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(shí)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(shí)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(chǎng)應(yīng)急工作組趕赴震中，均未發(fā)現(xiàn)人員傷亡和群眾財(cái)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(jiǎn)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(jí)地震和10次3級(jí)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(gè)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(qiáng)烈隆升作用對(duì)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(lái)震中100 km范圍內(nèi)共發(fā)生9次5級(jí)以上地震和1次6級(jí)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(jìn)行精定位，以得到較為準(zhǔn)確的地震活動(dòng)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(dòng)力學(xué)關(guān)系提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 臺(tái)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(qiáng)烈的西昆侖山造山帶之間，地理環(huán)境相對(duì)惡劣。隨著數(shù)字化臺(tái)網(wǎng)的建成、改造和升級(jí)，震源區(qū)監(jiān)測(cè)能力得到很大的提高。參與此次地震序列定位的臺(tái)站包括：3個(gè)國(guó)家臺(tái)(BCH、HTA、YUT)、5個(gè)區(qū)域臺(tái)(XKR、TAG、YPH、YJS、YCH)、3個(gè)背景場(chǎng)臺(tái)(MGT、SSL、TAZ)和6個(gè)青藏高原監(jiān)測(cè)能力提升項(xiàng)目建設(shè)臺(tái)站(AKE、KKE、DUW、AQK、QHA、YAM)共17個(gè)日常運(yùn)行固定地震臺(tái)站及1個(gè)和田臺(tái)陣。為了更好地監(jiān)測(cè)地震余震的發(fā)展態(tài)勢(shì)，在震后緊急架設(shè)了3個(gè)流動(dòng)臺(tái)站L6505、L6506和L6512，考慮震中區(qū)域的東北方向?yàn)樯衬疅o(wú)人區(qū)，結(jié)合客觀自然和通訊條件，流動(dòng)臺(tái)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(tái)站均采用GPS授時(shí)，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(gè)地震臺(tái)站及流動(dòng)臺(tái)站數(shù)據(jù)重新分析皮山—葉城兩個(gè)主震及余震(圖1)，臺(tái)站能夠較好包圍震中。YCH臺(tái)離震中最近，震中距約60 km，100 km范圍內(nèi)還有KKE和MGT兩個(gè)臺(tái)站，最大空隙角約53°；流動(dòng)臺(tái)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(gè)地震事件波形疊加等情況，為保證定位質(zhì)量，選取4個(gè)及以上臺(tái)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(qiáng)震2次。震相數(shù)據(jù)中有2 133個(gè)P波到時(shí)，1 510個(gè)S波到時(shí)，平均每次地震事件約有14個(gè)震相數(shù)據(jù)。重新審核地震事件中的每一個(gè)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(gè)地震的定位精度，為雙差定位提高可靠的震相數(shù)據(jù)，進(jìn)而減小定位誤差。

圖1 地震臺(tái)站分布圖

2 定位方法

自2008年8月起，新疆地震臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行地震速報(bào)和編目時(shí)，一直使用單純形方法結(jié)合3 400走時(shí)表進(jìn)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(gè)省局廣泛應(yīng)用十余年，定位結(jié)果比較可靠[10-14]。

近年來(lái)，國(guó)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(dòng)的時(shí)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(duì)定位法，該方法對(duì)一定空間范圍內(nèi)的地震進(jìn)行組對(duì)，利用組對(duì)地震到臺(tái)站的到時(shí)差確定地震的相對(duì)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(duì)定位的影響，對(duì)地震序列的精確定位，從而可以獲得較高精度的相對(duì)空間位置分布，研究強(qiáng)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(shí)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(gè)固定臺(tái)站和流動(dòng)臺(tái)站波形數(shù)據(jù)，讀取準(zhǔn)確的到時(shí)數(shù)據(jù)，利用單純形法進(jìn)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(tái)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(tái)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(duì)法對(duì)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(jí)中強(qiáng)地震，破裂尺度有限，設(shè)定地震對(duì)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(gè)方向的平均相對(duì)誤差分別為101、76和59 m，走時(shí)殘差為0.785 s。

圖2 震源區(qū)Pg、Sg走時(shí)曲線

3.1 重新定位前、后的震中分布對(duì)比及深度剖面分析

重新定位與原始定位結(jié)果對(duì)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(gè)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(gè)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(gè)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(zhǎng)約10 km，北東方向長(zhǎng)約10 km，沿?cái)鄬臃较虮萅E方向要長(zhǎng)，所以認(rèn)為沿NW—SE斷層方向?yàn)槠屏验L(zhǎng)軸(走向?yàn)?40°)、NE方向?yàn)槠屏讯梯S；大多數(shù)地震位于的兩個(gè)主震西南方向，且非常豐富；震級(jí)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(diǎn)

皮山MS5.1發(fā)震前10 h至震后25 d，地震活動(dòng)呈現(xiàn)出明顯的時(shí)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(jí)地震、10次3級(jí)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(dòng)性逐漸減弱，無(wú)中等強(qiáng)度地震發(fā)生，但從9月9日8時(shí)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(shí)至7日00時(shí)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(yǔ)

針對(duì)皮山MS5.1地震，單純形法得到絕對(duì)定位結(jié)果與雙差定位得到相對(duì)定位結(jié)果較大差異進(jìn)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(gè)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(duì)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(duì)分析斷層內(nèi)地震活動(dòng)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?cái)鄬酉騍E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(gè)主震的周圍，且集中在斷層的北東方向。震源區(qū)破裂長(zhǎng)10 km，寬10 km；大多數(shù)地震位于兩個(gè)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(shí)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(qiáng)震，從9月9日8時(shí)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(kù)侖應(yīng)力變化值得進(jìn)一步深入研究。