四川蘆山2022年MS6.1和2013年MS7.0地震余震序列重定位及構造關系

摘要：

以2013年4月20日蘆山MS7.0地震和2022年6月1日蘆山MS6.1地震為研究對象，首先通過HypoDD對兩次地震的主震及其余震序列進行重定位，得到精確的震源位置及空間分布，給出兩次主震的震中位置和深度，以及余震區的破裂范圍。其次，通過研究兩次地震的余震震源時空分布和震源深度剖面，表明兩次地震的主震及其余震分布在大川—雙石斷裂帶的不同側，但發震斷層均不是該斷裂帶;其中2013年MS7.0地震的發震斷層為大川—雙石斷裂和大邑—名山斷裂之間的龍門山前緣滑落帶;而2022年MS6.1地震的余震分布則位于大川—雙石斷裂帶西北側，發震斷層為一條傾向SE的逆沖斷層，經過研究分析，認為該斷裂帶為近NS走向，與大川—雙石斷裂同屬龍門山前山構造體系。最后，分析兩次地震的關聯性，發現盡管兩次地震空間位置較為接近，但由于兩次地震的發震斷層不同，且余震擴展方向差異明顯，余震叢集也相對獨立，因此認為MS6.1地震是一次相對獨立的地震事件。

關鍵詞：

蘆山地震; 余震序列; 雙差定位; 震源位置

中圖分類號： P319.56 """""文獻標志碼：A ""文章編號： 1000-0844（2024）05-1223-11

DOI：10.20000/j.1000-0844.20221124002

Relocation of the 2022 MS6.1 and 2013 MS7.0 earthquake

sequences in Lushan， Sichuan Province， and

their tectonic relationship

ZHANG Shengxia1，2， MA Xiaomei2， YIN Xinxin2， JU Huichao2， WANG Zudong2， WAN Wenqi2

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

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

Abstract：

This paper studies two earthquakes that occurred in Lushan County， Sichuan Province： the MS7.0 earthquake on April 20， 2013， and the MS6.1 earthquake on June 1， 2022. First， the double-difference location method （HypoDD） was used to relocate the two main shocks and their aftershock sequences. This method provided precise hypocenters and spatial distributions， as well as the epicenter locations and focal depths of the two main shocks and the rupture ranges of the aftershock areas. By analyzing the temporal and spatial distribution of aftershocks and the focal depth profiles of the two earthquakes， we found that the main shocks and their aftershocks are distributed on different sides of the Dachuan-Shuangshi fault， which is not the seismogenic fault for either earthquake. The seismogenic fault for the MS7.0 earthquake is the Longmenshan front slip zone located between the Dachuan-Shuangshi and Dayi-Mingshan faults. In contrast， the MS6.1 earthquake occurs to the northwest of the Dachuan-Shuangshi fault， with its seismogenic fault dipping to the southeast. This fault is considered to strike nearly NS and is part of the Longmenshan piedmont structural system， along with the Dachuan-Shuangshi fault. Finally， the correlation analysis between the two earthquakes indicates that， although their spatial locations are close， the MS6.1 earthquake is considered an independent seismic event. This is due to the differences in the seismogenic faults and the expansion directions of the two earthquakes， as well as the relatively independent clusters of their aftershocks.

Keywords：

Lushan earthquake; aftershock sequence; double-difference location; source location

0 引言

2022年6月1日17時0分（北京時間），四川省雅安市蘆山縣發生MS6.1地震，根據中國地震臺網中心測定的結果，震中位置為30.37°N，102.94°E，震源深度為17 km。據新華社報道，地震共造成4人遇難，42人受傷，14 427人受災。此次地震是繼2013年4月20日蘆山MS7.0地震之后，該區域發生的最大一次強震。

蘆山地震發生在龍門山斷裂帶南段，在地質構造上，龍門山斷裂帶屬于中生代造山作用形成的斷裂帶，位于青藏高原和四川盆地的分界處［1-2］，主要由鹽井—五龍斷裂（F1）、大川—雙石斷裂（F2）、大邑—名山斷裂（F3）組成。區域內構造及臺站分布如圖1所示。前人已對2013年MS7.0地震做了大量研究，趙旭等［3］利用頻率域和時間域進行多步反演方法，呂堅等［4］利用CAP（Cut and Paste，CAP）方法，均反演了震源機制，揭示了MS7.0地震的發震斷層面參數分別為：走向209°～214°，傾角46°～47°，滑動角94°～96°。表明此次地震為一次不對稱的雙側破裂事件：破裂半徑約15 km，整個破裂面積約706.7 km2，平均滑動量約0.231 m。雷興林等［5］采用多層黏彈模型計算了“5·12”汶川地震對龍門山斷裂帶南段的影響，表明蘆山地震的發生和汶川地震的非彈性觸發密切相關。部分學者［6-11］則在震后較短時間內通過余震序列的重定位給出了主震位置和震源深度，初步確定了發震斷層位于大川—雙石東側，表現為“鏟形”的逆沖斷層特征。以上用于重定位的余震序列均為主震后較短時間內發生的，而本文用于重定位的余震序列則是MS7.0地震發生后到2022年MS6.1地震發生前近9年的大量余震序列，并且與2022年MS6.1地震做了相關性分析，為進一步認識蘆山地震的破裂過程和斷層產狀提供了更加充分的依據。

本文主要以蘆山地區2013年4月20日發生的MS7.0地震和2022年6月1日發生的MS6.1地震為研究對象，運用雙差定位法HypoDD［12-13］進行重定位，獲得兩次地震主震及余震相對位置更加準確的空間分布圖像［14-16］，并分不同時間段研究兩者的震前活動趨勢，從而進一步分析它們的地質構造相關性，深入探討蘆山地震的破裂斷層。

1 數據和定位方法

1.1 震相數據和參數選擇

本文對蘆山區域（101.94°～103.94°E，29.37°～31.37°N范圍內），選取自2009年1月1日至2022年6月17日至少被6個臺站所記錄到的17 088個地震的到時資料。震級范圍在MS0.6～5.5之間，用于重定位的地震臺站有22個。從圖1可以看出震中周圍有著較多的臺站分布，對余震區形成較好的覆蓋，可有效約束余震的震源位置，進一步提高定位精度。

程序的預處理階段是通過ph2dt程序實現的。在參數設定中，給定事件對和臺站之間的最大距離為150 km，給定事件對之間的最大距離為10 km，超過這個閾值的震相對不予考慮［17-18］。此外，設定單一地震事件最多可與 10個地震組成相應的地震對。對研究區的17 088個地震事件，經過配對后共得到11 748個地震事件，以及247 102對 P 波震相資料、250 354對 S 波震相數據。完成地震配對后，再利用 HypoDD 方法進行地震重定位處理，最終獲得11 748個地震事件的重定位結果。對2013年4月20日發生的MS7.0地震和2022年6月1日發生的MS6.1地震為時間節點，分4個時間段進行余震序列定位和地震活動性研究（表1）。

1.2 速度模型

龍門山斷裂帶位于青藏高原東緣和四川盆地的過渡帶，東西部地殼厚度相差20 km，因此選擇速度模型極其重要。雙差定位可以避免速度橫向不均勻性，只有震源處的速度影響定位結果，故本文重定位程序HypoDD使用的速度模型參照了Wang等［19］的模型（表2）。該模型來源于人工地震測深結果，且經過震源區附近，其中P波和S波速度比為1.83。鑒于一般情況下P波到時拾取精度相比S波較高，因此，定位過程中將P波權重設為1，S波權重設為0.5。

1.3 定位方法

本文所采用的定位方法為雙差定位法，是一種相對定位方法，不依賴于射線路徑，能有效減少因對地殼速度結構的橫向不確定性而引起的誤差。HypoDD定位法的基本原理主要是對兩個相近地震事件的觀測走時差和理論走時差相減，得到“雙差”，利用這一數據求解震源的相對位置。

兩個地震事件i和j的觀測走時差和理論走時差的差值定義為雙差，表示為drijk，即：

drijk=（tik-tjk）obs-（tik-tjk）cal （1）

式中：（tik-tjk）obs和（tik-tjk）cal分別表示觀測走時差和理論走時差。式（1）既可以用于讀取震相到時差（此時觀測到時是絕對走時差），也可以是相對走時差。對于一對事件i和j的走時差t分別對其位置（x，y，z）和相應初始時間（τ）求偏導數，可由當前的震源位置和記錄到第k個震相的臺站位置得出。因此，兩個事件的相對震源參數方程為：

tikmΔmi-tjkmΔmj=drijk （2）

式中：Δmi=（Δxi，Δyi，Δzi，Δτi）和Δmj=（Δxj，Δyj，Δzj，Δτj）是為使模型更好地擬合觀測數據而需要改變的參數。將所有臺站（K個）及事件對［N（N-1）/2個］的方程組成下列線性方程組：

WGm=Wd （3）

式中：G是M×4N的偏導數矩陣（M是雙差的觀測數目，N是地震事件數）;d是雙差數據向量;m是長度為4N的向量，含有特定震源參數的變化量［Δx，Δy，Δz，ΔT］T;W是對每個方程加權的對角矩陣。在反演過程中，將式（3）添加一個平均位移為0的約束條件：

∑Ni=1Δmi=0 （4）

這種約束方式只適用于共軛梯度法求解，雙差算法對簇的絕對位置誤差較為敏感，因此，在反演時，通常對式（4）進行減權，使地震簇質心稍微移動，并對初始絕對位置可能出現的誤差進行修正。

2 重定位結果分析

2.1 定位誤差

研究區域原報告余震序列產出結果中，平均走時殘差為0.38 s，水平向、垂直向的平均標準誤差分別為0.67 km、1.21 km。數據預處理后，經雙差定位最終得到的10 890次事件結果中，平均走時殘差為0.18 s。在EW、NS、UD三個方向的平均標準定位誤差分別為0.31 km、0.35 km、0.45 km。由此可知，經重定位后平均定位誤差和走時殘差明顯減小，說明定位結果是可靠的。

2.2 2013年蘆山MS7.0地震余震時空分布特征

為了更清楚了解2013年蘆山MS7.0地震余震重定位結果的時空變化特征，本文對主震后［0，100） h、［100，200） h、［200，300） h、［300，500） h的4個時間段分別展示地震事件位置分布（圖2）。第一階段為震后［0～100） h內［圖2（a）］，該階段為5級地震發生的主要階段，且震源深度多集中在20 km左右;第二階段為震后［100～200） h［圖2（b）］，該階段已經沒有5級及以上地震的發生，但余震數量和第一階段相當，且震源深度集中在15～20 km之間;第三階段為震后［200～300） h［圖2（c）］，該階段3級及以上地震明顯減少，震源深度集中在15 km左右;第四階段為震后［300～500） h［圖2（d）］，該階段的區間范圍為200 h，地震個數較前面階段有所下降，且震源深度主要集中在12 km左右?？梢姡S著時間推移，震級和地震數目下降的同時，震源深度也隨之變淺。從總體來看，余震震中位置主要集中在大川—雙石分支斷裂帶（F2）的下盤，余震區存在沿斷裂帶F2向SW方向擴展的趨勢，但在余震區的NW面（圖中畫虛線的位置），即F2斷裂帶的上盤存在少量余震活動，且均為3級以下震源深度較淺的地震，隨著時間的推移虛線框內的地震活動逐漸變少。

綜合而言，經過重定位后的余震震中相比重定位前位置分布更加集中，主震重定位震中位置為30.30°N＼，102.98°E，震源深度18.3 km。主震深度由重定位前的17 km改進到18.3 km，這一結果與張廣偉等［6］使用震后48 h內504個余震事件、蘇金蓉等［7］使用震后9 d內3 758個余震事件及陳晨等［8］使用震后16 d內的5 875個余震事件，均通過雙差定位法重定位得到的主震深度（分別為17.6 km、16.33 km和16.67 km）相比較高，但小于房立華等［9］使用震后一周內2 464個余震事件的重定位深度（20.1 km）。

從震源深度剖面（圖3CC′）可以看出，余震區的破裂長度約34 km、寬度約17 km，余震深度主要分布在10～20 km的范圍內。破裂長度的結果大于劉成利等［10］利用遠震體波數據反演得到的結果（28 km）和呂堅等［4］通過HypoDD重定位得到的結果（30 km），與房立華等［9］確定的余震展布長度約35 km、寬度約16 km的結果基本一致。通過對震源深度剖面的分析，表明斷層面向NW傾斜，淺部傾角較陡、深部略緩，表現為“鏟形”的逆沖斷層特征。余震區存在一條向SE傾斜的余震帶，與發震斷層相交成“Y”字型。從圖3的剖面AA′和BB′可以看出，發震構造呈現出明顯的鏟狀分布特性［9］，余震區存在向SE傾斜的帶狀分布趨勢。通過對重定位后的余震擬合發震斷層傾角的變化，結果表明主震處傾角為45°（圖3剖面BB′）。

余震震中主要集中在大川—雙石斷裂帶（F2）的單側，但它并不是發震斷層。根據余震的震源分布推斷發震斷層是位于F2東側約10 km，傾向NW，傾角約45°的一條盲逆沖斷層，同屬龍門山前山構造體系。李傳友等［11］通過野外地質調查表明發震構造為蘆山之下的龍門山前緣滑落帶，它的運動帶動了大川—雙石和新開店等斷裂帶的活動。

2.3 2022年蘆山MS6.1地震余震時空分布特征

本次MS6.1主震重定位震中位置為30.39°N、102.92°E，震源深度18.4 km。圖4為震后16 d內的427個余震序列經重定位后，得到的351個余震事件震中位置平面分布圖。其中，圖4（a）、圖4（b）、圖4（c）、圖4（d）分別為震后［0，100） h、［100，200） h、［200，300） h、［300，367］ h的時間段余震事件震中位置變化?？梢钥闯鼋涍^重定位后的震中分布明顯集中，并且隨著時間的推移，余震數量大幅減少，震級也隨之降低。另外，余震主要分布在主震的北西方向，表明破裂主要沿北西向擴展。此次地震的余震集中分布在F2斷層的上盤（西北面），與2013年MS7.0余震震中分布明顯不同。

圖5（a）為主震后16 d的余震活動頻次。由圖可見，6月1日余震活動頻次達到峰值，6月4日大幅較少，震級也隨之下降。從圖5（b）可見，最大震級為6月1日的MS5.2，最小震級為MS0.9，60%的余震發生頻次分布在MS1.2～2.4之間。

2.4 震源深度

重定位前余震的深度主要集中在10～20 km之間［圖6（a）］，重定位后余震平均深度為14.45 km［圖6（b）］，超過60%的余震深度主要分布在10～15 km的范圍內。主震深度由定位前的22 km改進到18.4 km，且0～5 km深度的余震活動幾乎沒有，表明地震產生的破裂并未延伸至地表。

為了進一步了解發震構造，沿余震區南北走向（軸線EE′）和垂直走向（軸線DD′）分別做深度方向投影，得到震源深度剖面圖（圖7）?？梢钥闯稣鹪磪^的破裂長度約為21 km，破裂寬度約15 km。90%的余震主要分布在10～20 km的深度范圍內。從剖面DD′和EE′可以看出，余震的震源深度相比主震要淺。以剖面EE′的主震位置為界，右側震級較大，余震數量較少;左側震級較小，余震數量較多，震源深度總體呈南淺北深的特點。剖面DD′顯示余震震源深度向南東傾斜。

本文根據震源深度剖面（DD′）擬合出發震斷層的傾角為47°，這一結果與Xie等［20］的震源機制反演結果基本一致。余震區位于大川—雙石斷裂（F2）的西北側，部分余震靠近鹽井—五龍斷裂（F1）。余震主要集中在主震的西北面，表明斷層沿該方向的破裂范圍較大。通過對震源深度剖面和余震叢集的分析，可以看出發震斷層向南東方向傾斜。結合大川—雙石斷裂產狀（F2），推測發震斷層并不是F2，而是位于F2的西北側，沿著主震近直立走向的基底隱伏逆沖斷裂，同屬龍門山前山構造體系。余震序列的震源深度總體表現為南淺北深，西北向余震分布多，東南向分布少，符合逆沖型地震的特點［21-24］。

3 兩次地震的關聯性

3.1 相關性

在地震活動性方面，2013年蘆山MS7.0地震發生之前的4年時間內（表1），僅有170個地震事件，且全部集中在2010年8月份，最高震級僅為MS3.4［圖8（a）］，表明該區域地震活動幾乎為平靜期。在2013年蘆山MS7.0地震發生之后到2022年MS6.1發生之前，余震活動整體較為活躍，該區域內發生的最大震級為MS5.5（5級以上5個，均發生在MS7.0地震的當日和次日）。圖8（b）為2022年MS6.1地震發生之前的4年時間內（表1）M-t分布圖，該時間段的最大震級為MS5.2（發震時間為2022年5月20日，距離MS6.1地震發生前11 d），其他震級均介于MS1.0～2.0之間，且發震時間分布均勻。相比MS7.0地震發生之前的4年里地震活動較為頻繁，與MS7.0地震發生后的余震總體活動水平基本一致。但此次MS6.1地震是否與2013年MS7.0地震有直接觸發關系，還需進一步討論。

就兩次地震的破裂面而言，MS7.0地震的余震主要向西南面擴展，破裂面向北延伸較小，可能是受寶興高強度雜巖體［25-26］的阻擋。但此次MS6.1地震發生在MS7.0地震的西北端，且破裂面主要沿北西向擴展。因此，本文認為MS6.1地震的余震不僅不在MS7.0地震的余震分布范圍內，而且破裂面擴展方向也不同。在震源深度分布方面，兩次地震在0～5 km范圍內幾乎沒有余震，5～10 km范圍內的余震也較少，在10～20 km的范圍內較多，推斷破裂主要集中在斷裂的深部，并未延伸到地表附近。這一結論與文獻［10］取得的基本認識相符。劉成利等［10］通過有限斷層模型反演地震破裂過程的結果表明，絕大多數破裂集中在地殼深部，近地表的滑移量很小，淺部并無大的錯動。

3.2 相對獨立性

在震源機制方面，結合趙旭等［3］使用的頻率域和時間域多步反演及魯人齊等［27］采用Wphase矩張量反演方法，分別獲取兩次地震的震源機制解（表3）。由表3可知，2013年MS7.0地震為一次高傾角的逆沖型事件，2022年MS6.1地震為逆斷層型地震破裂事件。結合本文余震重定位震源深度剖面分析結果，詳細對比了兩次地震的發震斷層和余震分布（表3）。可見兩次地震的發震斷層均不是大川—雙石斷裂，MS7.0發震斷層為傾向NW的主斷層和傾向SE的次級反沖斷層所構成的“Y”型斷層系統，主震處傾角約45°；MS6.1發震斷層為一條傾向SE的反沖斷層，主震處傾角約47°。本文對兩次地震震源深度剖面采用最小二乘法擬合，所得的發震斷層傾角與趙旭等［3］的結果基本吻合，而震源機制解的傾角與魯人齊等［27］的結果基本吻合。

經過對兩次地震的震源深度剖面分析（圖3和圖7），2022年MS6.1地震的發震斷層和2013年蘆山MS7.0地震明顯不同。經過重定位后兩次地震的主震震中相距約11.7 km，其主震及余震發生在斷層F2的不同側，MS6.1地震分布在F2斷層的上盤（西北面），而MS7.0是在F2斷層的下盤（東南面）。結合研究區斷裂帶構造和余震展布特征，可知MS7.0蘆山地震的主要破裂沿北西向展布，同時也破裂了南東向的次級反沖斷層（圖3剖面BB′）。MS6.1地震發生在一條傾向SE的盲斷層上，與2013年MS7.0產生的反沖次級斷層傾向相同，同屬隱伏斷裂體系。但與2013年主逆沖斷層傾向相反，深部均收斂于龍門山南段深部基底滑脫層，推測這個斷層可能是由于2013年蘆山MS7.0地震“Y”型斷層系統中的反沖斷層發生活動所引發的。綜合來看，兩次地震發震斷層明顯不同，余震叢集也相對獨立（圖9）。此外，萬永革（https：//mp.weixin.qq.com/s/My4GXrmLTjmqk HBdjv0CPw）認為 2013年蘆山地震在2022年蘆山地震主震斷層面上引起的庫侖破裂應力對本次 MS6.1地震起到抑制作用，說明2013年的蘆山地震對本次主震沒有直接的觸發關系?；谝陨涎芯?，認為本次MS6.1地震為一次相對獨立的地震破裂事件。

4 結論

本文通過對蘆山地區2013年MS7.0和2022年MS6.1地震的主震及余震序列進行重定位，分別得到了精確的震源位置，給出了兩次主震的震中位置和深度，以及兩次地震余震的破裂范圍，并通過分析余震震源的時空分布和震源深度剖面，得出以下結論：

（1） 兩次地震的余震序列經過重定位后位置分布明顯集中，2013年MS7.0余震震中位置主要在大川—雙石分支斷裂帶（F2）的下盤，余震區存在沿斷裂帶F2向西南方向擴展的趨勢。但在余震區的西北面存在少量余震活動，均為震源深度較淺的3級以下地震事件，且隨著時間的推移活動數目逐漸變少。2022年MS6.1余震主要分布在主震北西向，且隨著時間的推移，余震數量大幅減少，震級也隨之降低。

（2） 兩次地震的發震斷層均不是大川—雙石斷裂，MS7.0地震的余震主要分布在大川—雙石斷裂（F2）和新開店斷裂（F3）之間，發震斷層表現為“鏟形”的逆沖斷層特征。2022年MS6.1地震的余震主要分布在鹽井—五龍斷裂（F1）和大川—雙石斷裂（F2）之間，發震斷層位于F2西北側，是一套傾向SE、發育在龍門山南段深部滑脫層之上的反沖盲斷層。本文認為該斷裂帶為近直立走向，與F2同屬龍門山前山構造體系。

（3） 對兩次地震的震前地震活動性、震源機制和有限斷層多方面進行了分析，闡述了兩次地震的相關性和相對獨立性。認為盡管兩次地震空間位置較為接近，2022年MS6.1地震的發震斷層與2013年蘆山MS7.0地震“Y”型斷層系統中次級反沖斷層傾向相同，具有相似特征，同屬隱伏斷裂體系，且都未在地表形成破裂。但由于兩次地震的發震斷層不同，余震叢集相對獨立，破裂面沿不同方向擴展，以及2013年蘆山地震在2022年蘆山地震主震斷層面上引起的庫侖破裂應力對本次 MS6.1地震起到抑制作用，對本次主震沒有直接的觸發關系。因此，本文認為2022年MS6.1地震作為繼MS7.0地震之后該區域發生的最大一次強震，是一次相對獨立的地震破裂事件。

致謝：感謝中國地震臺網中心提供的震相數據資料，感謝GMT繪圖軟件［28］。

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（本文編輯：任 棟）