2016年山西运城ML 4.8地震序列精定位分析

2021-03-19王卓君任力伟

地震地磁观测与研究 2021年6期

王卓君蔡妍张娜任力伟

1）中国太原030021 山西省地震局

2）中国北京100081 中国地震局地球物理研究所

0 引言

据山西测震台网测定，2016 年3 月12 日11 时14 分山西运城市盐湖区发生ML4.8 地震（下文称为运城ML4.8 地震），震源深度12 km。该地震震中附近最高烈度达Ⅵ度，运城市区震感强烈。截至当年5 月10 日，山西测震台网共记录ML2.0 及以上余震26 次，其中ML4.0—4.9 地震1 次，ML3.0—3.9 地震4 次，ML2.0—2.9 地震21 次，最大余震为3 月27 日ML4.0 地震。此次地震震源较浅，震中附近人口密度大，建筑物抗震能力较弱，导致7 人受伤，多间房屋受损，造成一定社会影响。运城ML4.8 地震震中位于盐湖区西南部盐湖北岸断裂附近，与晋豫两省交界线最近距离约30 km，是2010 年6 月5 日山西阳曲ML5.1 地震以来山西省内最大地震。

运城ML4.8 地震发生在运城盆地内。运城盆地是南深北浅的半地堑式盆地，位于山西断陷带南端，是山西5 个断陷盆地中海拔最低的。靠近中条山区域为盆地下沉强烈地区，目前仍发育湖泊洼地（吴昊昱等，2017）。与山西断陷带其他4 个盆地相比，运城盆地地震活动性较弱，地震资料较少（宋美琴等，2012；蔡妍等，2014）。对运城ML4.8 地震序列进行精定位及发震构造分析，可弥补该区域地震活动研究的不足。

充分开展余震序列精定位已经成为寻找和判定发震构造的一项重要依据（蔡玲玲等，2017）。近年来，双差定位法广泛应用于大震后余震序列的精定位，如：2014 年8 月3 日云南鲁甸MS6.5 地震发生后，张广伟等（2014）、王未来等（2014）、房立华等（2014）使用双差定位法对其余震序列进行精定位，并结合震源机制、震源破裂过程和区域断裂构造进行综合分析，判定其发震断层为NW 向包谷垴—小河断裂，而非震区主要构造带昭通—鲁甸断裂带。

吴昊昱等（2017）基于山西测震台网震相观测报告，给出运城ML4.8 地震序列精定位的初步研究结果。为有效提升地震数据方位分布的完备性，本文将山西和河南测震台网2016—2018 年震相观测报告进行匹配合并，采用双差定位方法，对运城ML4.8 地震的前震、主震及余震序列重新进行精定位处理，探讨地震序列空间分布特征及构造意义。

1 资料与方法

从中国地震局地震编目系统网站中选取2016 年1 月—2018 年12 月，34.9°—35.1°N，110.8°—111.0°E 的正式震相观测报告。此研究范围完整包含了运城ML4.8 地震序列的前震、主震及余震。由于此次地震发生在山西、河南两省交界地区，晋豫两省台网对地震序列均进行了编目。考虑到河南台网目录是山西台网目录的子集，我们以山西台网目录为基准，将河南台网目录的震相观测报告合并至山西台网目录中。图1 为本文所使用的山西与河南台网相关台站分布图。从图中可以看出，目录合并后运城ML4.8 地震序列的定位台站的方位分布更完备，观测走时的约束能力更强，可以有效提高地震定位的精度（龙锋等，2018）。

考虑到地震重定位结果的可靠性，我们只选择台站记录数≥3、震相数≥6 的地震事件进行重定位。经过筛选，山西和河南台网分别记录到运城ML4.8 地震的前震和余震序列400 和128 次事件，合并为400 个独立事件。这些地震为山西和河南测震台网共81 个台站所记录到的400 次地震（图1），共有6 449 条震相资料：包括直达波Pg 绝对到时数据2 968 条，Sg 绝对到时数据3 217条，首波Pn 绝对到时数据233 条，Sn 绝对到时数据31 条。这些地震的震级范围在ML0.0—4.8，初始深度分布在1—19 km。

图1 研究区构造特征及定位所使用的山西与河南台网台站蓝色三角形：山西台网台站；绿色三角形：河南台网台站；黄色三角形：共同使用的台站；红色实心圆：重定位前震中Fig.1 Distribution of used seismic stations

双差地震定位方法是一种相对定位方法。相比于绝对定位方法，它通过最小化同一台站记录到的地震对观测和理论走时差之间的残差（双差）来提高定位精度，能够很好地约束成丛性微震之间的相对位置，从而更好地与发震构造相关联。该算法要求地震对之间的距离远小于地震到台站的距离，使得2 个地震到同一台站的走时差只由2 个地震的相对位置所决定，可以在一定程度上消除由于速度模型的不确定性造成的影响（Waldhauser et al，2000）。

本研究采用双差地震定位法对运城ML4.8 地震序列进行重新定位。根据研究区内地震事件和台站分布特点，设置事件到台站的最大距离为500 km，每个事件的最大邻居数为8，事件对之间的最大间距为8 km，最终形成3 063 个地震对，地震对的平均空间距离是1.64 km。因震相数据较多，故采用共轭梯度法求解方程，采用2 轮迭代，每轮迭代4 次。重定位使用的P 波速度模型参考蔡妍等（2014）的山西地区地壳速度模型（表1）。考虑到P波和S 波震相清晰度的差异，在精定位计算中对2 种震相设置了不同的权重，前者为1.0，后者为0.8。

表1 重定位时使用的P 波速度模型Table 1 P-wave velocity model used for relocation

2 结果与讨论

对运城ML4.8 地震序列的400 次地震进行重定位后，得到395 次地震定位结果。所有重定位地震的走时均方根残差的平均值由0.270 s 降为0.162 s，震源位置在EW 方向平均误差为0.859 km，NS 方向平均误差为0.734 km，UD 方向平均误差为1.151 km。

2.1 重新定位地震序列空间分布特征

图2 给出运城ML4.8 地震序列重定位前、后的震中位置分布。由图可见，与重定位前相比，重定位后地震分布更加集中，且5个ML≥3.0余震由较为离散的状态收敛为线性分布，在一定程度上显现出发震断层的走向。

图2 运城ML 4.8 地震序列重定位前(a)、后(b)的震中分布红色实心圆代表地震；黄色五角星代表主震；绿色五角星代表5 个ML ≥3.0 余震Fig.2 Distributions of epicenter before (a) and after (b) relocationfor Yuncheng ML 4.8 earthquake sequence

图3 为运城ML4.8 地震序列重定位前、后的震源深度分布图。地震重新定位前，震源深度集中分布在4—13 km 范围内，约占地震总数的90%，其中震源深度5 km 的地震最多，达123 次，这可能与目录定位精度不够有关；重新定位后，震源深度分布形态更接近于正态分布，地震在4—10 km 震源深度范围内优势分布，约占地震总数的85%。重定位后的运城ML4.8 地震序列震源深度分布特征与蔡妍等（2014）的结论相吻合。该地震序列的震源深度均小于17 km，显示其主要发生在中上地壳。

图3 运城ML 4.8 地震序列重定位前(a)、后(b)震源深度分布(a)地震目录确定的震源；(b)双差法定位的震源Fig.3 Depth distributions before (a) and after (b) relocation for Yuncheng ML 4.8 earthquake sequence

盆地内部的沉积层对盆地地震地面运动具有放大作用（王洲鹏等，2016；黄妍等，2017）。此次地震序列发生在运城盆地的中心凹陷区域，相对较浅的震源深度，导致沉积层对地震波振幅的放大作用明显，造成震中附近乡镇及运城市区震感强烈。

2.2 主震与较大余震的深度分布特征

由图2（b）可见，参照主震和5 个ML≥3.0 余震的水平分布形态，本次地震序列重定位后呈NNW 向优势展布，主震位于地震丛集东南侧。沿NNW 向和SWW 向分别做剖面AA′和BB′，绘制2 个剖面的震源深度分布图，见图4。从AA′剖面震源深度分布[图4（a）]可见，主震及较大余震集中分布在此剖面南段的8—11 km 深度范围内，与震源机制解测定的此次地震序列的主震和最大余震的深度一致（梁永烨等，2018），反映出破裂发生的主要区域。地震沿AA′剖面水平向破裂尺度约为3 km，从南向北震源深度逐渐变浅。BB′剖面垂直于发震断层，相应的震源深度分布[图4（b）]显示，地震呈近垂直分布，表明发震断层具有高倾角，并略微倾向NE。