豫北及鄰區地震雙差法重新定位研究*

莘海亮 方盛明 李 穩

(中國地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002)

豫北及鄰區地震雙差法重新定位研究*

莘海亮 方盛明 李 穩

(中國地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002)

利用雙差地震定位法對豫北及鄰區1985—2008年的787次地震進行重新定位，得到了497次地震定位結果。結果顯示：重新定位后震中呈條帶狀叢集分布，部分地區地震向構造帶趨近;震源深度主要分布在上地殼和中地殼內，平均深度13.3 km，10～20 km為多震層深度范圍。

豫北及鄰區;雙差定位法;重定位;多震層;震源深度

1 引言

研究地震定位方法和提高地震定位精度，一直是地震科學中的一個重要課題。常用的地震定位方法主要分為絕對定位方法與相對定位方法。近年來，雙差地震定位法［1，2］，作為定位精度相對較高的一種相對定位法得到了國內外許多學者的使用及改進［3-8］。本文擬利用該方法對發生在豫北及鄰區1985—2008年的地震進行重新定位，并分析探討重新定位后地震活動的空間分布特征及其與活動構造之間的關系。

2 資料選取及計算

2.1 資料選取

所選研究區范圍為35.00°～37.17°N，113.12°～115.83°E。重新定位所用資料為1985—2008年區域地震臺網所記錄到的P波、S波初動絕對到時數據。經計算理論走時、剔除差錯數據，對資料震相不清、距離太遠的地震進行刪除，最后得到4個以上臺站記錄到的地震共787個。地震臺站總數達38個，其中包括河南和河北境內的部分臺站以及山西、山東的個別臺站(圖1，虛線框內為研究區)。

2.2 速度模型

雙差地震定位算法中采用的是水平分層速度模型，需要選用較為精細的速度模型。我們以通過本區的長治-菏澤人工地震測深速度剖面［9］與安陽地區三維速度結果為主［10］，并參考文獻［11］在邯鄲-邢臺地區進行雙差定位所使用的一維速度模型，共同確定了本區地震定位的初始速度模型(表1)。

圖1 研究區活動斷裂與臺站分布示意圖Fig.1 Sketch of the distribution of active faults and seismic stations

表1 重新定位所使用的一維地殼速度模型Tab.1 Velocity mode used for the relocation

2.3 定位計算

首先應用ph2dt程序進行震相數據預處理，然后應用HypoDD程序進行地震定位計算。對于初始震相數據需要確定先驗權重，由于P波震相讀數精度要比S波震相讀數精度高，所以對P波讀數賦予1.0的權重，相應的S波讀數賦予0.8的權重。定位計算時依據研究區地震較多，臺站分布比較密集的特點，選取的臺站與地震的間距小于300km，地震對的間距小于10km;采用共軛梯度法求解方程，得到阻尼最小二乘法解。第一輪的4次迭代由地震的初始位置和先驗權重開始;第二輪的6次迭代，采用標準偏差的4倍作為截斷值。通過反復迭代，舍去殘差大于截斷值的震相數據，并用上一次迭代的結果更新震源位置、殘差和偏導數矩陣，每次迭代得到的殘差大小作為下一輪迭代的加權函數，直到得到穩定的解。

3 結果及分析

重新定位后得到了497個地震事件的精確位置參數，個數占初始定位數據的63%。

3.1 震中分布特征

圖2是初始地震震中分布圖和重新精確定位后的震中分布圖。為增強圖像之間的可比性，圖2(a)和圖2(b)中地震個數同為497個，即定位前后所示地震事件一一對應。對比定位前后震中分布特點可以看出，定位后震中的平面分布有一定的變化，地震多呈條帶狀叢集分布，變化較為明顯;同時定位前出現的由原始定位誤差引起的經向或緯向排列的假象，重新定位后明顯得到改善，如黎城西南、磁縣至涉縣以及范縣至菏澤一帶的地震。永年、黎城西南部、磁縣、范縣南部、菏澤西部等地區的地震有向斷裂趨近的變化。

3.2 震源深度分布特征

在地震定位問題中，震源深度的精確確定是主要關心的問題。為此我們以5 km為統計間隔對不同震源深度的地震頻次進行了定量統計，結果如圖3所示。定位前原始臺網約有18%的地震未給出初始深度值，地震分布總體較為分散，圖3(a)顯示在10～15 km震源深度分布相對集中，其原因是當程序計算結果偏大或偏小超出合理范圍后，分析人員人為進行調整，多數取震源深度為10 km所致。經重新定位全部地震都給出了深度值，震源深度主要分布在5～25 km深度層，占定位結果總數的88%;優勢分布為10～20 km的中地殼層，震源平均深度為13.3 km(圖3(b))，這與張小濤等［11］和于湘偉等［8］的研究結果相近。

為了更直觀地分析震源深度分布特征，沿同一緯度(36.00°N)給出了定位前后全部地震由西向東的深度剖面分布(圖4方框所示)。剖面顯示，定位前有部分地震位于地表附近，在5 km及10 km深度處地震出現明顯的橫向排列，同時其他位置還出現有垂向排列的分布現象(圖4(a));重新定位得到的地震深度分不同區域為集中叢集分布(圖4(b))。豫北及鄰區的震源深度優勢分布層為10～20 km，位于中地殼內。

圖2 497個地震定位前(a)后(b)震中分布與反演斷層走向、傾向所用的小震范圍(粗方框)AA'、BB'、CC'和地震深度剖面DD'、EE'Fig.2 Distribution of 497 epicenters before(a)and after(b)relocation(AA'，BB'，CC'are the data selection areas(thick rectangles)which used for inversing fault plane parameters.DD'，EE'are profiles at the focal depth of earthquakes)

圖3 定位前后震源深度分布統計Fig.3 Statistic distribution of focal depths before(a)and after(b)relocation

圖4 定位前后震源深度分布剖面圖(沿36°N)Fig.4 Profiles of focal depths of earthquake along latitude 36°N before(a)and after(b)relocation

3.3 地震深度分布與構造關系分析

為了更好的分析地震空間分布與深部構造的相互關系，對于地震定位結果呈現的5個集中區AA'、BB'、CC'、DD'、EE'(圖2(b))，選擇其中沿斷層走向分布較好的AA'、BB'、CC'剖面，采用文獻［12］提出的利用小震分布確定所在區域斷層走向、傾角的方法獲得了AA'、BB'、CC'3個地震集中區深部斷層的走向、傾角參數及相對應的誤差范圍(圖5);對于DD'、EE'兩個地震集中區則沿著長軸方向給出了地震深度剖面分布(圖6)。

AA'地震集中區呈北西西向展布，該地震條帶恰好貫穿1830年磁縣大地震極震區［13］。該處計算所得斷層走向為N70.2°W，標準差為1.7°，斷層的水平面投影顯示其與地表磁縣-大名斷裂(F5)西段走向大致一致，斷層面上邊界與地表磁縣-大名斷裂位置幾乎重合;垂直于斷層面的橫斷面給出了深部斷層的空間位置，近乎直立，傾角為82.7°，標準差為3.7°，傾向SW。刁桂苓等［13］采用多元線性回歸的方法，由磁縣大震區內中小地震的震源位置對磁縣大震震源斷層進行了擬合計算，所得震源斷層的參數與本文結果較為近似，其中只是斷層傾向略有差異。橫斷面顯示地震深度分布在5～25 km深度范圍，由此推測該處斷層即磁縣-大名斷裂段可能錯斷到下地殼(圖5(a)、(b)、(c))。

圖5 AA'、BB'、CC'地震集中區地震分布在水平面(a，d，g)、斷層面(b，e，h)和垂直于斷層面的橫斷面(c，f，i)上的投影(黑虛線表示地質斷層;粗線表示確定的斷層面邊界，字母所在一側為斷層的上邊界;SD為斷層走向，DD為斷層傾向，DA為斷層傾角)Fig.5 Distribution of earthquakes of AA'、BB'、CC'projecting to the horizontal plane(a，d，g)，the fault plane(b，e，h)and cross section vertical to the fault plane(c，f，i)(Black dotted lines are the geological fault，thick lines are the fault plane boundaries，which with letters is the fault upper boundary，SD is the fault strike，DD is the fault dip，DA is the fault dip angle)

BB'地震集中區呈北北東向展布，該處計算所得斷層走向為N5.2°E，標準差為1.9°，斷層的水平面投影顯示大致平行于地表聊城-蘭考斷裂(F11)，兩者位置接近于重合;垂直于斷層面的橫斷面給出了斷層的空間位置(傾向NW，傾角為87.8°，標準差為2.6°)。前人對聊蘭斷裂進行了綜合研究，地震剖面特征顯示該斷裂是正斷層，斷面傾向為北西西，斷面上部視傾角約為70°～80°［14］。橫斷面顯示地震深度分布主要集中在10～20 km深度范圍，平均深度約為14 km(圖5(d)、(e)、(f))。該處地震主要位于山東鄄城與河南濮陽交界及其附近采油區，屬于東濮凹陷，為第三系盆地，時間上主要集中在2001年以來。

圖6 DD'、EE'地震集中區地震深度剖面分布與構造關系(粗線表示斷裂的空間位置)Fig.6 Relation between profile of earthquake depth and tectonics in DD'、EE'area(Thick line is the fault plane boundary)

CC'地震集中區呈北北東向展布，該處計算所得斷層走向為N24.1°E，標準差為3.8°，斷層的水平面投影顯示大致平行于地表聊城-蘭考斷裂(F11)，斷層面上邊界與地表聊城-蘭考斷裂位置比較接近;垂直于斷層面的橫斷面給出了斷層的空間位置(傾向SE，傾角為54.8°，標準差為5.6°)。地震深度主要分布在6～18 km深度層內，為中地殼范圍(圖5(g)、(h)、(i));該處地震多發生于菏澤斷裂與聊城-蘭考斷裂交匯及其東北鄰區周圍，整體位于聊城-蘭考斷裂東側，蘭聊斷裂帶遙感影像簡圖顯示靠近蘭聊斷裂帶以東附近發育著北東向的次級線性構造［14］，據此推測該地震集中區地震發生多為蘭聊斷裂帶東側北東向的次級線性構造與其南端的菏澤斷裂深部相互作用的結果。

DD'地震集中區呈北西西向展布，垂直穿過長治斷裂，地震深度剖面顯示地震集中分布于寬約5 km的條帶內，同時刻畫了長治斷裂在該處的深部展布特征，傾向SE，可能錯斷到下地殼。

EE'地震集中區呈北西向展布，該處地震位于林縣盆地及其邊緣，地震深度剖面中顯示地震分布較淺，位于3～16 km深度層內，這與文獻［15，16］對林縣小震活動進行研究所得的震源淺，震源深度一般在6～12 km，大多數在15 km以上等結論相符合。此外地震呈北西向條帶狀分布特征，可能意味著此處存在著北西向隱伏斷層。

4 討論和結論

1)利用雙差定位法對發生在豫北及鄰區1985—2008年的地震進行了重新定位研究，得到了497次地震的基本參數。均方根殘差由定位前的1.65 s降為0.68 s，震源位置的測定誤差在E-W方向平均為1.1 km，在N-S方向平均為1.1 km，在豎直方向平均為1.3 km，定位精度有了明顯提高。

2)重新定位后研究區地震多呈條帶狀叢集分布，局部地區的地震有向構造帶趨近的變化;震源平均深度為13.3 km，10～20 km為多震層深度范圍。

3)對于地震定位結果呈現的5個集中區，使用小震分布確定所在區域斷層走向、傾向的方法獲得了沿斷層走向分布較好3個地震集中區深部斷層的走向及傾角參數;同時對另外兩個地震集中區沿著長軸方向給出了地震深度剖面分布及斷裂的深部展布特征。計算所得的深部斷層空間位置與地表地質斷層較為相近，分析存在偏差的主要原因是地質斷層多為地表直接考察所得，而本文的計算結果側重于斷層的深部空間位置，為反演計算所得，存在一定的精度誤差。

致謝 衷心感謝安陽市地震局、邯鄲中心地震臺的熱心幫助，以及感謝萬永革、刁桂苓研究員、馮向東博士的熱心指導!

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RELOCATION OF EARTHQUAKES OF YUBEI AREA AND ADJACENT REGION WITH DOUBLE DIFFERENCE LOCATION ALGORITHM

Xin Hailiang，Fang Shengming and Li Wen
(Research Center of Exploration Geophysics，CEA，Zhengzhou 450002)

The earthquakes that occurred in the area of Yubei and adjacent region from 1985 to 2008 were relocated with the double difference method and the results of 497 earthquakes were obtained.The result shows that the distribution of relocated epicenters appear zonal，while the earthquakes in a part of areas get close to tectonic belts.The most hypocenter depths in the area distribute mainly within the upper and middle crust.The average hypocenter depth is 13.3 km and the seismogenic layer ranges from 10 km to 20 km.

Yubei and adjacent region;double difference location method;relocation;seismogenic layer;hypocenter depth

1671-5942(2011)06-0063-06

2011-04-07

國家自然科學基金重點項目(40827001);中國地震局地球物理勘探中心論著RCEG201007

莘海亮，男，1982年生，碩士，助理工程師，主要從事地震精定位及地震層析成像研究.E-mail：hlia_0223@163.com

P315.6

A