扎蘭屯地區中小地震重新定位研究

趙 星， 高 源，張 帆， 孫海鑫， 翟 浩

(1.內蒙古自治區地震局，內蒙古 呼和浩特 010010；2.內蒙古自治區東勝地震臺，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

0 引言

地震定位是地震學中最經典、最基本的問題之一，其有效應用于地震活動構造、地球內部結構、震源幾何構造等地震學中基本問題的研究[1]，相關科研人員一直在不斷改進或提出新的定位方法。地震定位方法可分為相對和絕對定位方法。相對地震定位方法的優勢在于其能有效地減小速度結構誤差的影響，雙差定位方法[2]是近年發展起來的一種相對定位方法。此方法利用信號的走時差反演震源位置，反演叢集地震中單個地震相對于叢集矩心的相對位置，能夠有效地消除震源至臺站共同傳播路徑效應，對地殼速度模型的依賴性相對較小。因此，被廣泛應用于震群和地震序列的精定位研究中[3-4]。

扎蘭屯地區是內蒙古東部地區中小地震活動性較高區域，處于大興安嶺隆起北段，此區域是NNE向的大興安嶺主脊斷裂和多條NW向斷裂交匯處，歷史上發生過1956年扎蘭屯5.3級、1980年博克圖5.6級、1981年博克圖5.1級和2008年鄂倫春自治旗5.2級等多次中強地震。扎蘭屯一帶地震叢集現象比較明顯，對此地區的精定位研究有利于地區發震構造的深入探討。

文章使用內蒙古地震臺網觀測報告，提取直達波的絕對走時和相對走時，使用雙差定位方法對內蒙古扎蘭屯地區地震進行重新定位，在重新定位結果的基礎上分析扎蘭屯地區地震震源位置和震源深度的分布特征。

1 方法和原理

兩個地震震源之間的距離小于事件到臺站的距離，可以認為震源區和這個臺站之間的整個射線路徑幾乎是相同的，可通過地震事件兩兩組對的方法在一定程度上消除地殼速度結構橫向不均勻性帶來的定位影響。

雙重殘差定義為兩個事件之間觀測和計算走時之差的殘差，表示為：

假設事件之間有一個不變的慢度矢量，兩個事件i和j的震源距離變化表示為：

式中：Δmi是第i個地震的震源參數改變量，將所有臺站對和所有地震聯立，對構成線形方程組。

WGm=Wd

。

采用共軛梯度法求解方程組，得到重新定位結果。

2 數據

原始數據來自內蒙古地震臺網觀測報告，選取扎蘭屯地區(121°～124°E、46°～51°N) 2008年10月至2017年6月的觀測資料。根據走時震中距關系對數據篩選，刪除錯誤數據和誤差較大數據，第5頁圖1為篩選后的直達波震相走時-震中距關系，近似為線性關系。使用hypoDD程序包中的ph2dt程序，對研究區內的小震配對和篩選，得到符合雙差定位條件的地震共190條。圖2a為觀測報告中的定位地震，圖2b為符合重新定位條件的地震，因該地區臺站分布較稀疏，地震監測能力較弱，符合定位條件的地震有限。

圖1 篩選后震相的走時—震中距關系Fig.1 Relation between travel time and epicentral distance of seismic phases after screening

初始模型對重新定位結果有較大影響，在重新定位中使用velest程序[5]反演獲得的最小一維速度模型作為層析成像的初始模型。第6頁圖3為velest反演的輸入模型和結果，模型1、2、3來自crust 1.0，模型4來自文獻[6]，4種輸入模型的結果較收斂，表明velest反演結果穩定，以4種結果的均值作為雙差定位的速度模型。

3 結果和分析

雙差定位法特別適用于震源分布集中、相鄰地震事件距離幾百米或更小的地震事件群，通過在一定半徑范圍內將每個地震與相鄰地震配對，建立連接做相對定位，與其他地震聯系不牢固的地震將會在反演迭代過程被舍棄掉[7]，對190個地震重新定位后，獲得149個地震的重新定位結果。第6頁圖4為重新定位前后結果的對比，給出空間分布圖和經緯度方向的剖面圖。從平面圖上看出，重定位后，地震位置更集中，簇狀分布更明顯；從剖面圖上看，原始定位的震源深度分布層較離散，雙差定位后震源深度較集中，主要分布在5～15 km范圍內，說明扎蘭屯地區的震源深度較淺，主要分布在上、中地殼內。地震主要沿NE向分布，與大興安嶺北段構造一致。剖面圖顯示，研究區域西北側震源深度較淺，東南側較深，大興安嶺山脊區域震源深度分布下限較深。第6頁圖5為重新定位后三分向的誤差頻次分布，均符合正態分布，E-W向平均誤差0.88 km，N-S向1 km，U-D向1.12 km，平均走時殘差0.49 s，定位質量較原始報告有所改善。

圖2 扎蘭屯地區地震分布圖Fig.2 Seismic distribution map of Zhalantun area

4 結論與討論

重新定位后，地震位置更集中，簇狀分布更明顯。震源深度較集中，主要分布在5～15 km范圍內，說明扎蘭屯地區的震源深度較淺，多位于上、中地殼內。地震主要呈NE向分布，與大興安嶺北段構造一致。剖面圖顯示，區域西北側震源深度較淺，東南側較深，大興安嶺山脊區域震源深度分布下限較深。

圖3 Velest輸入模型和反演結果Fig.3 Velest input model and inversion results

圖4 地震重新定位前后結果對比Fig.4 Comparison of results before and after earthquake relocation

圖5 重新定位誤差頻次圖Fig.5 Error frequency diagram of relocation