2021年云南雙柏Ms5.1地震序列的快速檢測與精定位研究

廖詩榮 楊婷 張紅才 范莉蘋 秦敏 房立華

摘要：2021年6月10日云南雙柏發(fā)生M5.1地震，6月28日又發(fā)生M4.6地震。采用基于深度學(xué)習(xí)的地震檢測算法，對主震及其后20d的連續(xù)波形進(jìn)行檢測，并開展了震相關(guān)聯(lián)、地震絕對定位、震級測定和精定位研究，獲得了此次地震的完整序列目錄。共檢測到1713個地震，比人工多檢測出623個地震，震級分布范圍為M1-0.8～5.1。研究表明：雙柏M、5.1地震和M4.6地震的余震整體呈NNE向分布，兩個地震的發(fā)震斷層較陡，近直立分布。發(fā)震斷層北東側(cè)淺、西南側(cè)深，且斷層面較窄。M4.6地震的余震整體位于M5.1地震余震序列的底部，顯示2個地震可能是獨(dú)立的事件。分析認(rèn)為這兩次地震的發(fā)震斷層為楚雄一建水?dāng)嗔盐髂蟼?cè)的一條隱伏走滑斷層。

關(guān)鍵詞：雙柏地震;深度學(xué)習(xí);地震檢測;雙差定位;發(fā)震斷層

中圖分類號：P315.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-0666（2021）04-0515-06

0引言

2021年6月10日19時46分，云南省楚雄州雙柏縣（24.34°N，101.91°E）發(fā)生M5.1地震（以下簡稱雙柏地震），震源深度14km。6月28日19時48分在附近又發(fā)生M4.6地震，震源深度13km。雙柏地震震中附近震感強(qiáng)烈，玉溪、楚雄、昆明和大理等地也均有震感。此次雙柏地震是繼2021年5月21日漾濞M6.4地震后，在云南境內(nèi)發(fā)生的又一個震級較大的地震。萬永革課題組確定的雙柏地震的震源機(jī)制為：節(jié)面I走向301.47°、傾角82.28°、滑動角177.78°;節(jié)面Ⅱ走向31.76°、傾角87.80°、滑動角7.72°。據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心統(tǒng)計(jì)，截至2021年6月30日24時，共記錄到雙柏地區(qū)地震1090個。

雙柏地震發(fā)生在楚雄盆地西南部，楚雄盆地位于揚(yáng)子板塊西南緣和川滇菱形塊體南部的滇中次級塊體，盆地西南邊界為哀牢山—紅河斷裂，與思茅一印支地塊相鄰。雙柏地震的震中位置介于NW走向的哀牢山—紅河斷裂與楚雄—建水?dāng)嗔阎g，震中附近并無明顯的斷裂分布（圖1）。

本文利用震中周邊的云南地震臺網(wǎng)固定臺及流動臺連續(xù)波形數(shù)據(jù)，采用基于深度學(xué)習(xí)的地震檢測算法，對雙柏地震序列進(jìn)行檢測（研究區(qū)域范圍：24.28°～24.40°N，101.82°～101.94°E），基于區(qū)域速度模型對地震序列進(jìn)行絕對定位，并利用雙差定位方法進(jìn)行相對定位，探討了此次地震序列的分布特征和發(fā)震構(gòu)造。

1數(shù)據(jù)和方法

本文收集處理了2021年6月10日19時至6月30日24時、震中周邊200km范圍內(nèi)27個臺站（其中固定臺24個、流動臺3個）的連續(xù)波形數(shù)據(jù)。流動臺站布設(shè)前，雙柏地區(qū)地震最大孔隙角為51°，次大孔隙角為64°，最近臺站震中距46km。6月11日11時與12時，L5318、L5319兩個流動臺實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)觀測，6月12日12時，L5317流動臺加入觀測。3個流動臺實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)觀測后，雙柏區(qū)域最大孔隙角為49°，次大孔隙角為55°，最近臺站震中距8km。流動臺站的布設(shè)，顯著改善了雙柏地區(qū)的觀測臺網(wǎng)布局，提高了定位精度。本文中的臺站所使用的均為三分向地震計(jì)，采樣率均為100Hz。本文采用的數(shù)據(jù)處理過程包括以下5個步驟：

（1）地震檢測與震相拾取。采用PhaseNet算法（Zhu，Beroza，2019），數(shù)據(jù)窗長取30s，處理步長取10s。若同一震相有多個震相到時，則選擇概率值較大的震相到時參與后續(xù)處理。

（2）震相關(guān)聯(lián)。根據(jù)組觸發(fā)策略（Tamaribu-chi，2018），確定關(guān)鍵震相。隨后將關(guān)鍵震相對應(yīng)臺站周邊N個臺站（動態(tài)生成）的震相到時，采用“八叉樹”搜索方法（Lomax et al ，2000）確定最大概率網(wǎng)格點(diǎn)。最后確定殘差絕對值小于1.0s的震相到時為關(guān)聯(lián)成功的震相，參與后續(xù)絕對地震定位。

（3）絕對地震定位?；谠颇系貐^(qū)的一維速度模型（王夫運(yùn)等，2014）（表1），采用NLLoc方法進(jìn)行定位（Lomax et al ，2000），獲得地震的絕對位置。

（4）震級測定。應(yīng)用實(shí)時仿真算法（Kanamo-riet al ，1999;金星等，2004），將原始速度記錄仿真為DD-1位移記錄，在S波或Lg波位置附近量取最大振幅，按照《地震震級的規(guī)定》（DB17740—2017），計(jì)算M1震級。

（5）雙差精定位。采用HypoDD相對定位方法（Waldhauser，Ellsworth，2000;Fang et al， 2013;房立華等，2018;Wang，Hutko，2018;Wanget al，2021）進(jìn)行精定位，選擇震相走時殘差小于1.0s、震相數(shù)量不少于7個的地震事件參與相對定位。相對定位采用與絕對定位相同的速度模型。

2 結(jié)果和討論

應(yīng)用本文方法共產(chǎn)出1713條地震目錄（以下簡稱自動目錄），而在相同時間段內(nèi)，云南地震臺網(wǎng)共產(chǎn)出人工分析地震目錄（以下簡稱人工目錄）1090條（含單臺記錄地震2條），自動目錄條目數(shù)是人工目錄的1.57倍（圖2）。

在6月11日12時2個流動臺布設(shè)前后，云南地震臺網(wǎng)對雙柏地區(qū)地震的監(jiān)測能力存在顯著差異。以此時間點(diǎn)為界，本文分兩個時間段對包含7個以上震相的自動目錄與人工目錄匹配情況進(jìn)行對比，并統(tǒng)計(jì)漏撿拾與多撿拾事件數(shù)（表2），對比規(guī)則參考廖詩榮等（2021）的研究。由表2可見，在流動臺布設(shè)前自動目錄條目數(shù)是人工目錄的1.31倍，但存在14.9%的漏撿率;而流動臺站并網(wǎng)運(yùn)行后，自動目錄數(shù)量達(dá)到人工目錄的1.53倍，漏檢率減低至2.5%。圖3為自動拾取震相的走時分布，可以看出，Pg和Sg震相的走時與震源距都存在明顯的線性關(guān)系，離散程度低，表明自動拾取的震相到時具有較高的可信度。

基于上述自動和人工處理的震相數(shù)據(jù)，采用雙差相對定位方法分別對兩個目錄中的事件進(jìn)行精定位，精定位后兩個目錄中的地震數(shù)量分別為1023個和738個，其中6月11日12時之后的地震數(shù)量分別為982個和689個，自動目錄精定位成功事件數(shù)量明顯多于人工目錄。鑒于在流動臺布設(shè)前兩個目錄的震源位置誤差較大，分布較為離散，因而本文僅采用布設(shè)流動臺后的精定位結(jié)果，分析雙柏地震的發(fā)震構(gòu)造。

圖4為布設(shè)流動臺后的地震精定位結(jié)果。圖4a顯示了余震震中位置隨發(fā)震時刻變化情況以及3個剖面的位置。AA'剖面沿地震序列走向方向，長度約6km。選擇震中距離剖面小于1.0km的地震繪制AA'剖面震源深度分布圖（圖4b）。BB'與CC'剖面垂直于地震序列走向方向，長度約3km，分別穿過北面與南面兩個地震密集區(qū)。選擇震中距離剖面小于0.6km的地震繪制BB'與CC'剖面震源深度分布圖（圖4c、d）。從圖4可以看出，重定位后的余震震中主要呈NNE向展布，且表現(xiàn)為南、北兩個密集區(qū)的特點(diǎn)。雙柏MS5.1地震的余震主要分布在北側(cè)密集區(qū)，而ML4.6地震的余震主要分布在南側(cè)密集區(qū)，北側(cè)的余震較南側(cè)略顯分散。與人工地震目錄結(jié)果相比，自動檢測獲取的地震目錄表現(xiàn)為更明顯的兩個地震密集區(qū)。從震源深度剖面來看（圖4b～d），Ms5.1地震的余震震源深度較淺，主要分布在6～10km，而M14.6地震的余震震源深度偏深，主要分布在11～14km。地震序列為首先在淺部發(fā)生，而后轉(zhuǎn)移到深部。但兩個地震的余震都顯示發(fā)震斷層傾角較陡，近直立分布。

此次雙柏地震序列發(fā)生在楚雄一建水?dāng)嗔盐髂蟼?cè)。震中附近既有北西向的斷層，也有近南北向的斷層（圖1）。萬永革課題組匯總的中國地震局地球物理研究所等反演獲得的雙柏M、5.1地震的震源機(jī)制解，都顯示發(fā)震斷層傾角較陡，多數(shù)超過了80°（萬永革等，2008）。但是，雙柏地震的余震并未呈明顯的線性分布（圖4），2020年巧家M.5.0地震也有類似的現(xiàn)象（Fu et al，2021）。云南地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，M36.5以下的地震很難產(chǎn)生地表破裂，單靠活動斷裂分布或震源機(jī)制解經(jīng)常無法識別發(fā)震斷層。如2014年魯?shù)镸6.5地震發(fā)生在以前未知的包谷垴斷裂，且為共軛破裂（房立華等，2014）。2021年漾濞M、6.4地震，雖然余震總體呈北西向分布，但也有北東向共軛斷層的活動（蘇金波等，2021）。圖4的余震震源深度剖面也呈現(xiàn)了近直立的分布特征。結(jié)合余震分布和震源機(jī)制解，推測雙柏M5.1地震的發(fā)震斷層為一條傾角近直立、走向NNE的隱伏走滑斷層。

3結(jié)論

本文采用基于深度學(xué)習(xí)的地震檢測算法，檢測了雙柏M、5.1地震震后20d的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，獲得了較為完整的余震序列，并根據(jù)余震精定位結(jié)果，對雙柏地震的發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行了分析，得到了以下結(jié)論：

（1）與人工目錄相比，自動處理系統(tǒng)檢測到1713個地震，比人工多檢測出623個地震，提高了地震序列處理的效率和目錄完備性，為快速確定發(fā)震斷層，判定地震序列類型提供了重要依據(jù)。

（2）雙柏M5.1地震和M4.6地震的余震整體呈NNE向分布，但2個余震區(qū)不連續(xù)。兩個地震的發(fā)震斷層較陡、近直立分布。發(fā)震斷層北東側(cè)淺、西南側(cè)深，且斷層面較窄。M14.6地震的余震整體位于M5.1地震余震序列的底部，顯示兩個地震可能是獨(dú)立的事件，M14.6地震不是M5.1地震的余震。結(jié)合震源機(jī)制，推測這兩次地震的發(fā)震斷層為楚雄—建水?dāng)嗔盐髂蟼?cè)的一條隱伏走滑斷層，走向NNE。

感謝云南省地震局提供波形數(shù)據(jù)，中國地震臺網(wǎng)中心提供地震觀測報告。

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Fast Detection and Relocation of the 2021 Shuangbai MS5.1 Earthquake Sequences in Yunnan

LIAO Shirong， YANG Ting， ZHANG Hongeai， FAN Liping， QIN Min， FANG Lihua2，5.0

（1. Fujian Earthquake Agency， Fuzhou 350003， Fujian China

（2. Institute of Geophysics， China Earthquake Administration， Bejing 100081， China）

（3. Xiamen Institute of Marine Seismology， China Earthquake Administration Xiamen 381000， Fujian， China）

（4. Yunnan Earthquake Agency， Kunmning 650224， Yunnan， China）

（5. Key Laboratory of earthquake Source Physics， China Earthquake Administration Beijing 100081， China）

（6. Institute of Disaster Prevention， Sanhe 065201， Hebei， China）

Abstract

At 19：46 on June 10， 2021， an M5.1 earthquake occurred in Shuangbai County， Yunnan Province， and another M4.6 earthquake succeeded on June 28. In this paper， the earthquake detection algorithm based on deep learning is used to detect the continuous seismic waveforms 20 days after the mainshock. Then， phase association magnitude measurement， earthquake location and relocation are carried out， and a complete catalog of earthquake sequence is obtained. The sequence contains a total of 1713 earthquakes， among which 623 more earthquakes are detected than by the manual method. The magnitudes （M） ranges from-0.8 to 5.1. The study shows that the af-tershocks of the Shuangbai M5.1 earthquake and the M， 4.6 earthquake are generally distributed in NNE direc-tion， and the seismogenic faults of the two earthquakes are steep and nearly vertical. The seismogenic fault is shal-low in the northeast and deep in the southwest， and the fault plane is narrow. The aftershocks of the M 4.6 earth-quake are located below the aftershocks of the M55.1 earthquake; this indicates that the two main earthquakes may be independent events. The seismogenic fault of the two earthquake is a concealed， strike-slip fault located to the southwest of the Chuxiong-Jianshui fault.

Keywords： the Shuangbai earthquake; deep learning earthquake detection; double difference location;seismogenic fault