高 見(jiàn)，張?jiān)?，郭 飚，劉旭宙，2

（1．中國(guó)地震局蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000；2．中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所蘭州科技創(chuàng)新基地，甘肅 蘭州 730000；3．中國(guó)地震局地質(zhì)研究所 地震動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

0 引言

天然地震流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)技術(shù)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始在我國(guó)運(yùn)用并迅速發(fā)展，至今已日趨成熟。它利用便攜式數(shù)字化地震儀，按照某種平面幾何圖形在探測(cè)研究區(qū)域布設(shè)成陣列，不間斷采集天然地震數(shù)據(jù)，特別適合于區(qū)內(nèi)地震的精確定位、地球結(jié)構(gòu)的三維成像等綜合研究。目前已經(jīng)成為開(kāi)展地球深部結(jié)構(gòu)高分辨率觀測(cè)的重要手段。

位于新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的青藏塊體東北緣的甘肅東南部（簡(jiǎn)稱(chēng)甘東南）地區(qū)，同時(shí)也處于南北地震帶及祁連山地震帶的交匯部位［1］。區(qū)內(nèi)存在多組活動(dòng)斷裂、地震活動(dòng)頻繁，是我國(guó)主要的地震區(qū)之一，也一直是地學(xué)家研究的熱點(diǎn)。為了密集監(jiān)測(cè)青藏高原東北緣地區(qū)的地震活動(dòng)和深入研究該區(qū)域的地球深部介質(zhì)，2009年11月，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所和中國(guó)地震局蘭州地震研究所合作，在甘東南地區(qū)架設(shè)了野外觀測(cè)流動(dòng)臺(tái)陣。該臺(tái)陣共有七條測(cè)線、包含150個(gè)流動(dòng)臺(tái)站，平均臺(tái)站間距約10km（圖1），觀測(cè)時(shí)段為2009年11月至2011年11月，獲得了大量的地震觀測(cè)數(shù)據(jù)。

本文利用該流動(dòng)臺(tái)陣記錄的地震波到時(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)用網(wǎng)格搜索地震定位法進(jìn)行地震重新定位，根據(jù)地震定位結(jié)果對(duì)該區(qū)域地震活動(dòng)性進(jìn)行分析，探討地震活動(dòng)性和活動(dòng)斷層的關(guān)系，并重點(diǎn)對(duì)一些橫跨斷層的地震深度剖面進(jìn)行分析，進(jìn)一步研究斷裂帶的空間展布。

1 資料及處理

1．1 數(shù)據(jù)資料

本文使用了流動(dòng)臺(tái)陣數(shù)據(jù)和固定臺(tái)（甘肅臺(tái)網(wǎng)及鄰近省周邊臺(tái)站）數(shù)據(jù)，將兩個(gè)臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)合并后以1小時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度存儲(chǔ)為原始波形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為EVT。數(shù)據(jù)時(shí)段為2009年11月13日至2011年11月30日，區(qū)域范圍為 N32．9°～35．0°，E102．7°～107．1°（圖1）。根據(jù)地震波的幅頻特征，通過(guò)程序設(shè)計(jì)和閥值調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)事件的自動(dòng)識(shí)別。對(duì)這些地震事件進(jìn)行波形截取，并存儲(chǔ)為EVT事件文件。我們使用edias或msdp軟件，對(duì)每個(gè)事件文件進(jìn)行地震事件再次識(shí)別、地震震相分析和初始定位，最后獲得3243個(gè)地震事件的初始定位結(jié)果，7萬(wàn)余條Pg波到時(shí)和6萬(wàn)余條Sg波到時(shí)數(shù)據(jù)。

1．2 定位原理

本文采用三維網(wǎng)格搜索法對(duì)初始定位結(jié)果進(jìn)行重新定位，其方法的基本原理如下：

圖1 甘東南震中和臺(tái)站分布圖Fig．1 Distribution of arthqauke epicenters and seismic stations in southeast area of Gansu province．

（1）三維速度模型建立。三維速度模型為空間網(wǎng)格模型。初始模型為水平層狀網(wǎng)格模型，每一層由若干個(gè)立方塊組成，立方塊的長(zhǎng)寬大小可以不等。根據(jù)數(shù)據(jù)的分辨情況可采用邊緣網(wǎng)格大，中間網(wǎng)格小的原則進(jìn)行水平方向網(wǎng)格劃分。該區(qū)層厚可根據(jù)人工地震測(cè)深剖面等［2－6］資料進(jìn)行劃分和給網(wǎng)格速度賦初值［7］。使用以前大量的地震到時(shí)資料，應(yīng)用阻尼最小二乘法進(jìn)行三維速度反演，獲得三維速度模型。

（2）射線追蹤。在三維速度模型中，接收點(diǎn)和震源（一個(gè)點(diǎn)）為兩個(gè)已知點(diǎn)，先從一端開(kāi)始，在射線路徑上任意連續(xù)三點(diǎn)均滿(mǎn)足Snell定律［8］，利用幾個(gè)近似公式逐段迭代，求得射線與部分模塊邊界的交點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)逐次迭代計(jì)算過(guò)程。在給定模型參數(shù)情況下，每條走時(shí)記錄經(jīng)射線追蹤計(jì)算后都能找到波的最佳傳播路徑（走時(shí)最短），每條路徑都是由多條線段（射線穿過(guò)單元模塊的路程）組成，這些線段乘以相應(yīng)單元模塊的慢度之后的數(shù)值之和就是地震波的走時(shí)，即理論走時(shí)［9］。

（3）反演計(jì)算。以初始定位結(jié)果的震源參數(shù)（x，y，z）作為中心點(diǎn)，建立解空間網(wǎng)格，對(duì)每一個(gè)可能解進(jìn)行射線追蹤計(jì)算，可以獲得不同震源參數(shù)（xi，yi，zi）的各記錄臺(tái)站的走時(shí)，應(yīng)用目標(biāo)函數(shù)獲得殘差，其目標(biāo)函數(shù)為

其中n、和分別是臺(tái)站記錄個(gè)數(shù)、理論走時(shí)和觀測(cè)走時(shí)。Δt最小值對(duì)應(yīng)的震源參數(shù)即為重定位的結(jié)果。

1．3 計(jì)算結(jié)果

本文應(yīng)用S－P到時(shí)差進(jìn)行重定位計(jì)算，計(jì)算過(guò)程中不考慮發(fā)震時(shí)刻和儀器的鐘差，能夠提高原始資料的精度，并能減少待求參量，對(duì)解的不唯一性有所改善。在計(jì)算過(guò)程中，對(duì)至少具有3個(gè)臺(tái)站的S－P到時(shí)記錄的地震進(jìn)行重定位，并對(duì)誤差大的地震資料進(jìn)行核對(duì)，或進(jìn)行震相重新分析。最后獲得了3 014個(gè)地震事件的重新定位結(jié)果，其走時(shí)均方根殘差為0．01～0．4s，絕大多數(shù)事件的殘差小于0．3s，震源參數(shù)的水平位置誤差絕對(duì)值小于0．5 km，深度誤差絕對(duì)值小于1．0km。

2 結(jié)果分析

2．1 地震平面分析

在2009年11月13日至2011年11月30日間，流動(dòng)臺(tái)陣觀測(cè)到有3個(gè)以上臺(tái)站記錄的地震3014次，固定臺(tái)網(wǎng)記錄到1321次地震（來(lái)自國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)中心），流動(dòng)臺(tái)陣的記錄多1 693次，地震數(shù)多一倍以上。流動(dòng)臺(tái)陣的密集分布提供了更好的監(jiān)測(cè)能力。在這些地震事件中，地震事件最多可達(dá)89條臺(tái)站記錄，總共獲得70 303條Pg波和63 262條Sg波記錄，該臺(tái)陣為本區(qū)深部結(jié)構(gòu)等研究提供了豐富的基礎(chǔ)資料。

相對(duì)常規(guī)固定臺(tái)網(wǎng)的定位結(jié)果，重定位后地震的平面分布有一定變化，主要表現(xiàn)為地震在各斷裂帶附近的分布更加密集，沿?cái)嗔殉蕳l帶狀或簇集狀分布，活動(dòng)斷裂與地震關(guān)系密切。在若爾蓋至文縣之間存在NW向的地震條帶，位于塔藏?cái)嗔眩‵6）［10］的南側(cè)，這可能反映了塔藏?cái)嗔训牡卣鸹顒?dòng)情況；光蓋山—迭山北麓和南麓斷裂（F3、F4）及迭部—白龍江斷裂（F5）三條斷裂走向基本一致，斷裂帶內(nèi)地震密集；在臨潭—宕昌斷裂（F2）段，地震沿?cái)嗔褞С蕩罘植迹瑮l帶較寬，集中分布于臨潭—卓尼和岷縣—宕昌段；西禮盆地西邊緣存在一條較寬的NNE向地震條帶分布；在西秦嶺北緣斷裂帶（F1）地震主要集中分布于漳縣—武山—甘谷段，在東段（天水段）地震活動(dòng)較弱；成縣以北存在一條近EW向的地震條帶，可能是成縣盆地北緣斷裂（F11）活動(dòng)反映，小震活動(dòng)較頻繁；文縣以北存在一條較寬的NE向地震密集帶，以文縣斷裂（F8）和成縣盆地北緣斷裂（F11）為大致邊界；迭部—白龍江斷裂帶（F3、F4、F5）與康縣北斷裂（F9）、成縣盆地北緣斷裂（F11）在武都地區(qū)交匯，此區(qū)域地震活動(dòng)頻繁、分布密集。

2．2 地震深度分析

圖2給出的流動(dòng)臺(tái)陣微震資料重定位前、后震源深度分布顯示，重定位前后震源深度分布變化明顯：重定位前地震事件的初始震源深度在0～10km范圍內(nèi)，平均深度為6km；重定位后80%地震震源深度分布在5～20km的范圍，平均深度為11km，這一結(jié)果與楊智嫻［12］的研究結(jié)果較為一致。從圖2（b）可以發(fā)現(xiàn)5～20km為該區(qū)的震源深度優(yōu)勢(shì)分布，震源深度主要在中、上地殼。周真恒［13］指出多震層位于上地殼下部至中地殼；莘海亮［14］研究后得出甘東南地區(qū)多震層深度范圍約為5～20km；本文的重新定位結(jié)果與他們的結(jié)論基本一致。而在25 km深度以下有少量的地震，這些地震還不足以說(shuō)明深部構(gòu)造的活動(dòng)性，有待于資料的長(zhǎng)期觀測(cè)。

為了更好的分析地震分布和斷裂構(gòu)造的關(guān)系，直觀反映斷層在深部展布情況，在研究區(qū)域內(nèi)切了3條剖面，剖面大致與斷層或地震分布條帶垂直，每條剖面的長(zhǎng)度不等，即AA＇、BB＇和CC＇剖面（圖3）。

在圖3（a）的AA＇剖面，剖面兩端點(diǎn)經(jīng)緯度分別為A（33．34°N、103．15°E）和A＇（34．72°N、104．15°E），投影寬度100km，剖面由南向北依次橫切塔藏?cái)嗔褞?、白龍江斷裂帶和臨潭—宕昌斷裂帶。從剖面圖可以清晰看出，地震主要分布于5～20km的深度范圍內(nèi)（圖3），屬于中、上地殼。塔藏?cái)嗔褞У牡卣鸱植驾^為分散；白龍江斷裂帶的地震分布較為密集，其斷裂帶寬度較窄，約為20km；臨潭－宕昌斷裂帶的地震條帶較寬，地震分布較復(fù)雜，斷裂深度延伸至中地殼。

在圖3（b）中BB＇剖面，剖面兩端點(diǎn)經(jīng)緯度分別為B（32．94°N、104．63°E）和B＇（34．76°N、105．27°E），投影寬度60km，剖面橫切西秦嶺北緣斷裂（F1）、禮縣—羅家堡斷裂（F13）以及文縣—武都地震密集分布區(qū)。西秦嶺北緣斷裂（F1）在甘谷段地震分布較為密集，斷裂深度可達(dá)到25km，屬于中、下地殼斷裂，這與李清河［5］的研究結(jié)果較為一致。文縣至武都段是幾組斷裂的轉(zhuǎn)換部位，地震活動(dòng)頻繁，地震分布密集，所對(duì)應(yīng)的斷裂構(gòu)造可能較復(fù)雜，不能清晰地區(qū)分。武都以北至西和段地震活動(dòng)較弱，地震分布相對(duì)稀疏。

圖3 甘東南地區(qū)地震分布三條剖面Fig．3 Distribution of seismic epicenters on three profiles in southeast area of Gansu province．

在圖3（c）中CC＇剖面，剖面兩端點(diǎn)經(jīng)緯度分別為C（33．17°N、106．06°E）和C＇（34．12°N、106．06°E），投影寬度110km，剖面由南向北依次橫切文縣斷裂（F8）、康縣北斷裂（F9）、成縣盆地南緣斷裂（F10）、成縣盆地北緣斷裂（F11）和麻河沿?cái)嗔眩‵12）。由圖可見(jiàn)，文縣康縣斷裂帶、成縣盆地南緣斷裂和北緣斷裂的地震分布密集，斷裂活動(dòng)明顯，斷裂深度可達(dá)中地殼至下地殼頂部；成縣盆地南緣斷裂與康縣北斷裂之間亦存在較多的地震分布，推測(cè)這兩斷裂之間存在明顯的構(gòu)造活動(dòng)。

3 結(jié)論與討論

本文利用甘東南流動(dòng)臺(tái)陣2009年11月至2011年11月的微震到時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，應(yīng)用網(wǎng)格搜索地震定位方法對(duì)滿(mǎn)足重新定位條件的3 014個(gè)地震進(jìn)行了重新定位，分析結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

（1）相比常規(guī)固定臺(tái)網(wǎng)，流動(dòng)密集臺(tái)陣對(duì)區(qū)內(nèi)地震有更好的監(jiān)測(cè)能力，為深部結(jié)構(gòu)研究提供了豐富的基礎(chǔ)資料。

（2）重定位后，地震在各斷裂帶附近的分布更加密集，沿?cái)嗔殉蕩罨虼丶癄罘植?；絕大部分地震的震源深度介于5～20km的范圍內(nèi)。地震深度分布與斷裂的關(guān)系密切，地震條帶與斷裂構(gòu)造可以較好的相對(duì)應(yīng)；在文縣—武都區(qū)域處于幾組斷裂轉(zhuǎn)換部位，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震分布尤為密集。

甘東南寬頻帶流動(dòng)臺(tái)陣的最初目的是通過(guò)觀測(cè)深遠(yuǎn)地震對(duì)該區(qū)的深部介質(zhì)進(jìn)行研究。由于寬頻帶儀器有較寬的頻帶記錄范圍（60s－50Hz）和優(yōu)良的記錄性能，在兩年的觀測(cè)時(shí)段內(nèi)記錄到大量的微震資料。我們對(duì)其中大部分微震記錄進(jìn)行了震相分析和地震定位，但由于受到觀測(cè)時(shí)段較短的條件限制，所觀測(cè)到的微震數(shù)目還稍顯不足，因此要進(jìn)一步精細(xì)的反映這一地區(qū)地殼結(jié)構(gòu)與斷裂展布特征，還有待今后補(bǔ)充更多的地震資料。

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