引言

2022年6月1日17时0分（北京时间）在四川省雅安市芦山县发生M_S6.1地震（以下简称芦山M_S6.1地震）（图1），根据中国地震台网中心测定，震中位于（30.37°N，102.94°E），震源深度为17 km。此次芦山地震是继2008年5月12日汶川M_S8.0特大地震和2013年4月20日芦山M_S7.0大地震（以下简称芦山M_S7.0地震）之后发生在龙门山断裂带上发生的又一次M6.0以上强震。汶川M_S8.0地震和芦山M_S7.0地震均造成了非常严重的人员伤亡和经济损失。据四川省地震局统计，截至2022年7月31日，共记录到1 128次余震，其中M_L4.0—4.9地震仅1次，M_L3.0—3.9地震共11次，M_L2.0—2.9地震共129次。较大的两次余震为M_L4.8和M_L3.9，M_L4.8地震发生在震后3分钟，M_L3.9地震发生在震后24小时。

图  1  研究区地震台站和断裂分布图（a）及两次芦山地震的主震和余震分布（b）

F₁：盐井—五龙断裂；F₂：盐井—五龙分支断裂；F₃：双石—大川主断裂；F₄：双石—大川分支断裂；F₅：新开店断裂；F₆：名山断裂；F₇：大邑断裂，下同

Figure  1.  Distribution of seismic stations，faults in the studied area （a） and detailed distribution of mainshocks and aftershocks of the two Lushan earthquakes （b）

F₁：Yanjing-Wulong fault；F₂：Yanjing-Wulong branch fault；F₃：Shuangshi-Dachuan main fault； F₄：Shuangshi-Dachuan branch fault；F₅：Xinkaidian fault；F₆：Mingshan fault；F₇：Dayi fault，the same below

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龙门山断裂带位于青藏高原东缘，为构造活动强烈的青藏高原与构造活动较弱的华南地块的构造分界带。自新生代以来，在印度与欧亚板块持续碰撞挤压的动力学背景下，青藏高原发生快速隆升和地壳缩短增厚（Molnar，Tapponnier，1975；Tapponnier，Molnar，1977；Tapponnier et al，1986；Houseman，England，1993；Shen et al，2005），伴随着青藏高原的向东推挤，受到华南地块坚硬地壳的阻挡，在龙门山前形成了一条以逆冲为主、走滑为辅的大型断裂带（Xu et al，2008；黄学猛，谢富仁，2009；杨宜海等，2021）。龙门山断裂带全长约500 km，宽度约30—50 km，总体走向为北东—南西，向北西倾斜。发生在龙门山断裂带上的强震活动以逆冲错动为主，是青藏高原东缘在龙门山断裂带附近与华南地块碰撞挤压的产物。两次芦山地震所在的龙门山断裂带南段，主要发育叠瓦状断裂，自西向东分布着盐井—五龙断裂、双石—大川断裂、新开店断裂、名山断裂和大邑断裂，走向均为北东—南西向（徐锡伟等，2013a，b；王夫运等，2015；冯杨洋等，2016；Lu et al，2017）。

已有研究表明，2013年芦山M_S7.0地震的发震断层走向为北东—南西向，断层面向北西倾斜，是一条位于双石—大川断裂带东侧的盲逆冲断裂（杜方等，2013；徐锡伟等，2013a，b；张广伟，雷建设，2013；张竹琪等，2013；Fang et al，2013，2015；Lei et al，2014；赵荣涛等，2015；Long et al，2015）。高精度地震定位结果显示，余震区存在一条向南东方向倾斜的余震带，与发震断层相交成Y字型，推测芦山M_S7.0地震触发了反冲断层的活动（杜方等，2013；张竹琪等，2013；Fang et al，2013，2015；赵荣涛等，2015；Long et al，2015）。芦山M_S6.1地震发生在芦山M_S7.0地震的西北侧，震中相距约10 km，余震区基本相连。此次芦山地震的震中几乎位于双石—大川断裂带的地表出露位置，余震序列呈南东向倾斜，而该断裂带被认为是一条总体走向为北东—南西、向北西倾斜的逆冲断层（徐锡伟等，2013a，b；冯杨洋等，2016；Lu et al，2017），因此，双石—大川断裂带几乎不太可能是此次地震的发震断层。研究芦山M_S6.1地震的发震构造，分析其与周边断层的关系，以及与芦山M_S7.0地震发震构造的联系，对认识地震破裂机理、地震间相互触发作用及未来地震危险性趋势判定具有重要的科学意义。

本文拟利用双差地震定位方法对芦山M_S6.1地震序列主震及震后60天的余震序列进行重定位，分析地震序列时空分布特征，并结合地质构造、成像结构以及2013年芦山M_S7.0地震余震序列分布特征，研究此次芦山地震的发震构造，探讨地震发震机理及两次芦山地震的发震构造关系，以期为深入认识芦山地震发震区的地震危险性及抗震减灾提供重要的参考依据。

1.   数据和方法

本研究收集了2022年6月1日至7月31日研究范围内（102.8°E—103.02°E，30.3°N—30.52°N）共1 129次地震（图1）的震相报告，选用了距离芦山M_S6.1主震震中200 km以内的54个台站，其中包含49个固定台站和震后临时架设的5个流动台（图1a）。这些仪器多数为宽频带，地震计为英国Guralp公司生产的CMG-3ESP地震计和中国港震公司生产的BBVS-60地震计。

图2a为直角坐标系和对数坐标系下的震级-时间图，从图中可以看出，余震震级分布范围为M_L0—4.8，M_L≥4.0余震1次，M_L≥3.0余震12次。震后余震震级较大，1天后震级有明显减小的趋势，且余震主要发生在主震后12天以内，12天后地震数量明显减少。图2b为每天余震数量统计图，可以看到震后第一天地震数量最多，之后每天的地震数量显著减少。总体来看，主震发生后1天内，余震数量多，震级较大，随后逐渐衰减，余震主要发生在震后12天内。

图  2  直角坐标系（左）和对数坐标系（右）下的震级-时间分布图（a）及每日余震数量统计图（b）

Figure  2.  Magnitude-time plots of earthquake sequences （a） and daily number of aftershocks （b） with rectangular coordinate system （left） and logarithmic coordinate system （right）

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大量地震事件统计发现，地震的震级与频次满足经典的古登堡-里克特定律（Gutenberg，Richter，1944），其表达式为lgN＝a－bM，其中N代表震级为M以上的地震频次，a代表区域内的地震活动水平，b反映区域内不同震级地震的相对分布。从大空间范围而言，a和b是稳定的常数，与应力、孔隙压力和介质差异有关。利用Zmap软件（Wiemer，2001）计算得到了余震的最小完整性震级M_c为1.4，b值为0.91±0.04，a值为3.98 （图3）。

图  3  震级-频次分布图

Figure  3.  Distribution map of magnitude-frequency

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为保证获得较为可靠的定位结果，我们选择用于定位的震相不少于6条的地震事件，共得到942次符合条件的地震和1万2 294条震相路径资料（图4a），包括Pg绝对到时数据5 988条，Sg绝对到时数据6 201条，Pn绝对到时数据102条，Sn绝对到时数据3条。从震相时距曲线（图4a）可以看出，各个震相走时离散度小，表明观测报告的可靠性较高。本文采用双差定位法（Waldhauser，Ellsworth，2000，2002）对主震及余震序列进行地震重定位，相比于绝对定位方法，该方法利用震相的相对走时残差反演地震位置，能够有效消除速度结构不均匀性引起的定位误差，对速度模型的依赖性较小，可较大幅度地提高地震之间相对位置的精度。由于此次芦山地震与2013年芦山M_S7.0地震位置相近，双差重定位时使用的参数设置参考Fang等（2015）一文。在地震组对时，设置最小连接数（MINLNK）和最小观测数（MINOBS）为6，震源间距小于10 km，事件对到台站的距离小于200 km。定位方法为最小二乘法，定位时设定P波震相到时的权重为1.0，S波震相到时的权重为0.7。速度模型如图4b所示，波速比设为1.73。

图  4  震相时距曲线（a）及双差重定位所使用的速度模型（Fang et al，2015）（b）

Figure  4.  Travel time-distance curves of seismic phases （a） and velocity model used in the double-difference relocation （Fang et al，2015） （b）

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2.   结果

双差重定位后，最终获得了933个地震事件的重定位结果（图5）。所有地震的走时均方根残差的平均值由0.16 s降为0.05 s，采用共轭梯度法得到的震源位置的定位误差在EW，NS和UD方向分别为0.07 km，0.07 km和0.08 km。由于共轭梯度法在误差估计时对迭代的收敛情况依赖性较强，因此给出的定位精度不太准确，于是采用奇异值分解方法对定位误差进行估计。由于奇异值分解方法计算时间较长，我们随机抽取80次地震采用奇异值分解进行重定位，共进行5次，获得的平均定位误差在EW，NS和UD方向分别为0.15 km，0.13 km和0.23 km，基本反映了重定位的精度。与定位前的地震相比，双差重定位后的地震均方根残差明显降低，定位精度得到改善。

图  5  余震序列重定位结果分布图

（a） 余震震中位置分布图；（b，c） 震源深度沿经度和纬度的剖面图；（d，e） 震源深度沿AA′和BB′剖面的分布图及地形分布

Figure  5.  Relocation results of the aftershock sequences

（a） Distribution of the aftershock epicenters；（b，c） Focal depth profiles along longitude and latitude；（d，e） Distribution of focal depth and topography along profile AA′ and BB′

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图5给出了重定位后的地震分布图像。从水平分布来看，重定位前（图1b），地震分布比较离散，无明显展布方向，重定位后（图5a），地震分布更加集中，余震主要发生在主震的西北侧，沿北东—南西展布方向略长，且震源区南端靠近主震位置的余震震级较大；从震源深度来看，定位前（图6a），震源深度分布范围较宽，主要分布在9—21 km，可能与地震目录定位精度不够有关，重定位后，地震深度分布特征更加集中和清晰（图5b，c），震源深度主要分布在12—20 km之间（图6b）。

图  6  重定位前（a）、后（b）的震源深度分布图

Figure  6.  Histogram of focal depth distribution before （a） and after （b） earthquake relocation

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3.   讨论

3.1   芦山M_S6.1地震发震构造

地震在空间上的分布可以大致约束发震断层的形态，我们沿着北东—南西展布方向及其垂直方向对地震序列作两条剖面（图5）。沿着展布方向的AA′剖面显示，余震主要发生在主震上方，表现为西南深东北浅的特征（图5d），垂直于展布方向的BB′剖面反映了沿断层倾向的震源深度分布特征（图5e），剖面显示余震带呈南东向倾斜，通过拟合得到余震带的倾角约为50° （图5e），表明发震断层面为南东倾，倾角为50°。震源机制反演结果（张喆，许力生，2022）显示，芦山M_S6.1地震为逆冲型，断层面解为节面Ⅰ走向211°，倾角39°，滑动角98°，节面Ⅱ走向22°，倾角52°，滑动角84°，我们得到的断层倾角与震源机制反演得到的断层节面Ⅱ的倾角基本一致（图5e）。

发生此次芦山M_S6.1地震的龙门山断裂带南段主要发育北东—南西走向、倾向北西的叠瓦状逆断层（徐锡伟等，2013a，b；王夫运等，2015；冯杨洋等，2016；Lu et al，2017）。而余震序列显示发震断层面呈南东倾（图5e），并且震后未发现地表破裂，推测此次芦山地震的发震断层为一条南东向倾斜未出露地表的隐伏断层。余震震源深度主要分布在12—20 km，10 km以上的地壳地震数量很少（图5e），表明该隐伏断层埋深较深，分布在10 km以下，未延伸至10 km以上的上地壳。历史地震研究发现，盲逆冲断裂型地震或褶皱型地震通常发生在年轻的活动逆断裂带或褶皱内，地表未出露破裂带，但会产生背斜状隆起（King，Vita-Finzi，1981；张培震等，1994；Heaton et al，1995；徐锡伟等，2013a，b）。从BB′剖面可以看到（图5e），余震序列向上对应的地表地形有明显的隆起，与盲逆冲断层型地震性质类似，地下发生逆冲断层滑动，但未在地表发生破裂，仅产生了背斜状隆起。

芦山M_S7.0地震的震后研究发现，龙门山断裂带西南段处于高地应力状态（李兵等，2022），GPS观测发现该区域仍然在积累应变（Wang et al，2015），且从2013年芦山M_S7.0地震一年后至2022年芦山M_S6.1地震前的地震活动性（图7）来看，芦山M_S7.0地震余震区（区域2）在2013年芦山M_S7.0地震1年后地震活动性仍然较强，从2019年4月以后地震数量明显减少，但仍然处于地震活动的状态（图7a，c），而芦山M_S6.1地震余震区（区域1）在主震前仅有少量微小地震发生（图7a，b），表明积累的应力应变在这个地区通过微震释放的能量较少。芦山M_S6.1地震后，区域1的地震数量急剧增多，余震的b值为（0.91±0.04） （图4），高于芦山M_S7.0地震余震的b值（0.7±0.01） （Fang et al，2015）。双差层析成像结果（图8b）显示，2013年芦山M_S7.0地震及余震位于高低速过渡带，属于易发生构造变形的地区。研究发现芦山M_S7.0地震震区存在低速层和高泊松比（Lei，Zhao，2009），推测可能与深部流体作用于断裂带岩石基体有关（张广伟，雷建设，2013；Lei et al，2014）。不同的是，此次芦山M_S6.1地震及余震发生在高速区域，且浅部有明显高速体（图8b），具有较低的地壳泊松比（Wang et al，2017），并未呈现出明显的流体特征。地质调查研究发现，此处的高速区域对应的地表广泛分布宝兴杂岩体（刘树文等，2009；冯杨洋等，2016），其主要由片麻岩、花岗岩等变质火成岩组成，矿物成分主要为斜长石和石英，其岩石强度大，不易发生破裂和滑动（刘树文等，2009），表明此次芦山地震震区的地壳介质具有相对较高的力学强度，不易发生破裂滑动，随着该地区应力的持续积累，在发震反冲断裂上产生了新的破裂和滑动，引发了此次芦山地震。

图  7  2014年4月20日（芦山M_S7.0地震一年后）至2022年5月31日（芦山M_S6.0地震发震前）两次芦山地震震区的地震分布（数据来自四川省地震局余震观测报告）（a）及2022年芦山M_S6.1地震前区域Ⅰ（b）和区域Ⅱ（c）的震级时间分布图。区域Ⅰ和区域Ⅱ分别为2022年芦山M_S6.1和2013年芦山M_S7.0地震研究区

Figure  7.  Seismic distribution in the two Lushan earthquake areas between 20 April 2014 （one year after the 2013 Lushan M_S7.0 earthquake） and 31 May 2022 （before the 2022 Lushan M_S6.1 earthquake）（data from the China Earthquake Network Center）（a） and the magnitude-time plots in earthquake studied area Ⅰ （b） and Ⅱ （c） before the 2022 Lushan M_S6.1 earthquake. Earthquake studied area Ⅰ and Ⅱ are the selected studied areas for the 2022 Lushan M_S6.1 earthquake and the 2013 Lushan M_S7.0 earthquake，respectively

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图  8  芦山M_S6.1地震和M_S7.0地震及其余震分布（a）以及沿CC′ （b）和DD′ （c）剖面的P波速度结构和震源深度剖面图。v_P速度结构来自肖雨辰和吴建平（2022）的双差层析成像研究

Figure  8.  Distribution of aftershocks of the Lushan M_S6.1 earthquake and Lushan M_S7.0 earthquake （a） and the distribution of the v_P velocity structure （Xiao，Wu，2022） and focal depth along profile CC′ （b） and DD′ （c）

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3.2   芦山地震震源区深部结构

2013年芦山M_S7.0地震的发震断层面为一条北西向倾斜的“铲形”盲冲断层，还存在一条南东向倾斜的反冲断层，与之相交构成Y字型，推测该反冲断层为发震断层逆冲滑动过程中受到阻力而形成的（杜方等，2013；张竹琪等，2013；Fang et al，2013，2015；赵荣涛等，2015；Long et al，2015）。此次芦山地震位于芦山M_S7.0地震西北侧，距离较近，且余震区相连。从图8b可以看到，此次芦山地震的发震断层与2013年芦山M_S7.0地震反冲断层的倾向均为南东倾，并与芦山M_S7.0地震的Y型构造相交，构成了地质上比较常见的复式Y型断层结构，如鄂尔多斯盆地（罗群，2008）和龙门山断裂带（金文正等，2007）均存在这种断裂结构。它是由断层上盘在挤压过程中受到阻挡，形成的多条反方向调节断层组合而成。我们推测芦山M_S7.0地震的发震断层为主断层，在主断层的上盘形成了两条反冲断层，此次芦山地震的余震序列分布在12—20 km深度，芦山M_S7.0地震反冲断层带的余震序列主要集中在15 km以上（图8b），反映了此次芦山地震的发震断层位置更深，而芦山M_S7.0地震的反冲断层位置比较浅。

从地震的水平分布来看（图8a），芦山M_S6.1地震主震位于双石—大川主断裂（F₃）的出露位置，余震区主要分布在断裂西侧，少量地震震中跨越断裂，而芦山M_S7.0地震的余震主要分布在双石—大川主断裂（F₃）东侧，余震震中跨越双石—大川分支断裂（F₄）。从深度剖面来看，此次芦山地震余震的震源深度主要分布在10 km以下（图8b），芦山M_S7.0地震的余震序列显示（图8b），反冲断层对应的余震带最浅至2 km，在约7—8 km处地震明显减少。根据人工地震测深研究，双石—大川断裂带为北西倾的逆冲型断裂（王夫运等，2015；冯杨洋等，2016；Lu et al，2017），从图8b可以看到，芦山M_S7.0地震的余震带在双石—大川分支断裂的上方和下方基本相连，且余震主要集中在断裂下方，断裂上方地震分布较少（图8b，8c）。由于双石—大川分支断裂上方为高速区（图8b，8c），周围岩石强度高，不易发生破裂，反冲断层所在区域属于高低速接触带，是易发生变形的区域，岩石容易发生破裂滑动，因此2013年芦山M_S7.0地震时反冲断层发生逆冲滑动，遇到双石—大川分支断裂所在的高速区时，断层滑动受到阻挡，滑动破裂方向发生改变，地震活动主要集中在双石—大川分支断裂下方，在断裂上方地震较少。此次地震的发震断层位置更深，余震分布截止于双石—大川分支断裂下方，且P波速度结构显示在发震断层的浅部位置没有明显的高速体（图8b），推测双石—大川分支断裂对芦山M_S6.1地震的发震断层的滑动具有一定的控制阻挡作用，使其没有继续向浅部破裂。由于该地区仍然处于高应力状态，随着应力应变的不断积累，该反冲断层是否还会向上破裂或者引发其它断层的破裂滑动，这都与未来该地区的危险性密切相关，因此还需要密切关注该地区地震活动性并结合人工地震测深研究更精细的断层结构。

4.   结论

本研究利用双差定位方法对2022年芦山M_S6.1地震序列的主震和震后60天的余震进行了重定位，共获得了933个高精度的地震重定位位置，通过对这些地震的水平和深度分布特征进行分析，结合地质与其它资料，获得了以下认识：

余震带在水平分布上沿北东—南西向展布，但展布方向不是很显著，在深度上表现为南东倾的特征，主要分布在12—20 km深度，10 km以上地震数量很少，且地表未发生破裂，推测此次芦山地震的发震断层为一条埋深较深的南东倾向的逆冲型隐伏断层。

此次芦山M_S6.1地震的发震断层与2013年芦山M_S7.0地震的Y型发震构造相交构成复式Y型断层结构，这种结构是由上盘在挤压过程中受到阻挡形成的多条反冲断层组合而成。由于芦山M_S6.1地震及余震序列位于高速区，岩石稳定性高，不易发生破裂和滑动，随着应力应变不断积累，发震反冲断裂产生了破裂和滑动，引发了此次芦山地震。

2013年芦山M_S7.0地震的南东倾向余震带穿过双石—大川分支断裂，大部分集中在断裂下方，但有少量地震发生在断裂上方，由于断裂带下方上地壳存在高速异常体，推测芦山M_S7.0地震的反冲断裂向上逆冲滑动时受到断裂所在的高速区的阻挡，地震活动受到控制。此次芦山M_S6.1地震及其余震分布在双石—大川分支断裂下方，上方几乎很少有地震分布，但在发震断层的浅部位置没有明显的高速体分布，推测双石—大川分支断裂可能对发震断层的滑动起到了控制阻挡作用，使其没有继续向浅部破裂。