2021年6月10日19时46分,云南省楚雄州双柏县(24.34°N,101.91°E)发生M_S5.1地震(以下简称双柏地震),震源深度14 km。6月28日19时48分在附近又发生M_L4.6地震,震源深度13 km。双柏地震震中附近震感强烈,玉溪、楚雄、昆明和大理等地也均有震感。此次双柏地震是继2021年5月21日漾濞M_S6.4地震后,在云南境内发生的又一个震级较大的地震。万永革课题组确定的双柏地震的震源机制为:节面I走向301.47°、倾角82.28°、滑动角177.78°; 节面II走向31.76°、倾角87.80°、滑动角7.72°^①。据中国地震台网中心统计,截至2021年6月30日24时,共记录到双柏地区地震1 090个。

双柏地震发生在楚雄盆地西南部,楚雄盆地位于扬子板块西南缘和川滇菱形块体南部的滇中次级块体,盆地西南边界为哀牢山—红河断裂,与思茅—印支地块相邻。双柏地震的震中位置介于NW走向的哀牢山—红河断裂与楚雄—建水断裂之间,震中附近并无明显的断裂分布(图1)。

本文利用震中周边的云南地震台网固定台及流动台连续波形数据,采用基于深度学习的地震检测算法,对双柏地震序列进行检测(研究区域范围:24.28°～24.40°N,101.82°～101.94°E),基于区域速度模型对地震序列进行绝对定位,并利用双差定位方法进行相对定位,探讨了此次地震序列的分布特征和发震构造。

图1 双柏地震震中及其邻区主要断裂带分布图
Fig.1 Distribution of the main fault zones around the epicenter of the Shuangbai earthquake

本文收集处理了2021年6月10日19时至6月30日24时、震中周边200 km范围内27个台站(其中固定台24个、流动台3个)的连续波形数据。流动台站布设前,双柏地区地震最大孔隙角为51°,次大孔隙角为64°,最近台站震中距46 km。6月11日11时与12时,L5318、L5319两个流动台实现联网观测,6月12日12时,L5317流动台加入观测。3个流动台实现联网观测后,双柏区域最大孔隙角为49°,次大孔隙角为55°,最近台站震中距8 km。流动台站的布设,显著改善了双柏地区的观测台网布局,提高了定位精度。本文中的台站所使用的均为三分向地震计,采样率均为100 Hz。 本文采用的数据处理过程包括以下5个步骤:

(1)地震检测与震相拾取。采用PhaseNet算法(Zhu,Beroza,2019),数据窗长取30 s,处理步长取10 s。若同一震相有多个震相到时,则选择概率值较大的震相到时参与后续处理。

(2)震相关联。根据组触发策略(Tamaribuchi,2018),确定关键震相。随后将关键震相对应台站周边N个台站(动态生成)的震相到时,采用“八叉树”搜索方法(Lomax et al,2000)确定最大概率网格点。最后确定残差绝对值小于1.0 s的震相到时为关联成功的震相,参与后续绝对地震定位。

(3)绝对地震定位。基于云南地区的一维速度模型(王夫运等,2014)(表1),采用NLLoc方法进行定位(Lomax et al,2000),获得地震的绝对位置。

表1 云南地区一维速度模型
Tab.1 One-dimension velocity model in Yunnan area

(4)震级测定。应用实时仿真算法(Kanamori et al,1999; 金星等,2004),将原始速度记录仿真为DD-1位移记录,在S波或Lg波位置附近量取最大振幅,按照《地震震级的规定》(DB 17740—2017),计算M_L震级。

(5)双差精定位。采用HypoDD相对定位方法(Waldhauser,Ellsworth,2000; Fang et al,2013; 房立华等,2018; Wang,Hutko,2018; Wang et al,2021)进行精定位,选择震相走时残差小于1.0 s、震相数量不少于7个的地震事件参与相对定位。相对定位采用与绝对定位相同的速度模型。

应用本文方法共产出1 713条地震目录(以下简称自动目录),而在相同时间段内,云南地震台网共产出人工分析地震目录(以下简称人工目录)1 090条(含单台记录地震2条),自动目录条目数是人工目录的1.57倍(图2)。

图2 自动目录(a)和人工目录(b)定位结果对比
Fig.2 Comparison between the location results from automatic catalog(a) and the ones from the manual catalog(b)

在6月11日12时2个流动台布设前后,云南地震台网对双柏地区地震的监测能力存在显著差异。以此时间点为界,本文分两个时间段对包含7个以上震相的自动目录与人工目录匹配情况进行对比,并统计漏捡拾与多捡拾事件数(表2),对比规则参考廖诗荣等(2021)的研究。由表2可见,在流动台布设前自动目录条目数是人工目录的1.31倍,但存在14.9%的漏捡率; 而流动台站并网运行后,自动目录数量达到人工目录的1.53倍,漏检率减低至2.5%。图3为自动拾取震相的走时分布,可以看出,Pg和Sg震相的走时与震源距都存在明显的线性关系,离散程度低,表明自动拾取的震相到时具有较高的可信度。

图3 自动拾取震相的走时分布
Fig.3 Travel-time distribution of the automatically picked phases

表2 流动台布设前后人工与自动目录匹配情况
Tab.2 Statistics on the matching of manual and automatic catalogs before and after deploying mobile stations

时间段 事件数量/个 人工目录 自动目录

流动台布设前 条目数(震相数≥7)67 88 匹配数(震相数不限)57 83

流动台布设后 条目数(震相数≥7)710 1 089 匹配数(震相数不限)692 791

基于上述自动和人工处理的震相数据,采用双差相对定位方法分别对两个目录中的事件进行精定位,精定位后两个目录中的地震数量分别为1 023个和738个,其中6月11日12时之后的地震数量分别为982个和689个,自动目录精定位成功事件数量明显多于人工目录。鉴于在流动台布设前两个目录的震源位置误差较大,分布较为离散,因而本文仅采用布设流动台后的精定位结果,分析双柏地震的发震构造。

图4为布设流动台后的地震精定位结果。图4a显示了余震震中位置随发震时刻变化情况以及3个剖面的位置。AA'剖面沿地震序列走向方向,长度约6 km。选择震中距离剖面小于1.0 km的地震绘制AA'剖面震源深度分布图(图4b)。BB'与CC'剖面垂直于地震序列走向方向,长度约3 km,分别穿过北面与南面两个地震密集区。选择震中距离剖面小于0.6 km的地震绘制BB'与CC'剖面震源深度分布图(图4c、d)。从图4可以看出,重定位后的余震震中主要呈NNE向展布,且表现为南、北两个密集区的特点。双柏M_S5.1地震的余震主要分布在北侧密集区,而M_L4.6地震的余震主要分布在南侧密集区,北侧的余震较南侧略显分散。与人工地震目录结果相比,自动检测获取的地震目录表现为更明显的两个地震密集区。从震源深度剖面来看(图4b～d),M_S5.1地震的余震震源深度较浅,主要分布在6～10 km,而M_L4.6地震的余震震源深度偏深,主要分布在11～14 km。地震序列为首先在浅部发生,而后转移到深部。但两个地震的余震都显示发震断层倾角较陡,近直立分布。

图4 布设流动台后的地震精定位结果
Fig.4 Precise location of earthquakes after deploying mobile stations

此次双柏地震序列发生在楚雄—建水断裂西南侧。震中附近既有北西向的断层,也有近南北向的断层(图1)。万永革课题组汇总的中国地震局地球物理研究所等反演获得的双柏M_S5.1地震的震源机制解 https://mp.weixin.qq.com/s/07ansglOsf8a319w7Xq85A.,都显示发震断层倾角较陡,多数超过了80°(万永革等,2008)。但是,双柏地震的余震并未呈明显的线性分布(图4),2020年巧家M_S5.0地震也有类似的现象(Fu et al,2021)。云南地质构造复杂,M_S6.5以下的地震很难产生地表破裂,单靠活动断裂分布或震源机制解经常无法识别发震断层。如2014年鲁甸M_S6.5地震发生在以前未知的包谷垴断裂,且为共轭破裂(房立华等,2014)。2021年漾濞M_S6.4地震,虽然余震总体呈北西向分布,但也有北东向共轭断层的活动(苏金波等,2021)。图4的余震震源深度剖面也呈现了近直立的分布特征。结合余震分布和震源机制解,推测双柏M_S5.1地震的发震断层为一条倾角近直立、走向NNE的隐伏走滑断层。

本文采用基于深度学习的地震检测算法,检测了双柏M_S5.1地震震后20 d的连续波形数据,获得了较为完整的余震序列,并根据余震精定位结果,对双柏地震的发震构造进行了分析,得到了以下结论:

(1)与人工目录相比,自动处理系统检测到1 713个地震,比人工多检测出623个地震,提高了地震序列处理的效率和目录完备性,为快速确定发震断层,判定地震序列类型提供了重要依据。

(2)双柏M_S5.1地震和M_L4.6地震的余震整体呈NNE向分布,但2个余震区不连续。两个地震的发震断层较陡、近直立分布。发震断层北东侧浅、西南侧深,且断层面较窄。M_L4.6地震的余震整体位于M_S5.1地震余震序列的底部,显示两个地震可能是独立的事件,M_L4.6地震不是M_S5.1地震的余震。结合震源机制,推测这两次地震的发震断层为楚雄—建水断裂西南侧的一条隐伏走滑断层,走向NNE。

感谢云南省地震局提供波形数据,中国地震台网中心提供地震观测报告。