選用的震中距較近的臺站數(shù)據(jù)中，共記錄到震相6 053個，其中，P波震相3 513個，S波震相2 540個（圖3）。將地震兩兩配對，共獲得P波震相對17 253對，S波震相對11 702對。要求每個地震至少要與周圍7個以上的地震進行匹配，且事件到臺站的距離小于220 km，最終得到的P波震相對和S波震相對分別為15 797（91%）和10 981對（93%），震源深度分布范圍是1～19 km。在定位時設(shè)定P波到時的權(quán)重為1.0，S波到時權(quán)重為0.5，進行了5次迭代。

2余震重定位及分布特征

在甘肅省地震臺網(wǎng)所記錄到的544個包括主震在內(nèi)的地震數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過雙差定位方法進行重新定位，獲得其中438個地震的位置參數(shù)。重定位結(jié)果如圖4（a）所示，圖4（b）和（c）分別為重定位后沿緯度和經(jīng)度的深度分布剖面。與圖2所示的初步定位結(jié)果相比，定位誤差和殘差明顯減少，重定位后EW、NS及UD三個方向的平均定位誤差分別為0.21、0.19和0.23 km，平均走時殘差從重定位前的0.31 s下降至0.11 s。根據(jù)圖4（b）和（c），對此次地震造成的一些現(xiàn)場情況進行分析，發(fā)現(xiàn)此次地震序列不具有明顯的分段特性。對圖2（a）和圖4（a）結(jié)果進行對比，發(fā)現(xiàn)重定位后的余震事件分布得更加集中，余震帶的寬度有明顯縮減;分別比較圖4（b）、（c）與圖2（b）、（c）可以看出，重定位后余震序列在震源深度上也有明顯的收斂。

經(jīng)過重定位后的地震事件深度大多分布在7～12 km，這與王世廣等［13］的研究結(jié)果略有出入。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是采用的數(shù)據(jù)時段不同以及所布設(shè)的儀器位置有區(qū)別：王世廣的儀器布設(shè)在距離主震較近的位置，本文所使用的數(shù)據(jù)來源于覆蓋整個研究區(qū)域的臺站網(wǎng)絡(luò)。圖5是重定位后余震事件簇擬合斷層分布圖。由圖可知，沿斷裂AA′的余震事件在深度方面分布相對均勻，沒有明顯的離散性;而沿斷裂BB′的余震事件，隨著距離的增加深度略有加大;在斷裂CC′方向，小簇的余震主要集中在地表淺層（0～5 km），這在一定程度上解釋了該小簇事件所在區(qū)域為何形成了一個與主震烈度相同的烈度區(qū)（https：//www.gsdzj.gov.cn/info/1024/20233.htm）。根據(jù)圖6可知，隨著時間的推移，余震深度的分布趨勢仍然比較穩(wěn)定，并未發(fā)生明顯變化;在40 h后余震數(shù)量出現(xiàn)了明顯衰減，約占地震總數(shù)的10%;在淺地表處（0～5 km）分布的余震數(shù)量非常稀少（占比低于5%）且震級較低，這也可能是此次積石山地震并未造成明顯地表破裂的原因之一。

3發(fā)震斷層及區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

此次積石山地震災(zāi)情嚴(yán)重，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，有多個機構(gòu)快速測定了此次MS6.2主震的震源參數(shù)（表2）［14］。中國地震臺網(wǎng)中心（CENC）及中國地震局地球物理研究所給出的震源深度與美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）有較大差異，這一現(xiàn)象與所使用的數(shù)據(jù)有關(guān)：國內(nèi)機構(gòu)主要使用的是近震數(shù)據(jù)，而USGS使用的是遠震數(shù)據(jù)，在缺乏近臺和深度震相約束的情況下，僅憑走時數(shù)據(jù)難以對震源深度進行較好的約束。圖1和圖5所示的主震重定位結(jié)果與中國地震臺網(wǎng)中心的數(shù)據(jù)十分接近，證明本文重定位結(jié)果具有較高的可信度。

拉脊山斷裂帶分為南拉脊山斷裂和北拉脊山斷裂，是兩條向NE凸出的弧形斷裂，長度分別為220 km和230 km?，F(xiàn)有資料顯示此次地震的發(fā)震斷裂為北拉脊山斷裂的可能性更大，斷面的總體傾向SW，傾角45°～55°，斷面性質(zhì)主要是擠壓逆沖，局部區(qū)域出現(xiàn)了左旋走滑的情況。不少學(xué)者曾對拉脊山斷裂所處的青藏高原東北緣進行過研究，認(rèn)為該區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，強震頻發(fā)，對印度—歐亞大陸內(nèi)部的形變發(fā)生起到了十分關(guān)鍵的作用［15-16］。大尺度的GNSS觀測顯示青藏高原東北緣有明顯的區(qū)域地殼壓縮［17］。Zhuang等［18］曾利用斷裂兩側(cè)速度分量的差值來估計斷裂滑動速率，得到拉脊山斷裂帶和積石山斷裂帶的走滑速率分別為（0.3±0.2） mm/a和（1.8±0.2） mm/a，與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)調(diào)查結(jié)果基本吻合［19-24］。雖然拉脊山斷裂的走滑和擠壓速率不顯著［11］，但不能排除整個斷裂處于強鎖定階段，與汶川地震前的龍門山斷裂活動相似［25］。這次地震的發(fā)震原因也可能與青藏高原腹地向東北擴張有關(guān)，這導(dǎo)致拉脊山斷裂吸收了高原內(nèi)部的部分應(yīng)變，從而出現(xiàn)地殼顯著隆升的現(xiàn)象［18］。

Zhao等［26］的研究表明，拉脊山構(gòu)造帶及其鄰近的尖扎—循化盆地和西秦嶺盆地下方發(fā)育有陡峭的高導(dǎo)電層，并與青藏高原下方的水平高導(dǎo)電層相連接。拉脊山構(gòu)造帶是北高阻體與南中、下地殼深部高導(dǎo)層的物性分界帶，高電導(dǎo)率層的深度由西南向東北偏淺，這可能與青藏高原東北部的NE向擠壓活動有關(guān)。此外，西寧盆地下方的高電阻率體對其構(gòu)成了阻斷，導(dǎo)致拉脊山構(gòu)造帶正花構(gòu)造的形成，引起了強烈的造山和地震活動［26］。

結(jié)合地殼運動數(shù)據(jù)以及該區(qū)域的三維電性結(jié)構(gòu)研究，發(fā)現(xiàn)青藏高原北緣松潘—甘孜地塊的地殼高電導(dǎo)率層向東北方向移動，延伸至西秦嶺盆地、尖扎—循化盆地和拉脊山構(gòu)造帶。與此同時，薄皮高阻上地殼被拖至NE向，在拉脊山構(gòu)造帶附近形成了一個突出的逆沖斷裂［26-30］。西寧盆地下的高電阻率體可能起到了向南推動的作用。NE向擠壓和SW向推覆在拉脊山構(gòu)造帶附近收斂，導(dǎo)致該區(qū)域顯著的NE向縮短和隆升變形，在拉脊山構(gòu)造帶的北緣和南緣形成了兩條NE向突出的弧形斷裂，在深度上呈現(xiàn)出花狀結(jié)構(gòu)［31］。因此，拉脊山構(gòu)造帶是反映區(qū)域構(gòu)造變形的一個重要窗口。研究表明，自21 Ma以來，拉脊山構(gòu)造帶的地殼短縮總量達10.1～10.4 km;在該構(gòu)造帶中觀察到了擠壓和隆升的造山過程，盡管寬度只有10～30 km，但與黃河水面的高差卻超過2 km［26］。Yuan等［32］認(rèn)為該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險較高，包括地震災(zāi)害風(fēng)險，雖然追溯到1700年以后中強震數(shù)量有限，但歷史上卻多次發(fā)生5級左右的破壞性地震。謝虹等［33］推斷1944年樂都MS5.5地震的發(fā)生與北拉脊山斷裂有關(guān)（樂都地震的位置見圖1），拉脊山斷裂雖然在走滑數(shù)據(jù)上相對平穩(wěn)，卻有孕育地震的條件與可能性。

本文采用Gustafson和Kessel提出的改進模糊聚類分析方法［34］，對屬于某個斷裂面的地震進行歸類分析，以此來研究其發(fā)震斷裂。該方法與傳統(tǒng)的模糊聚類方法相比，具有更明顯的優(yōu)勢：它采用歸一化聚類半徑的“橢圓形”分布，避免了“類圓形”聚類現(xiàn)象。萬永革等［35］為了縮短斷裂面初始形狀的確定時間，以之前的研究方法為基礎(chǔ)［6］，采用地震震源點協(xié)方差矩陣的主成分分析方法，求解震源點分布空間的三個特征值和特征向量，改進了斷裂面形狀初值的確定。王福昌等［36］在南加州地區(qū)部分余震精定位數(shù)據(jù)中采用了該方法，重建結(jié)果與已知結(jié)果較為相符，驗證了其可靠性。

使用該方法進行地震定位事件模糊聚類時，需要根據(jù)地震的分布，用圖形界面鼠標(biāo)點擊的方式選擇類中心，聚類結(jié)果對初始類中心敏感性不大，因此，根據(jù)地震叢集的視覺選擇即可［35］。將此次重定位的362個地震聚類到拉脊山斷裂帶上，結(jié)果如圖7所示。斷裂D和E分別為南拉脊山斷裂和北拉脊山斷裂，其中，北拉脊山斷裂上分布207個地震事件，南拉脊山斷裂上分布176個地震事件，其余55個地震較為分散，不必進行聚類。由圖7可知，地震活動在南拉脊山斷裂上相對較少，但分布更為密集，這可能是由最近的積石山主震激發(fā)的。這表明，盡管北拉脊山斷裂是主要發(fā)震斷裂，南拉脊山斷裂與此次地震的發(fā)震構(gòu)造也存在緊密聯(lián)系。此外，拉脊山斷裂的地震雖然主要集中在偏南區(qū)域（包括主震地區(qū)），但在北側(cè)的區(qū)域也記錄到了一些地震活動，表明拉脊山斷裂整體對地震活動的影響廣泛，與前文所提到的烈度分布相對應(yīng)。

4結(jié)論

利用甘肅省地震臺網(wǎng)固定臺站的觀測數(shù)據(jù)，對2023年12月18日甘肅省積石山縣MS6.2地震的主震和余震進行了重新定位，共獲得主震和438個余震事件的震源位置分布。重定位后主震的位置為35.74°N，102.82°E，震源深度為11.6 km，與其他研究結(jié)果相近［37］。根據(jù)之前的地質(zhì)構(gòu)造研究［19］，積石山MS6.2地震序列所在的拉脊山斷裂全長約230 km，走向由NW60°逐漸變?yōu)榻麰W、NWW向。結(jié)合此次地震的精定位結(jié)果及發(fā)震區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造研究，得出以下結(jié)論：

（1） 余震整體上呈NNW向展布，長度約16 km，主要分布在主震的西側(cè)和北側(cè)，余震序列空間分布與斷裂的走向基本一致。絕大部分的余震深度分布在7～12 km的范圍內(nèi)，且比主震的震源深度淺，沿斷裂方向余震的深度沒有明顯的傾向變化。淺地表的余震數(shù)量較少，這可能是導(dǎo)致淺地表沒有明顯破裂的原因之一。

（2） 根據(jù)模糊事件聚類分析結(jié)果，雖然北拉脊山斷裂上地震事件更多，但南拉脊山斷裂上也分布了176個地震事件，可能與主震激發(fā)有關(guān)。同時觀察到在斷裂北側(cè)有一小簇淺層地震，可能導(dǎo)致了與主震相同烈度的區(qū)域形成。

（3） 此次積石山地震所處的區(qū)域有多條斷裂匯集，地震的大致位置在拉脊山斷裂東南段的積石山斷裂附近。該斷裂帶是青藏高原東北緣物質(zhì)擴張以及西寧—民和盆地和臨夏盆地部分區(qū)域旋轉(zhuǎn)擠壓作用的綜合結(jié)果。這次地震的發(fā)生很可能是青藏高原腹地通過拉脊山斷裂帶向東北擴張，拉脊山斷裂帶吸收了部分應(yīng)變導(dǎo)致的。更加深入的研究還要等待后續(xù)的現(xiàn)場工作和數(shù)據(jù)分析處理。

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（本文編輯：趙乘程）