2022年9月5日四川泸定MS6.8地震序列重定位研究

杨文 刘杰 解孟雨 臧阳 孟令媛 张雪梅

1)中国地震台网中心，北京 100045 2)中国地震局地球物理研究所，北京 100081

0 引言

据中国地震台网中心测定，2022年9月5日12时52分18秒四川省甘孜州泸定县发生MS6.8 地震，震中为29.59°N、102.08°E，震源深度16km。此次地震造成泸定县、石棉县等市县重大经济损失和人员伤亡。

地震发生后，中国地震局组织相关单位就震区地震形势迅速开展会商研判，为抢险救援工作提供科学支撑。中国地震台网中心、中国地震局地震预测研究所、中国地震局地球物理研究所、美国地质调查局等多家机构分别给出震源机制解(表1)，均显示该地震以走滑性质为主。中国地震局通过对灾区开展实地震害调查，确定此次地震极震区烈度达到Ⅸ度，等震线长轴总体呈NW向展布。中国地震台网中心、中国地震局地震预测研究所的破裂过程反演结果显示，本次地震的破裂面呈NW-SE走向，破裂持续时间约为18s，破裂由震中主要向SE方向延伸，由深部向浅部扩展(1)https：//www.cea.gov.cn/cea/dzpd/dzzt/5683568/5683917/5684035/index.html。

表1 四川泸定6.8级地震不同机构震源机制解结果对比

此次地震发生在青藏高原东南缘的鲜水河断裂带与龙门山断裂带交会部位，区域构造十分复杂。鲜水河断裂带是分割川滇块体和巴颜喀拉块体的一条NW走向的呈弧形左旋走滑断裂带。该断裂带北西起于甘孜北，向南东经炉霍、道孚、乾宁、康定、泸定磨西至石棉新民以南，活动行迹逐渐减弱，最终消失于石棉公益海附近(唐荣昌等，1993；易桂喜等，2015)，此次地震震中位于鲜水河断裂带南部的磨西—石棉段附近。GPS观测数据表明，鲜水河断裂带自北向南地表运动速率逐渐降低(Chen et al，2000)。由于印度板块向欧亚大陆俯冲，青藏高原发生强烈的变形，受到青藏高原变形影响，鲜水河断裂带上强震频发。1700年以来该断裂带上先后发生7级以上地震8次，最大为1786年6月1日康定 7级地震(图1)。2000年以来，鲜水河断裂上的强震活动水平不高，仅发生2次6级以上地震，分别为2014年11月22日康定MS6.3 地震和此次泸定MS6.8 地震，2次强震序列的余震区距离仅20km。鲜水河断裂的强震背景突出，加之近年来地震活动逐渐增强，该断裂带后续的地震危险性仍然值得关注。泸定MS6.8 地震的发震构造和震源过程是研究鲜水河断裂的地震危险性的一个基础问题，其对了解鲜水河断裂带的地震活动性以及分析其未来发震趋势具有一定意义。

注：灰色圆圈为区域内历史7级以上地震，红色圆圈为2000年以来6级以上地震，沙滩球分别为2014年11月22日康定 MS6.3 和2022年9月5日泸定 MS6.8 地震的震源机制，数据来源分别为易桂喜等(2015)和中国地震台网中心震后应急产出；XSH-F：鲜水河断裂，LMS-F：龙门山断裂，MJ-F：岷江断裂，XJH-F：小金河断裂，DLS-F：大凉山断裂。

精确的地震定位对于确定断层走向、破裂扩展范围及发震构造十分重要(张广伟，2016)。泸定MS6.8 地震发生后，中国地震台网中心记录到丰富的余震走时资料，为进一步研究区域构造和震源过程提供了基础。本文利用泸定MS6.8 地震震中周边固定台站的走时资料，采用双差定位方法对泸定地震的早期余震序列进行重新定位，继而对泸定地震的发震构造和震源过程进行探讨，为后续震情跟踪工作提供参考。

1 四川泸定 MS6.8 地震序列地震活动特征

据四川地震台网测定，截至2022年9月12日24时，泸定MS6.8 地震序列共记录到2826次余震，其中ML1.0～1.9地震1614次，ML2.0～2.9地震390次，ML3.0～3.9地震56次，ML4.0以上地震4次，最大余震为9月7日2时42分石棉MS4.5 地震，地震空间分布如图2(a)所示，余震主要沿鲜水河断裂带展布，地震分布范围主要包含康定、泸定、石棉等市县境内。据历史地震序列统计，泸定MS6.8 主震震中200km范围内，1900年以来6.0级以上地震序列中，孤立型和主余型占比约90.9%，震群型占比约9.1%。截至9月12日，地震序列主震和最大余震的震级差为2.3级，MS6.8 主震释放的能量占地震序列总能量的99.95%，根据震型划分原则(周惠兰等，1980)，本次地震序列为主余型的可能性较大。

图2(b)为2022年泸定MS6.8 地震序列的震级-累积频度关系图，可以看到，该地震序列在ML1.2～3.9范围内线性拟合较好，而在ML4.0～5.0范围地震的频度明显低于该段理论线性拟合的频度。基于泸定地震序列常规地震目录，采用窗长滑动法，选择100个地震作为窗长，10个地震为步长，滑动筛选地震，然后利用拟合优度测试(GFT)和修正最大曲率法(MAXC)的混合方法(Mignan et al，2012)计算序列最小完备震级，在此基础上使用最大似然法(Marzocchi et al，2003)计算出序列b值的变化曲线(图2(c))。背景b值根据震前5年数据计算得到，为 0.98±0.06。b值变化曲线显示，在主震发生后短时间内序列b值呈上升趋势，后续则下降，在9月7日石棉MS4.5 地震发生前，序列b值低于背景b值，之后b值呈现起伏变化，总体上低于背景b值，表明该序列仍处于较高的应力水平，后续仍需关注强余震的可能。

图2 泸定 MS6.8 地震序列空间分布(a)、震级-频度关系(b)及滑动b值(c)

2 四川泸定 MS6.8 地震序列重定位

2.1 数据和方法

双差定位法是Waldhauser等(2000)提出的一种高精度的相对定位方法。该方法对一定空间范围内的地震进行配对，利用配对地震到台站的到时差确定地震的相对位置。该方法在一定程度上消除了介质不均匀性造成的路径效应，可以获得较高精度的相对空间位置分布。双差定位方法提出后，在发震构造、孕震机理和地震趋势研究等方面取得了广泛的应用(杨智娴等，2004；朱艾斓等，2005；房立华等，2013、2018；杨文等，2018)。

本研究利用四川地震台网震相观测报告，对四川泸定MS6.8 地震序列进行重新定位，选取2022年9月5—12日期间27.5°N～31.5°N、100°E～104°E范围内的地震事件。选择震中距200km以内38个固定台站(图3(a))所记录到的Pg和Sg波震相资料，要求每个事件至少包含4个震相，最终挑选Pg波18376条和Sg波17325条，Pg波与Sg波的走时-距离曲线如图3(b)所示。对震中距与Pg波和Sg波走时分别进行线性最小二乘拟合，Pg波平均速度为 5.848km/s，Sg波平均速度为 3.465km/s(图3(b))，波速比为1.69。在计算中，P波读数赋予1.0的权重，S波读数赋予0.5的权重。设定地震对之间的最大距离不超过10km，OBSCT设为10。速度模型参考人工地震折射测线和天然地震反演获得的结果(赵珠等，1997；易桂喜等，2015)，共分为6层，如表2所示。计算过程中，采用共轭梯度法求解方程，经过2组共10次迭代后得到阻尼最小二乘法解。

注：黑色三角为所使用的固定台站，绿色圆圈为泸定地震的余震分布，红色五角星为泸定 MS6.8 地震。

表2 泸定地区初始一维速度模型

2.2 泸定 MS6.8 地震余震重定位结果

重新定位后，共获得1591次地震的震源位置参数。重新定位后的震源位置测定平均误差在EW方向为0.158km，在SN方向为0.173km，在垂直方向上为0.298km。重新定位后的主震震中为29.593°N、102.093°E，震源深度14.5km。余震的震源深度大部分分布在10km以内，其中6～8km深度最为集中，平均深度为7.718km(图4)。

图4 重新定位后余震震源深度分布

2.3 重新定位后泸定 MS6.8 地震序列空间分布

重新定位后地震序列较重新定位之前震中分布更加集中，线性趋势更加明显，如图5(a)所示。在水平方向上，泸定MS6.8 主震位于余震区中部，余震总体沿鲜水河断裂呈NW向展布，主要分布在鲜水河断裂以西地区，余震区长轴约为65km。余震区具有明显的分段特征，可大致分为北段、中段和南段3个区域(图5(a))，各个分段之间具有约10km的小震稀疏段。中段的余震区扩展范围较大，且具有沿NE-SW向分布的特征，ML4.0以上余震均位于余震区的南段。

注：黑色五角星分别为 MS6.8 主震和ML4.0以上余震；(a)中虚线圈为图6中余震区北段、中段、南段的范围；(c)、(e)中粗虚线为推测的断层位置。

沿AA’的深度剖面显示，北段的余震震源深度较浅，破裂深度在10km以内，中段和南段的震源深度逐渐加深，最深可达18km。主震和ML4.0以上余震均位于余震区底部，表明本次破裂为一次由深部向浅部的破裂。在主震的SE方向具有明显的地震围空，破裂过程反演结果揭示主震东南侧的滑移量较大①，该围空与滑移量较大区域较为一致。沿BB’和DD’的深度剖面显示，余震区北段和南段的余震带较窄，倾角均为近垂直向，整体略向东倾，南段15km深度处存在与主断层斜交的分支断层，显示了泸定地震发震断层的复杂性。沿CC’的深度剖面显示，受NE向次级断裂的影响，中段的余震带较宽，宽度约为25km。主震附近地震较为稀疏，这可能是主震附近破裂较为充分导致的。

2.4 重新定位后余震深度随时间的变化

注：红色五角星分别为 MS6.8 主震和ML4.0以上余震。

2.5 重新定位后余震活动空间扩展过程

为更好地认识此次地震的扩展模式，我们绘制了主震后不同时间段余震活动的分布图(图7)。在主震发生后0～2h，余震主要沿鲜水河断裂向SE方向扩展，主震北侧的地震活动较弱。主震后2～6h，余震除了沿鲜水河断裂扩展外，还逐渐向SW方向破裂，开始形成SE向和SW向的共轭交汇。主震后6～12h，余震继续沿SE和SW两个方向活动，余震沿鲜水河断裂向SE方向扩展的范围有所扩大，北段在燕子沟附近的余震活动逐渐增加，在此期间南段的挖角乡附近发生了一次ML4.2地震。主震后12～24h，余震活动范围基本和主震后 6～12h 一致，SW向地震活动的线性趋势逐渐变弱。主震后24h～3天，余震区北段、中段、南段仍然延续之前的活动范围，在余震区南侧的石棉附近地区发生最大震级为ML3.3的一丛地震活动，并在挖角乡附近发生一次MS4.5 强余震，为此次地震序列早期的最大余震。同时，余震区北段余震活动也有所增强。主震后3～7天，沿SW向的余震活动线性分布特征逐渐变得不明显，在余震区北段的康定地区地震活动显著增强，最大地震为9月11日康定ML3.2地震。

注：黑色五角星分别为 MS6.8 主震和ML4.0以上余震。

3 结论

2022年9月5日泸定MS6.8 地震发生在鲜水河断裂带南部的磨西—石棉段。为研究泸定MS6.8 地震的发震构造和震源过程，本文使用震相报告P波和S波走时资料，采用双差定位方法对泸定地震序列的主震和截至9月12日的余震进行了重新定位，定位结果的精度较四川地震台网的初步结果有较大的提升。

重新定位后的主震震中为29.593°N、102.093°E，震源深度14.5km。该深度为相对定位深度，由于主震的近台S波限幅，导致S波到时无法准确拾取，因而尚不能给出主震的绝对定位深度。余震的震源深度大部分分布在10km以内，平均深度为7.718km。余震总体沿鲜水河断裂呈NW-SE向分布，走向为331°～340°，长轴约为65km。发震断层的倾角较陡，近乎直立，这与震源机制结果节面I的参数较为吻合。断层倾向和倾角沿走向方向略有变化，北段、南段整体略向NE倾。据地质考察结果，鲜水河断裂南部的磨西—石棉段长约76km，整体走向约为340°，倾向为NE向(陈桂华，2006)，与本文获得的精定位结果较为一致，说明本次地震的发震断层为鲜水河断裂磨西—石棉段。余震区中段的地震活动明显存在沿着SW向的分布，表明本次地震还受到SW向反冲断层分支的影响，该分支断层走向和位置与海螺沟段断裂较为一致(李娴，2008)。这种减缓地震破裂的反冲断层分支为地震成核提供了条件(Fliss et al，2005)。由于受到SW向断层错断的影响，余震区表现为明显的分段现象。

本次泸定地震序列的震源深度表现为北浅南深的特点，中段和南段地震频次逐渐衰减，且震源深度也有变浅的趋势。与中段和南段相比，北段的地震频次则未出现明显的衰减，震源深度也未出现变浅的现象，后续仍需关注该段震源深度加深的现象。重新定位后的分时段余震活动表明，本次地震的初始破裂方向为SE向的鲜水河断裂，该破裂随后触发了与主断裂共轭的SW向的分支断裂(海螺沟段断裂)，余震沿着这两个断裂逐步扩展，最后达到稳定状态。

致谢：中国地震台网中心国家地震科学数据中心(http：//data.earthquake.cn)提供数据支撑，审稿专家为本文提出了宝贵的修改建议，在此一并表示诚挚的感谢。