山西地區地震震源深度特征統計分析

梁向軍，劉林飛，蘇 燕，張 蕙，薛生瑞

（1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.山西省地震局離石中心地震臺，山西 呂梁 033000；3.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025）

0 引言

震源深度是描述震源信息基本參數之一，可靠的震源深度有助于更好地約束地震事件的震源位置及起始時間［1］，其分布對研究該深度范圍的應力狀況、區域地震活動性狀態和地震危害評價、探索孕震環境、地殼內部構造變形及其力學屬性等，均具有重要意義［2－5］。

由于地震震源參數的測定受諸多因素的制約，如，臺網密度、臺站覆蓋以及對區域地殼速度結構的認知程度等，因此，地震震源深度較震中位置不確定性高。在地震定位中，震源深度的測定是最困難的，主要原因是因為地震發生在地下幾到幾百千米，而拾震器只能布設在地表或接近于地表的觀測井中，不能有效地包圍震源，從而造成在計算中不能很好地約束深度［6］。盡管震源深度的精度低于水平位置的精度，但一些學者在全國許多區域的震源深度分布研究方面仍取得一定的進展。

該文收集、整理山西測震臺網2001年1月至2011年12月的定位結果，對山西地區地震震源深度資料進行統計分析；同時選取一定的空間窗長計算每個網格的平均震源深度，繪制等值線圖，獲得山西區域中小地震深度空間分布圖像，結合已有的研究成果，討論山西地區中小地震震源深度及地質構造、地殼厚度等有關問題。

1 資料概況

山西測震臺網從2001年1月開始實現寬頻帶、大動態的數字化觀測，經歷“九五”、“十五”兩次技術改造。其中，2001年1月至2008年4月為“九五”技術系統運行時段，共有21個臺站，2008年5月至今為“十五”技術系統運行時段，記錄臺站增加到45個，臺站密度、拾震能力均有大幅提高。為消除個別定位精度低的地震的影響，重點選取定位精度為Ⅰ、Ⅱ類，且定位結果中給出深度的地震作為研究對象，最終篩選出2 535個地震（見圖1）。值得強調的是，2001年1月至2008年4月定位方法采用Geiger法［7］，2008年5月以后絕大多數采用Hypo2000，只有極個別地震定位震源深度為0時，則采用單純型法。定位實踐表明，在目前廣泛使用的MSDP定位系統中，在深度約束、定位精度上，Hypo2000定位方法比單純型等定位方法要好得多。

由圖1可見，山西地區地震的震源深度總體以地下0～20km范圍內的為主，太原盆地、臨汾盆地存在少部分大于20km的地震。

2 震源深度的分布特征

2.1 不同震級檔地震的震源深度統計特征

所選的2 535個地震的震源深度變化區間，大致分布在0～40km范圍內，但大部分地震分布在上地殼內，統計結果如第2頁表1和表2所示。

圖1 山西地區ML≥2.0地震及震源深度分布圖Fig.1 Distribution of earthquakes ML≥2.0and their focal depths in Shanxi Province

表1 不同震級檔地震平均深度統計表Table.1 The average focal depths of earthquakes in different magnitude intervals

表2 不同震級檔地震隨深度分布的百分比統計結果Table.2 Percentage of different depths of earthquakes in different magnitude intervals

由表1的統計結果看出，各震級區間的平均深度為11～14km，與所有地震的平均深度（12.9km）接近，無法反映在深度方向的細節變化。為此，采用5km為間隔，統計地震次數所占的百分比與分不同震級對應的平均震源深度的關系，結果如表2所示，圖2是各震級檔在不同深度的分布比例直方圖。由表2、圖2可以看出：山西地區中小震震源深度在0～30km的占統計總數的97.9%。其中，1～5km的占12.80%，6～10km的占39.70%，11～15km的占13.90%，16～20km的占17.90%，21～25km 的占8.10%，26～30km的占5.50%。說明山西地區中小地震多數發生在上地殼，只有少部分發生在中地殼，這一結果與山西地震帶1981年至2009年中小震精定位后的深度分布結果一致［8］。而對于發生在30km以下深度的極少部分地震，還有待于開展更深入的工作給予解釋。

圖2 不同震源深度地震所占比例Fig.2 The proportion of earthquakes of different focal depths

2.2 區域平均震源深度分布特征

為直觀得到山西地區震源深度空間分布，以山西地區2 535個ML≥2.0地震深度為基礎數據，采用網格滑動平均法［9］，以減小個別誤差較大地震的影響。研究區按0.4°×0.4°劃分網格，并按0.2°為滑動步長，統計網格內的地震個數，確保每一個網格內有一定數量的地震，反映不同震源深度地震的空間變化趨勢。當網格內有5個以上地震時，對網格內的地震震源深度求平均值，共獲取204個網格內震源深度平均值，得到的平均震源深度范圍為0～40km（見圖3）。

圖3 山西地區0.4°×0.4°平均震源深度空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of average focal depth with the grids of 0.4°×0.4°in Shanxi Province

從圖3可以看出，山西地區地震平均震源深度有從臨汾盆地向大同盆地逐漸變淺的趨勢，與圖1的2 535個地震空間分布的結果一致。為更清晰地看出各個平均震源深度區間的空間分布特征，將平均震源深度分為0～10km、11～20km、21～30km、31～40km 4個區段進行討論（見圖4）。

圖4 分區段的平均震源深度分布圖Fig.4 Average focal depths of different intervals and different zones

從圖4可以看出，平均震源深度為0～10km的地震主要集中在山西北中部，南部只有極個別的地震，呈現一個環狀分布，且主要分布在斷陷盆地兩側；平均震源深度為11～20km、21～30km的地震則山西全省均有分布，且斷陷盆地較兩側山區密集得多；平均震源深度為31～40km的地震在山西南、北兩端只有零星地分布，大多數集中在中南部的太原盆地、臨汾盆地北端。山西北部的大同盆地地震優勢深度為0～20km，20km以下逐漸減少，31～40km僅有一處。等值線圖（見圖5）直觀地反映出，山西北部地震的平均震源深度淺于山西中南部地區，以38度為界，震源深度呈現南深北淺的分布格局。邢集善［10］1992年指出，山西地塊以38°N為界，北部晉北地塊為“軟”地塊，深部構造特征顯著，軟流圈大面積上涌至80km；而沁水地塊為相對“硬”地塊，其巖石圈厚度為120～150km。上述南深北淺的震源分布是否與深部古老地塊的作用直接相關，有待于今后繼續研究。

3 結論與討論

對山西地震臺網2001年1月至2011年12月，2 535個定位精度為Ⅰ、Ⅱ類，且ML≥2.0地震的震源深度分布研究得出：

（1）通過統計分析得到震源深度大致分布在0～40km范圍內，而在0～30km的占統計總數的97.9%，說明山西地區中小地震多數發生在上地殼，只有少部分發生在中地殼，這一結果與山西地震帶1981年至2009年中小震精定位后的深度分布結果一致［8］。

圖5 山西地區0.4°×0.4°平均震源深度等值線圖Fig.5 Isograms of average focal depths with grids of 0.4°×0.4°in Shanxi Province

（2）采用網格滑動平均法，統計網格內的平均震源深度，得到平均震源深度為0～40km。平均震源深度為0～10km的地震主要集中在山西北中部，南部只有極個別的地震，呈現一個環狀分布，且主要分布在斷陷盆地兩側；全省以平均震源深度11～30km的地震為主，且斷陷盆地較兩側山區密集得多；平均震源深度為31～40km的地震在山西南、北兩端只有零星地分布，大多數集中在中南部的太原盆地、臨汾盆地北端。

（3）值得一提的是，山西北部大同盆地的地震優勢深度為0～20km，20km以下逐漸減少，31～40km僅有一處。這種現象是否與大同第四紀火山深部作用有關，值得進一步深入探討。

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