豫北及邻区地震双差法重新定位研究*

莘海亮 方盛明 李 稳

(中国地震局地球物理勘探中心，郑州 450002)

豫北及邻区地震双差法重新定位研究*

莘海亮 方盛明 李 稳

(中国地震局地球物理勘探中心，郑州 450002)

利用双差地震定位法对豫北及邻区1985—2008年的787次地震进行重新定位，得到了497次地震定位结果。结果显示：重新定位后震中呈条带状丛集分布，部分地区地震向构造带趋近;震源深度主要分布在上地壳和中地壳内，平均深度13.3 km，10～20 km为多震层深度范围。

豫北及邻区;双差定位法;重定位;多震层;震源深度

1 引言

研究地震定位方法和提高地震定位精度，一直是地震科学中的一个重要课题。常用的地震定位方法主要分为绝对定位方法与相对定位方法。近年来，双差地震定位法［1，2］，作为定位精度相对较高的一种相对定位法得到了国内外许多学者的使用及改进［3-8］。本文拟利用该方法对发生在豫北及邻区1985—2008年的地震进行重新定位，并分析探讨重新定位后地震活动的空间分布特征及其与活动构造之间的关系。

2 资料选取及计算

2.1 资料选取

所选研究区范围为35.00°～37.17°N，113.12°～115.83°E。重新定位所用资料为1985—2008年区域地震台网所记录到的P波、S波初动绝对到时数据。经计算理论走时、剔除差错数据，对资料震相不清、距离太远的地震进行删除，最后得到4个以上台站记录到的地震共787个。地震台站总数达38个，其中包括河南和河北境内的部分台站以及山西、山东的个别台站(图1，虚线框内为研究区)。

2.2 速度模型

双差地震定位算法中采用的是水平分层速度模型，需要选用较为精细的速度模型。我们以通过本区的长治-菏泽人工地震测深速度剖面［9］与安阳地区三维速度结果为主［10］，并参考文献［11］在邯郸-邢台地区进行双差定位所使用的一维速度模型，共同确定了本区地震定位的初始速度模型(表1)。

图1 研究区活动断裂与台站分布示意图Fig.1 Sketch of the distribution of active faults and seismic stations

表1 重新定位所使用的一维地壳速度模型Tab.1 Velocity mode used for the relocation

2.3 定位计算

首先应用ph2dt程序进行震相数据预处理，然后应用HypoDD程序进行地震定位计算。对于初始震相数据需要确定先验权重，由于P波震相读数精度要比S波震相读数精度高，所以对P波读数赋予1.0的权重，相应的S波读数赋予0.8的权重。定位计算时依据研究区地震较多，台站分布比较密集的特点，选取的台站与地震的间距小于300km，地震对的间距小于10km;采用共轭梯度法求解方程，得到阻尼最小二乘法解。第一轮的4次迭代由地震的初始位置和先验权重开始;第二轮的6次迭代，采用标准偏差的4倍作为截断值。通过反复迭代，舍去残差大于截断值的震相数据，并用上一次迭代的结果更新震源位置、残差和偏导数矩阵，每次迭代得到的残差大小作为下一轮迭代的加权函数，直到得到稳定的解。

3 结果及分析

重新定位后得到了497个地震事件的精确位置参数，个数占初始定位数据的63%。

3.1 震中分布特征

图2是初始地震震中分布图和重新精确定位后的震中分布图。为增强图像之间的可比性，图2(a)和图2(b)中地震个数同为497个，即定位前后所示地震事件一一对应。对比定位前后震中分布特点可以看出，定位后震中的平面分布有一定的变化，地震多呈条带状丛集分布，变化较为明显;同时定位前出现的由原始定位误差引起的经向或纬向排列的假象，重新定位后明显得到改善，如黎城西南、磁县至涉县以及范县至菏泽一带的地震。永年、黎城西南部、磁县、范县南部、菏泽西部等地区的地震有向断裂趋近的变化。

3.2 震源深度分布特征

在地震定位问题中，震源深度的精确确定是主要关心的问题。为此我们以5 km为统计间隔对不同震源深度的地震频次进行了定量统计，结果如图3所示。定位前原始台网约有18%的地震未给出初始深度值，地震分布总体较为分散，图3(a)显示在10～15 km震源深度分布相对集中，其原因是当程序计算结果偏大或偏小超出合理范围后，分析人员人为进行调整，多数取震源深度为10 km所致。经重新定位全部地震都给出了深度值，震源深度主要分布在5～25 km深度层，占定位结果总数的88%;优势分布为10～20 km的中地壳层，震源平均深度为13.3 km(图3(b))，这与张小涛等［11］和于湘伟等［8］的研究结果相近。

为了更直观地分析震源深度分布特征，沿同一纬度(36.00°N)给出了定位前后全部地震由西向东的深度剖面分布(图4方框所示)。剖面显示，定位前有部分地震位于地表附近，在5 km及10 km深度处地震出现明显的横向排列，同时其他位置还出现有垂向排列的分布现象(图4(a));重新定位得到的地震深度分不同区域为集中丛集分布(图4(b))。豫北及邻区的震源深度优势分布层为10～20 km，位于中地壳内。

图2 497个地震定位前(a)后(b)震中分布与反演断层走向、倾向所用的小震范围(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)

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

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

3.3 地震深度分布与构造关系分析

为了更好的分析地震空间分布与深部构造的相互关系，对于地震定位结果呈现的5个集中区AA'、BB'、CC'、DD'、EE'(图2(b))，选择其中沿断层走向分布较好的AA'、BB'、CC'剖面，采用文献［12］提出的利用小震分布确定所在区域断层走向、倾角的方法获得了AA'、BB'、CC'3个地震集中区深部断层的走向、倾角参数及相对应的误差范围(图5);对于DD'、EE'两个地震集中区则沿着长轴方向给出了地震深度剖面分布(图6)。

AA'地震集中区呈北西西向展布，该地震条带恰好贯穿1830年磁县大地震极震区［13］。该处计算所得断层走向为N70.2°W，标准差为1.7°，断层的水平面投影显示其与地表磁县-大名断裂(F5)西段走向大致一致，断层面上边界与地表磁县-大名断裂位置几乎重合;垂直于断层面的横断面给出了深部断层的空间位置，近乎直立，倾角为82.7°，标准差为3.7°，倾向SW。刁桂苓等［13］采用多元线性回归的方法，由磁县大震区内中小地震的震源位置对磁县大震震源断层进行了拟合计算，所得震源断层的参数与本文结果较为近似，其中只是断层倾向略有差异。横断面显示地震深度分布在5～25 km深度范围，由此推测该处断层即磁县-大名断裂段可能错断到下地壳(图5(a)、(b)、(c))。

图5 AA'、BB'、CC'地震集中区地震分布在水平面(a，d，g)、断层面(b，e，h)和垂直于断层面的横断面(c，f，i)上的投影(黑虚线表示地质断层;粗线表示确定的断层面边界，字母所在一侧为断层的上边界;SD为断层走向，DD为断层倾向，DA为断层倾角)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'地震集中区呈北北东向展布，该处计算所得断层走向为N5.2°E，标准差为1.9°，断层的水平面投影显示大致平行于地表聊城-兰考断裂(F11)，两者位置接近于重合;垂直于断层面的横断面给出了断层的空间位置(倾向NW，倾角为87.8°，标准差为2.6°)。前人对聊兰断裂进行了综合研究，地震剖面特征显示该断裂是正断层，断面倾向为北西西，断面上部视倾角约为70°～80°［14］。横断面显示地震深度分布主要集中在10～20 km深度范围，平均深度约为14 km(图5(d)、(e)、(f))。该处地震主要位于山东鄄城与河南濮阳交界及其附近采油区，属于东濮凹陷，为第三系盆地，时间上主要集中在2001年以来。

图6 DD'、EE'地震集中区地震深度剖面分布与构造关系(粗线表示断裂的空间位置)Fig.6 Relation between profile of earthquake depth and tectonics in DD'、EE'area(Thick line is the fault plane boundary)

CC'地震集中区呈北北东向展布，该处计算所得断层走向为N24.1°E，标准差为3.8°，断层的水平面投影显示大致平行于地表聊城-兰考断裂(F11)，断层面上边界与地表聊城-兰考断裂位置比较接近;垂直于断层面的横断面给出了断层的空间位置(倾向SE，倾角为54.8°，标准差为5.6°)。地震深度主要分布在6～18 km深度层内，为中地壳范围(图5(g)、(h)、(i));该处地震多发生于菏泽断裂与聊城-兰考断裂交汇及其东北邻区周围，整体位于聊城-兰考断裂东侧，兰聊断裂带遥感影像简图显示靠近兰聊断裂带以东附近发育着北东向的次级线性构造［14］，据此推测该地震集中区地震发生多为兰聊断裂带东侧北东向的次级线性构造与其南端的菏泽断裂深部相互作用的结果。

DD'地震集中区呈北西西向展布，垂直穿过长治断裂，地震深度剖面显示地震集中分布于宽约5 km的条带内，同时刻画了长治断裂在该处的深部展布特征，倾向SE，可能错断到下地壳。

EE'地震集中区呈北西向展布，该处地震位于林县盆地及其边缘，地震深度剖面中显示地震分布较浅，位于3～16 km深度层内，这与文献［15，16］对林县小震活动进行研究所得的震源浅，震源深度一般在6～12 km，大多数在15 km以上等结论相符合。此外地震呈北西向条带状分布特征，可能意味着此处存在着北西向隐伏断层。

4 讨论和结论

1)利用双差定位法对发生在豫北及邻区1985—2008年的地震进行了重新定位研究，得到了497次地震的基本参数。均方根残差由定位前的1.65 s降为0.68 s，震源位置的测定误差在E-W方向平均为1.1 km，在N-S方向平均为1.1 km，在竖直方向平均为1.3 km，定位精度有了明显提高。

2)重新定位后研究区地震多呈条带状丛集分布，局部地区的地震有向构造带趋近的变化;震源平均深度为13.3 km，10～20 km为多震层深度范围。

3)对于地震定位结果呈现的5个集中区，使用小震分布确定所在区域断层走向、倾向的方法获得了沿断层走向分布较好3个地震集中区深部断层的走向及倾角参数;同时对另外两个地震集中区沿着长轴方向给出了地震深度剖面分布及断裂的深部展布特征。计算所得的深部断层空间位置与地表地质断层较为相近，分析存在偏差的主要原因是地质断层多为地表直接考察所得，而本文的计算结果侧重于断层的深部空间位置，为反演计算所得，存在一定的精度误差。

致谢 衷心感谢安阳市地震局、邯郸中心地震台的热心帮助，以及感谢万永革、刁桂苓研究员、冯向东博士的热心指导!

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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

国家自然科学基金重点项目(40827001);中国地震局地球物理勘探中心论著RCEG201007

莘海亮，男，1982年生，硕士，助理工程师，主要从事地震精定位及地震层析成像研究.E-mail：hlia_0223@163.com

P315.6

A