高方鴻 劉志坤 耿傳濤

摘要：利用云南東川地區(qū)10個寬頻帶流動臺站的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，采用基于深度學(xué)習(xí)的自動震相拾取方法和震相關(guān)聯(lián)技術(shù)，對2020年東川ML4.2地震序列分別進(jìn)行絕對定位和相對定位，獲得了該地震序列的高精度地震定位結(jié)果，得到東川ML4.2地震序列的212個余震事件，約為中國地震臺網(wǎng)目錄給出的余震數(shù)目的5倍，豐富了ML≤3.0余震;精定位結(jié)果表明東川ML4.2主震震源深度為5.19 km，余震震源深度集中在3～6 km，余震序列分布長軸呈NNE向展布;此次地震發(fā)生在小江斷裂帶西支，發(fā)震構(gòu)造與烏龍拉分盆地的構(gòu)造演化有關(guān)。

關(guān)鍵詞：地震定位;微震檢測;小江斷裂帶;雙差定位法;拉分盆地;東川ML4.2地震

中圖分類號：P315.73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-0666（2022）01-0048-06doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2022.0006

0 引言

2020年7月8日10時39分，在云南省昆明市東川區(qū)（25.995°N，103.132°E）發(fā)生ML4.2地震，震源深度為8 km。該地震震感強烈、影響范圍較廣，主震后又發(fā)生了一系列余震，未造成人員傷亡和嚴(yán)重財產(chǎn)損失。中國地震臺網(wǎng)測定結(jié)果顯示，東川ML4.2主震位于小江斷裂帶附近，但由于東川 ML4.2地震序列附近僅有一個區(qū)域臺網(wǎng)固定臺站（DOC），其它區(qū)域臺網(wǎng)臺站距該地震序列均大于50 km，且分布較為稀疏，不利于精細(xì)地震定位，特別是難以測定地震序列中大量的微震。而精細(xì)的微震定位結(jié)果（廖詩榮等，2021）不僅可以用來確定發(fā)震構(gòu)造，揭示隱伏斷層（Xu et al，2009），還可以理解震源機制（姜金鐘等，2021）、分析強震危險性（劉自鳳等，2019）、研究震源區(qū)地殼的三維速度結(jié)構(gòu)（王月等，2020）等。因此有必要對東川ML4.2地震序列開展更為精細(xì)的地震定位工作。

小江斷裂帶是我國地震活動最強烈的地震帶之一，自1500年以來，斷裂帶曾多次發(fā)生破壞性地震，其中6.0～6.9級地震11次、7.0～7.9級地震3次、8級地震1次（李樂等，2013）。小江斷裂帶作為青藏高原的東邊界，在青藏高原物質(zhì)逃逸過程中起到了十分重要的作用（白志明等，2004;黃周傳等，2021）。小江斷裂帶在東川以南分為東、西兩支斷裂，在兩支斷裂內(nèi)部形成多個不連續(xù)段，次級斷層呈左行左階排列，在不連續(xù)部位形成拉分盆地，而次級剪切斷層從拉分盆地的一側(cè)邊界斷層拐向另一側(cè)邊界斷層，成為能量從拉分盆地一側(cè)邊界斷層向另一側(cè)邊界斷層傳遞的通道（宋方敏等，1997）。

現(xiàn)有的地震定位方法主要分為基于到時定位和基于波形定位兩種?；诘綍r的地震定位方法依賴于震相到時拾取的精度，相對于傳統(tǒng)方法的人工挑取震相到時信息和長短時窗比法（Stevenson，1976），近年來發(fā)展的基于深度學(xué)習(xí)（Zhu，Beroza，2018;Ross et al，2020）的定位方法日益受到關(guān)注。雙差定位法是Waldhauser和Ellsworth（2000）在前人的基礎(chǔ)上提出的一種利用走時數(shù)據(jù)或走時互相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行地震相對定位的方法，它對速度模型的依賴小且定位誤差小，已在2012年云南彝良5.7級地震（王清東等，2015）和2021年青?，敹?.4級地震（王未來等，2021）等精定位研究中展現(xiàn)出優(yōu)勢。

本文利用中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理與信息技術(shù)學(xué)院在2020年云南東川ML4.2地震序列附近布設(shè)的云南東川流動臺陣觀測數(shù)據(jù)，采用基于深度學(xué)習(xí)算法的PhaseNet程序進(jìn)行震相到時拾取?；谡鹣嚓P(guān)聯(lián)算法（REAL）、絕對定位算法（VELEST）和雙差定位算法（HypoDD），對東川ML4.2地震序列進(jìn)行精細(xì)地震定位，分析地震分布特征，探討其發(fā)震構(gòu)造。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 臺站分布和數(shù)據(jù)概況

2018年中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理與信息技術(shù)學(xué)院在小江斷裂帶中段布設(shè)了一個小孔徑寬頻帶臺陣進(jìn)行連續(xù)觀測，圖1給出了中國地震科學(xué)實驗場公共模型提供的小江斷裂帶及其東、西支位置（劉靜等，2019）和臺陣位置分布。臺陣包括10臺寬頻帶地震臺，平均臺間距約為4 km，采樣率為100 Hz。本文使用2020年3—12月該臺陣記錄的連續(xù)波形數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

本文的主要數(shù)據(jù)處理流程及所用方法如圖2所示。對于寬頻帶臺陣的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，首先去除儀器響應(yīng)并進(jìn)行0.02～30 Hz的帶通濾波，然后利用基于深度學(xué)習(xí)算法的PhaseNet程序（Zhu，Beroza，2018）進(jìn)行震相到時拾取，接著使用震相關(guān)聯(lián)算法（Zhang et al，2019）進(jìn)行震相的快速關(guān)聯(lián)與初步定位;再使用絕對定位算法（Kissling et al，1994）進(jìn)行定位，得到絕對地震定位結(jié)果及改進(jìn)的研究區(qū)最小一維速度模型;最后采用雙差定位法（Waldhauser et al，2000）進(jìn)行地震精定位。

1.2.1 基于深度學(xué)習(xí)的震相拾取

近年來隨著天然地震觀測與研究的發(fā)展，記錄到的連續(xù)波形數(shù)據(jù)呈指數(shù)增長，這使得人工拾取P波和S波震相成本變高，Ross 等（2018）提出了基于深度學(xué)習(xí)的簡單、快速地震震相到時拾取方法。其基本思路是：將大量人工標(biāo)注的波形數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行訓(xùn)練，得到具有與人工經(jīng)驗同等判斷力的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，讓算法達(dá)到與人工拾取P波和S波相近的效果。近幾年來，基于深度學(xué)習(xí)的自動震相拾取的誤差已與人工拾取相差無幾，其工作效率極高，且對復(fù)雜波形的震相識別有強大的優(yōu)勢。

本文采用深度學(xué)習(xí)算法（PhaseNet）進(jìn)行震相到時拾取。為了避免移動窗選取時邊界數(shù)據(jù)間斷導(dǎo)致拾取的震相缺失，本文從每天數(shù)據(jù)起點開始將數(shù)據(jù)每隔15 s切割成長為30 s的一段，進(jìn)行震相識別。選取PhaseNet中P波和S波的經(jīng)驗性拾取概率閾值均為0.3，總計拾取到了737 701條P波和445 334條S波震相到時。

1.2.2 震相快速關(guān)聯(lián)與初步定位

基于各臺站P波和S波震相到時數(shù)據(jù)，利用震相關(guān)聯(lián)的方法可以粗略定位地震。本文采用Zhang等（2019）提出的快速震相關(guān)聯(lián)算法，通過計算網(wǎng)格點內(nèi)P波和S波數(shù)目最大、且走時殘差最小來確定地震事件的位置。設(shè)置水平搜索范圍為0.3°、步長為0.02°，深度搜索范圍為0～40 km、步長為2 km?？紤]到震相拾取時可能存在誤拾取，為了提高定位的可靠性，將相應(yīng)的關(guān)聯(lián)閾值設(shè)置為：至少需要5條P波震相到時、0條S波震相到時，并且P波和S波震相到時總數(shù)要達(dá)到10條，才能定位一個地震。初步定位得到了1 020個地震事件，共計有8 727條P波和7 065條S波的震相到時參與了定位，其P波和S波震相到時在時距圖（圖3）上有很好的線性分布特征，并無離散點。

1.2.3 震級測定

本文采用中國地震局發(fā)布的《地震震級的規(guī)定》（GB 17740—2017），進(jìn)行了地方震震級ML的測定：

ML=lg（A）+R（Δ）（1）

式中：A為南北向和東西向最大振幅的平均值;R（Δ）為地方震級的量規(guī)函數(shù)，通過查閱《地震震級的規(guī)定》（GB17740—2017）附錄D獲得。先計算各臺站對于同一地震所測得的震級值，再通過求取其平均值來獲得最終震級。

1.2.4 地震精定位

精確的殼幔速度模型對于地震定位非常重要，即便是使用相對地震定位方法，如雙差定位法，不同的速度模型也會引起一定程度的定位誤差（呂作勇等，2016;陳雯，2018）。本文選用中國地震科學(xué)實驗場給出的本文研究區(qū)地殼速度模型（Yao et al，2018）作為初始速度模型，通過初始速度模型、震源參數(shù)和臺站矯正聯(lián)合反演的VELEST算法得到更為精準(zhǔn)的最小一維速度模型（圖4），然后應(yīng)用更新后的最小一維速度模型，對所有地震事件進(jìn)行了絕對定位（圖5），得到絕對定位后的1 020個地震事件，其均方根殘差的平均值為0.3 s。

對上述1 020個事件，使用到時數(shù)據(jù)和波形互相關(guān)數(shù)據(jù)，利用HypoDD算法進(jìn)行了相對地震定位。筆者將震中距上限設(shè)置為50 km，地震對的最大距離為10 km，同一個地震事件最多與10個地震事件組成地震對，并且每一個地震對至少包含8個相同震相，最終獲得了678個事件的高精度相對地震定位結(jié)果（圖5），其均方根殘差平均值為0.06 s。筆者根據(jù)地震發(fā)生前后各5 d和地震可能影響的范圍（5 km）對地震事件進(jìn)行篩選，最終得到東川ML4.2地震主震附近的212個地震事件。

2 結(jié)果與討論

2.1 與中國地震臺網(wǎng)目錄對比

本文獲得的東川ML4.2地震的精定位位置為（26.007 0°N，103.093 1°E），震中位于中國地震臺網(wǎng)定位結(jié)果的NWW方向約5 km處（圖6）。本文確定的主震震源深度為5.19 km，淺于中國地震臺網(wǎng)給出的8 km，正是由于此次地震震源較淺，導(dǎo)致了當(dāng)?shù)卣鸶休^為強烈。東川ML4.2地震序列的余震事件共有212個，無前震發(fā)生，為典型的主震-余震型地震。

中國地震臺網(wǎng)目錄中東川ML4.2地震序列共有41個地震事件（圖6），最小完備性震級為ML1.7;而本文構(gòu)建的該地震序列包含212個地震事件，最小完備性震級達(dá)到ML0.53?？梢?，利用地震序列附近的臺陣觀測數(shù)據(jù)可以獲得約為中國地震臺網(wǎng)目錄數(shù)量5倍的地震事件，補充了大量漏計的微震事件，大大提高了地震目錄的完備性。

通過對比本文地震精定位結(jié)果與中國地震臺網(wǎng)目錄（圖6）可以看出：中國地震臺網(wǎng)目錄余震位置較為分散，東西向分布超過10 km，這已經(jīng)遠(yuǎn)超過一個4級地震的余震帶范圍（韓曉飛等，2017），而本文定位得到的地震密集分布于一個NNE向破裂帶內(nèi)，其寬度約為3 km;中國地震臺網(wǎng)目錄給出的主震震中位于小江斷裂帶兩支之間，靠近西支一側(cè)，而本文得到的主震位置恰好位于小江西支斷裂帶下方。

2.2 發(fā)震構(gòu)造分析

本文得到的東川ML4.2地震余震序列總體呈NNE向展布。為了更好地研究地震在深度方向的分布，本文分別沿平行和垂直于余震帶長軸方向建立了AA和BB 2個地震深度剖面，這2個剖面均穿過主震的震中位置，將剖面兩側(cè)2 km內(nèi)的地震事件投影到剖面上（圖7a）。

從剖面AA（圖7b）可以看出，余震震源深度集中在3～6 km處，大部分余震都位于主震上方（圖7b），說明余震主要是由主震后斷層淺部應(yīng)力調(diào)整所致。從剖面BB（圖7c）可以看到，東川 ML4.2主震位于小江斷裂帶西支地表斷層的正下方，余震大體均勻分布于主震兩側(cè)，由此可以推斷發(fā)震斷層是近乎垂直的，如圖7c中紅色實線所示。

本文得到的東川ML4.2地震序列發(fā)震構(gòu)造與小江斷裂帶的地質(zhì)特征是一致的。小江斷裂帶是青藏高原東緣的大型走滑斷裂，斷層傾角通常超過70°，其中段處于弱剪切擠壓的活動特征，可能存在閉鎖特征（張勇等，2018;高原等，2020）。本文研究區(qū)內(nèi)的小江斷裂帶西支存在不連續(xù)段，次級斷裂呈左行左階排列，在不連續(xù)部分形成了烏龍拉分盆地（宋方敏等，1997）。東川ML4.2地震發(fā)生在烏龍拉分盆地西南側(cè)，可能由于沿盆地

3 結(jié)論

本文基于云南東川流動臺陣的10個寬頻帶地震臺的連續(xù)波形數(shù)據(jù)，采用基于深度學(xué)習(xí)的到時拾取方法和快速震相關(guān)聯(lián)、雙差定位方法，對東川ML4.2地震序列進(jìn)行了高精度的地震定位，得出以下主要認(rèn)識：

（1）利用近場的流動臺陣觀測數(shù)據(jù)獲得了212個地震的精定位結(jié)果，約為中國地震臺網(wǎng)目錄數(shù)量的5倍，完備震級由中國地震臺網(wǎng)給出的 ML1.7下降至ML0.53。

（2）東川ML4.2地震為主震-余震型地震，主震震源深度為5.19 km，余震集中在3～6 km深度，余震序列總體呈NNE方向展布。

（3）東川ML4.2地震序列的發(fā)震構(gòu)造為小江斷裂帶西支，其成因可能與2個次級斷裂間的烏龍拉分盆地的構(gòu)造演化有關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

白志明，王椿鏞.2004.云南遮放—賓川和孟連—馬龍寬角地震剖面的層析成像研究[J].地球物理學(xué)報，47（2）：257-267.

陳雯.2018.VELEST在地震定位中的運用[D].昆明：云南大學(xué).

高原，石玉濤，王瓊.2020.青藏高原東南緣地震各向異性及其深部構(gòu)造意義[J].地球物理學(xué)報，63（3）：802-816.

韓曉飛，張龍飛，呂睿，等.2017.2016年12月18日清徐縣4.3級地震烈度評估及分析[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報，33（3）：33-37.

黃周傳，吉聰，吳寒婷，等.2021.青藏高原東南緣地殼結(jié)構(gòu)與變形機制研究進(jìn)展[J].地球與行星物理論評，52（3）：291-307.

姜金鐘，付虹，李濤.2021年云南漾濞MS6.4地震序列重定位及發(fā)震構(gòu)造探討[J].地震研究，44（3）：320-329.

李樂，陳棋福，鈕鳳林，等.2013.基于重復(fù)微震的小江斷裂帶深部滑動速率研究[J].地球物理學(xué)報，56（10）：3373-3384.

廖詩榮，楊婷，張紅才，等.2021年云南雙柏MS5.1地震序列的快速檢測與精定位研究[J].地震研究，44（4）：515-520.

劉靜，徐心悅，韓龍飛，等.2020.實驗場區(qū)主要活動斷裂地表跡線KMZ版[EB/OL].（2020-01-19）[2021-09-05].http：//www.cses.ac.cn/sjcp/ggmx/2021/135.shtml.

劉瑞豐，陳運泰，王麗艷.2018.新的震級國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要點與主要特點[J].地震地磁觀測與研究，39（1）：1-11.

劉自鳳，龍鋒，彭關(guān)靈，等.2019.滇西北地區(qū)強震危險性分析[J].地震研究，42（3）：330-337.

呂作勇，葉春明，房立華.2016.不同一維速度模型的地震定位效果比較——以小江斷裂帶為例[J].華南地震，36（3）：43-50.

宋方敏，汪一鵬，沈軍，等.1997.小江斷裂帶中段盆地的發(fā)育階段及其與區(qū)域構(gòu)造運動的關(guān)系[J].地震地質(zhì)，19（3）：20-26.

王清東，朱良保，蘇有錦，等.2015.2012年9月7日彝良地震及余震序列雙差定位研究[J].地球物理學(xué)報，58（9）：3205-3221.

王未來，房立華，吳建平，等.2021.2021年青?，敹郙S7.4地震序列精定位研究[J].中國科學(xué)：地球科學(xué)，51（7）：1193-1202.

王月，孟令媛，韓顏顏，等.2020.2018年云南通海MS5.0震群序列重定位及震源區(qū)速度結(jié)構(gòu)成像[J].地震研究，43（2）：331-339.

張勇，洪敏，崔興平，等.2018.小江斷裂帶近場活動特征分析[J].地震研究，41（3）：375-380.

Kissling E，Ellsworth W L，Eberhart-Phillips D， et al.1994.Initial reference models in local earthquake tomography[J].Journal of Geophysical Research，99（B10）：19635-19646.

Ross Z E，Cochran E S，Trugman D T， et al.2020.3D fault architecture controls the dynamism of earthquake swarms[J].Science，368（6497）：1357-1361.

Ross Z E，Meier M A，Egill H.2018.P Wave arrival picking and first-motion polarity determination with deep learning[J].Journal of Geophysical Research：Solid Earth，123（6）：5120-5129.

Stevenson P R.1976.Microearthquakes at Flathead Lake，Montana：A study using automatic earthquake processing[J].66（1）：61-80.

Waldhauser F，Ellsworth W.2000.A double-difference earthquake location algorithm：method and application to the Northern Hayward Fault，California[J].Bulletin of the Seismological Society of America，90（6）：1353-1368.

Xu X，Wen X，Yu G， et al.2009.Coseismic reverse-and oblique-slip surface faulting generated by the 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake，China.[J].Geology，37（6）：515-513.

Yao H J，Yang Y，Wu H X， et al.2019.Crustal shear velocity model in Southwest China from joint seismological inversion[J].CSES Scientific Products，doi：10.12093/02md.02.2018.01.v1.

Zhang M，Ellsworth W L，Beroza G C.2019.Rapid earthquake association and location[J].Seismological Research Letters，90（6）：2276-2284.

Zhu W Q，Beroza G C.2019.PhaseNet：a deep-neural-network-based seismic arrival-time picking method[J].Geophysical Journal International，216（1）：261-273.

GB 17740—2017，地震震級的規(guī)定[S].

Accurate Location of the 2020 Dongchuan，Yunnan ML4.2 Earthquake Sequence

GAO Fanghong，LIU Zhikun，GENG Chuantao

（School of Geophysics and Information Technology，China University of Geosciences，Beijing 100083，China）

Abstract

Selecting the continuous waveform data from 10 temporary broadband seismic stations in Dongchuan，Yunnan Province，and using the automatic seismic phase detection and correlation based on deep learning，we conduct absolute and relative locations of the July 8th，2020 Dongchuan ML4.2 earthquake sequence，and obtain high-resolution results：the ML4.2 earthquake sequence contains 212 events，about five times of the events from the catalogue of China Earthquake Networks Center，enriching the ML<3.0 aftershocks.The focal depth of the ML4.2 mainshock is 5.19 km and the aftershock sequence concentrates in the depth of 3—6 km.The Long axis of the aftershock zone is in the NNE direction.The earthquake sequence occurs in the west branch of the Xiaojiang Fault Zone and its seismogenic structure may be related with the tectonic evolution of the pull-apart Wulong Basin.

Keywords：earthquake location;microseismic detection;the Xiaojiang Fault Zone;double-difference earthquake location;pull-apart basin;Dongchuan ML4.2 earthquake