甘东南流动台阵微震监测结果①

高 见，张元生，2，郭 飚，刘旭宙，2

（1．中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州 730000；2．中国地震局地震预测研究所兰州科技创新基地，甘肃 兰州 730000；3．中国地震局地质研究所 地震动力学国家重点实验室，北京 100029）

0 引言

天然地震流动台阵观测技术从20世纪80年代开始在我国运用并迅速发展，至今已日趋成熟。它利用便携式数字化地震仪，按照某种平面几何图形在探测研究区域布设成阵列，不间断采集天然地震数据，特别适合于区内地震的精确定位、地球结构的三维成像等综合研究。目前已经成为开展地球深部结构高分辨率观测的重要手段。

位于新构造活动强烈的青藏块体东北缘的甘肃东南部（简称甘东南）地区，同时也处于南北地震带及祁连山地震带的交汇部位［1］。区内存在多组活动断裂、地震活动频繁，是我国主要的地震区之一，也一直是地学家研究的热点。为了密集监测青藏高原东北缘地区的地震活动和深入研究该区域的地球深部介质，2009年11月，中国地震局地质研究所和中国地震局兰州地震研究所合作，在甘东南地区架设了野外观测流动台阵。该台阵共有七条测线、包含150个流动台站，平均台站间距约10km（图1），观测时段为2009年11月至2011年11月，获得了大量的地震观测数据。

本文利用该流动台阵记录的地震波到时数据，应用网格搜索地震定位法进行地震重新定位，根据地震定位结果对该区域地震活动性进行分析，探讨地震活动性和活动断层的关系，并重点对一些横跨断层的地震深度剖面进行分析，进一步研究断裂带的空间展布。

1 资料及处理

1．1 数据资料

本文使用了流动台阵数据和固定台（甘肃台网及邻近省周边台站）数据，将两个台网的数据合并后以1小时时间长度存储为原始波形数据，数据格式为EVT。数据时段为2009年11月13日至2011年11月30日，区域范围为 N32．9°～35．0°，E102．7°～107．1°（图1）。根据地震波的幅频特征，通过程序设计和阀值调整，实现对事件的自动识别。对这些地震事件进行波形截取，并存储为EVT事件文件。我们使用edias或msdp软件，对每个事件文件进行地震事件再次识别、地震震相分析和初始定位，最后获得3243个地震事件的初始定位结果，7万余条Pg波到时和6万余条Sg波到时数据。

1．2 定位原理

本文采用三维网格搜索法对初始定位结果进行重新定位，其方法的基本原理如下：

图1 甘东南震中和台站分布图Fig．1 Distribution of arthqauke epicenters and seismic stations in southeast area of Gansu province．

（1）三维速度模型建立。三维速度模型为空间网格模型。初始模型为水平层状网格模型，每一层由若干个立方块组成，立方块的长宽大小可以不等。根据数据的分辨情况可采用边缘网格大，中间网格小的原则进行水平方向网格划分。该区层厚可根据人工地震测深剖面等［2－6］资料进行划分和给网格速度赋初值［7］。使用以前大量的地震到时资料，应用阻尼最小二乘法进行三维速度反演，获得三维速度模型。

（2）射线追踪。在三维速度模型中，接收点和震源（一个点）为两个已知点，先从一端开始，在射线路径上任意连续三点均满足Snell定律［8］，利用几个近似公式逐段迭代，求得射线与部分模块边界的交点，从而实现逐次迭代计算过程。在给定模型参数情况下，每条走时记录经射线追踪计算后都能找到波的最佳传播路径（走时最短），每条路径都是由多条线段（射线穿过单元模块的路程）组成，这些线段乘以相应单元模块的慢度之后的数值之和就是地震波的走时，即理论走时［9］。

（3）反演计算。以初始定位结果的震源参数（x，y，z）作为中心点，建立解空间网格，对每一个可能解进行射线追踪计算，可以获得不同震源参数（xi，yi，zi）的各记录台站的走时，应用目标函数获得残差，其目标函数为

其中n、和分别是台站记录个数、理论走时和观测走时。Δt最小值对应的震源参数即为重定位的结果。

1．3 计算结果

本文应用S－P到时差进行重定位计算，计算过程中不考虑发震时刻和仪器的钟差，能够提高原始资料的精度，并能减少待求参量，对解的不唯一性有所改善。在计算过程中，对至少具有3个台站的S－P到时记录的地震进行重定位，并对误差大的地震资料进行核对，或进行震相重新分析。最后获得了3 014个地震事件的重新定位结果，其走时均方根残差为0．01～0．4s，绝大多数事件的残差小于0．3s，震源参数的水平位置误差绝对值小于0．5 km，深度误差绝对值小于1．0km。

2 结果分析

2．1 地震平面分析

在2009年11月13日至2011年11月30日间，流动台阵观测到有3个以上台站记录的地震3014次，固定台网记录到1321次地震（来自国家地震科学数据中心），流动台阵的记录多1 693次，地震数多一倍以上。流动台阵的密集分布提供了更好的监测能力。在这些地震事件中，地震事件最多可达89条台站记录，总共获得70 303条Pg波和63 262条Sg波记录，该台阵为本区深部结构等研究提供了丰富的基础资料。

相对常规固定台网的定位结果，重定位后地震的平面分布有一定变化，主要表现为地震在各断裂带附近的分布更加密集，沿断裂呈条带状或簇集状分布，活动断裂与地震关系密切。在若尔盖至文县之间存在NW向的地震条带，位于塔藏断裂（F6）［10］的南侧，这可能反映了塔藏断裂的地震活动情况；光盖山—迭山北麓和南麓断裂（F3、F4）及迭部—白龙江断裂（F5）三条断裂走向基本一致，断裂带内地震密集；在临潭—宕昌断裂（F2）段，地震沿断裂带呈带状分布，条带较宽，集中分布于临潭—卓尼和岷县—宕昌段；西礼盆地西边缘存在一条较宽的NNE向地震条带分布；在西秦岭北缘断裂带（F1）地震主要集中分布于漳县—武山—甘谷段，在东段（天水段）地震活动较弱；成县以北存在一条近EW向的地震条带，可能是成县盆地北缘断裂（F11）活动反映，小震活动较频繁；文县以北存在一条较宽的NE向地震密集带，以文县断裂（F8）和成县盆地北缘断裂（F11）为大致边界；迭部—白龙江断裂带（F3、F4、F5）与康县北断裂（F9）、成县盆地北缘断裂（F11）在武都地区交汇，此区域地震活动频繁、分布密集。

2．2 地震深度分析

图2给出的流动台阵微震资料重定位前、后震源深度分布显示，重定位前后震源深度分布变化明显：重定位前地震事件的初始震源深度在0～10km范围内，平均深度为6km；重定位后80%地震震源深度分布在5～20km的范围，平均深度为11km，这一结果与杨智娴［12］的研究结果较为一致。从图2（b）可以发现5～20km为该区的震源深度优势分布，震源深度主要在中、上地壳。周真恒［13］指出多震层位于上地壳下部至中地壳；莘海亮［14］研究后得出甘东南地区多震层深度范围约为5～20km；本文的重新定位结果与他们的结论基本一致。而在25 km深度以下有少量的地震，这些地震还不足以说明深部构造的活动性，有待于资料的长期观测。

为了更好的分析地震分布和断裂构造的关系，直观反映断层在深部展布情况，在研究区域内切了3条剖面，剖面大致与断层或地震分布条带垂直，每条剖面的长度不等，即AA＇、BB＇和CC＇剖面（图3）。

在图3（a）的AA＇剖面，剖面两端点经纬度分别为A（33．34°N、103．15°E）和A＇（34．72°N、104．15°E），投影宽度100km，剖面由南向北依次横切塔藏断裂带、白龙江断裂带和临潭—宕昌断裂带。从剖面图可以清晰看出，地震主要分布于5～20km的深度范围内（图3），属于中、上地壳。塔藏断裂带的地震分布较为分散；白龙江断裂带的地震分布较为密集，其断裂带宽度较窄，约为20km；临潭－宕昌断裂带的地震条带较宽，地震分布较复杂，断裂深度延伸至中地壳。

在图3（b）中BB＇剖面，剖面两端点经纬度分别为B（32．94°N、104．63°E）和B＇（34．76°N、105．27°E），投影宽度60km，剖面横切西秦岭北缘断裂（F1）、礼县—罗家堡断裂（F13）以及文县—武都地震密集分布区。西秦岭北缘断裂（F1）在甘谷段地震分布较为密集，断裂深度可达到25km，属于中、下地壳断裂，这与李清河［5］的研究结果较为一致。文县至武都段是几组断裂的转换部位，地震活动频繁，地震分布密集，所对应的断裂构造可能较复杂，不能清晰地区分。武都以北至西和段地震活动较弱，地震分布相对稀疏。

图3 甘东南地区地震分布三条剖面Fig．3 Distribution of seismic epicenters on three profiles in southeast area of Gansu province．

在图3（c）中CC＇剖面，剖面两端点经纬度分别为C（33．17°N、106．06°E）和C＇（34．12°N、106．06°E），投影宽度110km，剖面由南向北依次横切文县断裂（F8）、康县北断裂（F9）、成县盆地南缘断裂（F10）、成县盆地北缘断裂（F11）和麻河沿断裂（F12）。由图可见，文县康县断裂带、成县盆地南缘断裂和北缘断裂的地震分布密集，断裂活动明显，断裂深度可达中地壳至下地壳顶部；成县盆地南缘断裂与康县北断裂之间亦存在较多的地震分布，推测这两断裂之间存在明显的构造活动。

3 结论与讨论

本文利用甘东南流动台阵2009年11月至2011年11月的微震到时观测数据，应用网格搜索地震定位方法对满足重新定位条件的3 014个地震进行了重新定位，分析结果可以得到以下结论：

（1）相比常规固定台网，流动密集台阵对区内地震有更好的监测能力，为深部结构研究提供了丰富的基础资料。

（2）重定位后，地震在各断裂带附近的分布更加密集，沿断裂呈带状或簇集状分布；绝大部分地震的震源深度介于5～20km的范围内。地震深度分布与断裂的关系密切，地震条带与断裂构造可以较好的相对应；在文县—武都区域处于几组断裂转换部位，地质构造复杂，地震分布尤为密集。

甘东南宽频带流动台阵的最初目的是通过观测深远地震对该区的深部介质进行研究。由于宽频带仪器有较宽的频带记录范围（60s－50Hz）和优良的记录性能，在两年的观测时段内记录到大量的微震资料。我们对其中大部分微震记录进行了震相分析和地震定位，但由于受到观测时段较短的条件限制，所观测到的微震数目还稍显不足，因此要进一步精细的反映这一地区地壳结构与断裂展布特征，还有待今后补充更多的地震资料。

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