基于地震序列时空分布特征分析维西—乔后断裂带地震危险性

王光明 彭关灵 赵小艳 付虹

摘要：2013年以来，维西—乔后断裂带进入中强地震活跃期，2021年5月21日漾濞MS6.4地震发生前，已有3组MS≥5.0地震连续发生，表明该断裂带地震活动显著增强。采用双差定位方法对2013年以来发生在维西—乔后断裂带周边的4组地震序列进行重定位，并使用ZMAP软件包计算序列的b值和p值。结果显示，维西—乔后断裂带周边地震序列呈现出两组明显不同的时空分布特征，余震序列优势分布方向为NW向的3组地震序列衰减较快，序列b值相对较低，序列震中分布长宽比较大;2016年云龙MS5.0地震序列优势分布方向为NE向，序列震中分布长宽比较小，衰减较慢，序列b值相对较高。基于序列类比结果和b值时间变化曲线分析认为，2021年漾濞MS6.4地震序列后续发生较大破坏性余震的可能性较小。综合2013年以来维西—乔后断裂带中强地震时空分布特征和区域地质构造资料分析认为，未来该地区MS≥5.0地震存在向东南或向北迁移的可能性。

关键词：维西—乔后断裂;漾濞MS6.4地震;地震重定位;余震衰减;地震危险性

中图分类号：P315.2   文献标识码：A   文章编号：1000-0666（2021）03-0367-13

0 引言

2021年5月21日21时48分在云南省大理州漾濞县（25.67°N，99.87°E）发生MS6.4地震，震源深度8 km。本次地震发生在维西—乔后断裂带西侧，震中距离该断裂约12 km。2013年以来，维西—乔后断裂周边中强地震进入活跃期，连续发生2013年3月3日洱源MS5.5地震、4月17日MS5.0地震（赵小艳，付虹，2014;杨军等，2015）、2016年5月18日云龙MS5.0地震（Jiang et al，2019）和2017年3月27日漾濞MS5.1地震（李姣等，2020）。2021年漾濞MS6.4地震是维西—乔后断裂带及周边地区有历史记载以来发生的最大地震，该地震的发生表明维西—乔后断裂带地震活动在进一步增强。

通过研究地震序列，能够提取地震孕育过程和震源区物理状态的某些性质，有助于判断一次地震或一组地震事件发生后发震区或相关区域未来地震活动发展趋势（周仕勇，许忠淮，1999）。对2013年以来维西—乔后断裂带及周边地区的地震序列进行研究，给出该构造区地震序列时空分布特征和衰减特征，可为2021年漾濞MS6.4地震序列后续余震活动研判和维西—乔后断裂带未来中强地震危险性评估提供依据。本文使用双差定位方法对4组（5次）地震序列进行精确定位，分别计算每个地震序列的b值和p值，基于地震序列的时空分布和衰减特征，探讨漾濞MS6.4地震序列后续余震活动强度和维西—乔后断裂带未来中强地震危险性。

1 数据与方法

1.1 地质构造与台站分布

维西—乔后断裂位于青藏高原东缘的滇西北地区，该地区是特提斯—喜马拉雅构造域东南部弧形构造转折处，也是扬子准地台与滇西地槽褶皱带的交接区，构造十分复杂（常祖峰等，2014;黄小龙等，2015）。区内发育有NW—NWN走向和NE走向的两组断裂系统（图1），其中NW向断裂包括红河断裂、楚雄—建水断裂、维西—乔后断裂（又称通甸—巍山断裂）等;NE向的断裂包括龙蟠—乔后断裂、程海断裂、洱源—鹤庆断裂等（任俊杰等，2007;黄小龙等，2015;安晓文等，2018）。维西—乔后断裂北起雪龙山麓白济汛一代，经维西、通甸、乔后，止于点苍山西南，長约280 km（常祖峰等，2016a）。断裂总体走向NW，倾向NE或SW，倾角50°～70°，早期活动性质以挤压为主，晚第四纪以来则以右旋走滑为主兼张性正断，控制了维西、马登、乔后等第四纪盆地的发育，为晚更新世—全新世活动断裂（常祖峰等，2014）。历史上维西—乔后断裂地震活动水平并不高，1900年以来以5、6级地震活动为主，最大地震为1948年剑川MS6.3地震。

维西—乔后断裂带所在的滇西北地区监测能力相对较强，除云南数字地震台网的固定台站之外，还有下关小孔径测震台网，而且在每次中强地震之后，云南省地震局还会迅速派出工作人员在震中周边架设流动台站，提高震源区监测能力。漾濞MS6.4地震发生后，云南省地震局和中国地震局第一监测中心在震区增设了5个流动测震台，并于5月23日相继投入运行，较好的观测能力为本文提供了丰富的地震目录和震相到时数据。

1.2 研究方法

曲均浩和蒋海昆（2012）的研究表明，余震序列满足两个重要的幂律统计关系，即描述地震震级-频度关系的G-R关系（Gutenberg，Richter，1944）和描述主震后余震随时间衰减关系的修正大森公式（Utsu，1961;Utsu et al，1995）。精确定位的地震序列可为研判后续余震发展过程及未来强震迁移趋势提供重要依据（房立华等，2018;王光明等，2018;Wang et al，2018;易桂喜等，2019;Jiang et al，2019）。本文分别使用ZMAP软件包计算地震序列的b值和P值，同时使用双差定位方法对5次地震序列进行重定位。

1.2.1 震级-频度特征

监测地球应力状态对于理解地震的发震机制和灾害分布具有重要意义（Nanjo，2020）。实验室研究和实际观测均表明关系G-R中的b值对应力变化敏感，而且它们之间呈反相关的关系，即应力水平越高、b值越低（Scholz，1968;Schorlemmer et al，2005;易桂喜等，2013;史海霞等，2018;Gulia，Wiemer，2019）。本文使用最大似然法计算4组中强地震序列的b值，寻找该区域地震序列b值特征的异同点。

最大似然法具有计算简便、不易受个别较大地震影响、计算结果较为稳定的优点。具体计算公式和误差估算公式如下（冯建刚等，2016）：

b=lg eM-（MC-ΔM2）（1）

δb=2.30b2∑ni=1（Mi-M）2n（n-1）（2）

式中：M为平均震级;ΔM为震级分档，本文设为0.1;n为计算b值所用的样本量。

1.2.2 序列衰减特征

余震序列衰减特征研究是震后趋势判断、强余震预测和发震构造分析等研究的组成部分，对理解主震发震过程和地震危险性分析具有重要作用。修正的大森公式是对余震序列频次随时间衰减的最好描述（曲均浩，蒋海昆，2012;谭毅培等，2015），其表达式为：

n（t）=K（t+c）p（3）

式中：n（t）为单位时间内余震的频度;K、p、c为常数;p表示余震序列衰减的快慢，Utsu等（1995）对全球中强地震余震序列衰减特征的研究结果显示，p值接近于1，而且与所选择的震级下限无关。

1.2.3 双差定位方法

双差定位方法的核心是将地震事件丛集根据一定的规则进行两两配对，使用两个事件相对于同一地震台站的观测走时差与理论走时差之差（双差）反演震源之间的相对位置，进而得到整个地震丛的精确位置（Waldhauser，Ellsworth，2000）。双差定位方法可以消除震源和台站之间因为速度模型不精确产生的误差。在地震丛集中，地震之间因为配对可以相互约束，相比于孤立定位增加了约束条件，可有效提高地震丛集的相对定位精度。因此，该方法目前已成为国内外地震序列重定位最常用的方法之一（Waldhauser，Schaff，2008;Fang et al，2015a，b;房立华等，2018;王光明等，2018;Wang et al，2018;Jiang et al，2019;张致伟等，2019）。

2 结果分析

2.1 地震序列时间发展特征

大震后24 h内发生的地震的最小完备震级（MC）的确定十分重要，对序列b值和p值计算结果的可信程度有较大影响。因此，笔者分别计算每个地震序列主震发生后24 h的MC，然后选取序列中M≥MC的地震进行分析。2013年洱源MS5.5和MS5.0地震序列MC=1.1;2016年云龙MS5.0地震序列MC=1.0;2017年漾濞MS5.1地震序列MC=1.1;2021年漾濞MS6.4地震序列MC=1.2。

基于地震序列的震级—时间（M-T）图（图2）可以全面了解地震序列的发展过程。由图2可见，维西—乔后断裂带及周边地区中强地震序列前震比例较高，3次地震序列的主震发生前2 d在震源区都出现了中小地震活动：2016年云龙MS5.0地震前震源区发生4次ML≥1.0前震，其中最大为ML2.3地震;2017年漾濞MS5.1地震前震源区发生6次ML≥1.0前震，其中最大为主震15 min前MS4.7地震;2021年漾濞MS6.4地震震源区发生一系列3、4级地震，主震前27 min发生最大前震MS5.6地震。此外，该地区地震序列余震震级衰减较快，除2016年云龙MS5.0地震外，其它4次地震序列强余震（对于MS5.0～5.9地震，强余震指3级以上地震;对于MS6.0～6.9地震，强余震指4级以上地震）主要发生在7 d内。

笔者分别选取每次地震主震发生后1个月M≥MC的地震，采用ZMAP程序中的最大似然法计算每个地震序列的b值。结果显示，该区域地震序列的b值差异较大（图3），2016年云龙MS5.0地震序列b值最高（0.90），2013年洱源MS5.5地震序列和2021年漾濞MS6.4地震序列的b值相对较高（分别为0.78、0.71），而2013年洱源MS5.0地震序列和2017年漾濞MS5.1地震序列b值较低（分别为0.66、0.64）。

笔者分别选取主震发生后1个月M≥MC的地震，使用ZMAP程序包计算每个序列的p值。结果显示，该区域地震序列衰减特征呈现明显不同的3种类型（图4）：2013年洱源MS5.5地震序列、2017年漾濞MS5.1地震序列p值1.0附近（分别为0.96、1.06），与Utsu等（1995）统计得到的全球中强地震p值一致，表明序列衰减相对正常;2013年洱源MS5.0地震序列和2021年漾濞MS6.4地震序列p值超过1.0（分别为1.19、1.39），表明序列衰减较快;2016年云龙MS5.0地震序列p值为0.55，远低于1.0，表明序列衰减缓慢。

2.2 地震序列空间展布特征

为保证数据的可靠性及定位结果的稳定性，本文选取震相数大于6个的地震事件进行重定位，采用LSQR方法进行反演。重定位后的地震序列空间分布如图5～9所示。

2013年洱源MS5.5地震序列呈NWN向條带状展布，与东侧的维西—乔后断裂平行，序列长约15 km、宽约7 km，主震位于整个地震序列的中间。深度剖面显示，MS5.5主震位于地震序列的最底部，整个地震序列震源深度主要分布在7～15 km，但是两个深度剖面上均未显示出明显的倾角特征。4月17日洱源MS5.0地震序列震中分布特征与3月3日MS5.5地震序列相同，同样呈NWN向展布，但余震更为集中，序列长约9 km、宽约3 km，主震位于地震序列的中部，余震序列主要分成2个部分，一部分位于主震周边，另一部分位于主震南侧。深度剖面显示，MS5.0主震位于序列中间位置，整个地震序列震源深度主要分布在6～14 km，而且在BB*剖面呈现出约45°的倾角。赵小艳和付虹（2014）给出的2013年这2次主震的震源机制解（图5a、6a）显示其均为正断型地震，与本文地震序列空间分布特征一致。据此推测，2013年洱源地震序列的发震断层为NW走向的正断层。

2016年云龙MS5.0地震序列主要呈NEN向分布，地震序列长约8 km、宽约6 km。深度剖面显示，MS5.0主震位于序列最底部，余震序列主要分布在4～15 km深度范围内，序列在BB*剖面上呈现出北西向陡倾的分布特征，倾角接近90°，与Jiang等（2019）给出的主震震源机制解（图7a）一致，认为云龙MS5.0地震的发震断层应该是NEN走向、近垂直的走滑断裂。

2017年漾濞MS5.1地震序列呈NW向分布，与东侧的维西—乔后断裂走向一致，地震序列长约10 km、宽约2 km，MS5.1主震位于地震序列的北西端。深度剖面显示，MS5.1地震位于地震序列震源深度的底部，整个地震序列震源深度主要分布在4～15 km。潘睿等（2019）反演得到的震源機制解（图8a）显示，漾濞MS5.1主震为走滑型地震，NW向节面倾角较为陡立，与本文余震BB*剖面上近垂直分布的特征一致。综合分析重定位后地震序列的空间分布和震源机制解结果，认为2017年漾濞地震的发震断层应为陡倾的NW向断层。

2021年漾濞MS6.4地震的地震序列主要沿NW—SE向展布（图9），序列东南段呈扫帚状或马尾状分布，整体走向135°，与东侧的维西—乔后断裂呈15°夹角。地震序列全长约25 km、宽8 km，MS6.4主震位于地震序列NW端。深度剖面显示，整个地震序列震源深度主要集中在2～14 km，MS6.4主震位于序列中部。重定位结果显示序列在BB*剖面上近垂直分布，与美国USGS给出的漾濞MS6.4主震震源机制解一致，表明2021年漾濞MS6.4地震序列的发震断层应为NW向、倾角较陡的右旋走滑断裂。

综合上述分析，维西—乔后断裂带及周边地区中等地震时空分布特征可归纳为：

（1）地震序列震中主要呈NW向条带状展布，且长宽比较高，仅云龙MS5.0地震序列优势展布方向为NEN向。

（2）余震序列衰减特征具有多样性，2016年云龙MS5.0地震衰减较慢（p=0.55），2013年洱源MS5.5地震和2017年漾濞MS5.1地震衰减相对正常（p值在1.0附近），2013年洱源MS5.0地震和2021年漾濞MS6.4地震衰减较快（p值远高于1.0）。

（3）地震序列b值同样具有多样性，2016年云龙MS5.0地震序列b值最高，2017年漾濞MS5.1地震序列b值最低，其余3次地震序列b值位于上述序列之间。

3 讨论

3.1 2021年漾濞MS6.4地震后续余震水平

本文采用双差定位方法对2013年以来维西—乔后断裂带及周边地区4组（5次）地震序列进行重新定位，同时使用ZMAP软件包分别计算了各地震序列的b值和p值。结果显示维西—乔后断裂带及周边地区地震序列呈现出两组明显不同的时空分布特征：余震序列优势分布方向为NW向的4次地震序列衰减较快，序列b值相对较低，序列震中分布长宽比较大;2016年云龙MS5.0地震序列优势分布方向为NE向，衰减缓慢，序列b值相对较高，序列震中分布长宽比较小。基于b值的物理意义分析，NW走向断层的应力水平可能高于NE走向的断层。

2021年漾濞MS6.4地震序列震中呈NW向条带状分布，与2013年洱源MS5.5、MS5.0地震和2017年漾濞MS5.1地震相同，均为NW走向断层活动的结果。且MS6.4地震序列p值为1.39，高于全球平均水平（1.0），与2013年洱源MS5.0地震类似，表明此次地震序列衰减较快。地震序列空间分布和震源机制解结果显示，与2017年漾濞MS5.1地震类似，2021年漾濞MS6.4地震为右旋走滑型地震，且存在前震序列，最大前震与主震相隔时间很短（约27 min）。综上认为，2021年漾濞MS6.4地震序列与2013年4月17日洱源MS5.0、2017年漾濞MS5.1地震的时空分布特征更为相似，而这两组地震序列中，其后均未发生较大余震。因此，从地震序列时空分布和衰减的相似性特征类比来看，漾濞MS6.4地震后续发生较大破坏性余震的可能性较小。

考虑到2021年漾濞MS6.4地震与其他3组地震序列震级差较大，本文同时使用b值随时间变化曲线探讨漾濞MS6.4地震后续余震活动强度。选取2016年1月1日至2021年6月21日震源区的地震事件，采用固定窗长（200个地震事件）和步长（1个地震事件）计算b值，将得到的b值作为该时间窗最后时刻的b值，计算结果如图10所示。从图中可以看出，漾濞MS6.4地震震源区背景b值约为0.9，该区域b值从5月18日开始下降，至主震前降至最低值，漾濞MS6.4地震发生后，b值迅速回升，到6月21日，回升至震前平均水平，表明该区域的应力得到有效释放。因此，从b值时间变化曲线分析，漾濞MS6.4地震后续发生较大破坏性余震的可能性较小。

3.2 维西—乔后断裂带周边区域未来中强地震危险性

维西—乔后断裂带位于青藏高原东南缘，是兰坪—思茅块体和扬子块体的边界（任俊杰等，2007;常祖峰等，2014，2016a，b）。青藏高原物质持续向东南挤出的过程中，在维西—乔后断裂附近受到兰坪—思茅地块的阻挡，导致该地区产生NWN向至近SN向构造应力场（崔效锋等，2006）。已有研究（Wang et al，1998;毛玉平等，2003;任俊杰等，2007;常祖峰等，2014，2016b;罗睿洁等，2015）关于该区活动断裂的调查研究成果表明，在喜山运动晚期（约上新世），滇西北地区的构造应力场由近EW向转为以NWN至近SN向水平挤压为主（阚荣举等，1977;崔效锋等，2006），导致该区的断裂性质发生反转（图1）。研究区内的大部分NE向走滑断裂停止活动，而NW向断裂成为该区主要的第四纪活动断裂，包括正断层和右旋走滑断层两类（Wu et al，2009;吴中海等，2012;黄小龙等，2015）。

中强地震的发生往往与该地区的构造特征密切相关，根据震源机制解和精确的地震序列空间分布，可以对地震的发震构造进行分析探讨（常祖峰等，2014）。2013年以来5次地震序列的空间分布特征和主震震源机制解结果显示，维西—乔后断裂带及周边地区中强地震的发震构造以NW向断层为主：2013年洱源MS5.5和MS5.0地震是维西—乔后断裂（或炼铁盆地东缘断裂）正断活动的结果（赵小艳，付虹，2014;常祖峰等，2014;黄小龙等，2015）;2017年漾濞MS5.1地震是维西—乔后断裂右旋走滑运动的结果（李姣等，2020）;2021年漾濞MS6.4地震为维西—乔后断裂附近NW向断层右旋走滑活动的结果（王光明等，2021）。上述3组NW向断层控制的地震存在向南迁移的趋势，而且在时间上存在准周期性，周期约为4 a（2013年—2017年—2021年）。值得注意的是，在2021年漾濞MS6.4地震震中和2017年漾濞MS5.1地震震中之间，存在15 km左右的空段，在近NS向区域应力加载下，在未来NW向断层进一步贯通的过程中，该空段是未来可能发生中强地震的地区。

除NW向断层活动外，该区域还存在NE向断层控制的中强地震。重定位结果显示，2016年云龙MS5.0地震余震优势分布方向为NNE向，Jiang等（2019）分析认为该地震的发震构造可能是NNE向的隐伏断层。2021年漾濞MS6.4地震同样触发了NE向断层的活动，表现为在主震序列NE侧出现一组最大达ML4.0的地震活动。因此，该地区还需注意未来NE向断层活动产生MS≥5.0地震的危险。

综上认为，维西—乔后断裂带及周边地区NW向断层在区域应力场的作用下，未来可能会进一步贯通或向东南发展，进而发生MS≥5.0地震;区域内部NE向断裂同样具备发生MS≥5.0地震的能力。因此，笔者认为该地区未来存在MS≥5.0地震活动进一步向东南和向北迁移或扩展的可能性。

4 结论

本文采用双差定位方法对2013年以来维西—乔后断裂带周边5次地震序列进行重新定位，并使用ZMAP软件包分别计算了各地震序列的b值和p值。基于地震序列时空分布特征和衰减特征对比分析，得到以下结论：

（1）维西—乔后断裂带及周边地区地震序列呈现出两组明显不同的时空分布特征：余震序列优势分布方向為NW向的4次地震序列衰减较快，序列b值相对较低，序列震中分布长宽比较大;2016年云龙MS5.0地震序列优势分布方向为NE向，序列震中分布长宽比较小，衰减较慢，序列b值相对较高。

（2）基于地震序列时空分布和衰减的相似性特征类比以及b值随时间变化曲线分析，漾濞MS6.4地震后续发生较大破坏性余震的可能性较小。

（3）综合2013年以来维西—乔后断裂带中强地震时空分布特征和区域地质构造资料分析，认为该地区未来存在MS≥5.0地震向东南或向北迁移的可能性。

本文部分图件采用GMT6软件（Wessel et al，2019）和ZMAP软件包（Wiemer，Wyss，1994）绘制，地震重定位使用了拉蒙特-多尔蒂地球观测站Felix Waldhuaser教授提供的双差定位程序和云南数字地震台网提供的震相到时数据，审稿专家对稿件的修改提出了宝贵意见，在此一并表示衷心感谢。

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Seismic Risk of the Weixi-Qiaohou Fault Zone Basedon Temporal-spatial Distribution Characteristicsof Earthquake Sequences

WANG Guangming，PENG Guanling，ZHAO Xiaoyan，FU Hong

（Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

Before the Yangbi MS6.4 earthquake on May 21，2021，three groups of MS≥5.0 earthquakes have occurred continuously，indicating that the seismic activity of the Weixi-Qiaohou fault zone has increased significantly since 2013.In this paper，we employ double-difference relocation algorithm to relocate earthquake sequences around the Weixi-Qiaohou fault zone since 2013，and use ZMAP to calculate the b-value and p-value of these sequences.The earthquake sequences around the Weixi-Qiaohou fault zone present obviously two different types of temporal-spatial distribution characteristics.Three earthquake sequences concentrate in a NW-trend band，which is parallel with the Weixi-Qiaohou fault，and the length-width ratios of the epicenter distribution of these earthquake sequences are larger.Furthermore，these three earthquake sequences decay faster and their b-values are relatively lower，while the Yunlong MS5.0 earthquake sequence in 2016 concentrates to a NE-trend band，and the length-width ratio of the epicenter distribution is relatively smaller.Also，the Yunlong MS5.0 earthquake sequence decays slower than the other three earthquake sequences，and its b-value is relatively higher.A contrastive analysis of earthquake sequences around the Weixi-Qiaohou fault zone shows that the possibility of large destructive aftershocks following the 2021 Yangbi MS6.4 earthquake sequence is small.Based on a comprehensive analysis of the spatial-temporal distribution characteristics of the moderately-strong earthquakes in the Weixi Qiaohou fault zone since 2013 and regional geological structure study，it is considered that MS≥5.0 earthquakes in this area may migrate to the Southeast（or the North）in the future.

Keywords：the Weixi-Qiaohou fault zone;the Yangbi MS6.4 earthquake;earthquake relocation;attenuation of the aftershock sequence;earthquake hazard