中國東南沿海地區地震的精定位研究

王 鵬，孫冬軍 ，王成睿，馮 策，潘國勇

(1.上海市地震局，上海 200062；2. 上海佘山地球物理國家野外觀測研究站，上海 200062)

0 引言

東南沿海地處中國大陸東南緣，是華南塊體的一部分，長期受太平洋板塊、歐亞板塊和菲律賓板塊的聯合作用，中生代以來先后經歷長期的構造擠壓和伸展作用[1]，形成現今復雜的地球物理場和地質構造。區內有2條大規模NE向左旋走滑斷裂，即麗水—海豐斷裂和長樂—南澳斷裂[2]。其中，長樂—南澳斷裂長達400 km，寬38～58 km，是一條大規模超殼斷裂，也是顯著的重力及航磁梯度帶[3-5]。其整體走向在北偏東40°～50°，傾向東南，傾角40°～70°[6]。另外，還有一系列較小規模的NW向斷裂，如巴士斷裂帶，七星巖—九龍江下游斷裂帶，晉江—永安斷裂帶等。其中，巴士斷裂帶是一組較新的、活動性強烈的左旋張性斷裂帶，其從巴士海峽開始，在泉州與汕頭之間登陸，然后繼續向內陸擴展，一直延伸至江西尋烏一帶[7](由于斷層數據的缺失，未能在圖1中標出)。上述兩條NE向和NW向斷裂相互截交形成了東南沿海地區棋盤式的構造格局。該區域地震活動強度由內陸向海域遞增，強震多發生在NW向和NE向斷裂帶的交匯部位[8]。自公元1 000年以來，區內發生了21次6.0級以上的地震，其中，6.0～6.9級17次，7級以上4次，最大陸地地震為1918年2月13日發生在南澳縣的7.3級(見圖1)?？傮w來說，該地區以7級以下地震為主，7級以上主要發生在鄰近海域中。

圖1 研究區域內公元1 000年以來6級以上地震及斷裂分布圖Fig.1 Distribution map of earthquakes with M≥6 and faults in the study area since 1000 AD

文中使用雙差定位法研究區內地震的分布特點。該方法在臺站布局合理的地區，地震定位精度可達到幾米的量級，是研究地下隱伏斷裂，揭示震源區介質性質的主要方法之一，已被國內外地震學家廣泛應用[9-15]。

1 數據來源和參數設置

以東南沿海地區為研究區域，從中國地震局編目網站下載2008至2017年的地震觀測報告。報告中涉及地震臺站229個，其中，臺灣省臺站3個(見圖2)。為確保定位質量，選取震級在ML0.9以上4個以上臺站同時記錄到的地震，對震級相差0.2級、時間相差4 s以內的重復地震進行刪除。使用走時曲線剔除異常走時數據(見圖3)。最終從38 451個原始數據中篩選出9 826個地震，得到P波走時124 643條，S波走時122 009條。由于P波震相人工識別度高于S波震相，在反演過程中，令P波走時權重為1，S波走時權重為0.5。

網格劃分以24°N、117°E為中心，水平方向網格間距為0.5°×0.5°，即東西向有13個節點，南北向有11個節點，垂直向有6個節點，分別為0 km、2 km、6 km、12 km、20 km、26 km、32 km，每個節點的初始速度模型采用前人研究成果[16-17]，該模型將地殼(0～32 m)分為6層，波速比采用統一的1.73。反演時設置阻尼因子為360～400，水平向上平滑系數為40，垂直向上為15，計算結果顯示條件數在70左右，說明反演結果穩定可靠。經統計，重新定位前地震走時殘差均方根(RMS)為0～1.0 s，82%地震的RMS在0.05～0.5 s之間。重新定位后RMS為0～0.05 s(見第7頁圖4)，98.6%地震的RMS小于0.03 s，定位精度明顯提高。

圖2 臺站分布圖Fig.2 Station distribution map

圖3 P、S走時曲線及地震定位速度模型Fig.3 P and S travel time curve and seismic location velocity model

2 定位結果分析

重新定位后有99.8%的震源深度小于28 km，說明區內地震以地殼內構造活動為主。華南地塊內部地震分布相對稀疏，地震主要發生在斷裂帶附近或斷裂交匯部位。在華南地塊的邊緣，地震集中分布，是塊體構造變形的主要區域，表明地震活動受區域構造活動的控制。研究區內出現2處地震集中分布的區域為：廣東新豐江水庫和廣東南澳島附近海域。特別在南澳島北部出現2條NE向條帶狀分布的地震帶(見第7頁圖5)。由于無已知斷裂與之對應，因此，可能是之前研究尚未發現的隱伏斷裂。這2條地震帶的位置與劉以宣根據重力資料推測的廣東南澳島北部海域NEE向斷裂[6]，即南澳北緣斷裂的位置一致。下面對南澳2條帶狀分布的地震和新豐江水庫地震的分布特征進行研究。

2.1 南澳島地震分布特點

北部條帶狀分布的地震西起揭陽普寧市，途經潮安、饒平、詔安、東山，北端進入海域，全長200 km左右，走向為北偏東70°(見圖6，圖中黑色實線表示剖面位置)，圖6c為縱向剖面，地震均勻地分布在剖面上，地震深度最大值為28.2 km，接近莫霍面。3級以下小地震占該地震條帶總數的98.3%。地震在原點左側深度較淺，右側由深變淺，這可能與斷裂深度的起伏變化有關。圖6d為切向剖面，原點左側地震分布比較松散，右側相對集中，地震以高角度從西北向東南切入，即傾向東南。在南部條帶狀分布的地震，西起南澳島北部海域，經過東山縣半島，全長40 km左右，走向與北部的地震條帶一樣約為70°。此條帶地震多分布在20 km左右，最大地震深度為31 km。因在研究時段內該條帶上地震數目只有31個，因此，其分布可能無法完整刻畫斷裂的形態特征。

圖4 重新定位前后地震走時殘差均方根分布直方圖Fig.4 Root mean square distribution histogram of travel time residuals before and after reposition

圖5 重新定位后的震中分布圖Fig.5 Epicenter distribution map after reposition

圖6 重新定位后的震中分布及剖面圖Fig.6 Epicenter distribution and profile after reposition

值得注意的是，在南澳島南部海域—巴士斷裂與濱海斷裂截交處，地震大量聚集。圖中截面范圍內共有地震2 133個，遠多于上文中兩處條帶狀分布的地震數目。地震最大深度為26 km，均未到達上地幔。該地震條帶長約110 km，走向為北偏東64°。如圖7c所示，縱向剖面橫截巴士斷裂，剖面上震中以45°角從西南插入東北方向，即傾向東北，呈“V”字形分布，且主要集中分布在原點-20～40 km范圍內。切向剖面上，震中西北邊界清晰，東南邊界模糊，以高角度從西北插入東南，這與前人研究的濱海斷裂傾向東南相符。

2.2 新豐江水庫地震分布特點

新豐江水庫位于廣東河源市區西北，北東向邵武—河源斷裂帶穿過庫區。1959年蓄水以來，發生的最大地震為1962年3月19日的M6.1地震(見圖8)。此次的定位結果基本與王曉娜和劉錦2017年研究結果[18]一致，地震未沿斷裂分布，是發生在幾條斷裂交叉的部位，構造活動控制水庫地震的發生。以114.53°E、23.85°N為中心點坐標，沿北偏東141°做一條長60 km的剖面(AB)，將庫區地震串聯起來，畫出其20 km的垂線(CD)。將上述范圍內的地震分別投影在兩個剖面上，共計約3 671個地震，最大震級為M5.2，3級以上地震37個，占總數的1%。最大地震深度為11.7 km。

圖7 重新定位后的震中分布及剖面圖Fig.7 Epicenter distribution and profile after reposition

圖8 新豐江地區地震定位結果對比Fig.8 Comparison of seismic location results in Xinfengjiang area

3 結論與討論

重新定位后地震走時殘差均方根為0～0.05 s，98.6%的地震RMS小于0.03 s，定位精度明顯提高。99.8%的震源深度小于28 km，說明區內地震以殼內構造活動為主。研究得出，東南沿海地區構造活動對地震活動有控制作用。在現今活動較強的塊體邊緣，地震活動集中成條帶狀線性分布，且優勢方向與構造帶方向一致；在現今活動性較弱的塊體內部，地震分布離散或稀疏，無成帶分布現象。精確定位的震中空間分布可刻畫斷裂的幾何結構面，其線性分布可用于揭示隱伏斷裂的存在。定位結果顯示，在廣東南澳島北部出現兩處線性分布的地震，長度分別約200 km和40 km，走向均為北偏東70°，位置與前人根據重力資料推測的斷裂位置一致，由于無已知斷裂構造與其對應，認為可能是尚未發現的隱伏斷裂。另外，在濱海斷裂與巴士斷裂交匯處，小地震頻繁發生，其空間分布刻畫出兩條斷裂的傾角。其中，濱海斷裂傾角陡，巴士斷裂傾角相對比較平緩。新豐江水庫地震的深度主要集中在12 km之上，較構造地震的深度淺。由于大量地震的集中分布容易引起視覺上呈條帶狀分布的錯覺，重新定位揭示的兩處地震條帶是否為隱伏斷裂還需其他地質、地球物理證據證實。