甘東南流動臺陣微震監測結果①

高 見，張元生，2，郭 飚，劉旭宙，2

（1．中國地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000；2．中國地震局地震預測研究所蘭州科技創新基地，甘肅 蘭州 730000；3．中國地震局地質研究所 地震動力學國家重點實驗室，北京 100029）

0 引言

天然地震流動臺陣觀測技術從20世紀80年代開始在我國運用并迅速發展，至今已日趨成熟。它利用便攜式數字化地震儀，按照某種平面幾何圖形在探測研究區域布設成陣列，不間斷采集天然地震數據，特別適合于區內地震的精確定位、地球結構的三維成像等綜合研究。目前已經成為開展地球深部結構高分辨率觀測的重要手段。

位于新構造活動強烈的青藏塊體東北緣的甘肅東南部（簡稱甘東南）地區，同時也處于南北地震帶及祁連山地震帶的交匯部位［1］。區內存在多組活動斷裂、地震活動頻繁，是我國主要的地震區之一，也一直是地學家研究的熱點。為了密集監測青藏高原東北緣地區的地震活動和深入研究該區域的地球深部介質，2009年11月，中國地震局地質研究所和中國地震局蘭州地震研究所合作，在甘東南地區架設了野外觀測流動臺陣。該臺陣共有七條測線、包含150個流動臺站，平均臺站間距約10km（圖1），觀測時段為2009年11月至2011年11月，獲得了大量的地震觀測數據。

本文利用該流動臺陣記錄的地震波到時數據，應用網格搜索地震定位法進行地震重新定位，根據地震定位結果對該區域地震活動性進行分析，探討地震活動性和活動斷層的關系，并重點對一些橫跨斷層的地震深度剖面進行分析，進一步研究斷裂帶的空間展布。

1 資料及處理

1．1 數據資料

本文使用了流動臺陣數據和固定臺（甘肅臺網及鄰近省周邊臺站）數據，將兩個臺網的數據合并后以1小時時間長度存儲為原始波形數據，數據格式為EVT。數據時段為2009年11月13日至2011年11月30日，區域范圍為 N32．9°～35．0°，E102．7°～107．1°（圖1）。根據地震波的幅頻特征，通過程序設計和閥值調整，實現對事件的自動識別。對這些地震事件進行波形截取，并存儲為EVT事件文件。我們使用edias或msdp軟件，對每個事件文件進行地震事件再次識別、地震震相分析和初始定位，最后獲得3243個地震事件的初始定位結果，7萬余條Pg波到時和6萬余條Sg波到時數據。

1．2 定位原理

本文采用三維網格搜索法對初始定位結果進行重新定位，其方法的基本原理如下：

圖1 甘東南震中和臺站分布圖Fig．1 Distribution of arthqauke epicenters and seismic stations in southeast area of Gansu province．

（1）三維速度模型建立。三維速度模型為空間網格模型。初始模型為水平層狀網格模型，每一層由若干個立方塊組成，立方塊的長寬大小可以不等。根據數據的分辨情況可采用邊緣網格大，中間網格小的原則進行水平方向網格劃分。該區層厚可根據人工地震測深剖面等［2－6］資料進行劃分和給網格速度賦初值［7］。使用以前大量的地震到時資料，應用阻尼最小二乘法進行三維速度反演，獲得三維速度模型。

（2）射線追蹤。在三維速度模型中，接收點和震源（一個點）為兩個已知點，先從一端開始，在射線路徑上任意連續三點均滿足Snell定律［8］，利用幾個近似公式逐段迭代，求得射線與部分模塊邊界的交點，從而實現逐次迭代計算過程。在給定模型參數情況下，每條走時記錄經射線追蹤計算后都能找到波的最佳傳播路徑（走時最短），每條路徑都是由多條線段（射線穿過單元模塊的路程）組成，這些線段乘以相應單元模塊的慢度之后的數值之和就是地震波的走時，即理論走時［9］。

（3）反演計算。以初始定位結果的震源參數（x，y，z）作為中心點，建立解空間網格，對每一個可能解進行射線追蹤計算，可以獲得不同震源參數（xi，yi，zi）的各記錄臺站的走時，應用目標函數獲得殘差，其目標函數為

其中n、和分別是臺站記錄個數、理論走時和觀測走時。Δt最小值對應的震源參數即為重定位的結果。

1．3 計算結果

本文應用S－P到時差進行重定位計算，計算過程中不考慮發震時刻和儀器的鐘差，能夠提高原始資料的精度，并能減少待求參量，對解的不唯一性有所改善。在計算過程中，對至少具有3個臺站的S－P到時記錄的地震進行重定位，并對誤差大的地震資料進行核對，或進行震相重新分析。最后獲得了3 014個地震事件的重新定位結果，其走時均方根殘差為0．01～0．4s，絕大多數事件的殘差小于0．3s，震源參數的水平位置誤差絕對值小于0．5 km，深度誤差絕對值小于1．0km。

2 結果分析

2．1 地震平面分析

在2009年11月13日至2011年11月30日間，流動臺陣觀測到有3個以上臺站記錄的地震3014次，固定臺網記錄到1321次地震（來自國家地震科學數據中心），流動臺陣的記錄多1 693次，地震數多一倍以上。流動臺陣的密集分布提供了更好的監測能力。在這些地震事件中，地震事件最多可達89條臺站記錄，總共獲得70 303條Pg波和63 262條Sg波記錄，該臺陣為本區深部結構等研究提供了豐富的基礎資料。

相對常規固定臺網的定位結果，重定位后地震的平面分布有一定變化，主要表現為地震在各斷裂帶附近的分布更加密集，沿斷裂呈條帶狀或簇集狀分布，活動斷裂與地震關系密切。在若爾蓋至文縣之間存在NW向的地震條帶，位于塔藏斷裂（F6）［10］的南側，這可能反映了塔藏斷裂的地震活動情況；光蓋山—迭山北麓和南麓斷裂（F3、F4）及迭部—白龍江斷裂（F5）三條斷裂走向基本一致，斷裂帶內地震密集；在臨潭—宕昌斷裂（F2）段，地震沿斷裂帶呈帶狀分布，條帶較寬，集中分布于臨潭—卓尼和岷縣—宕昌段；西禮盆地西邊緣存在一條較寬的NNE向地震條帶分布；在西秦嶺北緣斷裂帶（F1）地震主要集中分布于漳縣—武山—甘谷段，在東段（天水段）地震活動較弱；成縣以北存在一條近EW向的地震條帶，可能是成縣盆地北緣斷裂（F11）活動反映，小震活動較頻繁；文縣以北存在一條較寬的NE向地震密集帶，以文縣斷裂（F8）和成縣盆地北緣斷裂（F11）為大致邊界；迭部—白龍江斷裂帶（F3、F4、F5）與康縣北斷裂（F9）、成縣盆地北緣斷裂（F11）在武都地區交匯，此區域地震活動頻繁、分布密集。

2．2 地震深度分析

圖2給出的流動臺陣微震資料重定位前、后震源深度分布顯示，重定位前后震源深度分布變化明顯：重定位前地震事件的初始震源深度在0～10km范圍內，平均深度為6km；重定位后80%地震震源深度分布在5～20km的范圍，平均深度為11km，這一結果與楊智嫻［12］的研究結果較為一致。從圖2（b）可以發現5～20km為該區的震源深度優勢分布，震源深度主要在中、上地殼。周真恒［13］指出多震層位于上地殼下部至中地殼；莘海亮［14］研究后得出甘東南地區多震層深度范圍約為5～20km；本文的重新定位結果與他們的結論基本一致。而在25 km深度以下有少量的地震，這些地震還不足以說明深部構造的活動性，有待于資料的長期觀測。

為了更好的分析地震分布和斷裂構造的關系，直觀反映斷層在深部展布情況，在研究區域內切了3條剖面，剖面大致與斷層或地震分布條帶垂直，每條剖面的長度不等，即AA＇、BB＇和CC＇剖面（圖3）。

在圖3（a）的AA＇剖面，剖面兩端點經緯度分別為A（33．34°N、103．15°E）和A＇（34．72°N、104．15°E），投影寬度100km，剖面由南向北依次橫切塔藏斷裂帶、白龍江斷裂帶和臨潭—宕昌斷裂帶。從剖面圖可以清晰看出，地震主要分布于5～20km的深度范圍內（圖3），屬于中、上地殼。塔藏斷裂帶的地震分布較為分散；白龍江斷裂帶的地震分布較為密集，其斷裂帶寬度較窄，約為20km；臨潭－宕昌斷裂帶的地震條帶較寬，地震分布較復雜，斷裂深度延伸至中地殼。

在圖3（b）中BB＇剖面，剖面兩端點經緯度分別為B（32．94°N、104．63°E）和B＇（34．76°N、105．27°E），投影寬度60km，剖面橫切西秦嶺北緣斷裂（F1）、禮縣—羅家堡斷裂（F13）以及文縣—武都地震密集分布區。西秦嶺北緣斷裂（F1）在甘谷段地震分布較為密集，斷裂深度可達到25km，屬于中、下地殼斷裂，這與李清河［5］的研究結果較為一致。文縣至武都段是幾組斷裂的轉換部位，地震活動頻繁，地震分布密集，所對應的斷裂構造可能較復雜，不能清晰地區分。武都以北至西和段地震活動較弱，地震分布相對稀疏。

圖3 甘東南地區地震分布三條剖面Fig．3 Distribution of seismic epicenters on three profiles in southeast area of Gansu province．

在圖3（c）中CC＇剖面，剖面兩端點經緯度分別為C（33．17°N、106．06°E）和C＇（34．12°N、106．06°E），投影寬度110km，剖面由南向北依次橫切文縣斷裂（F8）、康縣北斷裂（F9）、成縣盆地南緣斷裂（F10）、成縣盆地北緣斷裂（F11）和麻河沿斷裂（F12）。由圖可見，文縣康縣斷裂帶、成縣盆地南緣斷裂和北緣斷裂的地震分布密集，斷裂活動明顯，斷裂深度可達中地殼至下地殼頂部；成縣盆地南緣斷裂與康縣北斷裂之間亦存在較多的地震分布，推測這兩斷裂之間存在明顯的構造活動。

3 結論與討論

本文利用甘東南流動臺陣2009年11月至2011年11月的微震到時觀測數據，應用網格搜索地震定位方法對滿足重新定位條件的3 014個地震進行了重新定位，分析結果可以得到以下結論：

（1）相比常規固定臺網，流動密集臺陣對區內地震有更好的監測能力，為深部結構研究提供了豐富的基礎資料。

（2）重定位后，地震在各斷裂帶附近的分布更加密集，沿斷裂呈帶狀或簇集狀分布；絕大部分地震的震源深度介于5～20km的范圍內。地震深度分布與斷裂的關系密切，地震條帶與斷裂構造可以較好的相對應；在文縣—武都區域處于幾組斷裂轉換部位，地質構造復雜，地震分布尤為密集。

甘東南寬頻帶流動臺陣的最初目的是通過觀測深遠地震對該區的深部介質進行研究。由于寬頻帶儀器有較寬的頻帶記錄范圍（60s－50Hz）和優良的記錄性能，在兩年的觀測時段內記錄到大量的微震資料。我們對其中大部分微震記錄進行了震相分析和地震定位，但由于受到觀測時段較短的條件限制，所觀測到的微震數目還稍顯不足，因此要進一步精細的反映這一地區地殼結構與斷裂展布特征，還有待今后補充更多的地震資料。

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