Sbox地震定位方法在洱源臺(tái)陣的應(yīng)用

馮向東，王曉山，趙志遠(yuǎn)，王凱英

（1.河北省地震局,石家莊,050021；2.中國(guó)地震局地質(zhì)所,北京,100029）

0 引言

地震定位是地震學(xué)最基本的問題之一，提高定位精度是地震學(xué)家一直研究的重要課題之一[1]，精確的震源位置對(duì)于確定發(fā)震構(gòu)造、剖析發(fā)震機(jī)制等至關(guān)重要。隨著數(shù)字地震觀測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與地震震源的研究越來越深入，對(duì)地震定位的精確度要求也越來越高。短周期密集臺(tái)陣技術(shù)隨之形成、完善，并逐漸廣泛應(yīng)用于地震重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)，地震實(shí)驗(yàn)場(chǎng)等場(chǎng)所。2018年馬瑾院士研究團(tuán)隊(duì)在滇西北地區(qū)布設(shè)了由30個(gè)短周期臺(tái)站組成的臺(tái)陣[2]，用于亞失穩(wěn)野外觀測(cè)研究實(shí)驗(yàn)，獲得大量微震數(shù)據(jù)，為滇西北地區(qū)地震構(gòu)造研究提供了珍貴的數(shù)字觀測(cè)資料（圖1）。滇西北地區(qū)處于青藏高原東南緣、川滇菱形塊體西南部，受印度板塊與歐亞板塊碰撞作用的影響，新構(gòu)造活動(dòng)顯著，發(fā)育著眾多受近南北向斷裂控制的地塹或半地塹盆地，構(gòu)成了“Z”字形的滇西北裂陷帶[3-4]。該區(qū)域歷史上M≥6.0地震頻發(fā)，且大多發(fā)生在主要斷裂及其附近區(qū)域。2021年5月21日在漾濞縣發(fā)生了MS6.4地震，此次地震共造成37人傷亡，其中死亡3人，重傷9人，云南臺(tái)網(wǎng)和亞失穩(wěn)臺(tái)陣記錄到了豐富的前震和余震。本文利用XCOLOC程序[5]，采用Sbox方法對(duì)滇西北地區(qū)（25°～27°N，99°～101°E）地區(qū)2018年3月1日—2021年5月21日的地震重新定位，驗(yàn)證定位方法的可靠性，探討分析云南漾濞MS6.4地震序列的空間分布特征。

圖1 研究區(qū)域斷裂構(gòu)造及地震分布圖

1 Sbox方法和XCORLOC軟件包

XCORLOC是一個(gè)Fortran計(jì)算機(jī)程序包[5]，集成了特定震源臺(tái)站校正定位方法相關(guān)程序，可進(jìn)行單事件定位、靜態(tài)臺(tái)站校正項(xiàng)定位、特定震源臺(tái)站校正項(xiàng)定位、收縮源特定臺(tái)站校正項(xiàng)定位和波形互相關(guān)數(shù)據(jù)定位。Riehards-Dinger和Shearer在2000年提出特定震源臺(tái)站校正地震定位方法（SSST）[6]，該方法中臺(tái)站校正項(xiàng)是隨震源空間位置變化的函數(shù)。Riehards-Dinger和Shearer應(yīng)用特定震源臺(tái)站校正法對(duì)南加州地震進(jìn)行精確定位研究。Lin于2005年對(duì)上述方法加以改進(jìn)，形成收縮箱特定源臺(tái)站校正地震定位方法（Sbox），即選擇每個(gè)地震事件周圍指定半徑球面內(nèi)所有地震的殘差為該地震計(jì)算在各個(gè)臺(tái)站的校正值，且在迭代過程中不斷縮小選震半徑，直至到指定的某個(gè)最小值。該方法采用比傳統(tǒng)最小二乘法更穩(wěn)健的范式（L1和Hygrid L1-L2）進(jìn)行迭代的網(wǎng)格搜索方法。經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該方法與主事件法及雙差法定位能力相當(dāng)，且數(shù)據(jù)量大時(shí)運(yùn)行速度較雙差法快，還可以使用特定的地形做校正，以避免顯著地形起伏產(chǎn)生的人為影響[7-10]。

2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及震相報(bào)告預(yù)處理

2.1 高程文件準(zhǔn)備

滇西北地區(qū)處于青藏高原東南緣，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地形對(duì)照性強(qiáng)，起伏大，最低處577 m多，最高處高程5 190 m多，為了避免高程起伏帶來的影響，高程校正必不可少。綜合考慮計(jì)算效率和計(jì)算精度，利用GMT程序獲取30 s分辨率的高程數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為程序包所需的格式。

2.2 震相報(bào)告預(yù)處理

我們收集了亞失穩(wěn)臺(tái)網(wǎng)、云南固定臺(tái)網(wǎng)和臨時(shí)臺(tái)網(wǎng)記錄到的2018年3月1日—2021年5月21日23 731個(gè)地震事件的震相報(bào)告。震相到時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)于地震定位結(jié)果的合理性與可靠性至關(guān)重要，對(duì)搜集到的震相報(bào)告數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選必不可少。首先剔除掉重復(fù)震相及震中距超過200 km的震相，然后刪除掉與和達(dá)曲線偏離較大的震相，最后剔除掉少于4個(gè)臺(tái)站記錄的地震事件（圖2）。經(jīng)預(yù)處理后共獲得18 184個(gè)地震事件用于重新定位。

圖2 Pg、Sg走時(shí)數(shù)據(jù)篩選圖

2.3 速度結(jié)構(gòu)模型

地震定位選用的速度結(jié)構(gòu)模型如表1所示，模型10 km深度以內(nèi)的上地殼速度值來自Velest程序反演得到漾濞地區(qū)最小一維速度結(jié)構(gòu)模型，10 km以下的界面深度及其速度值則采用接收函數(shù)和面波反演得到的結(jié)果[11-12]（表1）。根據(jù)此速度模型使用deptable命令準(zhǔn)備走時(shí)表。

表1 速度結(jié)構(gòu)模型

3 結(jié)果分析

3.1 地震重定位結(jié)果總體特征

在定位過程中，有1個(gè)地震震中位置變化過大導(dǎo)致程序運(yùn)行終止，剔除這個(gè)地震后定位順利完成，因此，實(shí)際完成定位地震數(shù)量為18 183個(gè)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，重定位結(jié)果中出現(xiàn)了758個(gè)定位異常的地震，深度為0。進(jìn)一步剔除這些定位異常的地震，最終完成定位地震數(shù)量為17 425個(gè)。定位過程中丟失地震數(shù)量相對(duì)較少。重定位前后震源深度分布差別明顯，重定位后深度以8 km為中心近正態(tài)分布（圖 3）。

圖3 重定位前后震源深度分布柱狀圖

重定位后地震震中分布叢集性和線性有所增強(qiáng)，與附近斷裂展布一致性更好。該區(qū)地震活動(dòng)的主要特點(diǎn)是多數(shù)震中在空間上具有圍繞斷陷盆地集中分布的現(xiàn)象，地震分布受到盆地展布控制，與斷裂帶走向一致[13]（圖 4a、4b）。

通過東西向深度剖面 L1L1′（圖 4c、4d），可以看出在深度分布上位置的改善，形成了更緊湊的空間分辨率，可以更清楚地顯示眾多受近南北向斷裂控制的沿東西向排列分布的地塹或半地塹盆地

圖4 定位前后震中在地表分布圖

3.2 漾濞地震序列分析

2021年云南漾濞MS6.4地震屬于典型的前震-主震-余震型事件，前震和余震都極為豐富，自2021年5月18日0時(shí)—21日23時(shí)，包括主震共發(fā)生了MS5.0以上地震4次，按照發(fā)震先后，文中命名為EQ1、EQ2、EQ3、EQ4。其中 EQ1為 MS5.6前震，EQ2為主震，EQ3、EQ4為2次強(qiáng)余震。距離本次地震最近的維西-喬后斷裂北起雪龍山東麓白濟(jì)訊，經(jīng)維西、喬后止于點(diǎn)蒼山西南，整體呈現(xiàn)右旋走滑狀態(tài)[14]。

從序列的震中分布看，地震序列呈NW向線性展布，重定位結(jié)果線性更加明顯。主震在北西端，前震、余震在主震東南方向，且主震和余震、前震之間空段明顯。地震序列又分為3叢，以前震EQ1為中心的中間一叢、EQ3及附近向東南展布一叢、EQ4周邊一叢。EQ4周邊一叢定位前叢集性不明顯，定位后相對(duì)集中（圖5a、5b）。

重定位前震源深度水平層狀明顯，橫向分辨率較低，漾濞地震序列與此前發(fā)生的背景地震界限不甚明顯。重定位后震源深度分布整體叢集性明顯改善，水平成層的現(xiàn)象消失，圖像銳化清晰，橫向、縱向分辨率明顯增強(qiáng)，漾濞地震序列地震震源體的分布邊界更加清晰。

BB′剖面（圖 5e、5f）中漾濞地震序列（紅色點(diǎn)）可以清晰地勾勒出近垂直的NW向地震斷層面。AA′剖面上地震分布則清晰地顯示出存在傾向SE、走向NE的地震斷層面。為了能更清晰地顯示，將圖5中AA′剖面地震重新放大繪制（圖6）。

圖5 漾濞地區(qū)定位前后震中分布圖

AA剖面5月18日以前和之后地震在空間上具有明顯的補(bǔ)位現(xiàn)象，5月18日后漾濞地震序列整體分布勾勒出一個(gè)破裂面，其左、下界面比較明顯（圖6），而此界面恰恰是5月18日之前的地震相對(duì)密集地帶。漾濞地震屬于單側(cè)破裂，破裂方向?yàn)樽员蔽飨蚰蠔|方向。在漾濞地震前幾年或更長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，破裂面北西端及深部小地震發(fā)育，形成預(yù)破裂。而震前在漾濞地震震源區(qū)則形成相對(duì)地震空區(qū)，直至漾濞地震序列發(fā)生后填補(bǔ)了該空區(qū)。

圖6 AA′剖面漾濞地區(qū)定位前后震源深度分布圖

4 結(jié)論

通過以上分析可以得到下述結(jié)論：

1）Sbox方法在地震重定位過程丟失地震數(shù)量較少，重定位結(jié)果可顯著銳化地震分布圖像，增強(qiáng)地震叢集性，從而提高地震分布對(duì)深部構(gòu)造的分辨率，以便開展發(fā)震構(gòu)造及破裂過程的精細(xì)研究。

2）漾濞MS6.4地震序列震源深部分布與背景地震在空間上補(bǔ)位現(xiàn)象較為明顯，破裂方向?yàn)樽员蔽飨蚰蠔|方向，據(jù)此可推斷漾濞地震屬于單側(cè)破裂。

3）在漾濞地震前幾年或更長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，破裂面北西端及深部小地震發(fā)育，形成預(yù)破裂，震前在漾濞地震震源區(qū)形成相對(duì)地震空區(qū)，直至漾濞地震序列發(fā)生后填補(bǔ)了該空區(qū)。我們將結(jié)合中小地震的震源機(jī)制解進(jìn)一步分析該震源區(qū)的應(yīng)力演化特征，以期達(dá)到尋找震前亞失穩(wěn)現(xiàn)象的目標(biāo)。