2022年3月17日皮山M...S5.2地震序列重定位研究_金花.pdf

书书书文章编号:1001-8956(2023)02-0121-07中图分类号:P3157文献标识码:A2022 年 3 月 17 日皮山 MS52 地震序列重定位研究金 花，张鹏程，周 斌(新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011)摘要:运用双差定位法对 2022 年 3 月 17 日新疆皮山 MS52 地震及 254 个余震序列重新定位，结果显示:(1)皮山 MS52 地震重定位结果为 36025N，77839E，震源深度为 17 km。(2)皮山地震的破裂沿断层向 WS 向迁移，破裂区能量释放较为充分，序列主要呈 NE 或 SW 向分布。(3)皮山 MS52 地震主震发生在天神达坂断裂的北侧，其余震大多数分布在主震南侧。由定位结果判断发震构造是近 NESW 向的隐伏断层，断层破裂不均匀且深部破裂尺度较小。关键词:皮山地震;双差定位;余震序列doi:1016256/jissn1001-89562023020012022 年 3 月 17 日 21 时 41 分新疆和田地区皮山县(361N，7786E)发生 MS52 地震，是继 2021 年 9 月 4 日皮山 MS51 地震和 9 月 5 日的叶城 MS50 地震后今年首次出现的 MS50地震，震源深度为 10 km，地震震中距皮山县城 173 km，和田市区 216 km。此次地震周边分布有天神达坂断裂，康西瓦断裂和喀喇昆仑断裂，这些断裂均为全新世断层。同 2021 年的皮山MS51 地震相比，此次皮山地震发震断层为 NESW 向，发震断层为天神达坂附近的隐伏断层，余震深度分布在 30 km 内，相对较深，而 2021 年的皮山 MS51 地震发震构造为泽普隐伏断裂，断层近 NWSE 向且其余震深度分布在 20 km 内，因此两次地震是独立的断层。结合已有资料分析认为 2022 年 3 月 17 日皮山 MS52 地震与 2021 年的皮山 MS51 地震不是同一发震构造。近些年来皮山地区强震活动较为活跃，说明印度板块向北推挤造成欧亚板块的活动性在不断增强，值得进一步关注此区域的构造变化。截止 2022 年 5 月 16 日，震源区共记录余震254 次，其中 ML3039 余震 17 次，ML4049 余震 5 次，最大余震为 ML43。此次皮山主震发生在天神达坂断裂的上方，其余震绝大多数分布于天神达坂断裂与喀喇昆仑断裂之间。天神达坂断裂与喀喇昆仑断裂组成了喀喇昆仑构造带的南北边界，均以右旋逆断性质为主。其中喀喇昆仑断裂带附近历史构造运动强烈，历史上发生过不少大地震，如 1895 年塔什库尔干MS70 地震，1996 年和田 MS71 地震，2008 年于田 MS73 地震等1。为得到更高精度的地震定位结果，本文中利用新疆地震台网波形资料，采用双差定位法对皮山 MS52 地震及序列进行重定位，分析其余震活动的发震构造及分布特征。地震的精确定第37卷第2期2023年6月内陆地震INLANDEATHQUAKEVol37No2Jun2023收稿日期:2022-06-24;修回日期:2022-10-21课题项目:新疆地震科学基金(202303)作者简介:金花(1991)，女，工程师，2014 年毕业于中央民族大学通信工程专业，主要从事地震监测工作 E-mail:1156390552 qqcom位是研究地壳内部构造和地震预报研究的基础，能够为震后减灾工作提供依据。大多数的地震事件会发生在活动断裂带上，具有一定的规律，而部分地震可能会发生在隐伏断裂带上，隐伏断裂活动时代较新，需要进一步研究其发震断层走向及地震活动变化。因此本文中使用双差定位法来提高地震事件的定位精度，对皮山 MS52 地震及其余震序列进行精定位，对重定位前后的深度及震源分布位置进行比较，有利于进一步研究该地区的地震空间变化特征2-5。目前，双差定位法已在国内外得到广泛应用。如冉慧敏等将双差定位法应用于 2021 年 9 月新疆皮山 MS51、叶城 MS50 前震及余震序列的精定位研究，得出可靠的定位结果6，唐明帅等对于田 MS73 地震序列重定位，获得其震源位置信息，并推断震区地壳内可能存在脆韧转换带7。张志斌等对呼图壁 MS62 地震发震构造进行研究，计算得到发震断层为一个反冲断层8。前人的研究成果有效提升了地震定位精度，为提升地震台网实时监测及精准定位具有实际意义。1双差定位法双差定位法由 Waldhauser 和 Ellsworth 在 2000 年提出，由主事件定位法改进而来，不取决于主事件位置，而是由每两个地震结合成一个地震对，然后建立观测走时差方程，定义主地震为空间从集里一群地震的中心，通过计算走时方程组，获取每个地震对相对中心的位置(相对位置)，然后从空间分布上还原地理位置(绝对位置)。与通常使用的单个地震定位法相比，双差定位法利用信号走时差计算地震震源位置，可有效剔除震源至观测台站的共同传播路径效应，对地壳速度模型依赖性也相对较小9。双差定位法利用两个地震走时差的观测值与理论计算值的残差确定其相对位置，tikmi/mtikmj/m=drijk(1)式中:drijk为双差，两事件 i，j 在台站 k 上的双差的定义，drijk=(tiktjk)obs(tiktjk)cal(2)式中:双差为第 i 个地震到第 k 个地震台站的地震波走时 tik与第 j 个地震到第 k 个台的地震波走时 tjk之差的观测值(tiktjk)obs与理论计算值(tiktjk)cal的残差。mi是第 i 个地震的震源参数的改变量，可由所有台站(k=1，2，N)，所有地震(i，j=1，2，N)得到如式(1)的矩阵形式方程，WGm=Wd(3)式中:W 为每个方程的对角线矩阵，G 为一个 M4N 的偏微商矩阵，N 为地震数，M 为双差观测数目，m 为待定的震源参数改变量(xi，yi，zi，i)T，i=1，2，N 组成维数为 4N 矢量，d 为双差资料矢量。计算中引进一个平均“位移”为零(即所有地震经过重定位后其矩心不动)的约束条件，Ni=1mi=0(4)用阻尼最小二乘法计算方程(3)，问题归结，221内陆地震37 卷WGI m=Wd0(5)式中:是阻尼因子，I 是单位矩阵，由正则方程求解(5)得到，m=(GTW1G)1GTW1d(6)当地震丛集数目不是很大时，可以用奇异值分解法得到(5)的解，m=V1UTd(7)式中:为 G 的奇异值构成的对角线矩阵，U 和 V 为矩阵 G 的两个正交奇异矢量矩阵。实际运用中，采用共轭梯度法求解式(5)，求得阻尼最小二乘解，将奇异值分解法运用于资料中得到相关模型参数的分辨度、误差等信息10-12。双差计算中主要用到 ph2dt 数据预处理程序和 hypoDD 地震重定位程序。ph2dt 程序主要用于互相关方法和地震目录震相数据处理。hypoDD 程序确定双差震源位置和发震时刻，程序中可选择奇异值分解法(SVD)和共轭梯度法(LSQ)，本文中采用共轭梯度法。在地震组队时，设置台站和事件对之间的最大距离为 500 km，事件对之间的最大距离设为 15 km，即不超图 1地壳速度模型Fig1Crustal velocity model过 15 km 的范围内搜索邻居。将 P 波到时数据权重设为 1，S 波数据权重设为 0513-14。重定位计算过程中参考了人工测深与体波接收函数得到的速度结构模型15-16(图 1)。2数据分析本文中使用新疆地震台网记录的数字波形对皮山 MS52 地震及其余震序列进行精定位，选取 ML10 的 254 次余震事件，重定位前后地震分布图(图 2)，由图可见主震和余震序列主要分布在天神达坂断裂两侧，主震位于断裂北东侧，余震主要集中在主震下方。本次皮山震群发生在甜水海地体内，甜水海地区构造上位于喀喇昆仑中生陆缘盆地和阿克赛钦古生代陆缘盆地结合处，北边为甜水海微陆块，呈 NWSE 向延伸，岩石变形强烈。南边为神仙湾古生代边缘裂陷带，主要呈 NWSE 向短轴向斜、背斜构造17。甜水海地体在 1040 km 内为低速扰动覆盖，存在局部范围的熔融;在100 km 以下的地幔中存在向北倾的高速体，认为塔里木地体插入昆仑山下的时候同时受南部印度板块作用，使得北部的岩石圈裂解18。双差定位得到的主震结果与定位前得到的结果相比，更接近天神达坂断裂和余震震群，且余震分布也更为集中(图 2)。多数余震位于主震下方，主震上方地震很少，说明主震破裂使得破裂区能量释放较为充分。重定位后皮山地震主震经纬度为 36025N，77839E，震源深度为 16 km。和重定位前相比，与天神达坂断裂距离缩短了 6 km 左右，震源深度增加了 7 km。从地震序列时间分布特征来看(图 3)，主震前一个月3212 期金 花等:2022 年 3 月 17 日皮山 MS52 地震序列重定位研究前震由少变多，较强前震主要集中于主震前两周，较强余震主要集中在震后 25 d，前震和余震主要以 ML1030 左右地震活动为主，震后 30 d 余震频次显著减少，但从 4 月 26 日起地震强度有所上升，此区域仍值得关注。图 2 皮山 MS52 地震重定位前后分布图(a)重定位前(b)重定位后Fig2Distribution map before and after relocation of Pishan MS52 earthquake图 3皮山 MS52 地震前震及余震随时间变化图Fig3Changes of foreshock and aftershock of Pishan MS52 earthquake with time为分析重定位后的地震震源深度剖面，沿余震主要分布方向和其垂直方向做 2 个地震震源深度剖面(图 4)。皮山地震的余震分布由 NNE 向向 SSW 向迁移，初步推断可能存在断层分段破裂活动，断裂扩展活动中可能遇到早期存在的岩桥障碍体，突破障碍后进一步向 SSW向扩展19。深度沿剖面的分布与该剖面的地形起伏相关，地势低的地方多集中于 1520 km，421内陆地震37 卷而地势高的地方多集中于 513 km。AB 剖面宽约 38 km，AB 剖面走向为 NWSE，在沿 NW方向的剖面上，序列的深度由 A 至 B，由浅至深分布，西北端地势较高，深度从中段开始逐渐变深，此后在东南段，优势深度分布 715 km。CD 剖面走向为 NESW，剖面长约 36 km 序列深度从 C 到 D 北东端在 1017 km 深度范围明显缺震，且北东段和南西段地震密度差异大，初步推断受到此区域基地与盖层之间的影响20。2022 年皮山地震发生后，新疆台网得到皮山 MS52 地震及其余震的深度结果(图 5a)，大图 4皮山 MS52 地震序列震源深度剖面分布Fig4Distribution of focal depth profile of Pishan MS52 earthquake sequence图 5重定位前(a)、后(b)震源深度分布柱状图Fig5Histogram of focal depth distribution before(a)and after(b)repositioning5212 期金 花等:2022 年 3 月 17 日皮山 MS52 地震序列重定位研究部分集中在 57 km 和 1418 km。通过双差定位对此次地震和余震重定位后得到震源深度主要集中在 615 km。重定位前震源深度分布无明显规律，重定位后震源深度近正太分布，多数地震分布在 10 km 左右。3结束语本文应用双差定位法对 2022 年 3 月 17 日皮山 MS52 地震及其序列进行重定位，得出如下结论:(1)定位结果显示，重定位后余震分布更加密集，主震与天神达坂断裂的距离明显缩短，皮山序列主要呈 NE 向展布，NE 向的长轴为优势方向，沿优势方向无明显的出露断层，推测可能存在隐性断层，与周边的天神达坂断裂，康西瓦断裂等共同作用有关。(2)从深度上看，此次地震为浅源地震。重定位后震源深度较重定位前震源深度分布呈近正态分布，震源深度主要集中在 615 km。从震源深度剖面上看，皮山地震主要位于序列上方，其下方分布大量余震，主震破裂使得破裂区能量释放较为充分。沿 AB 剖面，地势由高到低，沿 CD 剖面地势较低。参考文献:1杨文，龙海云，姚琪2015 年 7 月 3 日新疆皮山 MS65 地震序列活动性及重新定位研究J地震，2017，37(1):166-174 2刘萍，魏芸芸，张琳琳新疆皮山 MS51、叶城 MS50 地震震源机制解分析 J 内陆地震，2021，35(4):301-308 3张琳琳，聂晓红，向元，等2021 年 9 月 4 日新疆皮山 MS51 地震震群序列及趋势分析J内陆地震，2021，35(4):309-318 4魏芸芸，王琼，聂晓红，等2015 年 7 月 3 日新疆皮山 MS65 地震前地震活动特征分析J内陆地震，2017，31(4):343-352 5李秋生，卢德源，高锐，等横跨西昆仑塔里木接触带的爆炸地震探测 J 中国科学(D 辑)，2000，30(S1):16-21 6冉慧敏，龚固斌2021 年 9 月新疆皮山叶城前震、双震及余震序列的精定位研究 J 内陆地震，2021，35(4):319-325 7唐明帅，王海涛，李艳永，等2014 年新疆于田 MS73 地震序列重定位及其发震构造初步研究 J地球物理学报，2016，59(6):2 126-2 137 8张志斌，冉慧敏，金花2016 年 12 月 8 日新疆呼图壁 MS62 地震发震构造初步研究J地震工程学报，2019，41(4):962-969 9Felix，Waldhauser，William，et alA Double-Difference Earthquake Location Algorithm:Method and Application to the NorthernHayward Fault，CaliforniaJ Bulletin of the Seismological Society of America，2000，90(6):1 353-1 368 10 王未来，吴建平，房立华，等2014 年云南鲁甸 MS65 地震序列的双差定位J 地球物理学报，2014，57(9):3 042-3 051 11 李永红，潘元生，张坤，等双差定位方法在山东地区的应用 J 地震地磁观测与研究，2006，27(4):8-16 12 杨智娴，陈运泰，郑月军，等双差地震定位法在我国中西部地区地震精确定位中的应用J 中国科学(D 辑)，2003，33(S1):129-134 13 孔祥艳，陈向军，刘建明，等2016 年 12 月 8 日呼图壁 MS62 地震余震序列精定位研究J 内陆地震，2017，31(3):237-241 14 刘建明，李金，姚远，等2019 年 1 月 12 日新疆疏附 51 级地震序列重定位及发震构造研究J 地震，2020，40(1):52-61 15 唐明帅，葛粲，郑勇，等短周期地震仪接收函数的可行性分析以新疆和田地震台阵为例J 地球物理学报，2013，56(8):2 670-2 680 16 李金，王琼，吴传勇，等2015 年 7 月 3 日皮山 65 级地震发震构造初步研究J地球物理学报，2016，59(8):2 859-621内陆地震37 卷2 870 17 薛光琦，姜枚，宿和平，等利用层析成像研究青藏高原叶城狮泉河地区深部构造 J 中国科学(D 辑)，2004，34(4):41-46 18 陶玲，满浩，赵森地球化学勘查在西昆仑甜水海地区地质找矿中的应用J新疆有色金属，2017，40(4):39-43 19 吴坤罡，吴中海，徐甫坤，等滇西南 2014 年景谷中强震群的地质构造成因 茶房普文断裂带贯通过程的构造响应 J地质通报，2016，35(1):140-151 20 李丹宁，高洋，朱慧宇，等2014 年云南景谷 MS66 地震序列双差定位及震源机制解特征研究J 地震研究，2017，40(3):465-473PISHAN MS52 EATHQUAKE SEQUENCE ELOCATIONESEACH ON MACH 17，2022JIN Hua，ZHANG Peng-cheng，ZHOU Bin(Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous egion，Urumqi 830011，Xinjiang，China)Abstract:Double difference positioning method is used to reposition Pishan MS52 earthquake onMarch 17，2022 and its 254 aftershock sequences The results show that:(1)The location results ofPishan MS52 earthquake are 36025N，77839E，and the focal depth is 17 km(2)The ruptureof Pishan earthquake migrated along the fault to SW direction，and the energy in the rupture areawas fully released，and the sequence mainly showed NE or SW direction distribution(3)The mainearthquake of Pishan MS52 earthquake occurred on the north side of Tianshen Daban fault，andmost of the other earthquakes were distributed on the south side of the main earthquake According tothe location results，it is judged that the seismogenic structure is a hidden fault with nearly NESWdirection，with uneven fault rupture and small deep fracture scaleKey words:Pishan earthquake;Double difference positioning;Aftershock sequence7212 期金 花等:2022 年 3 月 17 日皮山 MS52 地震序列重定位研究