冉慧敏， 龔固斌

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

2021年9月4日9時54分，新疆維吾爾自治區(qū)和田地區(qū)皮山縣(37.87°N，77.96°E)發(fā)生MS5.1地震；間隔近15 h后，9月5日1時52分，喀什地區(qū)葉城縣(37.79°N，77.85°E)發(fā)生MS5.0地震。兩次地震發(fā)生后，新疆維吾爾自治區(qū)地震局均派出地震現(xiàn)場應(yīng)急工作組趕赴震中，均未發(fā)現(xiàn)人員傷亡和群眾財產(chǎn)損失。兩次地震釋放能量相近，震中位于皮山縣和葉城縣的交界地區(qū)(簡稱皮山—葉城雙震)。皮山MS5.1震前10 h內(nèi)，共發(fā)生3次4級地震和10次3級地震；截至2021年9月29日，已經(jīng)發(fā)生360余次地震。此次皮山—葉城地震屬于前震-雙震-余震型。皮山—葉城雙震發(fā)生在塔里木盆西南與青藏高原西北交界處的西昆侖山前緣，是青藏高原西北緣向北俯沖與塔里木盆地向南俯沖相碰撞的地區(qū)[1-2]，是研究青藏高原隆升歷史和印度板塊與歐亞板塊碰撞的重要地區(qū)[3-5]。由于兩個塊體的雙向擠壓造成此區(qū)域上地殼發(fā)生脆性變形，與山體內(nèi)部大型的剪切變形樣式不同，昆侖山前以一些逆沖疊置斷層—褶皺構(gòu)造變形為主[6-7]。青藏高原的強烈隆升作用對地震發(fā)生有重要影響[8]，復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造使該地區(qū)地震頻發(fā)。1900年以來震中100 km范圍內(nèi)共發(fā)生9次5級以上地震和1次6級以上地震；最大、最近的地震為2015年7月3日的皮山MS6.5地震，相距約為50 km，發(fā)震斷層為同一斷層NW—SE走向的澤普隱伏斷裂。為獲得更可靠的地震定位結(jié)果，本文中重新定位分析前震、主震(雙主震)和余震序列，并利用雙差定位法進行精定位，以得到較為準(zhǔn)確的地震活動空間分布圖像，研究此次皮山—葉城雙震的孕育、發(fā)生、發(fā)展全過程，為研究塔里木盆地和青藏高原的動力學(xué)關(guān)系提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 臺站及資料選取

皮山—葉城雙震震源區(qū)處于塔里木西南戈壁沙漠和地形起伏強烈的西昆侖山造山帶之間，地理環(huán)境相對惡劣。隨著數(shù)字化臺網(wǎng)的建成、改造和升級，震源區(qū)監(jiān)測能力得到很大的提高。參與此次地震序列定位的臺站包括：3個國家臺(BCH、HTA、YUT)、5個區(qū)域臺(XKR、TAG、YPH、YJS、YCH)、3個背景場臺(MGT、SSL、TAZ)和6個青藏高原監(jiān)測能力提升項目建設(shè)臺站(AKE、KKE、DUW、AQK、QHA、YAM)共17個日常運行固定地震臺站及1個和田臺陣。為了更好地監(jiān)測地震余震的發(fā)展態(tài)勢，在震后緊急架設(shè)了3個流動臺站L6505、L6506和L6512，考慮震中區(qū)域的東北方向為沙漠無人區(qū)，結(jié)合客觀自然和通訊條件，流動臺分別在震中區(qū)的西南、南和東南方向，震中距分別約20 km、25 km和40 km。上述臺站均采用GPS授時，有效削弱鐘差，在此次地震序列分析過程中發(fā)揮重要作用，并為雙差定位研究提供了寶貴的資料。

本文中利用震中距250 km范圍內(nèi)的20個地震臺站及流動臺站數(shù)據(jù)重新分析皮山—葉城兩個主震及余震(圖1)，臺站能夠較好包圍震中。YCH臺離震中最近，震中距約60 km，100 km范圍內(nèi)還有KKE和MGT兩個臺站，最大空隙角約53°；流動臺架設(shè)后，最小震中距約20 km，最大空隙角約51°?？紤]地震余震較密集、多個地震事件波形疊加等情況，為保證定位質(zhì)量，選取4個及以上臺站能夠記錄清楚的ML≥1.0的258次余震事件，集中分布于(37.7°N～37.9°N，77.7°E～77.9°E)，其中MS3.0～3.9共13次、MS4.0～4.9共4次、MS≥5.0強震2次。震相數(shù)據(jù)中有2 133個P波到時，1 510個S波到時，平均每次地震事件約有14個震相數(shù)據(jù)。重新審核地震事件中的每一個震相數(shù)據(jù)，并使用仿真、濾波、S波轉(zhuǎn)置水平分量等方法，使得Pg讀取誤差在0.1 s內(nèi)，Sg讀取誤差在0.2 s內(nèi)，以提高每個地震的定位精度，為雙差定位提高可靠的震相數(shù)據(jù)，進而減小定位誤差。

圖1 地震臺站分布圖

2 定位方法

自2008年8月起，新疆地震臺網(wǎng)進行地震速報和編目時，一直使用單純形方法結(jié)合3 400走時表進行定位[9]。數(shù)據(jù)處理軟件MSDP由廣東省地震局研發(fā)，已在各個省局廣泛應(yīng)用十余年，定位結(jié)果比較可靠[10-14]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者廣泛利用雙差定位方法研究大震后震中周圍余震活動的時空分布特征[15-22]。雙差地震定位算法(雙差法)由Waldhauser和Ellsworth提出[23-24]，是一種相對定位法，該方法對一定空間范圍內(nèi)的地震進行組對，利用組對地震到臺站的到時差確定地震的相對位置，在很大程度上消除介質(zhì)橫向不均勻造成的路徑效應(yīng)，減小速度模型對定位的影響，對地震序列的精確定位，從而可以獲得較高精度的相對空間位置分布，研究強震發(fā)生的深部構(gòu)造形態(tài)，分析地震的復(fù)雜構(gòu)造成因。

3 皮山—葉城雙震重新定位及余震序列重定位

為提高定位精度，首先利用此次皮山—葉城雙震序列震相數(shù)據(jù)，通過震源區(qū)走時曲線(圖2)得到此區(qū)域的初始一維速度模型。然后，使用震中距250 km范圍內(nèi)的20個固定臺站和流動臺站波形數(shù)據(jù)，讀取準(zhǔn)確的到時數(shù)據(jù)，利用單純形法進行定位。皮山MS5.1地震的定位結(jié)果為37.829°N，77.902°E，震源深度18.6 km，臺站的空隙角約為56.8°；葉城MS5.0地震的定位結(jié)果為37.818°N，77.856°E，震源深度19.4 km，臺站的空隙角約為53.8°；兩主震相距5.3 km。采用雙差方法中的共軛梯度組隊法對余震序列重新定位，考慮到S波震相精度低于P波震相精度，設(shè)P波數(shù)據(jù)權(quán)重為1、S波數(shù)據(jù)權(quán)重為0.5；考慮到皮山—葉城雙震為5級中強地震，破裂尺度有限，設(shè)定地震對之間的最大距離不超過10 km。 最終得到皮山—葉城雙震和258次余震的震源位置參數(shù)，NS、EW和UD共3個方向的平均相對誤差分別為101、76和59 m，走時殘差為0.785 s。

圖2 震源區(qū)Pg、Sg走時曲線

3.1 重新定位前、后的震中分布對比及深度剖面分析

重新定位與原始定位結(jié)果對比(圖3)，重新定位后的震中分布更加集中。重新定位后皮山MS5.1地震位置為37.812°N，77.834°E，震源深度19.4 km；葉城MS5.0地震的定位結(jié)果為37.799°N，77.876°E，震源深度19.2 km；兩個主震相距4.8 km。地震整體沿NW—SE斷層方向展布；大多數(shù)地震在兩個主震的周圍，且集中在斷層的NE方向。

圖3 重新定位前(a)、后(b)的皮山—葉城主震和余震分布

分析重新定位后的地震震源深度剖面情況見圖3。沿平行區(qū)域斷層和垂直于斷層做2個地震震源深度剖面。震源深度剖面顯示：地震震源深度主要集中在10～20 km；發(fā)生的地震沿NW—SE斷層方向長約10 km，北東方向長約10 km，沿斷層方向比NE方向要長，所以認(rèn)為沿NW—SE斷層方向為破裂長軸(走向為140°)、NE方向為破裂短軸；大多數(shù)地震位于的兩個主震西南方向，且非常豐富；震級較大的地震震源深度較大；在斷層面內(nèi)表現(xiàn)出上陡下緩的鏟形逆沖斷層特征。

3.2 顯著地震序列的空間分布特點

皮山MS5.1發(fā)震前10 h至震后25 d，地震活動呈現(xiàn)出明顯的時空變化(圖4、5、6)。震前10 h內(nèi)，震源區(qū)發(fā)生比較集中的多次中小地震：3次4級地震、10次3級地震和一系列微震；可能由于震源區(qū)的應(yīng)力沒有得到很好的釋放，在先前的震源區(qū)深部發(fā)生皮山MS5.1地震，隨后發(fā)生70多次微震，震源區(qū)范圍逐步變大；間隔15 h，發(fā)生葉城MS5.0 地震，位于皮山MS5.1地震的SE方向，地震沿NW—SE向斷層向SE方向遷移，此后15 h內(nèi)發(fā)生多次余震，其中包括1次MS4.2地震和1次MS3.4地震；震后30 h至25 d，震源區(qū)地震活動性逐漸減弱，無中等強度地震發(fā)生，但從9月9日8時50分開始，位于皮山—葉城雙震震源區(qū)東南，跨過2015年皮山MS6.5地震震源區(qū)、相距約120 km處出現(xiàn)一系列中小地震的皮山震群(圖5、6)。圖5右上角為2021年9月3日23時至7日00時的M-t圖。

圖4 重新定位后沿AA’(a)、BB’剖面(b)的主、余震深度分布圖

圖5 2021年皮山—葉城地震序列M-t圖

圖6 皮山震群(藍(lán)色)與皮山MS6.5地震序列(紅色)和皮山—葉城地震序列(綠色)的分布情況

4 結(jié) 語

針對皮山MS5.1地震，單純形法得到絕對定位結(jié)果與雙差定位得到相對定位結(jié)果較大差異進行分析，一是定位方法不同而造成的結(jié)果不同，二是皮山MS5.1地震前24.8 s發(fā)生ML3.1地震，兩個地震波形疊加，使得皮山MS5.1地震初至震相(Pg、Pn)拾取存在一定誤差，從而使絕對定位結(jié)果存在誤差。雖然雙差定位后的地震位置存在一些誤差，但對分析斷層內(nèi)地震活動空間分布仍有一定的意義。皮山—葉城雙震的破裂是非均勻、沿斷層向SE方向遷移的。地震整體沿NW—SE斷層方向展布；大多數(shù)地震在兩個主震的周圍，且集中在斷層的北東方向。震源區(qū)破裂長10 km，寬10 km；大多數(shù)地震位于兩個主震西南方向，且非常豐富，深度剖面顯示斷層面向西南傾斜；在斷層面內(nèi)表現(xiàn)出上陡下緩的鏟形逆沖斷層特征。震源區(qū)從9月3日23時開始，在一系列的中等地震后發(fā)生皮山MS5.1和葉城MS5.0兩次強震，從9月9日8時50分開始，位于皮山—葉城雙震震源區(qū)東南，跨過2015年皮山MS6.5地震震源區(qū)、相距約120 km處發(fā)生一系列中小地震的皮山新震群，這一區(qū)域的庫侖應(yīng)力變化值得進一步深入研究。