吉林松原5級震群的重新定位研究

王 亮，李 君 ,顧強強,何榮淼

（1.遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034；2.沈陽地震基準臺，遼寧 沈陽 110100）

0 引言

2013年10月—2014年1月在吉林省松原地區發生了5次5級及以上地震活動，地震活動呈震群態勢。從震群所處地質構造來看，震群發生在扶余—肇東斷裂南段。扶余—肇東斷裂應屬于一條隱伏斷裂，對該斷裂的研究較少。本次震群發生地曾于2006年3月31日發生過1次5.0級地震。在2006年5級地震前該地區（以震群中最大震級周邊10km計算）地震活動較弱，在2006年5級地震后該地區存在一些地震活動，但地震活動于近年也有所減弱。2013年10月31日5級震群開始前該地區2級地震活動已平靜2年之久（圖2）。

根據吉林、遼寧、黑龍江等地臺網測定該震群大致活動集中于一點發生。5級地震活動震中相距較近（圖1）。由于本次震群活動中地震震級較大。最大震級達到了ML5.8。地震在空間上的破裂尺度應存在一定的距離。根據震級與破裂長度的統計關系[1]進行計算5.8級地震破裂的尺度應在2.7～3.6km之間。多次5級地震的破裂尺度在空間上應存在一定的距離并形成一定的展布方向。為此本文應用雙差定位的方法，利用2008年以來吉林、遼寧、黑龍江、內蒙古等地記錄到的吉林松原地區的震相報告，對該震群進行了重新定位研究。

圖1 吉林及周邊地區2013年以來ML≥2.0級震中分布Fig.1 The distrution of ML≥2.0 earthquake from 2013 in Jilin area

圖2 吉林松原地區ML≥2級M-t圖Fig.2 The M-t map of ML≥2.0 earthquake in Jinlin Songyuan area

1 方法概述

地震定位對地震空間分布乃至地球內部物理構造的研究都有著重要意義。震源位置測定的精度主要受到可用定位震相的多少、區域地震臺站分布的均勻性、地震波到時讀數的精確程度以及研究區域所用的地殼速度結構模型的準確程度等因素的影響[2]。目前常規的地震定位方法大多源于Geiger[3]提出的一種線性的絕對定位方法，該方法對初始值的依賴性較大。相對地震定位方法主要有主事件定位法和雙差定位法，可以有效減小速度結構誤差的影響[4]。在主事件定位方法中[5,6]，每個事件僅相對于一個事件，即主事件重新定位。由于定位過程中所有事件必須和主事件相關，因此該方法限制了可重新定位地震叢的最大空間范圍。為了克服主事件定位方法的缺陷，Waldhauser等[7]提出了雙差定位方法，其可以對很多較大空間范圍內發生的地震同時進行重新定位。

雙差定位法應用射線理論，把地震i相對于臺站k的到時T表示為沿射線路徑的積分：

式中,τ是地震i的發震時刻，u是慢度，ds是路徑上的長度。Waldhauser（2000）針對不同測點的觀測到時進行對比，得到了在各觀測點k事件i的走時殘差r和對當前4個震源參數擾動Δm的線性方程式:

式中，r為走時殘差，分別為觀測到時和理論到時，通過取一對事件的方程式（2）之差，得到地震i和j的相關震源參數的公式：

式（4）被定義為雙差，也可表示為：

式（5）展開即為：

結合式（6）將所有臺站的方程組成矩陣形式表述：

式中，G是一個M×4N的偏微商矩陣；m含有待定震源參數的變化量；W是對每個方程加權的對角矩陣；M是雙差觀測數目；N是地震數；d是雙差矢量。計算時假設質心不變且所有地震重新定位后平均位移為0，通過迭代盡量減小殘差，最終得到震源位置參數。

2 資料處理與速度模型

雖然吉林松原本次震群活動始于2013年10月，但是為了使震相資料的誤差減小，所以數據選取了2008年之后吉林、遼寧、黑龍江、內蒙古臺網記錄到該震群區及周邊的（123～125oE，44～46oN）地震的震相報告，并加以進行震中距走時曲線的校正，刪除了大于5倍均方差的走時數據。發現刪除一定誤差的走時數據后，數據質量有了一定的提高（圖3）。為了使得到的結果更加精確。只選取了震中距小于300km的地震走時數據。由于較近的地震觀測臺站受到地下速度不均勻性的影響更小，所以把震中距較小的臺站設置的權重較高。把震中距小于100km的地震射線權重設置為1，而震中距在100km和200km的權重設置為0.5，震中距大于200km的設置為0.25。

在速度模型選擇上本文借鑒了盧造勛[8]對該地區的反演結果，得到了在本地區的P波速度一維模型（表1）。

表1 地震定位采用的p波一維速度模型

3 定位結果分析

3.1 定位前后結果對比

應用雙差定位方法對吉林松原2013年10月開始的5級震群進行了重新定位。通過誤差的統計可以發現（圖4），定位后水平方向的誤差主要集中在0.2～0.6km左右，深度上的誤差大部分也在1km之內，說明定位的誤差較小，定位的結果相對較好。

圖3 走時-震中距曲線（a,校正前；b，校正后，紅色為p波，綠色為s波）Fig.3 Fitting curve of travel and distance

圖4 利用雙差方法對吉林松原地區震群重新定位后各個方向的誤差分析Fig.4 The error analysis of each direction after relocation of Jinlin Songyuan swarm

通過定位前后震中的空間分布（圖5）可以發現，定位前震群無規律的集中在一點，定位后震群的主要地震存在北西近東西向的展布特征。

圖5 利用雙差方法對吉林松原地區震群定位前后震中空間分布（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

通過定位前后的深度對比（圖6）可以發現，定位前深度主要集中在6～10km之間，定位后深度展布的尺度更大。在22km之內地震均有分布。

圖6 利用雙差方法對吉林松原地區震群定位前后深度分布對比（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 震群活動時間遷移及深度剖面分布分析

由于吉林松原5級震群從2013年10月31日開始活動直至2014年1月初為止，震群已活動了60多天的時間。為了深入的了解該震群的活動特征，分別按發震的前后（首次地震之后的天數）順序，繪制了不同顏色的震中分布（圖7），并沿震群展布方向AA’和垂直方向BB’、CC’和DD’進行剖面分析（圖8，圖9），發現地震活動長軸沿北西近東西向分布，且隨時間有向東發展的態勢。從深度分析，震群主要可以分為三個階段：開始，2個5級地震活動集中在10km左右發生；之后，深部地震活動開始發生——2次5級地震發生在較深的位置（圖9BB’）；最后，又向較淺的位置發生破裂（圖9AA’）。從空間活動分析，前期地震活動主要在震群的東部，之后地震活動向深部發展，通過圖9BB’與圖9CC’的對比可以發現，2個較深的5級地震所處斷層的傾角與較淺地震所處斷層的傾角是不同的。所以可以推論松原5級震群活動的發生可能是由兩個不同傾角的活動斷層共同作用發生的。其中一個活動斷層位置較淺，另一個活動斷層位置較深。之后地震活動主要受較淺斷層的影響地震活動向東展布，且震級較小（圖9CC’,DD’）。而由于另一個斷層的深度較深，所以小震活動并不豐富，空間展布長軸并不明顯。這也解釋了該震群的深度展布尺度較大的原因。

圖8 定位后震中隨時間分布的剖面劃分（右側標注表示松原震群2013年10月31日首個地震之后的天數以不同顏色繪制）Fig.8 Section division of epicenter distribution

圖9 定位后震中隨時間分布的剖面分析（右側標注表示松原震群2013年10月31日首個地震之后的天數以不同顏色繪制）Fig.9 The profile analysis of the the epicenter distribution characteristics over time after location

4 討論與結論

本文應用雙差定位的方法對吉林松原2013年10月31日～2014年1月1日發生的5級震群進行了重新定位。重新定位結果表明，震群的長軸展布方向為北西近東西向。震群活動的深度較廣。

通過與地震空間展布與時間次序的對比分析發現，該震群活動可以分為兩個階段：第一階段深部地震活動，第二階段震群逐步向東展布。

通過不同深度地震剖面所處斷層傾角的對比研究可以推論，該震群活動可能是有2個不同的斷層共同作用所致。其中較淺的斷層應沿北西近東西向展布，該斷層在5級地震之后存在明顯的小震活動。而另一條斷層由于所處位置較深，小震活動并不明顯，長軸展布方向不是特別明朗。

[1]冉洪流.中國西部走滑型活動斷裂的地震破裂參數與震級的經驗關系[J].地震地質，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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[6]周仕勇，許忠淮，韓京，等.主地震定位方法分析及1997年新疆伽師震群高精度定位[J].地震學報，1999, 21(3): 258-265.

[7]Waldhauser F, Ellsworth W L.A double-difference earthquake location algorithm: Method and Application to the Northern Hayward fault[J].Bull.Seis.Soc.Amer,2000 ,90(6): 1353-1368.

[8]盧造勛，蔣秀琴，等.中朝地臺東北緣地區的地震層析成像[J].地球物理學報，2002,45（3）：339-351.