河南范縣及鄰區地震精定位及震源機制解分析

鄭培玲 邢康 王明亮 賈漯昭 何重陽 高家乙

河南省地震局，鄭州市東新區正光路10號 450016

0 引言

在河南范縣和山東鄄城交界、聊城-蘭考斷裂（以下簡稱聊蘭斷裂）附近地區，2015年1月18日發生了ML4.2地震，這是該區自2011年10月13日發生ML4.1地震后再次發生的ML4.2地震。以河南范縣為中心，半徑100km范圍內，歷史上曾發生過5.5級以上地震11次，其中最大地震為1937年8月1日山東菏澤7.0級地震，時間最近的為1983年11月7日山東菏澤的5.9級地震。近年來，聊蘭斷裂帶中段（即菏澤北至范縣段）的中、小地震活動呈增強趨勢，尤其是河南范縣與山東鄄城交界地區，1997年以來，應變能釋放明顯加速，形成了明顯的中小地震活動集中區，特別是自2008年以來，共發生ML≥2.0地震98次，其中ML≥3.0地震26次，最大地震為2015年1月18日ML4.2地震，該地震是該地區平靜3年多以來的又一次4級以上地震，顯示該地區地震活動增強。地震定位結果是地震活動性以及活動構造研究的重要基礎資料，構造應力場是地震孕育發生的力學背景，是地震動力學的重要研究內容，對研究區開展地震定位和構造應力場研究，特別是近年來開展的地震精定位分析，對于認識區內地震活動、斷層構造以及地震孕育發生的力學環境有重要意義。因此，本文用雙差定位方法，重新對范縣及鄰區的地震重新進行定位，并結合CAP方法反演的震源機制解，以分析該區域的地震活動趨勢。

1 雙差定位方法介紹

雙差定位法（Waldhauser et al，2000）適用于大范圍地震的精確定位，且每個事件的定位精度不受定位范圍大小的影響，因而優于常用的主事件定位法和臺站校正法。雙差定位法是利用相鄰地震的走時殘差來推算震源位置的一種相對定位方法。其思路是：地震事件兩兩組對后，通過計算兩事件之間的震相延時來確定其相對位置，從而在很大程度上消除了由于地殼速度結構橫向不均勻引起的定位誤差。

多人曾用雙差定位法開展過小震精定位研究（呂子強等，2008；李亞軍等，2008；于湘偉等，2010；張廣偉等，2011；王俊等，2011；董春麗等，2013），均取得了豐富成果。但近年來并無對該區地震重新定位研究，特別是2015年1月18日發生ML4.2地震后。因此，本文用此方法研究范縣及鄰區的地震活動趨勢。

2 資料選取

本文選取了河南范縣與山東鄄城交界地區（35.4°～36.0°N，115.1°～115.7°E）2008年 1月～2015年9月的80個ML≥2.0地震，因為地震集中在山東和河南的交界處，為了獲得更好的定位效果，在重新定位中，選取河南、山東和河北3個省級地震臺網的數據，用雙差定位法進行重新定位，雙差定位對震源所在處的速度模型的變化甚為敏感，本文采用水平分層的速度模型，將地殼模型分為7層（表1），用華北地區常采用的平均波速比1.71。

表1 本文所用進行重新定位的地殼速度模型（P波）

本次計算參與定位的臺站共16個，包括河南地震臺網11個臺站、山東地震臺網3個臺站以及河北地震臺網2個臺站。最大震中距為300km，對每個地震都有4個或以上臺站的觀測數據，以避免計算中出現欠定方程。

3 雙差定位結果分析

對所選80個地震分別用單純定位法和雙差定位法進行計算，在雙差定位前，將所選地震的觀測臺站數≥4、震源間距＜10km、距觀測臺站300km范圍內的地震走時進行兩兩組合。經過對各種控制參數的層層篩選，精定位后得到78個地震結果（表2），圖1給出了雙差定位與臺網原始定位的震中分布對比。

由圖1（b）可以看出，重新定位后的地震震中更集中，地震與斷層的關系更密切，主要沿聊蘭斷裂帶呈NE向分布（圖1（b）），與斷層走向一致。而原臺網地震定位結果相對離散（圖1（a）），雖有優勢方向，但是不如精定位結果明顯。另外，原臺網定位震源深度為3～22km，在6～10km深度上相對比較集中（圖2（a））。雙差定位后的震源深度為 5～10km（圖2（b）），82%的地震震源深度為7～8km，深度分布較原始定位結果明顯集中。

表2 原始定位結果與雙差定位后的結果

續表2

圖1 臺網原始定位（a）與雙差定位（b）的震中分布

圖2 原始定位和精定位后的震源深度分布

4 震源機制解分析

本文用 CAP方法（Zhao et al，1994；Zhu et al，1996）反演了范縣及鄰區 2008年以來ML≥3.0的14個地震的震源機制解。CAP方法是一種體波與面波聯合反演方法，其結果對速度模型和地殼橫向變化的依賴性相對較小。很多學者用CAP方法開展了大量的研究工作（鄭勇等，2009；宋美琴等，2013；李曉峰等，2013；張輝等，2010），結果證明用此方法可得到可靠的震源機制解。震源機制解對于震源過程研究和地震預測研究有重要意義，是研究現代構造應力場的基礎資料之一，通過震源機制研究，可以分析地震發生的力學過程，推斷地震的主要成因（趙翠萍等，2008；王勤彩等，2009）。

據重新定位結果可以看出，范縣及鄰區中小地震集中增強活動的主要原因可能是因局部構造活動所致。為了分析該區域地震活動趨勢，分析了該區域（35.4°～36.0°N，115.1°～115.7°E）2008年以來ML≥3.0地震的震源機制解。

范縣及附近地區地震發生在聊蘭斷裂附近，聊蘭斷裂帶由一系列規模不等的NNE—NE向斷裂組成，是華北平原拗陷區和魯西隆起區的分界斷裂，在航磁和重力異常圖上顯示為梯度帶，它南起蘭考，向NNE向延伸，經東明、鄄城、范縣、聊城，向北至廣饒，全長約270km。本文用CAP方法計算了14個地震的震源機制解（表3、圖3），表3給出了P軸的方位為22°～138°，簡單平均值為72°。從14個地震的震源機制解P軸方位時序變化特征圖3（b），可以看出，14個地震中有9個地震 P軸方位為 50°～100°，均值為75°，占地震總數的 64%，根據許忠淮等（1983、1989）、萬永革（2011）等對華北地區構造應力場的研究，認為其地震應力場的優勢分布與主壓應力軸同向，約為72°～88°，主壓應力方向為NE向，與節面Ⅰ參數比較接近。該地震集中分布區的發震構造為東濮凹陷，屬下第三系盆地，NNE和NE走向的聊蘭斷裂和長垣斷裂控制該構造的發展，其中聊蘭斷裂為全新世活動斷裂并具有右旋走滑的性質，構造運動比較活躍，因此認為，聊蘭斷裂帶的構造運動是該地區地震活動的主要誘因。

表3 M L≥3.0地震的震源機制解

5 結論

對范縣及鄰區中小地震用雙差定位法重新定位并用CAP方法反演了其震源機制解。結果表明：

（1）與原始結果相比，重新定位后的地震震中更集中，主要地震集中分布區域變小，沿聊蘭斷裂帶呈NE向分布，與斷層走向一致，大部分地震集中收斂到聊蘭斷裂以西的坳陷區內，與斷層的關系更顯密切。重新定位后的震源深度有82%為7～8km，深度分布也較集中。

（2）用CAP方法反演的地震震源機制解結果顯示，節面Ⅰ走向為NE向，這與精定位后的震中分布方向一致，同時，節面Ⅰ的優勢傾角約為53°，震源錯動類型大多表現為走滑型。

圖3 M L≥3.0震源機制解及P軸方向變化

（3）根據本文獲得的該地區的震源機制解，結合震區的地質構造和精定位后的震中分布（圖1）綜合來看，該區震源機制解的節面Ⅰ指示了相應的發震斷層，與震源區內聊蘭斷裂帶相對應。此外，14個地震中有9個地震的P軸方位為50°～100°，均值為75°的占地震總數的64%，這與華北地區主壓應力方向基本一致。鑒于聊蘭帶的斷裂規模和歷史上曾發生過強震的現實，推測該區域的地震應與聊蘭斷裂活動相關。