王光明 朱良保 蘇有錦 王清東

1） 中國武漢430079武漢大學(xué)測繪學(xué)院 2） 中國武漢430079武漢大學(xué)地球空間環(huán)境和大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3） 中國昆明650224云南省地震局

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2012年6月24日寧蒗-鹽源MS5.7地震的精確定位

1） 中國武漢430079武漢大學(xué)測繪學(xué)院 2） 中國武漢430079武漢大學(xué)地球空間環(huán)境和大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3） 中國昆明650224云南省地震局

采用雙差定位方法對2012年6月24日寧蒗-鹽源MS5.7地震主震及其余震序列進(jìn)行了重新定位. 首先采用時(shí)間域互相關(guān)技術(shù)對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 獲得高精度的事件對走時(shí)差； 然后分別使用目錄數(shù)據(jù)、 波形互相關(guān)數(shù)據(jù)和目錄數(shù)據(jù)+波形互相關(guān)數(shù)據(jù)等3種不同的數(shù)據(jù)組合， 對寧蒗-鹽源MS5.7地震主震及其余震序列進(jìn)行重新定位. 3種數(shù)據(jù)組合的主震定位結(jié)果、 參與重定位的地震事件數(shù)、 最終被定位的地震事件數(shù)及重定位結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差等對比結(jié)果表明， 同時(shí)使用目錄數(shù)據(jù)和波形互相關(guān)數(shù)據(jù)所獲得的重定位結(jié)果最佳. 重定位結(jié)果顯示， 寧蒗-鹽源MS5.7地震主震的震中位置為（27.790°N、 100.707°E）， 震源深度為10.4 km， 發(fā)震時(shí)刻為北京時(shí)間2012年6月24日15時(shí)59分32.74秒. 本文結(jié)果表明， 震源區(qū)附近NW走向的永寧斷裂為寧蒗-鹽源MS5.7地震的發(fā)震構(gòu)造.

寧蒗-鹽源MS5.7地震 雙差定位 波形互相關(guān) 永寧斷裂

WuhanUniversity,Wuhan430079,China

引言

據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)測定， 北京時(shí)間2012年6月24日15時(shí)59分在云南省麗江市寧蒗彝族自治縣與四川省涼山彝族自治州鹽源縣交界處（27.7°N、 100.7°E）發(fā)生MS5.7地震, 震源深度為11 km. 根據(jù)云南省地震臺(tái)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)， 截至2012年7月24日， 震源區(qū)共記錄到1033次地震， 其中M5.0—5.9地震1次，M3.0—3.9地震11次，M2.0—2.9地震138次，M1.0—1.9地震883次. 這次地震造成4人死亡， 25人重傷， 369人輕傷（常祖峰等， 2013）.

寧蒗-鹽源地區(qū)活動(dòng)斷裂繁多， 是M5.0—6.0中強(qiáng)地震高發(fā)地區(qū)， 自1467年以來共發(fā)生M≥5.0地震17次（雙震或震群計(jì)1次）， 其中M5.0—5.9地震13次，M6.0—6.9地震4次， 最大地震為1976年11—12月M6.7、M6.4鹽源雙震. 由于寧蒗-鹽源地區(qū)地震頻發(fā)， 該區(qū)域素有“地震窩”之稱（錢曉東等， 2012； 常祖峰等， 2013； 楊芬， 2013）. 本次MS5.7地震發(fā)生在寧蒗-鹽源西北部瀘沽湖以西地震相對較少的地區(qū)， 很多研究人員對該地震進(jìn)行了深入研究. 錢曉東等（2012）通過對其震源機(jī)制和余震分布等方面的研究， 認(rèn)為該地震為正斷型， 發(fā)震斷裂為NW向永寧斷裂， 破裂沿主震向NW方向單側(cè)擴(kuò)展. 胡朝中等（2012）和常祖峰等（2013）從地質(zhì)和震源機(jī)制等方面進(jìn)行分析討論， 認(rèn)為該地震為主震-余震型， 是永寧斷裂正斷為主活動(dòng)的結(jié)果.

本文利用云南省地震臺(tái)網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)， 對寧蒗-鹽源MS5.7地震及其余震序列采用雙差定位方法進(jìn)行重新定位. 雙差定位方法（Waldhauser, Ellsworth， 2000）是在主事件定位法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種相對定位方法， 其使用相鄰地震事件相對于同一臺(tái)站觀測走時(shí)差與理論走時(shí)差之差（雙差）來確定震源位置. 該方法能夠消除震源與臺(tái)站之間由于速度模型的不確定性而產(chǎn)生的誤差， 從而有效降低由于對地殼速度結(jié)構(gòu)了解不夠精確而引起的誤差. 雙差定位方法還可以利用互相關(guān)技術(shù)處理波形數(shù)據(jù)， 獲得高精度的地震對走時(shí)差， 提高地震定位結(jié)果的精度（楊智嫻等， 2003）.

目前國內(nèi)雙差定位研究主要使用地震目錄數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行重新定位（楊智嫻等， 2003； 黃媛等， 2008； 陳晨， 胥頤， 2013； 蘇金蓉等， 2013）. 地震目錄數(shù)據(jù)是指使用人工標(biāo)定震相到時(shí)， 由于人為因素可能存在標(biāo)定不夠精確或者誤標(biāo)的情況， 導(dǎo)致震相對走時(shí)差的精度偏低， 使地震序列重定位結(jié)果不夠精確. 而波形互相關(guān)技術(shù)利用“發(fā)震機(jī)理相同的地震波形相似”的原理， 通過對相似地震波形進(jìn)行互相關(guān)分析， 計(jì)算獲得同一震相的走時(shí)差（黃媛， 2008）， 這樣便可以大幅提高震相對走時(shí)差精度（Schaffetal， 2004）， 因此該技術(shù)很快得到了廣泛應(yīng)用（Waldhauser, Ellsworth, 2000; Hauksson, Shearer, 2005; Wald-hauser, Schaff, 2008; 呂鵬等， 2011； 汪銳等， 2013； 黃浩， 付虹， 2014）.

本文擬設(shè)置3種不同的數(shù)據(jù)組合， 即目錄數(shù)據(jù)、 波形互相關(guān)數(shù)據(jù)和目錄數(shù)據(jù)+波形互相關(guān)數(shù)據(jù)， 作為初始輸入數(shù)據(jù)， 對寧蒗-鹽源地震序列進(jìn)行重新定位， 以期通過對比分析3種不同輸入數(shù)據(jù)組合的重定位結(jié)果， 確定最適合的輸入數(shù)據(jù)組合， 從而得到精確的地震序列分布. 在此基礎(chǔ)上通過精確的余震分布結(jié)果確定發(fā)震斷層及其幾何特征， 為進(jìn)一步理解和認(rèn)識(shí)寧蒗-鹽源MS5.7地震的破裂過程及其構(gòu)造成因提供更加充分的依據(jù).

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 臺(tái)站分布和數(shù)據(jù)

寧蒗-鹽源MS5.7地震發(fā)生前， 其震中周圍100 km范圍內(nèi)只有兩個(gè)數(shù)字測震臺(tái)， 即中甸臺(tái)（ZDD）和瀘沽湖臺(tái)（LGH）. 地震發(fā)生后， 云南省地震局在震區(qū)又增加了拉伯臺(tái)（LAB）和永寧臺(tái)（YNI）兩個(gè)數(shù)字流動(dòng)觀測臺(tái). 圖1給出了寧蒗-鹽源MS5.7地震震中附近云南省地震臺(tái)網(wǎng)的臺(tái)站分布. 可以看出臺(tái)站主要分布在主震震中南部， 主震震中北部臺(tái)站較少.

圖1 2012年寧蒗-鹽源MS5.7地震震中附近臺(tái)站和斷裂分布F1： 小金河斷裂； F2： 寧蒗斷裂； F3： 永寧斷裂； F4： 日古魯—巖瓦斷裂

本文使用云南省地震臺(tái)網(wǎng)2012年6月24日—7月24日共1個(gè)月的地震資料， 包括地震目錄走時(shí)數(shù)據(jù)和地震事件三分量數(shù)據(jù)（采樣率為100 Hz）. 地震目錄數(shù)據(jù)共記錄到ML≥1.0地震1033次， 震相記錄8482條， 其中P波震相4130條， S波震相4352條. 為了檢查地震目錄數(shù)據(jù)中震相數(shù)據(jù)的可靠性， 本文繪制了P波和S波的震相走時(shí)曲線， 并且根據(jù)云南省地震局提供的寧蒗地區(qū)速度結(jié)構(gòu)模型（表1）繪制了該震相的理論走時(shí)曲線， 如圖2所示. 可以看出： P波與S波震相的走時(shí)曲線易于分辨， 且震相的離散度小， 表明地震目錄數(shù)據(jù)中震相數(shù)據(jù)的可靠性較高； 目錄走時(shí)曲線與理論走時(shí)曲線的對比顯示二者在300 km以后出現(xiàn)了較大偏差， 說明云南省地震局提供的寧蒗地區(qū)速度模型不適用于震中距大于300 km的震相數(shù)據(jù). 因此本文選取震中距在300 km以內(nèi)的震相數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行重定位.

表1 寧蒗地區(qū)速度模型Table 1 Velocity model of Ninglang area

圖2 寧蒗-鹽源地震序列P波和S波震相走時(shí)曲線

一般情況下， S波到時(shí)的拾取精度要低于P波到時(shí)， 因此在定位過程中賦予P波1.0的權(quán)重， 賦予S波0.5的權(quán)重. 盡管雙差定位方法可以消除由于震源與臺(tái)站之間速度模型的不確定性而產(chǎn)生的誤差， 但實(shí)際上該方法非常依賴震源所在位置的速度模型. 結(jié)合云南地區(qū)速度結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果（王椿鏞等， 2002； 何正勤等， 2004）以及人工地震測深的研究結(jié)果（胡鴻翔等， 1986; 尹周勛等， 1987; 熊紹柏等， 1993）， 本文最終選用了由云南省地震局提供的寧蒗地區(qū)的速度模型（表1）.

圖3給出了寧蒗-鹽源MS5.7地震序列的原始定位結(jié)果. 圖中AA′剖面與兩主震的震源機(jī)制走向一致，BB′剖面與AA′剖面垂直. 可以看出： 地震序列初始震中主要分布在27.75°N—27.95°N、 100.6°E—100.8°E區(qū)域， 但并無明顯特征； 地震序列初始震源深度主要集中在4—8 km； 斷層破裂長約25 km， 寬約15 km.

1.2 雙差定位方法

相鄰的兩個(gè)地震事件i和j到同一臺(tái)站k的觀測走時(shí)差與理論走時(shí)差之差即為雙差定位方法定義的雙差（Waldhauser, Ellsworth， 2000）， 表示為

（1）

（2）

圖3 寧蒗-鹽源地震序列的初始定位結(jié)果

式中，Δmi=（Δxi， Δyi， Δzi， Δτi）， Δmj=（Δxj， Δyj， Δzj， Δτj），t對m的偏導(dǎo)數(shù)是震源處震源與臺(tái)站之間射線路徑的幔度矢量分量. 則式（2）可以改寫為

（3）

式中: （x,y,z）為震源位置；τ為發(fā)震時(shí)刻； Δx， Δy, Δz和Δτ表示震源參數(shù)的變化， 可以在迭代過程中使模型數(shù)據(jù)擬合得更好. 事件i和j的走時(shí)t分別對震源位置（x，y，z）和發(fā)震時(shí)刻τ求偏導(dǎo)數(shù)， 由當(dāng)前震源和記錄第k個(gè)震相的臺(tái)站位置求出.

將所有事件對相對于臺(tái)站的方程組寫成線性形式， 即

WGm=Wd，

（4）

式中：G為一包含偏導(dǎo)數(shù)的（M×4N）階矩陣，M為雙差觀測數(shù)，N為事件數(shù)；d為包含雙差的數(shù)據(jù)矢量；m=[Δx， Δy, Δz, Δτ]T, 長度為4N， 含有特定的震源參數(shù)變化;W為對每個(gè)方程加權(quán)的對角矩陣.

2 數(shù)據(jù)處理

對所有地震事件進(jìn)行匹配時(shí)， 本文限定地震對的最大震源距離10 km （Waldhauser, Ellsworth， 2000）， 最大震中距為300 km， 使用雙差定位預(yù)處理程序（ph2dt） （Waldhau-ser, Ellsworth， 2000）計(jì)算目錄數(shù)據(jù)走時(shí)差. 經(jīng)過配對， 本文共得到目錄走時(shí)差數(shù)據(jù)2106594個(gè)， 其中P波走時(shí)差數(shù)據(jù)1004091個(gè)， S波走時(shí)差數(shù)據(jù)1102503個(gè). 下面首先對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理， 然后再對其進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算.

2.1 波形數(shù)據(jù)預(yù)處理

波形數(shù)據(jù)預(yù)處理主要分以下4步進(jìn)行：

1） 進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換. 由于云南省地震臺(tái)網(wǎng)提供的地震波形數(shù)據(jù)是EVT格式， 所以需要將其轉(zhuǎn)換為便于處理的SAC格式. 格式轉(zhuǎn)換之后， 根據(jù)地震目錄提取相應(yīng)的地震事件信息， 將地震位置、 發(fā)震時(shí)刻及觀測走時(shí)等信息寫入SAC頭文件. 對于地震目錄中沒有觀測走時(shí)的SAC波形文件， 本文使用云南省地震局提供的速度模型計(jì)算其理論走時(shí)， 并將其寫入SAC頭文件（Schaff， 2005； Waldhauser, Schaff， 2008）.

2） 對SAC文件進(jìn)行去均值、 去線性趨勢、 去儀器響應(yīng)和帶通濾波等處理， 濾波頻帶為1—10 Hz.

3） 將處理后的SAC文件進(jìn)行坐標(biāo)變換， 即將北向（N）和東向（E）分量分別轉(zhuǎn)換為徑向（R）和橫向（T）分量. 在層狀均勻介質(zhì)中， 地震波在徑向和垂向所在平面內(nèi)傳播， P波和SV波能量主要集中在Z和R分量， SH波能量主要集中在T分量， 但是由于SV波受到P波尾波的影響， 導(dǎo)致其初動(dòng)不清晰. 因此， 本文使用Z分量計(jì)算P波互相關(guān)走時(shí)差， 使用T分量計(jì)算S波互相關(guān)走時(shí)差.

4） 人工檢視地震波形， 挑選信噪比高的數(shù)據(jù)進(jìn)行下一步計(jì)算（黃媛等， 2008）.

2.2 波形互相關(guān)走時(shí)差計(jì)算

互相關(guān)技術(shù)計(jì)算兩事件波形數(shù)據(jù)對應(yīng)震相的到時(shí)差， 共有兩種方法： 頻域法（Poupinetetal， 1984）和時(shí)域法（Schaffetal， 2004）. 本文采用后者計(jì)算互相關(guān)走時(shí)差.

在時(shí)間域中， 對于一個(gè)長度為N的離散時(shí)間序列， 相關(guān)改正量μ的函數(shù)表達(dá)式為

（5）

其中，

（6）

y2（i）=0， i<0, i>N-1,

（7）

式中，y1和y2表示兩列波形數(shù)據(jù)，c為歸一化系數(shù).

函數(shù)C的最大值（記為相關(guān)系數(shù)）所對應(yīng)的μ值為相關(guān)改正量， 地震目錄走時(shí)差dtcat與相關(guān)改正量μ的和即為波形互相關(guān)走時(shí)差dtcc， 即

dtcc=dtcat+μ.

（8）

本文波形互相關(guān)走時(shí)差的具體計(jì)算步驟如下：

1） 將同一臺(tái)站記錄到的兩個(gè)地震波形數(shù)據(jù)按震相（或者理論震相）對齊， 在其中一個(gè)地震序列上設(shè)置一個(gè)固定窗口， 在另一個(gè)地震序列上設(shè)置一個(gè)滑動(dòng)窗口， 沿第二個(gè)地震序列滑動(dòng)（Schaff， 2005）. 將波形數(shù)據(jù)對齊后， 需要選擇合理的震相窗和滑動(dòng)量. 震相窗的寬度應(yīng)包含震相優(yōu)勢周期的2—3個(gè)波長， 本文將P波震相窗設(shè)為P波到時(shí)前0.5s至P波到時(shí)后0.5s， 將S波震相窗設(shè)置為S波到時(shí)前1s至S波到時(shí)后1s. 滑動(dòng)量值是對觀測走時(shí)誤差大小的估計(jì)（注意P波和S波震相不要混在一個(gè)時(shí)窗中）， 滑動(dòng)窗的初始位置為震相窗位置， 本文設(shè)定了兩個(gè)滑動(dòng)量， 分別為±1s和±1.5s（Waldhauser,Schaff， 2008）.

2） 計(jì)算時(shí)間域互相關(guān)函數(shù). 當(dāng)相關(guān)系數(shù)大于0.5時(shí)， 保存相關(guān)改正量μ和波形互相關(guān)走時(shí)差dtcc.

3） 由于前面設(shè)定了兩個(gè)滑動(dòng)量， 可得到兩組數(shù)據(jù). 若兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)改正量相等， 則接受該組數(shù)據(jù). 若波形互相關(guān)走時(shí)差穩(wěn)定， 則兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)改正量應(yīng)該相等或相差很小. 依此可以判斷波形互相關(guān)走時(shí)差是否正確（Waldhauser, Schaff， 2008）.

由于波形互相關(guān)走時(shí)差是目錄走時(shí)差與相關(guān)改正量之和， 故可以認(rèn)為波形互相關(guān)走時(shí)差是在目錄走時(shí)差的基礎(chǔ)上進(jìn)行了大小為相關(guān)改正量的誤差修正而得到的. 因此， 在統(tǒng)計(jì)意義上相關(guān)改正量應(yīng)接近高斯分布， 如圖4所示. 可以看出， 經(jīng)過挑選， 相關(guān)改正量更加接近高斯分布. 由于P波初動(dòng)到時(shí)清晰， 而S波初動(dòng)被P波尾波等淹沒， 所以S波震相數(shù)據(jù)質(zhì)量要低于P波震相. 相關(guān)改正量計(jì)算結(jié)果也體現(xiàn)了這一特點(diǎn).

圖4 P波（a）和S波（b）相關(guān)改正量柱狀圖

經(jīng)過計(jì)算， 最終得到波形互相關(guān)走時(shí)差數(shù)據(jù)125606個(gè)， 其中P波互相關(guān)數(shù)據(jù)90549個(gè)， S波互相關(guān)數(shù)據(jù)35057個(gè).

2.3 走時(shí)差數(shù)據(jù)選取

對于所獲得的大量走時(shí)差數(shù)據(jù)， 需要對其進(jìn)行篩選才能用于定位. 主要考慮兩個(gè)方面的因素， 其一是數(shù)據(jù)中可能存在錯(cuò)誤或者自相矛盾的情況， 會(huì)導(dǎo)致雙差方程組病態(tài)， 得不到穩(wěn)定的解； 其二是過多的數(shù)據(jù)量會(huì)使得雙差方程組過大， 增加計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間.

鑒于上述原因， 本文設(shè)定兩條數(shù)據(jù)篩選準(zhǔn)則：

1） 互相關(guān)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)須大于0.7. 研究發(fā)現(xiàn)， 相關(guān)系數(shù)小于0.7的兩個(gè)地震波形數(shù)據(jù)的相關(guān)性不高， 其互相關(guān)走時(shí)差不可靠（Waldhauser， Schaff, 2008; Waldhauser, Tolstoy， 2011）. 當(dāng)然， 相關(guān)系數(shù)的大小與震相窗的寬度有關(guān)， 因而并不嚴(yán)格. 0.7是一個(gè)參考值， 被多數(shù)研究者所采用.

2） 走時(shí)差數(shù)據(jù)須小于最大預(yù)測走時(shí)差， 即

（9）

式中： 左端dt表示地震對走時(shí)差， 右端表示最大預(yù)測走時(shí)差；Δe表示地震對與震源之間的距離；v表示參考波速， 一般為重定位模型第一層波速或者最小波速. 這條準(zhǔn)則可以剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和粗差.

以上為本文進(jìn)行雙差定位數(shù)據(jù)預(yù)處理的過程， 主要是波形數(shù)據(jù)走時(shí)差的計(jì)算和走時(shí)差數(shù)據(jù)的選取. 經(jīng)過走時(shí)差數(shù)據(jù)的篩選， 避免錯(cuò)誤數(shù)據(jù)混入定位過程中， 既保證了雙差方程組的穩(wěn)定性， 也節(jié)省了計(jì)算時(shí)間.

3 雙差定位結(jié)果分析

為了探查輸入數(shù)據(jù)對結(jié)果的影響， 本文設(shè)置了3種不同的數(shù)據(jù)組合作為初始輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行重定位， 即目錄數(shù)據(jù)、 波形互相關(guān)數(shù)據(jù)和目錄數(shù)據(jù)+波形互相關(guān)數(shù)據(jù).

3.1 寧蒗-鹽源MS5.7地震序列重定位結(jié)果

3種數(shù)據(jù)組合重定位后的地震序列震中位置和深度剖面如圖5—7所示. 與原始定位結(jié)果的比較顯示： 單獨(dú)使用地震目錄數(shù)據(jù)重定位后（圖5）， 地震序列震中位置變化不大， 僅有較小的集中趨勢； 單獨(dú)使用波形互相關(guān)數(shù)據(jù)重定位后（圖6）， 地震序列震中位置明顯向內(nèi)緊縮為條帶狀， 且有沿主震震源機(jī)制走向分布的趨勢， 只是參與重新定位的地震數(shù)目比較少， 無法反映整個(gè)地震序列的分布情況； 同時(shí)使用兩種數(shù)據(jù)重定位后（圖7）， 地震序列震中位置非常明顯地向內(nèi)緊縮為條帶狀， 沿主震震源機(jī)制走向分布更加明顯， 而且參與重定位的地震數(shù)量更多， 基本可以代表整個(gè)地震序列的分布情況.

圖5 寧蒗-鹽源地震序列單獨(dú)使用地震目錄數(shù)據(jù)的重定位結(jié)果

表2 不同機(jī)構(gòu)得到的寧蒗-鹽源地震主震定位結(jié)果（引自胡朝忠等， 2012）

Table 2 Location results of the 2012 Ninglang- Yanyuan main shock from different institutions （after Huetal, 2012）

機(jī)構(gòu)北緯/°東經(jīng)/°震源深度/km中國地震臺(tái)網(wǎng)27．7100．711USGS27．767100．76813哈佛大學(xué)27．66100．8312

3.2 寧蒗-鹽源MS5.7主震定位結(jié)果

比較各權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的寧蒗-鹽源地震主震定位結(jié)果（表2）與本文3種不同數(shù)據(jù)組合重定位獲得的該地震主震定位結(jié)果（表3）可以看出： 單獨(dú)使用目錄數(shù)據(jù)重定位獲得的主震位置與原始定位結(jié)果相比變化不大； 單獨(dú)使用波形互相關(guān)數(shù)據(jù)重定位獲得的主震位置的緯度結(jié)果與中國地震臺(tái)網(wǎng)和USGS結(jié)果比較接近， 震源深度與中國地震臺(tái)網(wǎng)結(jié)果比較接近； 同時(shí)使用兩種數(shù)據(jù)重定位獲得的主震位置的緯度和經(jīng)度結(jié)果均與中國地震臺(tái)網(wǎng)和USGS結(jié)果比較接近， 震源深度與中國地震臺(tái)網(wǎng)結(jié)果比較接近. 因此從寧蒗-鹽源地震主震定位結(jié)果分析可知， 同時(shí)使用目錄數(shù)據(jù)和波形互相關(guān)數(shù)據(jù)的定位結(jié)果優(yōu)于單獨(dú)使用兩種數(shù)據(jù)的定位結(jié)果.

圖6 寧蒗-鹽源地震序列單獨(dú)使用波形互相關(guān)數(shù)據(jù)的重定位結(jié)果

圖7 寧蒗-鹽源地震序列同時(shí)使用地震目錄和波形互相關(guān)數(shù)據(jù)的重定位結(jié)果

表3 本文得到的寧蒗-鹽源地震主震定位結(jié)果 Table 3 Location result of the 2012 Ninglang- Yanyuan main shock obtained by this study

3.3 寧蒗-鹽源MS5.7地震序列定位誤差分析

本文采用自助法（bootstrap）（Efron， 1982； Billings， 1994）計(jì)算重定位結(jié)果的誤差， 過程如下： 首先對數(shù)據(jù)添加均勻分布的隨機(jī)誤差， 然后使用相同的反演參數(shù)進(jìn)行重新定位. 重復(fù)上述過程200次， 分析重定位次數(shù)大于160的地震事件， 計(jì)算同一地震多次定位結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差， 將其作為該地震事件的定位誤差. 對于波形互相關(guān)數(shù)據(jù)， 本文將雙差定位程序迭代結(jié)束時(shí)的加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)差14 ms設(shè)為誤差上限， 在[-14 ms， 14 ms]區(qū)間內(nèi)對其添加均勻分布的隨機(jī)誤差； 對于目錄數(shù)據(jù)， 一般認(rèn)為其誤差比波形互相關(guān)數(shù)據(jù)的誤差大一個(gè)量級(jí)（Schaff， 2005）， 因此在[-140 ms， 140 ms]區(qū)間內(nèi)對其添加均勻分布的隨機(jī)誤差. 表4列出了3種數(shù)據(jù)組合重定位結(jié)果的誤差. 可以看出， 單獨(dú)使用目錄數(shù)據(jù)的成群地震數(shù)和重定位地震數(shù)均多于單獨(dú)使用波形互相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果， 而同時(shí)使用兩種數(shù)據(jù)的成群地震數(shù)和重定位地震數(shù)均為最多. 我們認(rèn)為這是由于本文使用的目錄數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于波形互相關(guān)數(shù)據(jù)量， 使得目錄數(shù)據(jù)形成的震相對遠(yuǎn)多于波形互相關(guān)數(shù)據(jù)形成的震相對. 而同時(shí)使用兩種數(shù)據(jù)的重定位數(shù)據(jù)量更大， 形成的震相對更多， 從而使更多地震事件參與重定位， 所以能夠得到更為精確的結(jié)果.

表4 本文得到的寧蒗-鹽源地震序列定位誤差Table 4 Analysis on location errors of the 2012 Ninglang-Yanyuan earthquake sequence obtained in this study

對比3種數(shù)據(jù)組合的重定位誤差表明， 單獨(dú)使用波形互相關(guān)數(shù)據(jù)誤差小于單獨(dú)使用目錄數(shù)據(jù)誤差， 而同時(shí)使用兩種數(shù)據(jù)的誤差最小. 3種數(shù)據(jù)EW向誤差均小于NS向誤差， 分析認(rèn)為這是由于臺(tái)站分布不均引起的. 從圖1中可以看出， 臺(tái)站在寧蒗-鹽源地震序列東西兩側(cè)分布比較均勻， 但是臺(tái)站基本上位于該地震序列的南部， 北部只有兩三個(gè)臺(tái)站.

鑒于表4中定位誤差分析的樣本不同， 本文進(jìn)行了相同樣本的定位誤差分析， 具體過程如下： 首先， 對3種不同輸入數(shù)據(jù)組合的重定位結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 將共同定位的地震事件提取出來， 共122個(gè)； 然后， 分別使用3種不同輸入數(shù)據(jù)組合對這122個(gè)地震事件進(jìn)行重新定位， 并使用相同的定位誤差分析方法對重定位結(jié)果進(jìn)行分析， 其結(jié)果列于表5. 可以看出， 波形互相關(guān)數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)的定位誤差最小， 而目錄數(shù)據(jù)+波形互相關(guān)數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)的重定位地震數(shù)最多， 但其定位結(jié)果誤差大于波形互相關(guān)數(shù)據(jù)的定位結(jié)果誤差.

實(shí)際使用雙差地震定位方法進(jìn)行定位時(shí)， 目錄數(shù)據(jù)容易獲取， 數(shù)據(jù)量大； 波形互相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算量大， 數(shù)據(jù)較難獲取， 并且獲取的數(shù)據(jù)量取決于發(fā)震區(qū)域的地震監(jiān)測能力. 寧蒗-鹽源地震序列發(fā)生在川滇交界處， 該地區(qū)的地震監(jiān)測能力僅為M2.0—2.5（錢曉東等， 2012）.

表5 基于相同樣本得到的寧蒗-鹽源地震序列的定位誤差Table 5 Location errors of the 2012 Ninglang-Yanyuan earthquake sequence based on the same samples

因此， 所獲得的波形互相關(guān)數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)小于目錄數(shù)據(jù)量， 導(dǎo)致了單獨(dú)使用波形互相關(guān)數(shù)據(jù)作為初始輸入數(shù)據(jù)的重定位地震數(shù)量少， 無法更加詳實(shí)地反映地震序列的分布情況. 而同時(shí)使用目錄數(shù)據(jù)和波形互相關(guān)數(shù)據(jù)， 可以結(jié)合兩種數(shù)據(jù)各自的優(yōu)點(diǎn)， 不僅增加了輸入數(shù)據(jù)的總量， 使更多的地震事件參與重定位， 而且提高了輸入數(shù)據(jù)的精度.

經(jīng)過上述分析， 對于寧蒗-鹽源MS5.7地震序列， 同時(shí)使用地震目錄數(shù)據(jù)和波形互相關(guān)數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)進(jìn)行雙差定位的結(jié)果精度最高.

4 討論與結(jié)論

4.1 寧蒗-鹽源MS5.7地震序列精定位結(jié)果分析

圖7給出了寧蒗-鹽源地震序列同時(shí)使用地震目錄和波形互相關(guān)數(shù)據(jù)重定位后的震源分布. 與原始定位結(jié)果（圖3）相比， 震中分布更加集中， 呈條帶狀分布， 沿主震震源機(jī)制走向分布的趨勢更加明顯. 重定位后該地震序列震源深度分布加深（圖7b， c）， 與重定位前（圖3b， c）相比深度優(yōu)勢分布由4—8 km加深至6—12 km. 寧蒗-鹽源地震主震發(fā)生在破裂帶南端（圖7a）， 重定位后該主震震中位置為（27.790°N、 100.707°E）， 震源深度為10.4 km， 發(fā)震時(shí)刻為北京時(shí)間2012年6月24日15時(shí)59分32.74秒. 主震重定位結(jié)果與中國地震臺(tái)網(wǎng)結(jié)果相近. 重定位后， 地震序列EW向平均誤差為0.16 km， NS向平均誤差為0.22 km， 震源深度平均誤差為0.29 km， 發(fā)震時(shí)刻平均誤差為0.025 s.

4.2 寧蒗-鹽源MS5.7地震發(fā)震構(gòu)造分析

寧蒗-鹽源地震震源區(qū)斷裂構(gòu)造復(fù)雜， 主要發(fā)育有NW向和NE向兩組斷裂（圖1b）， 這些斷裂呈棋盤式展布（常祖峰等， 2013）. 新生代以來， 在以近水平NNW向主壓應(yīng)力為主的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場的作用下（闞榮舉等， 1977）， 研究區(qū)域的斷裂表現(xiàn)為NE向斷裂左旋走滑與NW向斷裂右旋走滑的總體特征. 本次地震震源區(qū)附近主要有NW向永寧斷裂和NE向日古魯—巖瓦斷裂. 永寧斷裂走向?yàn)?90°—330°， 傾向?yàn)镹E， 傾角為72°—80°， 全長約30 km， 是一條以右旋走滑兼正斷為主的晚更新世活動(dòng)斷裂； 日古魯—巖瓦斷裂走向?yàn)?5°， 主體傾向?yàn)镹W， 局部傾向?yàn)镾E， 傾角為40°—70°， 長度約70 km， 是一條以左旋走滑為主的晚更新世活動(dòng)斷裂（常祖峰等， 2013）.

根據(jù)寧蒗-鹽源地震序列的重定位結(jié)果（圖7）， 可以確定其震源機(jī)制解中NW走向節(jié)面為發(fā)震面； 主震震源機(jī)制解顯示， 該地震是正斷兼右旋走滑型地震， 因此位于震源區(qū)附近NW走向的永寧斷裂應(yīng)為寧蒗-鹽源地震序列的發(fā)震斷層.

重定位后的寧蒗-鹽源地震序列分為兩部分， 即西北方一小部分， 東南方一大部分， 這一現(xiàn)象在深度剖面AA′（圖7b）上更明顯. 常祖峰等（2013）從發(fā)震構(gòu)造角度分析， 推測震源區(qū)附近NE走向的日古魯—巖瓦斷裂可能也參與了該地震的孕育過程.

綜上， 本文采用雙差定位方法對2012年6月24日寧蒗-鹽源MS5.7地震及其余震序列進(jìn)行重定位， 得到的主要結(jié)論如下：

1） 本文設(shè)置了目錄數(shù)據(jù)、 波形互相關(guān)數(shù)據(jù)和目錄數(shù)據(jù)+波形互相關(guān)數(shù)據(jù)等3種不同的初始輸入數(shù)據(jù)組合對寧蒗-鹽源地震序列進(jìn)行重定位. 3種數(shù)據(jù)組合重定位結(jié)果的對比表明， 同時(shí)使用目錄數(shù)據(jù)和波形互相關(guān)數(shù)據(jù)對該地震序列得到的重定位結(jié)果最優(yōu). 寧蒗-鹽源地震序列重定位使用的輸入數(shù)據(jù)中， 波形互相關(guān)數(shù)據(jù)的精度高， 但是數(shù)據(jù)量少； 地震目錄數(shù)據(jù)的精度低， 但數(shù)據(jù)量大； 同時(shí)使用這兩種數(shù)據(jù)， 不僅增加了輸入數(shù)據(jù)的總量， 使更多的地震事件參與重定位， 而且提高了輸入數(shù)據(jù)的精度， 使得重定位結(jié)果最優(yōu).

2） 重定位結(jié)果顯示， 寧蒗-鹽源地震主震震源位置為（27.790°N、 100.707°E）， 震源深度為10.4 km， 發(fā)震時(shí)刻為北京時(shí)間2012年6月24日15時(shí)59分32.74秒.

3） 根據(jù)寧蒗-鹽源地震主震及其余震序列重定位結(jié)果， 并結(jié)合主震震源機(jī)制解以及震源區(qū)附近的地質(zhì)構(gòu)造分析， 本文確定主震附近的永寧斷裂為寧蒗-鹽源MS5.7地震的發(fā)震構(gòu)造.

Felix Waldhauser博士為本文提供了雙差定位程序和指導(dǎo)， 中國地震局地球物理研究所“國家數(shù)字測震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心”為本研究提供數(shù)據(jù)補(bǔ)充， 作者在此一并表示感謝.

常祖峰, 楊盛用, 周青云, 張艷鳳, 謝英情. 2013. 2012年6月24日寧蒗-鹽源MS5.7地震發(fā)震構(gòu)造芻議[J]. 地震地質(zhì), 35（1）: 37--48.

Chang Z F, Yang S Y, Zhou Q Y, Zhang Y F, Xie Y Q. 2013. Discussion of seismogenic structure of the June 24, 2012 Ninglang-YanyuanMS5.7 earthquake[J].SeismologyandGeology, 35（1）: 37--48 （in Chinese）.

陳晨, 胥頤. 2013. 蘆山MS7.0級(jí)地震余震序列重新定位及構(gòu)造意義[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 56（12）: 4028--4036.

Chen C, Xu Y. 2013. Relocation of the LushanMS7.0 earthquake sequence and its tectonic implication[J].ChineseJournalofGeophysics, 56（12）: 4028--4036 （in Chinese）.

何正勤， 葉太蘭， 蘇偉. 2004. 云南地區(qū)地殼中上部橫波速度結(jié)構(gòu)研究[J]. 地球物理學(xué)報(bào)， 47（5）: 838--844.

He Z Q, Ye T L, Su W. 2004. S-wave velocity structure of the middle and upper crust in the Yunnan region[J].ChineseJournalofGeophysics, 47（5）: 838--844 （in Chinese）.

胡朝忠, 楊攀新, 熊仁偉. 2012. 2012年6月24日寧蒗-鹽源5.7級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造淺析[J]. 地震, 32（4）: 140--147.

Hu C Z, Yang P X, Xiong R W. 2012. Brief seismotectonic analysis of the June 24, 2012 Ninglang-YanyuanMS5.7 earthquake[J].Earthquake, 32（4）: 140--147 （in Chinese）.

胡鴻翔， 陸涵行， 王椿鏞， 何正勤， 朱良保， 顏其中， 樊躍新， 張國慶， 鄧英娥. 1986. 滇西地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)的爆破地震研究[J]. 地球物理學(xué)報(bào)， 29（2）: 133--144.

Hu H X, Lu H X, Wang C Y, He Z Q, Zhu L B, Yan Q Z, Fan Y X, Zhang G Q, Deng Y E. 1986. Explosion investigation of the crustal structure in western Yunnan Province[J].ChineseJournalofGeophysics, 29（2）: 133--144 （in Chinese）.

黃浩， 付虹. 2014. 結(jié)合波形互相關(guān)的雙差定位方法在2011年盈江地震序列中的應(yīng)用[J]. 地震研究， 37（2）: 210--215.

Huang H， Fu H. 2014. Application of double-difference relocation technique combined with waveform cross-correlation on Yingjiang earthquake sequence in 2011[J].JournalofSeismologicalResearch, 37（2）: 210--215 （in Chinese）.

黃媛. 2008. 結(jié)合波形互相關(guān)技術(shù)的雙差算法在地震定位中的應(yīng)用探討[J]. 國際地震動(dòng)態(tài), （4）: 29--34.

Huang Y. 2008. Study on the application and development of the DD algorithm with cross correlation of waveform data in the earthquake location[J].RecentDevelopmentsinWorldSeismology, （4）: 29--34 （in Chinese）.

黃媛, 吳建平, 張?zhí)熘? 張東寧. 2008. 汶川8.0級(jí)大地震及其余震序列重定位研究[J]. 中國科學(xué)： D輯, 38（10）: 1242--1249.

Huang Y, Wu J P, Zhang T Z, Zhang D N. 2008. Relocation of theM8.0 Wenchuan earthquake and its aftershock sequence[J].ScienceinChina：SeriesD, 51（12）: 1703--1711.

闞榮舉, 張四昌, 宴鳳桐, 俞林勝. 1977. 我國西南地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場與現(xiàn)代構(gòu)造活動(dòng)特征的探討[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 20（2）: 96--109.

Kan R J, Zhang S C, Yan F T, Yu L S. 1977. Present tectonic stress field and its relation to the characteristics of recent tectonic activity in southwestern China[J].ActaGeophysicaSinica, 20（2）: 96--109 （in Chinese）.

呂鵬, 丁志峰, 朱露培. 2011. 結(jié)合波形互相關(guān)的雙差定位方法在2008年汶川地震余震序列中的應(yīng)用[J]. 地震學(xué)報(bào), 33（4）: 407--419.

Lü P, Ding Z F, Zhu L P. 2011. Application of double-difference relocation technique to aftershocks of 2008 Wenchuan earthquake using waveform cross-correlation[J].ActaSeismologicaSinica, 33（4）: 407--419 （in Chinese）.

錢曉東, 蘇有錦, 李瓊. 2012. 2012年云南寧蒗-鹽源5.7級(jí)地震及震前異常分析[J]. 地震研究, 35（4）: 455--463.

Qian X D, Su Y J, Li Q. 2012. Analysis for basic characteristic of Ninglang-YanyuanMS5.7 earthquake and its precursory anomaly in Yunnan in 2012[J].JournalofSeismologicalResearch, 35（4）: 455--463 （in Chinese）.

蘇金蓉, 鄭鈺, 楊建思, 陳天長, 吳朋. 2013. 2013年4月20日四川蘆山M7.0級(jí)地震與余震精確定位及發(fā)震構(gòu)造初探[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 56（8）: 2636--2644.

Su J R, Zheng Y, Yang J S, Chen T C, Wu P. 2013. Accurate locating of the Lushan, SichuanM7.0 earthquake on 20 April 2013 and its aftershocks and analysis of the seismogenic structure[J].ChineseJournalofGeophysics, 56（8）: 2636--2644 （in Chinese）.

王椿鏞， Mooney W D， 王溪莉， 吳建平， 樓海， 王飛. 2002. 川滇地區(qū)地殼上地幔三維速度結(jié)構(gòu)研究[J]. 地震學(xué)報(bào)， 33（2）: 123--133.

Wang C Y, Mooney W D, Wang X L, Wu J P, Lou H, Wang F. 2002. Study on 3-D velocity structure of crust and upper mantle in Sichuan-Yunnan region, China[J].ActaSeismologicaSinica, 33（2）: 123--133 （in Chinese）.

汪銳， 譚成軒， 安美建， 馮梅， 盧君， 張勁松， 毛星. 2013. 結(jié)合波形互相關(guān)的雙差定位在北京西北地區(qū)地震活動(dòng)性研究中的應(yīng)用[J]. 地學(xué)前緣， 20（4）: 115--124.

Wang R, Tan C X, An M J, Feng M, Lu J, Zhang J S, Mao X. 2013. Application of double-difference relocation technique to seismic activity in the northwestern Beijing using waveform cross-correlation[J].EarthScienceFrontiers, 20（4）: 115--124 （in Chinese）.

熊紹柏， 鄭曄， 尹周勛， 曾曉獻(xiàn)， 全幼黎， 孫克忠. 1993. 麗江—攀枝花—者海地帶二維地殼結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造意義[J]. 地球物理學(xué)報(bào)， 29（3）: 434--444.

Xiong S B, Zheng Y, Yin Z X, Zheng X X, Quan Y L, Sun K Z. 1993. The 2-D structure and it’s tectonic implications of the crust in the Lijiang-Panzhihua-Zhehai region[J].ChineseJournalofGeophysics, 29（3）: 434--444 （in Chinese）.

楊芬. 2013. 2012年寧蒗5.7級(jí)地震的震兆和前兆異常特征[J]. 四川地震, （4）: 37--40, 45.

Yang F. 2013. Seismic and precursory anomaly characters before the 2012 NinglangM5.7 earthquake[J].EarthquakeResearchinSichuan, （4）: 37--40, 45 （in Chinese）.

楊智嫻, 陳運(yùn)泰, 鄭月軍, 于湘?zhèn)? 2003. 雙差地震定位法在我國中西部地區(qū)地震精確定位中的應(yīng)用[J]. 中國科學(xué): D輯, 33（S）: 129--134.

Yang Z X, Chen Y T, Zheng Y J, Yu X W. 2003. Application of double-difference relocation method in accuracy location in central-western China[J].ScienceinChina:SeriesD, 33（S）: 129--134 （in Chinese）.

尹周勛， 滕吉文， 熊紹柏. 1987. 渡口及其鄰近地區(qū)地殼淺層結(jié)構(gòu)的研究[J]. 地球物理學(xué)報(bào)， 30（1）: 22--30.

Yin Z X, Teng J W, Xiong S B. 1987. A study on fine structure in the upper crust of Dukou and its adjacent regions[J].ChineseJournalofGeophysics, 30（1）: 22--30 （in Chinese）.

Billings S D. 1994. Simulated annealing for earthquake location[J].GeophysJInt, 118（3）: 680--692.

Efron B. 1982.TheJacknife,theBootstrap,andOtherResamplingPlans[M]. Philadelphia: Society for Industrial and Applied Mathematics: 92.

Hauksson E, Shearer P. 2005. Southern California hypocenter relocation with waveform cross-correlation, part 1: Results using the double-difference method[J].BullSeismolSocAm, 95（3）: 896--903.

Poupinet G, Ellsworth W L, Frechet J. 1984. Monitoring velocity variations in the crust using earthquake doublets: An application to the Calaveras fault, California[J].JGeophysRes, 89（B7）: 5719--5731.

Schaff D P, Bokelmann G H R, Ellsworth W L, Zanzerkia E, Waldhauser F, Beroza G C. 2004. Optimizing correlation techniques for improved earthquake location[J].BullSeismolSocAm, 94（2）: 705--721.

Schaff D P. 2005. Waveform cross-correlation-based differential travel-time measurements at the northern California seismic network[J].BullSeismolSocAm, 95（6）: 2446--2461.

Waldhauser F, Ellsworth W L. 2000. A double-difference earthquake location algorithm: Method and application to northern Hayward fault, California[J].BullSeismolSocAm, 90（6）: 1353--1368.

Waldhauser F, Schaff D P. 2008. Large-scale relocation of two decades of northern California seismicity using cross-correlation and double-difference methods[J].JGeophysRes, 113（B8）: B08311.

Waldhauser F, Tolstoy M. 2011. Seismogenic structure and processes associated with magma inflation and hydrothermal circulation beneath the East Pacific Rise at 9°50′N[J].GeochemGeophysGeosyst, 12: Q08T10. doi:10.1029/2011GC003568.

Accurate location of the June 24, 2012 Ninglang-YanyuanMS5.7 earthquake

1）SchoolofGeodesyandGeomatics,WuhanUniversity,Wuhan430079,China

2）KeyLaboratoryofGeospaceEnvironment&Geodesy,MinistryofEducation,

3）EarthquakeAdministrationofYunnanProvince,Kunming650224,China

This paper relocated the 24 June 2012 Ninglang-YanyuanMS5.7 earthquake and its aftershock sequence with double-difference earthquake location algorithm. Firstly, we used the cross-correlation technique in time domain to deal with waveform data and got high accuracy differential travel-time data of event pairs. And then we used three different data sets, which are catalog data, waveform cross-correlation data, and catalog data plus waveform cross-correlation data, as the initial data to relocate the Ninglang-Yanyuan earthquake sequence. Comparing the location of main shock, the number of events involved in relocation, the number of events relocated and relocation error for the three data sets, it is suggested that the relocation result of the third data set is the best. The result shows that the original time of the main shock is 15:59:32.74 （Beijing Time） on 24 June 2012, hypocenter location is （27.790°N, 100.707°E）, and the focal depth is 10.4 km. Our research also shows that the nearby Yong-ning fault is the seismogenic structure of Ninglang-YanyuanMS5.7 earthquake sequence.

Ninglang-YanyuanMS5.7 earthquake; double-difference relocation; waveform cross-correlation; Yongning fault

10.11939/jass.2015.05.003.

國家自然科學(xué)基金（41374053）和國家測繪地理信息局測繪基礎(chǔ)研究基金（13-02-06）共同資助.

2015-01-27收到初稿， 2015-06-03決定采用修改稿.

e-mail: lbzhu@sgg.whu.edu.cn

10.11939/jass.2015.05.003

P315.3+1

A

王光明, 朱良保, 蘇有錦, 王清東. 2015. 2012年6月24日寧蒗-鹽源MS5.7地震的精確定位. 地震學(xué)報(bào), 37（5）: 733--746.

Wang G M, Zhu L B, Su Y J, Wang Q D. 2015. Accurate location of the June 24, 2012 Ninglang-YanyuanMS5.7 earthquake.ActaSeismologicaSinica, 37（5）: 733--746. doi:10.11939/jass.2015.05.003.