基于聚类微震活动性的瓦达格里（意大利南部）活动发震构造几何与运动学

《Tectonophysics》：Geometry and kinematics of active seismogenic structures from clustered microseismicity in the Val d'Agri (Southern Italy)

　　

研究人员利用瓦达格里地区的聚类微震活动性，对2021-2023年间活动的发震构造进行了成像。研究人员获得了选定的地方震级（M_L）> 2地震的矩张量解（moment tensor）。重新定位的微震活动揭示了深度2-4 km处西南倾（SW-dipping）的发震断层段。2023年7月序列显示出与应力再分布和流体扩散一致的迁移模式。

# 论文解读：基于聚类微震活动性的瓦达格里（意大利南部）活动发震构造几何与运动学

## 研究背景与问题

理解活动断层的几何特征（geometry）和运动学（kinematics）是提升地震灾害评估的基础。在复杂断层系统中，高分辨率微震活动性分析能为断层分段、破裂过程及应力场演化提供关键见解。瓦达格里（Val d’Agri）地区位于意大利南部亚平宁山脉南段，构造上以伸展体制为主，同时存在佩尔图西洛（Pertusillo）人工水库和欧洲最大的陆上油田。自然构造活动与人类活动的相互作用使得该地区成为研究地震成核机制及诱发或触发地震潜力的理想场所。已有文献记录了两例诱发地震（induced seismicity）案例：一是与油气生产废水回注相关，二是与水库季节性运营相关。历史上，该地区还遭受了1857年巴西利卡塔（Basilicata）M7.1地震的破坏，但其发震断层仍有争议。尽管大震罕见，但近几十年来该地区持续发生低震级地震，通常不超过3级。已有的震源机制解（focal mechanism）主要基于初动极性和波形反演，显示以NW-SE走向的正断层为主，与SW-NE区域伸展一致。然而，对于小震级事件（M<3.5）的详细断层几何和迁移模式仍缺乏系统研究。为此，研究人员利用2021-2023年基于机器学习的增强地震目录，结合波形聚类、双差定位和矩张量反演，高分辨率成像活动发震构造，以支撑该高社会与工业价值区域的地震灾害表征。该成果发表在《Tectonophysics》。

## 主要技术方法

研究人员采用基于机器学习的增强地震目录（Caredda et al., 2025a），该目录由意大利国家地球物理与火山研究所（INGV）地面监测中心（CMS）的台网数据及56个台站（台网代码IV、GE、VA、VD、IX、TP）原始波形经自动拾取获得。关键技术包括：（1）波形相似性聚类（Clusty），对M≥0地震基于多台站互相关（频率带1-3 Hz、0.5-2 Hz、0.05-0.2 Hz）计算网络相似度，采用DBSCAN算法（参数?=0.34, Nmin=10）识别10个聚类；（2）双差定位（hypoDD），利用目录走时和互相关数据（P/S相）对每个簇独立重定位，经4步迭代（逐步提高互相关权重），实现水平与垂直数十米级精度；（3）矩张量反演（Grond），对M?2事件，在0.03-0.2 Hz频带对全波形数据进行贝叶斯反演，得到偏矩张量解（deviatoric moment tensor）；（4）有限断层地面运动模拟（Pyrocko Seismosizer框架及QSeis 2006b），基于1D速度模型（Improta et al., 2017）生成格林函数，模拟不同破裂情景。

## 研究结果

### 4.1 相干空间分布与聚类结果

高频率带（1-3 Hz）的波形相似性聚类在空间上产生连贯分布，识别出10个离散簇，共607次地震。大部分簇集中在佩尔图西洛湖附近，其中簇3（橙色，编号3）最为活跃，包含2023年7月开始的序列（主震M_L=3.3）。除簇0和3外，其余簇均由M_L<2微震组成。矩张量解（6个属于簇3，1个属于簇0）显示以伸展特征为主，兼有走滑分量；东北部一个未聚类地震显示逆冲分量，深度15-20 km。

### 4.2 双差重定位结果

共318次地震成功重定位。水平与垂直不确定度数十米级。重定位揭示簇0、3、7、13、17、18分别呈现不同几何：簇0显示3.5-5 km深度两个平面结构；簇13和18在1.5-3.5 km深度空间邻近；簇3勾勒出长约3 km、深度2-3.5 km的SW倾结构；簇7同样显示SW倾，与附近地表断层走向一致。除簇17（NE倾）外，所有结构均向SW倾斜。

### 4.3 震源机制解

矩张量解与区域NE-SW伸展体制一致，质量评估基于台站数（≥10）和方位角覆盖（≥270°）分为A/B级。簇3内B级解与A级解在走向上略有不同，但总体断层类型一致。结合重定位剖面，矩张量解的节点面可确定为SW倾，倾角约60°。

### 4.4 2023年7月地震序列

2023年7月序列激活了簇3整体结构（深度2-3.5 km）。主震M_L=3.3（M_W=3.4）。震后微震向簇的边缘迁移，中心区域安静，表明主震破裂释放了中心段应力，随后转移至未破裂边缘。基于Shapiro等（1997）的抛物线触发前端模型，观测到的时空演化与水力扩散系数D=0.30 m²/s的扩散过程兼容，与区域已有研究一致。此外，已有层析成像模型在同一深度显示高V_P/V_S异常，可能指示富流体或高压区，支持流体压力扰动对序列时空演化的贡献。

## 讨论与结论

讨论部分强调：波形相似性聚类有效识别了活动断层结构，部分簇（如3和7）在2021-2023年间多次激活。重定位和矩张量联合分析表明，地震激活的是陡倾（约60°）SW倾结构，而非蒙蒂德拉马达莱娜断裂系（MMFS）所显示的地表断层倾向。深度对应阿普利亚碳酸盐岩平台顶面，与已有结构模型一致。2023年7月序列的迁移模式可能由应力再分布或流体扩散驱动，但无法唯一确定。地质灾害情景模拟假设簇3结构完全破裂（M_W=4.7），最大峰值地面速度（PGV）约0.14 m/s，对应修订麦卡利烈度（MMI）VI度，且破裂直接性和滑动角强烈影响地震动分布。但该模拟仅用于相对比较，非全概率评估。结论部分翻译如下：研究人员通过整合波形相似性聚类、双差定位、矩张量分析和地面运动模拟，研究了瓦达格里地区2021-2023年地震的时空模式与震源特征。波形相似性聚类揭示了不同的地震群，多数簇勾勒出NW-SE走向、SW陡倾的平面结构。最活跃的簇3位于佩尔图西洛湖西南。矩张量解指示正断层机制。2023年7月序列（M_W=3.4主震）显示震中向结构边缘迁移，符合应力再分布或流体扩散（水力扩散系数D≈0.3 m²/s）的解释。假设M_W4.7破裂情景的有限断层模拟表明破裂几何、成核位置和滑动角对地面运动空间分布有强烈影响。成像结构不足以单独解释区域大震，但更大尺度的断层系统可能在观测期间未激发。总体而言，高分辨率微震分析、波形聚类与物理模拟的集成能为活动发震构造的几何与行为提供有价值约束，同时突显了在复杂构造环境中解释短期地震活动模式的局限性。