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2013年甘肃岷县—漳县M6.6地震序列精定位研究

2013年甘肃岷县—漳县M6.6地震序列精定位研究

梁姗姗1,2, 徐志国3, 杜广宝1, 刘敬光1, 张广伟2    

1. 中国北京 100045 中国地震台网中心;
2. 中国北京 100085 中国地震局地壳应力研究所地壳动力重点实验室;
3. 中国北京 100081 国家海洋环境预报中心

本文收到日期:2016-04-27

基金项目:中国地震局地震科技星火计划(项目编号:XH17049Y)

作者简介:梁姗姗(1989-), 女, 工程师, 主要从事小地震定位和震源机制反演工作。E-mail:liangshanshan@seis.ac.cn

摘要:采用双差定位法对2013年7月22日甘肃岷县-漳县交界地区M6.6地震及主震后48小时内388次余震序列进行重新定位,得到350个精定位地震数据。结果表明,余震优势展布以北东向较大倾角的铲状结构为特征,长约12 km,以主震为中心两侧对称分布;震源深度主要集中在4-10 km范围内,但余震震级由10 km左右深度的3-4级向3 km深度之上近地表的2-3级迁移变化;余震分布清晰呈现双层结构,较深层分布在4-10 km深度,而较浅层分布3 km深度之上,2层之间地震分布较少。分析认为,浅层地震可能为本次地震地表破坏较强原因之一。震源深度剖面显示,破裂面向NE倾斜,推测此次地震的发震断裂为临潭-宕昌断裂。

关键词岷县-漳县主震    余震    双层结构    高倾角    双差定位    

Precise relocation of Minxian-Zhangxian M6.6 earthquake sequence in Gansu Province, 2013

Liang Shanshan1,2, Xu Zhiguo3, Du Guangbao1, Liu Jingguang1, Zhang Guangwei2    

1. China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China;
2. Key Laboratory of Crustal Dynamics, Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China;
3. National Marine Environmental Forecasting Center, Beijing 100081, China

Abstract: Applying the double-difference algorithm to the Minxian-Zhangxian, mainshock (M6.6) and its 388 aftershocks after 48 hours, Gansu on July 22 2013, we obtained 350 relocated earthquakes. Our results show that the aftershocks are shown as a shovel-shaped structure with a large northeastward dip extending for over 12 km long along the north-west direction and have an approximately symmetrical distribution about a center of the mainshock. The aftershocks are focused at depths of 4-10 km, but they migrate from about 10 km depth to above 3 km depth and their magnitudes range from 3-4 in a deeper layer to 2-3 in a shallower layer. The aftershocks show clearly a double-layer structure, one of which is at 4-10 km depth, while the other is above 3 km depth. There are few events between these two layers. The shallow earthquake layer could be one of causes that made a strong damage in the event. The vertical cross section of aftershock hypocenters shows a northeast tilt of the fault plane, suggesting that the seismogenic fault of this mainshock could be the Lintan-Diachang fault.

Minxian-Zhangxian earthquake    aftershocks    double-layer structure    large dip    double-difference algorithm    

0 引言

据中国地震台网测定,北京时间2013年7月22日7时45分,在甘肃省定西市岷县—漳县交界(34.5°N,104.2°E)发生M 6.6地震,截至2013年8月25日,发生余震882次,其中3.0级以上余震8次,包括1次5.0—5.9级和7次3.0—3.9级地震。此次地震造成95人遇难,1 366人受伤,房屋倒塌1.79万户,严重损坏4.04万户。

岷县—漳县M 6.6地震发生后,一些研究机构相继给出主震震源参数。中国地震局地质研究所给出M 6.6主震震源机制解,结果显示,发震节面走向301°,倾角57°,最佳拟合深度为6.0 km;中国地震局地球物理研究所给出的矩张量反演结果显示,主震最佳拟合深度为9 km,通过远震波形反演获得的地震破裂过程结果显示,断层破裂主要沿NW向。为进一步深入认识此次M 6.6地震余震在走向和深度方向上的空间扩展范围,本研究收集主震后48小时内地震到时资料,通过双差定位法,给出较为精确的余震震位结果。

1 构造背景

此次甘肃岷县—漳县M 6.6地震发生在青藏高原东北缘,位于甘肃东南部,该区为南北构造带与昆仑—秦岭断裂带的交汇区域,由于印度板块北向俯冲碰撞引起青藏高原不同块体之间持续隆升和推挤作用,从而造成该区域构造活动强烈(图 1)。从图 1可见,岷县—漳县M 6.6地震序列发生在临潭—宕昌断裂带两侧,该断裂带全长约250 km,由数条规模不等、相互平行或斜列的断裂组合而成,断裂总体呈NWW—NW向展布(图 1),倾向NE,倾角50°—70°,具有左旋兼逆断性质(郑文俊等,2005)。临潭—宕昌断裂带发生过多次历史强震,如:1573年岷县6.8级地震和1837年临潭6.0级地震(郑文俊等,2007),见图 1中空心圆;近年来有很多中强震发生,如:2003年岷县5.2级地震和2004年岷县—卓尼5.0级地震(何文贵等,2006)。由此次M 6.6地震序列分布与临潭—宕昌断裂带的相对位置,推测该断裂带为此次岷县—漳县M 6.6地震的发震断裂。

图 1 研究区地质构造及重定位所用台站分布Fig.1 Geological structure and distribution of the stations used in this study

2 资料与方法

采用中国地震台网中心提供的2013年7月22日7时至7月24日7时,即主震后48小时内388个地震的观测报告,进行地震序列精定位。选择震中距小于200 km的到时资料(图 2),每个地震至少有6个震相记录,且绝对走时残差范围±2.5 s,经过挑选,参与定位的P波为2 255条、S波为2 265条。地震重定位使用甘肃地震台网14个地震台站观测数据,这些台站围绕余震具有较好的空间分布,能够较好地约束震源位置(图 1)。

图 2 本研究所用P波和S波走时曲线及绝对走时残差分布Fig.2 The travel time curve of P and S wave and their travel time residual distribution in this study

双差定位法(Waldhauser and Ellsworth, 2000)在余震序列定位中广泛应用(杨中书等,2005;张广伟等, 2011, 2013Lei et al,2012王健等,2016),在此采用该方法对岷县—漳县M 6.6余震序列进行精确定位。以往多采用一维速度模型进行地震定位,本研究采用三维网格节点进行模型参数化,射线追踪使用伪弯曲法(Evans et al,1994)确定最小走时路径。初始速度模型选取主要参考研究区地方震及近震到时资料反演的地壳结构(王周元等,1996)及区域地震波形拟合反演的地壳速度结构(李少华等,2012),其中P波和S波速度比值设为1.71。

3 结果分析

通过对岷县—漳县M 6.6地震进行双差定位,获得350个地震事件的精定位结果。本次M 6.6主震重定位震中位置为(104.19°E,34.54°N),震源深度7.0 km,在中国地震局地质研究所震源机制解确定的6 km和中国地震局地球物理所矩张量解确定的9 km之间,因此本次地震属于浅源性地震。为了评价地震定位结果精度,采用奇异值分解法进行4次试验,每次随机抽取100个地震。试验结果发现,东西、南北及垂直三方向平均误差分别为0.47 km、0.58 km和0.73 km,误差较小,整体反映重定位结果精度较高。

为进一步了解此次M 6.6地震序列的重定位效果,对比该地震序列重定位前后的空间分布,及沿经纬度方向上的震源深度变化,并对比重定位前后地震序列在震源深度上的频度变化,见图 3,图中星号为M 6.6主震,LDF为临潭—宕昌断裂。由图 3可见,重定位前,地震震中分布相对零散,震源深度集中在6 km,主震位置处于丛集边缘;重定位后,地震震中沿北西向优势展布,震源深度范围有所增加,主要集中在4—10 km。

图 3 地震重定位前后对比 (a)重定位前;(b)重定位后Fig.3 Comparison of seismic sequences before and after relocation

由于余震一般能够直观展示断层面的破裂延展范围,因此沿余震扩展方向及垂直向展示2个深度剖面——AA′及BB′,见图 4,图中:圆圈大小代表震级大小;颜色代表主震后的时间;AA′为沿断裂带方向的纵剖面,BB′为横穿主震但垂直于断层的纵剖面,其中虚线为可能的断层面;剖面纵横向比例1:1;矩张量解为哈佛大学快速矩张量解。由AA′剖面可见,余震扩展范围约12 km,大致以主震为中心对称向两侧破裂,与2013年4月20日芦山7.0级地震余震主要以单侧扩展(王卫民等,2013张广伟等,2013张勇等,2013)有所不同;AA′剖面SE向震源深度相对较大,多数余震紧随主震发生,且主震发生12小时后,主要集中在NW向。BB′剖面图清晰显示出此次地震的破裂面较陡、向NE倾斜的铲形结构,与人工地震测深(Wang et al,2011)和野外地质调查(郑文俊等,2005)结果类似,且余震向浅部运移。由BB′剖面图清楚可见余震分为上下两层,下层较深,震源深度约4—10 km,震级约3—4级,上层较浅,震源深度约小于3 km,震级约2—3级,两层之间地震稀少。浅层地震的存在,也许是此次M 6.6地震灾害加重的原因之一。

图 4 地震重定位结果及剖面展示Fig.4 Plan and vertical cross sections of the relocated earthquahes

4 讨论

采用双差定位法,获得2013年7月22日岷县—漳县M 6.6地震及48小时内350个地震序列精定位结果。结果显示,余震优势展布方向为NW向,长度12 km以上,震源深度优势分布在4—10 km,且余震逐渐向浅部运移,呈现双层结构特点。深度剖面图显示主震的发震破裂面较陡,且倾向NE,推测此次M 6.6地震的孕震断裂为临潭—宕昌断裂。

岷县—漳县M 6.6地震发生在南北地震带和秦岭断裂带交汇区域,近年来该区发生几次强震造成地壳应力转移,可能是此次地震发震原因之一。2008年汶川8.0级地震发生后,引发南北地震带不同断裂带的应力调整,使得青藏高原东北缘地区地震活动性增强,特别是中强地震频率增加,如:发生在巴颜喀拉地块南边界的2010年4月14日青海玉树7.1级地震及龙门山断裂带南段的2013年4月20日芦山7.0级地震。这些地震的发生,可能引起松潘—甘孜地块北边界的临潭—宕昌断裂附近应力增强,造成断层应力失稳,从而诱发岷县—漳县M 6.6地震。从主震重定位结果可见,发震位置处于临潭—宕昌断裂或次级断裂。重力资料表明,临潭—宕昌断裂两侧的重力变化表现出较强的差异性(徐云马,2008),2003年岷县5.2级(郑文俊等,2005)和2004年岷县—卓尼5.0级地震均发生在该断裂附近,表明该断裂此前已表现出新活动迹象。

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