王卓君 蔡 妍 張 娜 任力偉

1）中國太原030021 山西省地震局

2）中國北京100081 中國地震局地球物理研究所

0 引言

據(jù)山西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，2016 年3 月12 日11 時(shí)14 分山西運(yùn)城市鹽湖區(qū)發(fā)生ML4.8 地震（下文稱為運(yùn)城ML4.8 地震），震源深度12 km。該地震震中附近最高烈度達(dá)Ⅵ度，運(yùn)城市區(qū)震感強(qiáng)烈。截至當(dāng)年5 月10 日，山西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)共記錄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，最大余震為3 月27 日ML4.0 地震。此次地震震源較淺，震中附近人口密度大，建筑物抗震能力較弱，導(dǎo)致7 人受傷，多間房屋受損，造成一定社會(huì)影響。運(yùn)城ML4.8 地震震中位于鹽湖區(qū)西南部鹽湖北岸斷裂附近，與晉豫兩省交界線最近距離約30 km，是2010 年6 月5 日山西陽曲ML5.1 地震以來山西省內(nèi)最大地震。

運(yùn)城ML4.8 地震發(fā)生在運(yùn)城盆地內(nèi)。運(yùn)城盆地是南深北淺的半地塹式盆地，位于山西斷陷帶南端，是山西5 個(gè)斷陷盆地中海拔最低的?？拷袟l山區(qū)域?yàn)榕璧叵鲁翉?qiáng)烈地區(qū)，目前仍發(fā)育湖泊洼地（吳昊昱等，2017）。與山西斷陷帶其他4 個(gè)盆地相比，運(yùn)城盆地地震活動(dòng)性較弱，地震資料較少（宋美琴等，2012；蔡妍等，2014）。對(duì)運(yùn)城ML4.8 地震序列進(jìn)行精定位及發(fā)震構(gòu)造分析，可彌補(bǔ)該區(qū)域地震活動(dòng)研究的不足。

充分開展余震序列精定位已經(jīng)成為尋找和判定發(fā)震構(gòu)造的一項(xiàng)重要依據(jù)（蔡玲玲等，2017）。近年來，雙差定位法廣泛應(yīng)用于大震后余震序列的精定位，如：2014 年8 月3 日云南魯?shù)镸S6.5 地震發(fā)生后，張廣偉等（2014）、王未來等（2014）、房立華等（2014）使用雙差定位法對(duì)其余震序列進(jìn)行精定位，并結(jié)合震源機(jī)制、震源破裂過程和區(qū)域斷裂構(gòu)造進(jìn)行綜合分析，判定其發(fā)震斷層為NW 向包谷垴—小河斷裂，而非震區(qū)主要構(gòu)造帶昭通—魯?shù)閿嗔褞А?/p>

吳昊昱等（2017）基于山西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)震相觀測(cè)報(bào)告，給出運(yùn)城ML4.8 地震序列精定位的初步研究結(jié)果。為有效提升地震數(shù)據(jù)方位分布的完備性，本文將山西和河南測(cè)震臺(tái)網(wǎng)2016—2018 年震相觀測(cè)報(bào)告進(jìn)行匹配合并，采用雙差定位方法，對(duì)運(yùn)城ML4.8 地震的前震、主震及余震序列重新進(jìn)行精定位處理，探討地震序列空間分布特征及構(gòu)造意義。

1 資料與方法

從中國地震局地震編目系統(tǒng)網(wǎng)站中選取2016 年1 月—2018 年12 月，34.9°—35.1°N，110.8°—111.0°E 的正式震相觀測(cè)報(bào)告。此研究范圍完整包含了運(yùn)城ML4.8 地震序列的前震、主震及余震。由于此次地震發(fā)生在山西、河南兩省交界地區(qū)，晉豫兩省臺(tái)網(wǎng)對(duì)地震序列均進(jìn)行了編目。考慮到河南臺(tái)網(wǎng)目錄是山西臺(tái)網(wǎng)目錄的子集，我們以山西臺(tái)網(wǎng)目錄為基準(zhǔn)，將河南臺(tái)網(wǎng)目錄的震相觀測(cè)報(bào)告合并至山西臺(tái)網(wǎng)目錄中。圖1 為本文所使用的山西與河南臺(tái)網(wǎng)相關(guān)臺(tái)站分布圖。從圖中可以看出，目錄合并后運(yùn)城ML4.8 地震序列的定位臺(tái)站的方位分布更完備，觀測(cè)走時(shí)的約束能力更強(qiáng)，可以有效提高地震定位的精度（龍鋒等，2018）。

考慮到地震重定位結(jié)果的可靠性，我們只選擇臺(tái)站記錄數(shù)≥3、震相數(shù)≥6 的地震事件進(jìn)行重定位。經(jīng)過篩選，山西和河南臺(tái)網(wǎng)分別記錄到運(yùn)城ML4.8 地震的前震和余震序列400 和128 次事件，合并為400 個(gè)獨(dú)立事件。這些地震為山西和河南測(cè)震臺(tái)網(wǎng)共81 個(gè)臺(tái)站所記錄到的400 次地震（圖1），共有6 449 條震相資料：包括直達(dá)波Pg 絕對(duì)到時(shí)數(shù)據(jù)2 968 條，Sg 絕對(duì)到時(shí)數(shù)據(jù)3 217條，首波Pn 絕對(duì)到時(shí)數(shù)據(jù)233 條，Sn 絕對(duì)到時(shí)數(shù)據(jù)31 條。這些地震的震級(jí)范圍在ML0.0—4.8，初始深度分布在1—19 km。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造特征及定位所使用的山西與河南臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站藍(lán)色三角形：山西臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站；綠色三角形：河南臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站；黃色三角形：共同使用的臺(tái)站；紅色實(shí)心圓：重定位前震中Fig.1 Distribution of used seismic stations

雙差地震定位方法是一種相對(duì)定位方法。相比于絕對(duì)定位方法，它通過最小化同一臺(tái)站記錄到的地震對(duì)觀測(cè)和理論走時(shí)差之間的殘差（雙差）來提高定位精度，能夠很好地約束成叢性微震之間的相對(duì)位置，從而更好地與發(fā)震構(gòu)造相關(guān)聯(lián)。該算法要求地震對(duì)之間的距離遠(yuǎn)小于地震到臺(tái)站的距離，使得2 個(gè)地震到同一臺(tái)站的走時(shí)差只由2 個(gè)地震的相對(duì)位置所決定，可以在一定程度上消除由于速度模型的不確定性造成的影響（Waldhauser et al，2000）。

本研究采用雙差地震定位法對(duì)運(yùn)城ML4.8 地震序列進(jìn)行重新定位。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)地震事件和臺(tái)站分布特點(diǎn)，設(shè)置事件到臺(tái)站的最大距離為500 km，每個(gè)事件的最大鄰居數(shù)為8，事件對(duì)之間的最大間距為8 km，最終形成3 063 個(gè)地震對(duì)，地震對(duì)的平均空間距離是1.64 km。因震相數(shù)據(jù)較多，故采用共軛梯度法求解方程，采用2 輪迭代，每輪迭代4 次。重定位使用的P 波速度模型參考蔡妍等（2014）的山西地區(qū)地殼速度模型（表1）?？紤]到P波和S 波震相清晰度的差異，在精定位計(jì)算中對(duì)2 種震相設(shè)置了不同的權(quán)重，前者為1.0，后者為0.8。

表1 重定位時(shí)使用的P 波速度模型Table 1 P-wave velocity model used for relocation

2 結(jié)果與討論

對(duì)運(yùn)城ML4.8 地震序列的400 次地震進(jìn)行重定位后，得到395 次地震定位結(jié)果。所有重定位地震的走時(shí)均方根殘差的平均值由0.270 s 降為0.162 s，震源位置在EW 方向平均誤差為0.859 km，NS 方向平均誤差為0.734 km，UD 方向平均誤差為1.151 km。

2.1 重新定位地震序列空間分布特征

圖2 給出運(yùn)城ML4.8 地震序列重定位前、后的震中位置分布。由圖可見，與重定位前相比，重定位后地震分布更加集中，且5個(gè)ML≥3.0余震由較為離散的狀態(tài)收斂為線性分布，在一定程度上顯現(xiàn)出發(fā)震斷層的走向。

圖2 運(yùn)城ML 4.8 地震序列重定位前(a)、后(b)的震中分布紅色實(shí)心圓代表地震；黃色五角星代表主震；綠色五角星代表5 個(gè)ML ≥3.0 余震Fig.2 Distributions of epicenter before (a) and after (b) relocationfor Yuncheng ML 4.8 earthquake sequence

圖3 為運(yùn)城ML4.8 地震序列重定位前、后的震源深度分布圖。地震重新定位前，震源深度集中分布在4—13 km 范圍內(nèi)，約占地震總數(shù)的90%，其中震源深度5 km 的地震最多，達(dá)123 次，這可能與目錄定位精度不夠有關(guān)；重新定位后，震源深度分布形態(tài)更接近于正態(tài)分布，地震在4—10 km 震源深度范圍內(nèi)優(yōu)勢(shì)分布，約占地震總數(shù)的85%。重定位后的運(yùn)城ML4.8 地震序列震源深度分布特征與蔡妍等（2014）的結(jié)論相吻合。該地震序列的震源深度均小于17 km，顯示其主要發(fā)生在中上地殼。

圖3 運(yùn)城ML 4.8 地震序列重定位前(a)、后(b)震源深度分布(a)地震目錄確定的震源；(b)雙差法定位的震源Fig.3 Depth distributions before (a) and after (b) relocation for Yuncheng ML 4.8 earthquake sequence

盆地內(nèi)部的沉積層對(duì)盆地地震地面運(yùn)動(dòng)具有放大作用（王洲鵬等，2016；黃妍等，2017）。此次地震序列發(fā)生在運(yùn)城盆地的中心凹陷區(qū)域，相對(duì)較淺的震源深度，導(dǎo)致沉積層對(duì)地震波振幅的放大作用明顯，造成震中附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)及運(yùn)城市區(qū)震感強(qiáng)烈。

2.2 主震與較大余震的深度分布特征

由圖2（b）可見，參照主震和5 個(gè)ML≥3.0 余震的水平分布形態(tài)，本次地震序列重定位后呈NNW 向優(yōu)勢(shì)展布，主震位于地震叢集東南側(cè)。沿NNW 向和SWW 向分別做剖面AA′和BB′，繪制2 個(gè)剖面的震源深度分布圖，見圖4。從AA′剖面震源深度分布[圖4（a）]可見，主震及較大余震集中分布在此剖面南段的8—11 km 深度范圍內(nèi)，與震源機(jī)制解測(cè)定的此次地震序列的主震和最大余震的深度一致（梁永燁等，2018），反映出破裂發(fā)生的主要區(qū)域。地震沿AA′剖面水平向破裂尺度約為3 km，從南向北震源深度逐漸變淺。BB′剖面垂直于發(fā)震斷層，相應(yīng)的震源深度分布[圖4（b）]顯示，地震呈近垂直分布，表明發(fā)震斷層具有高傾角，并略微傾向NE。

圖4 震源深度剖面紅色圓代表地震；黃色五角星代表主震；綠色五角星代表5 個(gè)ML ≥3.0 余震Fig.4 Focal depth profiles

如表2，前人關(guān)于主震震源機(jī)制解顯示，節(jié)面A 走向與地震序列重定位后推斷的水平面優(yōu)勢(shì)展布方向接近，斷層錯(cuò)動(dòng)方式為走滑兼逆沖。通常認(rèn)為高傾角的發(fā)震斷層具有走滑性質(zhì)（朱艾斕等，2005），同時(shí)逆沖成分表明地震破裂起始位置較深，隨后破裂沿滑動(dòng)方向逐漸變淺，與重定位結(jié)果相一致。

表2 運(yùn)城ML 4.8 地震震源機(jī)制解參數(shù)Table 2 The parameters of focal mechanism solution of Yuncheng ML 4.8 earthquake

此次運(yùn)城ML4.8 地震序列發(fā)生在運(yùn)城盆地內(nèi)鹽湖北岸的龍居鎮(zhèn)。運(yùn)城盆地已知斷裂走向以NEE、NE 向?yàn)橹鳎ㄖ烊痨o，2019），此次地震重定位結(jié)果顯示，序列破裂方向?yàn)镹NW 向，與主要斷裂帶呈共軛分布，推斷其發(fā)震斷裂可能是龍居鎮(zhèn)附近的NNW 向隱伏斷裂。

3 結(jié)論

利用雙差定位方法獲得2016 年3 月12 日運(yùn)城ML4.8 地震序列395 次事件重定位結(jié)果，結(jié)合前人研究，得出以下結(jié)論。

（1）通過將山西測(cè)震臺(tái)網(wǎng)和河南測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的觀測(cè)報(bào)告進(jìn)行合并，形成一套新的地震序列觀測(cè)報(bào)告，改善了臺(tái)站方位角覆蓋，有效提高了定位精度。

（2）震中空間分布更加集中，較大余震分布呈現(xiàn)出線性分布特征，反映出發(fā)震斷層對(duì)震中分布的控制作用。地震序列優(yōu)勢(shì)分布呈NNW 向，與震源機(jī)制解中的節(jié)面A 走向接近，推斷此次運(yùn)城ML4.8 地震序列的發(fā)震斷裂為龍居鎮(zhèn)附近的NNW 向隱伏斷裂。

（3）主震及較大余震集中分布在地震叢集東南側(cè)8—11 km 深度范圍內(nèi)，推斷的發(fā)震斷裂具有高傾角，主震的錯(cuò)動(dòng)方式為走滑兼逆沖。