利用密集臺(tái)陣研究滇西北地區(qū)地震活動(dòng)性

陳 佳 張?zhí)炖^ 李 雷 金明培

1 中國地震科學(xué)實(shí)驗(yàn)場大理中心，云南省大理市濱海大道，6710002 云南省地震局，昆明市北辰大道146號(hào)，650224

滇西北地區(qū)位于歐亞板塊的緬甸弧以東，是滇緬泰板塊、印支板塊和揚(yáng)子板塊的交會(huì)處。研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，右旋運(yùn)動(dòng)的紅河斷裂縱貫其中，與維西-喬后-巍山斷裂、金沙江斷裂和德欽-中甸-大具斷裂等共同組成川滇菱形塊體的西邊界[1]。研究區(qū)地震活動(dòng)頻繁，1900年以來共發(fā)生M≥5.0地震56次。強(qiáng)震多發(fā)生在活動(dòng)斷裂附近，如2013年以來，巍山-喬后斷裂中段附近共發(fā)生8次M≥5.0地震。

通過地震精定位可以研究地下隱伏斷裂，獲得深部介質(zhì)結(jié)構(gòu)，能更精準(zhǔn)地揭示地震的空間分布特征，刻畫斷層在地殼深部的展布形態(tài)，反映深部地質(zhì)構(gòu)造特征。滇西北地區(qū)于2018年架設(shè)了密集的亞失穩(wěn)地震臺(tái)，配合原有的固定臺(tái)站，使臺(tái)間距進(jìn)一步縮小，提高了地震定位精度。本文使用亞失穩(wěn)項(xiàng)目和原有固定臺(tái)站共40個(gè)地震臺(tái)站的數(shù)據(jù)，對(duì)滇西北地區(qū)的地震進(jìn)行雙差重定位，以揭示研究區(qū)地震事件的時(shí)空分布特征，加強(qiáng)對(duì)斷裂的地震活動(dòng)性研究，對(duì)深入認(rèn)識(shí)滇西北地區(qū)地震地質(zhì)背景及構(gòu)造變形機(jī)制具有重要意義。

1 資料選取與定位方法

1.1 資料選取

選取2018-04～2020-09間40個(gè)臺(tái)站記錄的滇西北地區(qū)(25°～27°N，99°～101°E)中小地震(M≥-1.4)的震相觀測報(bào)告，從中提取地震事件的初始位置和深度數(shù)據(jù)，獲取相應(yīng)的P波和S波到時(shí)。在選擇到時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，剔除差錯(cuò)數(shù)據(jù)，刪除震相不清和距離較遠(yuǎn)的地震資料，保證每個(gè)地震至少被5個(gè)以上臺(tái)站記錄到。最后得到滿足條件的地震共15 816個(gè)，滿足計(jì)算條件的P波到時(shí)數(shù)據(jù)301 272條、S波到時(shí)數(shù)據(jù)252 161條。40個(gè)地震臺(tái)站中，亞失穩(wěn)臺(tái)站為30個(gè)，固定臺(tái)站10個(gè)，該密集臺(tái)陣較好地覆蓋了整個(gè)研究區(qū)，震中及臺(tái)站分布見圖1。

F1：瀾滄江斷裂；F2：蘭坪-永平斷裂；F3：順鼻河斷裂；F4：北松園斷裂；F5：維西-喬后-巍山斷裂；F6：龍?bào)?喬后斷裂；F7：劍川-文化斷裂；F8：格白-鶴慶盆地北西緣斷裂；F9：鶴慶盆地東緣斷裂；F10：鶴慶盆地西緣斷裂；F11：鶴慶盆地南東緣-洱源盆地北西緣斷裂；F12：西村-三營盆地西緣斷裂；F13：紅河斷裂洱源-彌渡段；F14：蒼山前斷裂；F15：西洱河斷裂；F16：程海-賓川斷裂圖1 研究區(qū)主要斷裂、歷史地震和地震臺(tái)站分布Fig.1 Distribution of main faults, history earthquakesand seismic stations in study area

1.2 一維地殼速度模型的選取及數(shù)據(jù)篩選

地殼速度結(jié)構(gòu)模型對(duì)雙差地震定位算法影響不大，但選取精細(xì)的一維水平層狀速度模型對(duì)研究區(qū)地震的精確定位非常重要。本文選擇的一維層狀速度模型(圖2)主要參考人工地震測深的研究結(jié)果[2-4]；波速比主要參考李永華等[5]的接收函數(shù)反演結(jié)果，設(shè)置為1.72。

圖2 研究區(qū)域速度模型Fig.2 Velocity models used in study area

為了驗(yàn)證觀測報(bào)告中震相數(shù)據(jù)的可靠性，圖3繪制了研究區(qū)所有地震的P波和S波震相走時(shí)曲線，根據(jù)走時(shí)曲線特征將Pg和Sg震相離散性較大的數(shù)據(jù)刪除，剩余的參與重定位的數(shù)據(jù)可靠性較高。本文選取300 km范圍內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行地震精定位計(jì)算。

圖3 地震P波和S波震相走時(shí)曲線Fig.3 Time-distance curves of P-wave and S-wave

1.3 地震重新定位方法

首先利用HYPOINVERSE-2000(V1.4)程序?qū)Φ卣鹗录M(jìn)行絕對(duì)定位，通過計(jì)算近場特定模型下的走時(shí)反演地震的震中位置和深度，再利用雙差定位方法[6-10]給出地震事件的相對(duì)位置。

2 精定位結(jié)果

2.1 區(qū)域地震空間分布特征

由于研究區(qū)域不大，對(duì)地震事件進(jìn)行絕對(duì)定位時(shí)，整個(gè)區(qū)域可使用同一速度模型。從圖4的定位結(jié)果誤差分布可以看出，定位后的水平誤差大多小于1 km，平均為1.07 km；垂直誤差大多小于4 km，平均為2.37 km；走時(shí)均方根殘差大多小于0.3 s，均值為0.18 s?？傮w上看，絕大多數(shù)地震定位結(jié)果達(dá)到了Ⅰ類精度要求。

橫坐標(biāo)取值范圍包含上限值圖4 HYPOINVERSE-2000程序定位誤差分布Fig.4 Location error distribution ofHYPOINVERSE-2000

使用ph2dt程序中的控制文件，其中震中距范圍選擇300 km，MINOBS設(shè)為6，MAXOBS設(shè)為20，共選出34.3萬對(duì)P波震相、27.8萬對(duì)S波震相。使用hypoDD程序獲得相對(duì)準(zhǔn)確位置，其中P波權(quán)重設(shè)為1。由于本文使用地震事件多為近震，S波到時(shí)也相對(duì)準(zhǔn)確，所以S波權(quán)重設(shè)為0.7，阻尼值設(shè)為80。設(shè)置2輪迭代，每輪迭代5次，在迭代過程中采用4倍標(biāo)準(zhǔn)差作為截?cái)嘀?。?dāng)走時(shí)信息量較大時(shí)，由于使用SVD法求解的時(shí)間成本較高，因此本文使用LSQR共軛梯度法。共有15 816個(gè)事件參與hypoDD定位，最終得到14 110個(gè)地震定位結(jié)果。相比于HYPOINVERSE-2000程序的定位誤差，hypoDD程序的水平誤差減小為0.17 km，垂直誤差減小為0.29 km。

圖5為重定位前后的震中分布情況?？梢钥闯觯囟ㄎ缓蟮卣鸬目臻g分布更加收斂，線性趨勢更加明顯，且地震多發(fā)生在維西-喬后-巍山斷裂(F5)中段、控制鶴慶盆地的格白-鶴慶盆地北西緣斷裂(F8)和鶴慶盆地西緣斷裂(F10)等一級(jí)大斷裂及控制盆地的主要斷裂上。

重定位結(jié)果顯示，紅河斷裂帶中段洱源-彌渡斷裂(F13)北端、西村-三營盆地西緣斷裂(F12)與鶴慶盆地南東緣-洱源盆地北西緣斷裂(F11)交會(huì)處地震密集。該區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜，地震分布也相對(duì)復(fù)雜，是由控制洱源盆地和鶴慶盆地的斷裂共同作用形成的。

維西-喬后-巍山斷裂(F5)北起雪龍山東麓白濟(jì)汛一帶，經(jīng)維西、通甸、喬后，止于巍山盆地南端，走向NNW，傾向NE[11]，長約280 km。大致以玉獅場、平坡為界，可將斷裂分為北段(第1段)、中段(第2段)和南段(第3段)[12]，圖1僅展示了第2段和第3段。本文認(rèn)為，F(xiàn)5斷裂西側(cè)的地震線性展布區(qū)域更接近斷裂真實(shí)的展布范圍，斷裂第2段區(qū)域地震活躍，從地震空間分布來看，其北部呈NW向展布。在漾濞北部平坡附近，即F5斷裂第2段和第3段交界處，地震分布存在轉(zhuǎn)向，大約由北偏西30°轉(zhuǎn)為北偏西60°，在漾濞附近又恢復(fù)為北偏西30°方向。這一轉(zhuǎn)向可能指示某一地質(zhì)年代的重大事件，也可能與斷層構(gòu)造特征不同有關(guān)，因?yàn)镕5斷裂第2段是右旋走滑型斷層，而第3段的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以正斷型斷層為主[12]。

點(diǎn)蒼山西麓地震活躍，而點(diǎn)蒼山東麓蒼山前斷裂(F14)的地震則多發(fā)生在北端。1925年大理M7.0地震發(fā)生在西洱河斷裂與紅河斷裂帶的洱源-彌渡斷裂(F13)交會(huì)處，該處也是地震多發(fā)區(qū)域。鶴慶盆地周圍的地震多發(fā)生在鶴慶盆地西緣斷裂附近，且與斷裂展布方向一致。

圖5(b)中紅色線段標(biāo)識(shí)的Fa和Fb是根據(jù)地震空間分布推測的隱伏斷裂，兩者也是強(qiáng)震易發(fā)處，可為地震危險(xiǎn)性判斷提供更多依據(jù)。

圖5 地震空間分布Fig.5 Earthquakes spatial distribution

2.2 重定位前后震源深度對(duì)比分析

對(duì)比重定位前后地震震源深度分布情況(圖6)可知，重定位前震源深度的優(yōu)勢分布范圍為5～11 km，重定位后震源深度的優(yōu)勢分布范圍為7～11 km，且更集中并趨向于呈正態(tài)分布，指示中上地殼為地震多發(fā)區(qū)。

圖6 重定位前后震源深度分布Fig.6 Source depth distribution before and after relocation

2.3 沿不同剖面的地震空間和深度分布特征

為分析研究區(qū)地震活動(dòng)深部構(gòu)造特征，圖7給出不同經(jīng)緯度的震源深度剖面，其中圖7(a)～7(d)為地震在99.45°E、99.75°E、99.95°E和100.60°E兩側(cè)0.2°范圍內(nèi)深度上的展布特征，圖7(e)～7(h)為地震在25.50°N、26.00°N、26.25°N和26.50°N兩側(cè)0.2°范圍內(nèi)深度上的展布特征。圖7(a)～7(d)中的線段為斷裂的參考位置，圖7(e)～7(h)中斷裂的傾向參考了文獻(xiàn)[11-15]中的結(jié)果，藍(lán)色虛線表示的鶴慶盆地西緣斷裂(F10)是根據(jù)本文地震數(shù)據(jù)展布結(jié)果推測出的斷裂傾向。從圖7可以看出，構(gòu)造復(fù)雜和大型斷裂深部地區(qū)地震的空間展布并未很明顯地顯示斷層的傾向，而次級(jí)斷裂的深部地震更能顯示出斷裂在深部的展布形態(tài)。

圖7 不同經(jīng)緯度震源深度剖面Fig.7 Source depth profiles for different longitudes and latitudes

紅河斷裂作為一級(jí)板塊構(gòu)造邊界，其西北始于洱源，向南東方向經(jīng)大理、彌渡、元江、紅河、河口進(jìn)入越南[16]，本文只針對(duì)紅河斷裂的洱源-彌渡段(F13)進(jìn)行分析，該段是一個(gè)較為復(fù)雜的斷裂[13]。從圖7(f)和7(g)可以看出，紅河斷裂洱源-彌渡段(F13)傾向E，地震向斜下方延伸至30 km左右，在26.00°N紅河斷裂帶附近發(fā)生的地震明顯較深。

從圖7(f)可以看出，維西-喬后-巍山斷裂(F5)深部地震震中展布顯示傾向NE，與前人研究結(jié)果[11]一致，地震主要發(fā)生在5～15 km深度范圍內(nèi)。圖7(c)中鶴慶盆地南東緣-洱源盆地北西緣斷裂(F11)、西村-三營盆地西緣斷裂(F12)和紅河斷裂洱源-彌渡段(F13)交會(huì)的洱源地區(qū)，地震從近地表一直延伸至20 km附近，說明該地區(qū)地殼破碎；F12斷裂和F13斷裂交會(huì)的南側(cè)，地震分布存在向南加深的趨勢，而F5斷裂北側(cè)，地震分布向北逐漸加深，在25.95°N處達(dá)到最深，此處是洱源地區(qū)，預(yù)示著存在發(fā)生強(qiáng)震的危險(xiǎn)。

圖7(e)、7(g)顯示，程海-賓川斷裂(F16)下方地震呈直立性分布，預(yù)示著該斷裂是一條高傾角斷裂，傾向W。

圖7(a)顯示，北松園斷裂(F4)下方地震為條帶狀分布，該條帶呈高傾角并延伸至15～20 km深度處。圖7(h)顯示，F(xiàn)4斷裂傾向E，與管燁等[15]根據(jù)地球物理勘探得出的結(jié)果一致。

3 結(jié) 語

對(duì)2018-04～2020-09滇西北地區(qū)密集臺(tái)陣記錄到的15 816個(gè)M≥-1.4地震事件進(jìn)行重定位，得到14 110個(gè)地震定位結(jié)果，在此基礎(chǔ)上對(duì)研究區(qū)中小地震分布情況展開研究，得出以下結(jié)論：

1)重定位后地震空間分布更加收斂，與發(fā)震斷層之間的空間關(guān)系更加明顯，線性分布更好。研究區(qū)地震活動(dòng)分布不均，多數(shù)地震沿深大斷裂呈條帶狀分布，充分展示了斷裂在地表的形態(tài)；多條斷裂交會(huì)的洱源地區(qū)小震分布集中，顯示其地質(zhì)構(gòu)造破碎、地質(zhì)條件復(fù)雜。

2)研究區(qū)地震的震源深度多集中在0～20 km，優(yōu)勢深度為7～11 km，說明地震多發(fā)生在中上地殼。

3)地震在各個(gè)剖面的深度分布特征顯示了斷裂的深部構(gòu)造特征。紅河斷裂、維西-喬后-巍山斷裂、北松園斷裂、西村-三營盆地西緣斷裂和鶴慶盆地西緣斷裂的傾向均為E，程海-賓川斷裂帶為高傾角W傾斷裂。

致謝：感謝云南省地震局地震工程研究院提供斷裂數(shù)據(jù)。