甘肅積石山6.2級地震序列重定位及分析

摘要：利用甘肅數字地震臺、預警臺、流動臺三網數據，對2023年12月18日甘肅省積石山6.2級地震余震序列進行震相分析，并采用雙差定位法和遺傳算法對序列進行重定位。截至2024年1月10日，共分析余震約600個，Pg和Sg震相約15 000條，較同期測震臺網增加震相4 000多條。重定位中，雙差方法得到的地震數目為余震總數的70%；在此基礎上，使用遺傳算法對速度和震源位置進行聯合反演，要求每個地震至少有3個臺站的震相記錄，共使用4 828條Sg波和Pg波到時差數據，最終獲得余震序列中577個地震的重定位結果，測得主震震源深度為15.2 km。結果顯示，余震震中主要沿地表破裂走向分布，其深部近似呈對沖斷層形態分布，在空間上余震展布存在明顯的邊界，可能存在滑脫面。重定位結果可為認識該區復雜的斷裂活動及構造背景提供參考依據。

關鍵詞：積石山地震; 地震定位; 雙差定位法; 遺傳算法

中圖分類號： P315.2文獻標志碼：A文章編號： 1000-0844（2024）04-0918-06

DOI：10.20000/j.1000-0844.20240202004

Relocation and analysis of the Jishishan MS6.2

earthquake sequence in Gansu ProvinceJU Huichao ZHANG Yuansheng QIN Manzhong LIU Baiyun YIN Xinxin GAO Peng JIAO Yuyuan DU Jianqing SUN Changqing PU Ju ZHANG Weidong WAN Wenqi

（1. Gansu Lanzhou Geophysics National Observation and Research Station， Lanzhou 730000， Gansu， China;

2. Gansu Earthquake Agency， Lanzhou 730000， Gansu， China）Abstract：

Leveraging the data recorded by the Gansu digital seismic， early warning， and moving stations， we analyzed the seismic phases of the aftershock sequence of the Jishishan MS6.2 earthquake. Subsequently， employing the double-difference location method and a genetic algorithm， it relocated the analyzed sequence. Accordingly， until January 10， 2024， we analyzed approximately 600 aftershocks and 15 000 Pg and Sg phases， marking an excess of gt;4 000 seismic phases over those analyzed by the seismic network during the same period. During relocation， the double-difference location algorithm recorded earthquakes amounting to 70% of the total number of aftershocks. Considerably， a joint inversion of the velocity and focal location was conducted using the genetic algorithm， requiring the phases of each earthquake to be recorded by at least three stations. Finally， the relocation results of 577 earthquakes in the aftershock sequence were obtained based on arrival time differences between 4 828 Sg and Pg waves. Moreover， the focal depth of the main shock was measured to be 15.2 km. Results revealed that the epicenters of aftershocks were predominantly distributed along the surface rupture trend， while a thrust fault appeared within the deep section. The distribution of aftershocks in space presented a distinct boundary， indicating the possibility of a detached surface. Overall， these relocation results offer insights into the complex fault activity and tectonic background of this area.

Keywords：

Jishishan earthquake; earthquake location; double-difference earthquake location; genetic algorithm

0引言

根據中國地震臺網中心測定，2023年12月18日23時59分30秒在甘肅省臨夏州積石山縣（102.79°E，35.70°N）發生6.2級地震，震源深度10 km。此次地震破壞性強，引起了強烈的地面震動，造成了比較嚴重的山體崩塌和滑坡，災害損失大，傷亡人數多。應急管理部發布的甘肅積石山6.2級地震最大烈度為Ⅷ度（https：//www.mem.gov.cn/xw/yjglbgzdt/202312/t20231222_472849.shtml）。震中所在區域位于甘東南地區，處在祁連山地震帶和南北地震帶北段的復合部位，是青藏高原東北緣的一個重要組成區域（圖1）［1-2］。受到歐亞板塊與印度板塊的長期擠壓作用，該區構造活動強烈，發育有一系列深大斷裂，如拉脊山斷裂、倒淌河—臨夏斷裂、莊浪河斷裂、西秦嶺北緣斷裂、臨潭—宕昌斷裂、光蓋山—迭山斷裂、雪山斷裂和貴德斷裂等。

震后甘肅省地震局組織相關人員迅速趕赴地震現場，布設了13個由短周期地震儀、寬頻帶地震儀、強震儀等組成的流動數字地震臺，最近臺站距離震中約7 km。本研究利用臺網數據，對積石山6.2級地震序列進行震相分析，并采用雙差定位法和遺傳算法［3-5］對地震序列進行重定位，獲得該地震序列較精細的分布圖像，分析探討區域地震活動的空間分布特征以及震源區的結構特征。

1數據與方法

1.1數據資料

研究數據來源于甘肅數字地震臺、預警臺、流動臺等三網數據。甘肅數字地震臺網記錄臺站距離震中最近約33 km，預警臺網臺站距離震中最近約2 km。三網數據合并后，共選取21個臺站，其中預警臺站13個，選取臺站的分布對震中有較好的包絡。對甘肅數字地震臺產出的余震目錄重新進行震相到時讀取，數據分析時采用人工讀取臺站震相數據的方法。截至2024年1月10日，共讀取至少有3個臺站同時記錄到的Pg、Sg震相約15 000條，地震事件約600個，S-P震相記錄數4 828條；平均每個地震有8個臺站記錄，其中M3.0及以上地震14個，最大余震震級M4.1，大部分余震在M1.0以下。

初始速度模型是根據穿過震區的一條人工地震剖面（馬爾康—碌曲—古浪剖面）建立的一維速度模型（表1）。該探測剖面自南向北相繼穿過了松潘—甘孜塊體、阿尼瑪卿斷裂帶東段和祁連褶皺系東端，終止于阿拉善塊體南緣［6］。

本文反演區域為34.9°～36.5°N，102.0°～103.5°E。經過多次試驗，最終確定反演模型網格數為3×4×10，網格大小不等，邊緣位置較大。網格尺度為：沿X軸方向（經度增加的方向）長度分別為65、10、62.1 km，沿Y軸方向（緯度增加的方向）長度分別為85、10、10、72.6 km，沿Z軸方向（深度方向）長度分別為 2、2、2、2、2、4、6、4、6、20 km。

1.2研究方法

本研究采用雙差定位法和遺傳算法進行數據處理。雙差定位是利用相鄰地震事件相對于同一臺站的觀測走時差與理論走時差之差（雙差）來反演震源位置［7］。遺傳算法使用天然地震的直達波Pg、Sg，反射波Pm、Sm，以及首波Pn、Sn等震相到時資料進行計算，并聯合人工地震測深資料進行約束［3，5，8］。遺傳算法是一種非線性的隨機全局搜索算法，它利用觀測數據擬合模型參數以發展新的模型，所依據的是適者生存原理［4］。在每一次迭代過程中，每個模型的目標函數值被用于控制可能性，單個參數的特征將被“遺傳”到下一代模型中去。每次迭代均以一種類似于適者生存的方式進行，較好的模型“存活”并“繁殖”，而較差的模型將被淘汰，直至得到一個最優模型。遺傳算法主要通過“繁殖”“交配”“變異”三個步驟循環，最終優選出最佳的震中位置［1，3］。遺傳算法使用的模型為水平分層網格模型，每個水平層被分為若干個立方塊，塊體內速度相同，層內和不同層之間進行網格插值。

本研究首先使用雙差定位法進行重定位，以提高定位精度；在此基礎上進行反演計算，獲得較好的三維速度模型；最后，將原始數據中未使用的數據也加入到反演計算中，得到全部的地震定位結果。

2重定位結果

利用雙差定位法與遺傳算法相結合，對積石山地震及其余震進行重新定位。每個模型塊均有多條射線穿過，經過精度達0.15 s的迭代，得到577個地震的重定位結果（圖2）。主震震中位于青藏高原東北緣拉脊山北緣斷裂南東段的大河家斷裂（F1）附近。余震序列震中沿NW方向展布，總長約16 km;90%的余震分布在寬度10 km的區域內，集中在大河家斷裂（F1）和積石山西緣斷裂（F4）之間，基本沿斷裂走向分布。北段余震相對較少，大部分余震集中在南段，特別是在大河家斷裂（F1）和積石峽斷裂（F3）之間，說明這是受區域構造應力擠壓最強烈的部位。ML3.0以上地震集中分布在趙木川斷裂（F2）附近，呈線性排列。為了更直觀地了解地震的震源深度分布，以2 km為統計間隔對不同震源深度的地震進行定量統計，得到深度-頻度統計直方圖（圖3）。由圖3可以看出，重定位后震源深度4 km以上和20 km以下的地震減少，優勢分布深度為4～20 km，地震較明顯集中在10～12 km和14～16 km深度層。

拉脊山斷裂帶由拉脊山北緣斷裂和拉脊山南緣斷裂兩條向NE凸出的弧形擠壓逆沖斷裂帶構成［2］。它是一條形成于加里東期的古老斷裂帶，經歷過多期強烈的構造變動，是一個反映多階段構造抬升的構造窗［9］，斷裂性質以擠壓逆沖為主，略具走滑分量［2，10-11］。袁道陽等［2］研究認為，拉脊山斷裂是一個介于NNW向熱水—日月山右旋走滑斷裂帶與NWW向西秦嶺北緣左旋走滑斷裂帶之間的大型擠壓構造區和構造轉換帶，起到調節兩組斷裂之間應力-應變關系的作用，因此，認為該地區既能反映構造變形，又能反映地震活動，是一個地震構造窗（圖1）。

為了分析地震序列與斷裂構造的關系，研究斷裂深部展布形態，沿垂直于斷裂方向進行地震深度剖面投影，給出了4條震源深度剖面AA′、BB′、CC′和DD′（圖2中紫色線所示）。AA′起點為（35.75°N，102.52°E），終點為（35.90°N，103.02°E），投影寬度為10 km;BB′起點為（35.70°N，102.55°E），終點為（35.85°N，103.05°E），投影寬度為6 km;CC′起點為（35.67°N，102.56°E），終點為（35.82°N，103.04°E），投影寬度為6 km;DD′起點為（35.65°N，102.57°E），終點為（35.80°N，103.07°E），投影寬度為8 km。從震源深度剖面圖（圖4）可以看出，余震主要分布在主震上方，震源深度隨著時間由淺變深，主要集中在斷裂上盤或對沖區。在剖面中余震深部展布存在左邊界［圖4（b）、（c）、（d）］、右邊界［圖4（a）、（c）、（d）］，也可以勾畫出下邊界;左邊界和右邊界可能分別是斷層F₄和F₁在深部的形態展布，下邊界可能是滑脫面。

3結論和討論

本文利用甘肅數字地震臺、預警臺、流動臺等三網數據，對2023年12月18日積石山6.2級地震余震序列進行震相分析，并采用雙差定位法和遺傳算法對序列進行重定位，最終獲得余震序列中577個地震的重定位結果，測得主震深度為15.2 km，發生在幾條斷裂的交匯部位。將主震定位結果（35.713°N，102.835°E）與其他研究結論進行了對比：左可楨等［12］的結果為（35.745°N，102.827°E），震源深度約為12.5 km;王世廣等［13］的結果為（35.748°N，102.812°E），震源深度約為16.4 km;主震水平位置分別相差約3.6、4.4 km，深度分別相差約2.7、1.2 km。

余震基本沿斷裂呈NW方向展布，總長約16 km，90%的余震分布在寬度10 km的區域內。余震優勢分布深度為4～20 km，在10～12 km和14～16 km深度層地震分布明顯集中。在空間上余震展布存在明顯的邊界，可能反映了斷層F4和F1在深部的展布形態（對沖展布），以及可能存在滑脫面。

本次地震震中所在地區地質構造復雜，存在多條斷裂。重定位結果可為認識該區復雜的斷裂活動及構造背景提供參考依據，后續可以結合更多資料對其進行更深入的研究。參考文獻（References）

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（本文編輯：趙乘程）