吉林松原5级震群的重新定位研究

王 亮，李 君 ,顾强强,何荣淼

（1.辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034；2.沈阳地震基准台，辽宁 沈阳 110100）

0 引言

2013年10月—2014年1月在吉林省松原地区发生了5次5级及以上地震活动，地震活动呈震群态势。从震群所处地质构造来看，震群发生在扶余—肇东断裂南段。扶余—肇东断裂应属于一条隐伏断裂，对该断裂的研究较少。本次震群发生地曾于2006年3月31日发生过1次5.0级地震。在2006年5级地震前该地区（以震群中最大震级周边10km计算）地震活动较弱，在2006年5级地震后该地区存在一些地震活动，但地震活动于近年也有所减弱。2013年10月31日5级震群开始前该地区2级地震活动已平静2年之久（图2）。

根据吉林、辽宁、黑龙江等地台网测定该震群大致活动集中于一点发生。5级地震活动震中相距较近（图1）。由于本次震群活动中地震震级较大。最大震级达到了ML5.8。地震在空间上的破裂尺度应存在一定的距离。根据震级与破裂长度的统计关系[1]进行计算5.8级地震破裂的尺度应在2.7～3.6km之间。多次5级地震的破裂尺度在空间上应存在一定的距离并形成一定的展布方向。为此本文应用双差定位的方法，利用2008年以来吉林、辽宁、黑龙江、内蒙古等地记录到的吉林松原地区的震相报告，对该震群进行了重新定位研究。

图1 吉林及周边地区2013年以来ML≥2.0级震中分布Fig.1 The distrution of ML≥2.0 earthquake from 2013 in Jilin area

图2 吉林松原地区ML≥2级M-t图Fig.2 The M-t map of ML≥2.0 earthquake in Jinlin Songyuan area

1 方法概述

地震定位对地震空间分布乃至地球内部物理构造的研究都有着重要意义。震源位置测定的精度主要受到可用定位震相的多少、区域地震台站分布的均匀性、地震波到时读数的精确程度以及研究区域所用的地壳速度结构模型的准确程度等因素的影响[2]。目前常规的地震定位方法大多源于Geiger[3]提出的一种线性的绝对定位方法，该方法对初始值的依赖性较大。相对地震定位方法主要有主事件定位法和双差定位法，可以有效减小速度结构误差的影响[4]。在主事件定位方法中[5,6]，每个事件仅相对于一个事件，即主事件重新定位。由于定位过程中所有事件必须和主事件相关，因此该方法限制了可重新定位地震丛的最大空间范围。为了克服主事件定位方法的缺陷，Waldhauser等[7]提出了双差定位方法，其可以对很多较大空间范围内发生的地震同时进行重新定位。

双差定位法应用射线理论，把地震i相对于台站k的到时T表示为沿射线路径的积分：

式中,τ是地震i的发震时刻，u是慢度，ds是路径上的长度。Waldhauser（2000）针对不同测点的观测到时进行对比，得到了在各观测点k事件i的走时残差r和对当前4个震源参数扰动Δm的线性方程式:

式中，r为走时残差，分别为观测到时和理论到时，通过取一对事件的方程式（2）之差，得到地震i和j的相关震源参数的公式：

式（4）被定义为双差，也可表示为：

式（5）展开即为：

结合式（6）将所有台站的方程组成矩阵形式表述：

式中，G是一个M×4N的偏微商矩阵；m含有待定震源参数的变化量；W是对每个方程加权的对角矩阵；M是双差观测数目；N是地震数；d是双差矢量。计算时假设质心不变且所有地震重新定位后平均位移为0，通过迭代尽量减小残差，最终得到震源位置参数。

2 资料处理与速度模型

虽然吉林松原本次震群活动始于2013年10月，但是为了使震相资料的误差减小，所以数据选取了2008年之后吉林、辽宁、黑龙江、内蒙古台网记录到该震群区及周边的（123～125oE，44～46oN）地震的震相报告，并加以进行震中距走时曲线的校正，删除了大于5倍均方差的走时数据。发现删除一定误差的走时数据后，数据质量有了一定的提高（图3）。为了使得到的结果更加精确。只选取了震中距小于300km的地震走时数据。由于较近的地震观测台站受到地下速度不均匀性的影响更小，所以把震中距较小的台站设置的权重较高。把震中距小于100km的地震射线权重设置为1，而震中距在100km和200km的权重设置为0.5，震中距大于200km的设置为0.25。

在速度模型选择上本文借鉴了卢造勋[8]对该地区的反演结果，得到了在本地区的P波速度一维模型（表1）。

表1 地震定位采用的p波一维速度模型

3 定位结果分析

3.1 定位前后结果对比

应用双差定位方法对吉林松原2013年10月开始的5级震群进行了重新定位。通过误差的统计可以发现（图4），定位后水平方向的误差主要集中在0.2～0.6km左右，深度上的误差大部分也在1km之内，说明定位的误差较小，定位的结果相对较好。

图3 走时-震中距曲线（a,校正前；b，校正后，红色为p波，绿色为s波）Fig.3 Fitting curve of travel and distance

图4 利用双差方法对吉林松原地区震群重新定位后各个方向的误差分析Fig.4 The error analysis of each direction after relocation of Jinlin Songyuan swarm

通过定位前后震中的空间分布（图5）可以发现，定位前震群无规律的集中在一点，定位后震群的主要地震存在北西近东西向的展布特征。

图5 利用双差方法对吉林松原地区震群定位前后震中空间分布（a,定位前；b,定位后）Fig.5 The epicenter distribution before and after relocation using Double difference location method in JinLin Songyuan area

通过定位前后的深度对比（图6）可以发现，定位前深度主要集中在6～10km之间，定位后深度展布的尺度更大。在22km之内地震均有分布。

图6 利用双差方法对吉林松原地区震群定位前后深度分布对比（a，定位前,b，定位后）Fig.6 The contrast of depth distribution before and afrer location in Jinlin Songyuan area

3.2 震群活动时间迁移及深度剖面分布分析

由于吉林松原5级震群从2013年10月31日开始活动直至2014年1月初为止，震群已活动了60多天的时间。为了深入的了解该震群的活动特征，分别按发震的前后（首次地震之后的天数）顺序，绘制了不同颜色的震中分布（图7），并沿震群展布方向AA’和垂直方向BB’、CC’和DD’进行剖面分析（图8，图9），发现地震活动长轴沿北西近东西向分布，且随时间有向东发展的态势。从深度分析，震群主要可以分为三个阶段：开始，2个5级地震活动集中在10km左右发生；之后，深部地震活动开始发生——2次5级地震发生在较深的位置（图9BB’）；最后，又向较浅的位置发生破裂（图9AA’）。从空间活动分析，前期地震活动主要在震群的东部，之后地震活动向深部发展，通过图9BB’与图9CC’的对比可以发现，2个较深的5级地震所处断层的倾角与较浅地震所处断层的倾角是不同的。所以可以推论松原5级震群活动的发生可能是由两个不同倾角的活动断层共同作用发生的。其中一个活动断层位置较浅，另一个活动断层位置较深。之后地震活动主要受较浅断层的影响地震活动向东展布，且震级较小（图9CC’,DD’）。而由于另一个断层的深度较深，所以小震活动并不丰富，空间展布长轴并不明显。这也解释了该震群的深度展布尺度较大的原因。

图8 定位后震中随时间分布的剖面划分（右侧标注表示松原震群2013年10月31日首个地震之后的天数以不同颜色绘制）Fig.8 Section division of epicenter distribution

图9 定位后震中随时间分布的剖面分析（右侧标注表示松原震群2013年10月31日首个地震之后的天数以不同颜色绘制）Fig.9 The profile analysis of the the epicenter distribution characteristics over time after location

4 讨论与结论

本文应用双差定位的方法对吉林松原2013年10月31日～2014年1月1日发生的5级震群进行了重新定位。重新定位结果表明，震群的长轴展布方向为北西近东西向。震群活动的深度较广。

通过与地震空间展布与时间次序的对比分析发现，该震群活动可以分为两个阶段：第一阶段深部地震活动，第二阶段震群逐步向东展布。

通过不同深度地震剖面所处断层倾角的对比研究可以推论，该震群活动可能是有2个不同的断层共同作用所致。其中较浅的断层应沿北西近东西向展布，该断层在5级地震之后存在明显的小震活动。而另一条断层由于所处位置较深，小震活动并不明显，长轴展布方向不是特别明朗。

[1]冉洪流.中国西部走滑型活动断裂的地震破裂参数与震级的经验关系[J].地震地质，2011，9，33（3）:577-585.

[2]Pavlis G L.Appraising earthquake hypocenter location errors: a complete, practical approach for single-event locations[J].Bull.Seism.Soc.Am, 1986, 76, 1699-171.

[3]Geiger L.Probability method for the determination of earthquake epicenters from arrival time only[J].Bull.St.Louis.Univ, 1912, 8: 60-71.

[4]Got J L, Fréchet J, Klein F W.Deep fault plane geometry inferred from multiplet relative relocation beneath the south flank of Kilauea[J].J.Geophys.Res, 1994, 99: 15375-15 386.

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[8]卢造勋，蒋秀琴，等.中朝地台东北缘地区的地震层析成像[J].地球物理学报，2002,45（3）：339-351.