基金项目:中国地震局.震情跟踪课题(2015010109)和云南省地震局青年科技人员传帮带项目联合资助.
(Yunnan Earthquake Administration,Kunming 650204,Yunnan,China)
Yingjiang earthquake sequences; the double-difference relocation; distribution of aftershock; LOC3D velocity model
备注
基金项目:中国地震局.震情跟踪课题(2015010109)和云南省地震局青年科技人员传帮带项目联合资助.
利用云南测震台网提供的波形数据及观测报告,采用LOC3D速度模型对2014年5月30日云南盈江MS6.1地震主震进行了精定位,用双差定位法对2014年5月24日至6月30日期间的余震进行了重新定位。结果 显示:地震序列分布显示出较为精细的几何结构,5月24日盈江MS5.6地震序列与5月30日MS6.1地震序列的空间分布具有较大差异,反映为震群型地震,且MS5.6地震序列后期的余震存在向未来的MS6.1地震的震源集中的时空演化特征。
Aiming on analyzing the temporal and spatial distribution of the sequence before and after the Yingjiang MS6.1 earthquake in Yunnan on May.30,2014,basing on the waveform data recorded by Seismic Network of Yunnan Province and the corresponding observation reports,we relocated the mainshock by using the 3D velocity model of Yunnan and Sichuan provinces(LOC3D),and then relocated the aftershock sequences during May.24 and June.30,2014 by using the double-difference relocation algorithm. The result is showed that the distribution of the sequences revealed the local geometric structure of the rupture region,and there were great difference of the spatial distribution between MS6.1 earthquake sequence and MS5.6 earthquake sequence,which indicated that the whole sequence was multiple main shock type. Furthermore the temporal and spatial distribution of later aftershocks of MS5.6 sequences had a trend of converging to the epicenter of the further MS6.1 earthquake.
引言
据中国地震台网中心测定,2014年5月24日4时49分21秒,云南省德宏傣族景颇族自治州盈江县发生MS5.6地震(以下简称MS5.6地震),震中(25.0°N,97.8°E),震源深度12 km; 2014年5月30日9时20分50秒,该地区再次发生MS6.1地震(以下简称MS6.1地震),震中(25.0°N,97.8°E),震源深度12 km。这两次地震构成震群序列,5月30日的MS5.6地震序列可能对MS6.1地震的孕育发生具有重要的指示意义; 云南测震台网的定位结果显示,MS6.1地震前后的序列分布具有明显差异,且存在一定相关性,进一步分析其时空分布特征可为地震序列后期可能的强震活动预判提供依据。
盈江地处腾冲—龙陵地震带和缅甸弧地震带之间的过渡地带,夹于冈底斯—念青唐古拉褶皱系(Ⅰ级)、伯舒拉岭—高黎贡山褶皱带(Ⅱ级)、铜壁关褶皱束(Ⅲ级)、与泸水—陇川褶皱束(Ⅲ级)及古永—盏西褶皱束(Ⅲ级)间。由于处在特提斯—喜马拉雅构造域东南段构造线明显转折的部位,自晚元古代以来古大洋向其北部和东部地台的长期挤压和俯冲,加之各时期主应力方向的不断变化,使该地区构造极其复杂,区内众多大断裂纵横交错,地质构造十分复杂(张智等,2006)。西侧缅甸境内有右旋走滑的近北南向实皆断裂,北部有喜马拉雅东构造结,东部有龙陵—澜沧新生断裂,南部有一系列北东向断裂(如大盈江断裂)等全新世活动断裂。
震区内新构造运动强烈而复杂,主要发育有NE向、NS向和NNE向3组断裂构造,代表性断裂为大盈江断裂、苏典—盈江断裂和卡场—大竹寨断裂(张彦琪等,2014)。该区自2008年以来中强地震活跃,相继发生了2008年3月21日MS5.0地震(大盈江断裂)、2008年8月20日MS5.0地震、8月21日MS5.9地震(苏典—盈江断裂)和2011年3月10日MS5.8地震(大盈江断裂)。从构造的角度看,自2008年以来该区“群震”现象可能与其所处的特殊构造位置有关,但本次MS5.6、MS6.1地震距大盈江断裂约43 km、距苏典—盈江断裂约16 km,且附近地形地貌较为复杂,震区具体构造特征尚不明确,需进一步研究。
高精度的定位能更加准确显示地震序列的空间分布,使我们能更好地分析地震活动的三维空间分布特征、地震分布与震区构造的关系,进而为确定发震断层和分析地震的发震机理定提供重要参考(房立华等,2013; Balfour et al.,2012)。本文利用“川滇地区三维走时表”和“三维速度模型”对地震进行了重定位,然后利用2014年10月7~31日云南省测震台网波形数据及震相观测报告,采用双差重定位方法对盈江地震及其余震序列进行重新定位,探讨本次地震序列的时空分布特征。
1 研究方法与数据
1.1 双差重定位方法双差重定位方法(Waldhauser,Ellsworth,2000,2002)是一种针对丛集地震精定位的相对定位方法,经过重定位后的地震的相对位置具有较好的空间分布特征。尤其该方法被它用于地震序列的重定位中,可以更好地反映地震破裂区的几何形态,描述发震断层的特征,已在大量震例中得到广泛应用。余震序列的双差定位结果,已被证明能够较好地反映断层破裂的延展范围(黄媛,2008; 房立华等,2011,2013; Lei et al.,2012,2014; 王未来等,2014; 张广伟等,2014; 徐甫坤等,2014)。双差重定位方法通过将一定空间范围内的地震事件两两组对,对某组对事件(i,j)在台站k上的某个震相,定义其双重残差为两个事件的走时残差(rik,rjk)之差(Waldhauserand,Ellsworth,2000,2002)为
drijk=rik-rjk≡(tik-tjk)-(T ik-T jk).(1)
其中,tik及T ik分别为台站k记录的事件i的观测走时及计算走时。式(1)表明双重残差等价于组对事件的到时差的残差。经过数学迭代,通过求解使双重残差最小时对应的到时差作为组对事件间的相对距离。
当组对事件中两个事件间的距离远小于事件到台站间的距离或速度非均匀性尺度时,两个事件具有相近的传播路径,传播路径上速度结构的误差对定位的影响可以忽略,双重残差只受其相对位置影响,于是式(1)可近似表示为事件震源参数偏移量的线性方程组:
drijk=(tik)/(m)Δm-(tjk)/(m)Δmj.(2)
其中,Δm=(Δx,Δy,Δz,Δτ)为4维震源参数偏移量。于是地震定位问题变为:以观测走时tik及tjk为初始条件,求解偏移量Δmi及Δmj,使双重残差drijk最小,获得的解即为最优解。该方法使用相对走时残差来修正地震位置,能够有效抵消传输路径对定位结果的影响,获得更高精度的地震相对位置。
1.2 速度模型速度模型在地震定位中尤其是地震深度的确定中具有重要作用,双差重定位方法采用相对走时差数据,很好的克服了传输路径中速度横向不均匀性的影响(吕鹏等,2011),但震区的水平分层速度模型仍对重定位结果存在较大影响(Waldhauser,Ellsworth,2000),为对本次地震序列进行重定位,确定合适的速度结构尤为重要。人工测深方法能给出较精确的速度结构,中国地震局和其他协作单位先后于1982及1987年在云南及邻区实施了滇深82工程、滇深86-87工程等野外人工地震测深(DSS)工作,获得了遮放—宾川(胡鸿翔等,1986; 白志明,王椿镛,2004; 张中杰等,2005)、洱源—江川(胡鸿翔等,1986; 张智等,2007)和孟连—马龙(白志明,王椿镛,2004)、丽江—者海(熊绍柏等,1993)和思茅—中甸(胡鸿翔,1993; 林中洋等,1993; 张智等,2006)5条地震测深剖面的速度结构(苏有锦等,1999; 白志明等,2003; 熊小松等,2009)。这些测线呈网状相互交叉,穿越云南地区一系列的重要断裂和主要构造单元(白志明,王椿镛,2003),提供了宝贵的参考数据,对确定水平分层速度模型起着关键作用。
盈江地震位于波密—腾冲褶皱系(早加里东褶皱带)内,现有的关于盈江地区的分层速度模型研究结果并不多,大多数研究主要集中于与其相邻的腾冲地区,且两个地区的速度结构可能存在较大差异(赵小艳等,2013)。DSS中的遮放—宾川测线大致沿龙陵断裂分布,其西南端位于波密—腾冲褶皱系(早加里东褶皱带)与三江褶皱系的交界地带(陈炳蔚等,1987; 白志明,王椿镛,2004),与盈江地区属于同一构造单元,且与本次地震空间上最为接近。2011 年盈江MS5.8地震发生后,房立华等(2011)参考DSS结果建立了该区域分层速度结构模型,对地震序列进行了快速精定位; 对该地震的后续研究(赵小艳等,2013; 黄浩,付虹,2014)亦采用了该模型,并获得了较准确的重定位结果。本次地震位于2011年盈江MS5.8地震震中西北约40 km,两次地震震中距离相近,故使用该结构模型对本次地震进行重定位,模型共分7层,每层的顶界面深度分别是0、1、14、18、30、38和60 km,对应的层速度分别为5.0、6.1、6.4、6.6、7.2、8.0和8.1 km/s,波速比设定为1.76(图1)。
1.3 数据选择根据云南地震速报目录,2014年5月24日0时至6月30日24时,震区(97°~99°E,24°~26°N)共记录到ML≥1.0地震5 834次,其中3.0~3.9 级223次,4.0~ 4.9级14次,5.0级以上地震3次,这3次5.0级以上地震分别为5月24日4时49分21秒MS5.6地震、5月30日9时20分13秒MS6.1地震以及5月30日9时20分50秒MS5.1地震。本地震序列可分为两个阶段(图2),第一个阶段为MS5.6地震至MS6.1地震之前时段,第二阶段为MS6.1地震之后的时段。由云南测震台网定位结果,第一个阶段的余震分布以北东向分布为主,第二个阶段以近北南向分布为主,两个阶段的余震分布存在明显差异。为方便讨论,将第一个阶段内的地震简称为“MS5.6地震序列”,第二个阶段称为“MS6.1地震序列”。
2014年5月24日盈江MS5.6地震前,震中附近200 km 范围内共有11个正常运行的台站参与定位,其中包括云南数字测震台网7个台、腾冲火山台网3个台及缅甸密支那(MYI)台。其中箐口台(QKT)距离震中最近,震中距为57 km,近震台站较少; 台站主要分布有震中东侧,震中西侧仅有MYI台一个台站(图3a),其中断层数据采用邓起东等(2002,2003)研究结果,方位角覆盖较弱。MS5.6地震发生后,云南省地震局在震中附近架设了卡场(KAC)、勐弄(MNO)及惜马(XIM)3个短周期流动测震仪,于5月26日10时48分开始参与地震定位,其中KAC及MNO两个台均位于余震区内; 2014年5月30日盈江MS6.1
图2 2014年5月24日0时至6月30日24时盈江ML≥2.5地震序列M-t图
Fig.2 M-t diagram of the Yingjiang ML≥2.5 earthquake sequence from 0 a.m.on May.24 to 24 p.m.on Jun.30,2014图3 双差重定位使用台站、序列分布(a)以及P、S波震相走时(b)
Fig.3 Distribution of the stations and aftershocks(a)used in double difference location method and travel time of P and S waves(b)地震发生后,再次其设了盏西(ZHX)及新城(XIC)两个流动短周期测震仪,并于5月31日22时41分开始参与地震定位。至此震区50 km范围内共有5个测震仪参与定位,明显改善了台网对震区的监测能力。
使用的震相数据为云南省测震台网编目提供的震相报告,为确保震相的可靠性,对震相报告进行了筛选,按照以下原则筛选出符合要求的地震事件:对每次地震事件,要求参与定位的台站不少于4个、震中距在200 km内,且震相数不少于6个。共筛选出4 594次ML≥1.5地震参与重定位计算(图3a中左下角),获得P波到时36 618条、S波到时32 742条,由其走时曲线(图3b)可见,震相走时的离散度小,原始震相观测报告具有较高的可靠性。
2 地震重定位
由于双差重定位方法是一种相对定位方法,对地震的绝对位置不敏感,定位的结果可能出现整体性的位置偏移(房立华等,2011,2013),为探讨地震序列与断层的位置关系,还需要准确的参考地震的位置。笔者利用云南省测震台网中心的波形数据,对5月30日MS6.1地震进行重新定位,使用的软件为MSDP 软件,速度模型为地震行业科技专项“川滇地区地震走时表编制”的研究成果“川滇地区三维速度模型”(LOC3D)。
利用由云南省测震台网中心提供的波形数据,选择信噪比高、震相清楚、方位覆盖较好的台站
图4 采用LOC3D重定位使用的台站分布及重定位后的震中位置
Fig.4 Distribation of stations used to relocation by LOC3D and the location of the epicenter of mainshock after relocation3 重定位结果
进行序列重定位前,以主震重定位后的位置为参考位置,根据采用LOC3D模型确定的地震位置(图)与震相报告中的地震位置的差异,对所有地震的初始位置进行了整体性平移,并作为重定位的初始位置(房立华等,2011)。
设定组成事件对的最大距离为10 km、最小震相对为8对,经过事件组对后,共挑选出4 284次地震,组成56 354对事件对,共有331 326对P波及281 726对S波震相参与重定位计算。初始数据沿经度、纬度和深度方向的定位残差分别为0.6、0.7及0.8 km,走时残差为240 ms。
经过双差重定位后共得到4 163次地震的震源位置参数,沿纬度方向、经度方向和深度方向的定位残差分别为0.16 km、0.16 km和0.21 km,
走时残差为65 ms。与初始定位结果相比,重定位计算明显提高了震源相对位置的定位精度,且重定位后的震中分布形态具有明显的集中性。
重定位后,MS6.1地震震中位置(24.974°N,97.881°E),震源深度为17.5 km,与重定位前基本一致; 而MS5.6地震的震源深度为23.6 km,相比重定位前增加了6.6 km,这可能是由该地震发生前震中附近台站较少、台网定位精度较低所致。
图6 重定位后的地震序列在水平面上的分布(a),沿AA'剖面(b)和沿BB'剖面(c)的投影
Fig.6 Distributions of the sequences after relocation on horizontal plane(a),and the projection of focal depth along AA' and(b)and BB'(c)profiles按窗长3 km统计震源深度的分布,发现MS6.1地震前后的震源深度分布存在明显差异(图5):MS5.6地震序列的震源深度分布集中在13~17 km内,峰值出现在15 km左右; 而MS6.1地震序列的震源深度分布集中在11~15 km内,峰值出现在13 km左右。表明MS6.1地震后的余震分布相对MS5.6地震序列有所变浅。
从重定位结果可以看出,重定位后的序列分布与云南省测震台网的初定位结果(图3a)基本一致,但具有较为集中的分布特征,而且MS6.1
地震前后的余震分布具有明显差异(图6a),故以MS6.1地震为参考时间点,将其分为5月24日 ~ 30日(MS5.6地震序列)和5月30日 ~ 6月30日(MS6.1地震序列)两个时段讨论。
MS5.6地震序列的优势分布方向为北东向(图6a),参考余震分布选取北东向的A-A'剖面及北西向的B-B'剖面:在水平面上,A-A'剖面为优势分布方向,分布区域长约8 km,宽约3 km; 由深度剖面可见(图6b),余震的震源深度分布主要集中在8~20 km,MS5.6地震位于整个余震区
图7 MS6.1地震序列中ML≥2.0地震的水平分布及其深度剖面(深度剖面中黑线为余震集中分布显示的可能的破裂面)
Fig.7 The horizontal distribution and depth profile of ML≥2.0 earthquakes of MS6.1 sequences (the black lines in the depth profile are the possible rupture planes implied by the centralized distribution of aftershocks)底部,其震源深度显著深于其他地震,在深度剖面上呈近竖直分布; 另外,该序列还存在一个北西方向的分支(B-B'剖面)(图6c),该分支位于MS5.6地震附近,与优势分布正交,其余震数量较少,但深度集中在13~18 km,明显低于A-A'剖面上的地震; 值得一提的是,5月31日MS6.1地震发生于该分支的底部。
MS6.1地震序列的优势分布方向为近南北向(图7),与MS5.6地震序列存在明显差异(图6a),余震分布在南端为北北西向,至北端转为北北东向,整体呈弧状分布(图7a),其南北向长度约12 km,东西向宽度约6 km。由余震分布在北北东方向(图7b、c)及北西西方向(图7d、e、f)上的投影,可见余震集中分布在H1-H1'、H2-H2'及C-C'三个细长区域内,这三个区域的走向及余震深度分布均存在明显差异:(1)东南角的C-C'区域呈北东走向,区域内地震的震源深度集中在8 ~ 14 km,明显浅于其他区域(图7f);(2)H1-H1'区域呈北北东走向,长约7 km,沿
北北东向的剖面(图7b)显示其南端的余震的震源深度集中在11~15 km,至北端则增加至20 km左右,整体呈南浅北深、略向西倾的几何形状;(3)H2-H2'区域呈北北东走向,与H1-H1'平行,水平间隔约1.5 km,但其余震的深度分布与H1-H1'相反,在南端集中在10 ~ 18 km,至北端集中在10 ~ 15 km(图7c),整体呈南深北浅、略向西倾的几何形状。
另外,由北西西方向的剖面(7d、e、f)可以看出:(1)H1-H1'、H2-H2'及C-C'三个细长区域上的余震剖面均略往西倾,MS6.1地震位于H1-H1'及H2-H2'两个北北东向在深部的交汇部位;(2)三个区域的余震深度分布存在明显差异,东南端北东走向的C-C'区域的深度最浅,H1-H1'及H2-H2'区域的深度分布大体相近,但在不同段落具有差异:H2-H2'为南深北浅的分布,而H1-H1'为南浅北深的分布。由以上余震空间分布的特征,推测MS6.1地震的主要破裂区域可能为北北东向的H1-H1'及H2-H2'破
图8 MS5.6及MS6.1地震序列分布(ML≥3.0)
Fig.8 Distributions of MS5.6 and MS6.1 earthquake sequences(ML≥3.0)裂面,而北东向的C-C'区域为H2-H2'破裂面衍生的小型破裂。
由图6、7可见,MS6.1地震序列与MS5.6地震序列的空间分布具有明显差异,但从ML≥3.0余震的整体分布看(图8),二者又相互补充:MS5.6地震序列位于整个序列的中部,MS6.1地震序列的展布与其存在重叠,且分布范围更广,二者共同表现为南北向的优势分布; MS6.1地震序列的深度剖面存在余震稀疏的区域,其位置与MS5.6地震序列吻合,这与2011年盈江MS5.8地震相似(赵小艳等,2013),说明这些区域可能已充分破裂。这种分布可能反映MS6.1地震序列为在MS5.6地震序列基础上产生的新破裂,形成新的空间分布,为破裂的进一步发展和升级。
由震源深度随时间的演化特征(图9),MS5.6地震序列中ML≥3.0地震的空间分布随时间的演化具有阶段性:早期(5月24日 ~ 25日)的余震分布较为分散,形成北东向优势分布,在9~23 km深度均有分布,其中大部分地震集中在14 ~ 18 km内; 5月25 ~ 27日的余震集中在中南段,且深度较浅,以13 ~ 15 km为主; 5月27 ~ 30日MS6.1地震前的余震则表现出一定的趋势性,其在水平面上分布于北东向优势分布的西北侧区域,即未来震中附近,在深度上则逐渐加大,在5月27日深度分布在13 ~ 15 km,至5月30日已逐渐加深到15 ~ 17 km范围。由图6亦可看到,在序列后期,小震活动以MS6.1地震附近区域为主,存在向MS6.1地震震中集中的趋势。这种集中趋势可能意味着未来强震附近的破裂开始发生,对MS6.1地震具有重要的指示意义。
图9 MS5.6地震序列在深度(ML≥2.0)(a)、水平面上(ML≥3.0)(b)随时间的演化分布
Fig.9 The evolution distribution of MS5.6 earthquake sequences with time in depth(ML≥2.0)(a) and on horizontal plane(ML≥3.0)(b)4 讨论与结论
重新测定后的地震发震时刻为2014年5月30日9时20分13.321秒,震中位于(97.853°E,24.994°N),震源深度17.597 km。与台网定位结果相比,水平位置接近,但深度增加约5.6 km,这可能主要由采用的速度模型的差异造成。经过双差重定位后,定位误差明显减小,序列分布具有以下特征:
在水平方向上,余震优势分布为近南北向的条状区域,南北长约12 km,东西宽约6 km; 对余震分布在不同方向的投影进一步划分,反映出破裂区更为精细的几何结构,余震主要分布在一个北东向、两个北北东向的3个细长区域内,其深度分布具有明显差异。由于震区附近的主要断裂为大盈江断裂、次级的苏典—盈江断裂及措勤—嘉梨断裂(安晓文等,2009; 张彦琪等,2014)等走滑型断裂,但与本次地震均有一定距离,而目前对震区的详细构造尚缺乏详细研究,故本次地震序列的余震分布表现出的几何结构与构造的关系不得而知,但这种几何结构可能反映震区的构造形态为走滑型断裂背景下的花状构造。
将本次地震序列按MS6.1地震划分为两个时段,地震之前的地震归为MS5.6地震序列,之后的地震归为MS6.1地震序列,则两个序列的余震空间分布具有明显差异:在水平方向上,MS5.6地震序列的优势分布为北东向,而MS6.1地震序列呈近南北向的弧状分布,由3个细长区域共同构成; 在深度上,MS6.1地震序列的震源深度略浅于MS5.6地震序列; 另外,余震分布的深度剖面显示,MS6.1地震序列分布范围较广,且与MS5.6地震序列存在较大差异。这种分布特征可能表明,这两个地震属于震群型地震。
另一方面,MS5.6地震序列为北东向优势分布,并存在一个稍小的北西向分支,MS6.1地震并未发生在MS5.6地震序列的余震主体集中区域,而是位于其北西向分支底部,余震区的边缘地带。本次地震东南约40 km的大盈江断裂上曾于2011年发生MS5.8地震,其前震非常丰富(付虹等,2011),MS5.8主震亦位于前震分布的边缘,断裂的尖端地区(赵小艳等,2013; 黄浩,付虹,2014; 陈佳等,2014),与本次地震相似。
从余震分布随时间的演化看,MS5.6地震序列中后期的余震存在震源深度逐渐变深、并逐渐向MS6.1地震震中集中的趋势,这种分布及演化趋势可能为MS6.1地震将要发生的一种迹象。
对该地震的相关性质尚需结合其他手段做进一步讨论和分析,但本文的初步研究显示:本次地震序列的空间分布具有较为精细的几何结构,MS5.6地震序列可能为MS6.1地震的前震序列; 并发现MS5.6地震序列后期的余震存在向MS6.1地震的震源处逐渐集中的演化规律,这种演化可能对未来强震的发生具有一定的指示意义。笔者亦期望本文的结果能对进一步的分析研究有所帮助,粗浅认识可为未来的序列趋势跟踪、尤其是在对未来强震/强余震的预判中提供一定的依据。
本文所用波形及震相数据来自云南测震台网中心,图件采用GMT软件包及AI绘制。审稿专家对本文提供了建设性的修改意见; 云南省地震局李静在地震重定位过程中提供了指导。作者谨向以上单位和个人表示由衷的感谢。
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