王亮 黃金水 焦明若 曹鳳娟 李彤霞 梁一婧

1)中國科學與技術大學，合肥市金寨路96號 230026

2)遼寧省地震局，沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街44號 110034

0 引言

2012年2月～2013年9月在海城-岫巖老震區(qū)西南部的蓋州地區(qū)連續(xù)發(fā)生了5次4級地震，分別為2月2日ML4.7、4.2地震、7月12日ML4.2地震、11月1日ML4.0地震以及2013年3月30日ML4.0地震，表現為震群形式。該地區(qū)震群發(fā)生之前近年來地震活動相對較弱。

從蓋州震群所處區(qū)域(以下簡稱蓋州地區(qū))地質構造來看，該震群發(fā)生在金州斷裂和海城-營口斷裂之間。金州斷裂帶(萬波等，2010)是遼東半島地區(qū)主要的區(qū)域性斷裂，也是遼寧南部地區(qū)規(guī)模較大、切割較深、延伸穩(wěn)定、活動性強、構造行跡清楚的斷裂構造。斷裂在第四紀時期表現出明顯的活動性，斷裂的南端發(fā)生過多次5級地震。海城-營口斷裂(雷清清等，2008)通常被認為是金州斷裂的北段。平行于郯廬斷裂帶北段的營口-佟二堡斷裂，走向為北東向15～30°，全長近60km，周邊主要地震發(fā)生在附近北西向的大洋河斷裂上。

蓋州地區(qū)歷史上沒有5級以上地震記錄，從1970年有小震記錄以來發(fā)生過2次4級以上地震，分別為1981年10月18日ML4.7和1989年1月12日ML4.8地震。歷史上2次4級地震與本震群位置非常接近(圖2)。但這2次4級地震后只有較少的余震發(fā)生，并未構成震群。蓋州地區(qū)從1981年開始地震活動較為密集，至1998年地震活動開始減弱。之后在2002年和2006年分別發(fā)生2次相對集中的地震活動，但震級和規(guī)模都很小。直至本次4級震群的發(fā)生，該地區(qū)4級地震平靜已達23年之久(圖3)。

從2012年2月開始的本次震群來看，震群位于北東向的金州斷裂北端和北東向海城-營口斷裂南端，震群序列整體上呈北西向，即蓋州震群并不是發(fā)生在北東向的金州斷裂北端，很可能發(fā)生在金州斷裂和海城-營口斷裂之間的北西西向構造上。北東向和北西向構造的判定對遼寧地區(qū)地震活動的意義不同(一般北東向為控震構造，北西向為發(fā)震構造)。由此，蓋州震群所在的構造是否是沿北西向的一個新的活動斷裂，對判定該地區(qū)未來地震危險性評估起到關鍵作用。為此，本文采用雙差定位法，對蓋州地區(qū)的震群進行重新定位，分析蓋州震群小震空間分布特征，判定蓋州震群所在構造的性質。

圖1 2012～2013年海城蓋州地區(qū)震中分布

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(qū)域地震臺網分布的均勻性、地震波到時讀數的精確程度以及研究區(qū)域所用的地殼速度結構模型的準確程度等因素的影響(Pavlis，1986)。目前常規(guī)的地震定位方法大多源于Geiger(1912)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，其可以有效減小速度結構誤差的影響(Got et al，1994.)。在主事件定位方法中(Spence et al，1980;周仕勇等，1999)，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(2000)提出了雙差定位方法，其可以對很多較大空間范圍內發(fā)生的地震同時進行重新定位。

圖2 2012～2013年蓋州震群分布

圖3 1970～2013年蓋州區(qū)域(40.45°～40.55°N，122.30°～122.50°E)地震活動 M-t圖

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(fā)震時刻，u是慢度，ds是路徑上的長度。Waldhauser等(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，Δmi=(Δxi，Δyi，Δzi，Δti)。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

式中，Δmi=(Δxi，Δyi，Δzi，Δti)，drij

k為這兩個地震之間觀測和走時差的殘差

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

由于蓋州地區(qū)本次震群活動始于2012年，所以數據選取了2012年之后遼寧臺網記錄到整個遼寧地區(qū)(119°～126°E，38°～44°N)震相報告，并對震中距走時曲線進行校正，刪除了大于5倍均方差的走時數據。之后選取了蓋州地區(qū)(40.45°～40.55°N，122.3°～122.5°E)的地震。共得到地震375個。其中4.0～4.9級5個、3.0～3.9級17個、2.0～2.9級77個，1.0～1.9級190個，0.0～0.9級86個。為了使得到的結果更加精確。只選取了震中距小于400km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李志偉等(2006)環(huán)渤海地區(qū)層析成像對該地區(qū)的結果，并通過附近地震的觀測報告，應用velest軟件進行校正，得到的在本地區(qū)的P波速度一維模型如圖4所示。

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蓋州2012年以來的地震進行了重新定位，其中被4個以上臺站記錄的地震共180次，對其中178次地震得到了定位結果，且多次迭代計算使雙差定位計算后的誤差接近于0。發(fā)現定位后地震分布更為集中，沿北西向分布特征明顯(圖5)。而從定位前后的深度對比來看(圖6)，定位前震源深度主要分布在4～10km，且分布有些零散。而定位后深度主要集中在5～8km。顯現出地震活動更為集中，可判斷地震活動主要集中在一個較小的活動斷層。

3.2 震群活動時間遷移及深度剖面分布分析

由于震群從2012年2月2日開始活動直至2013年9月為止，時達600天。為深入了解該震群的活動特征，分別按發(fā)震的前后(首次地震之后的天數)順序，繪制了震中分布圖(圖7)并沿震群展布方向AA'和垂直方向BB'和CC'作剖面分析圖8和圖9。發(fā)現地震活動沿北西向分布，且隨時間向西北方向展布(圖7)，震源深度有逐步變淺的態(tài)勢(圖9(a))。而通過BB'和CC'的剖面可以發(fā)現，震群的北西段和東南段都發(fā)生在一個傾角大約在5°～10°的剖面上。結果表明該震群活動集中，且應該發(fā)生在一個相對獨立的斷層面上。而斷層面的破裂尺度較小，長度上不超過6km(圖9(a))，其傾角大約為 5°～10°左右(圖 9(b)、(c))。

圖4 地震定位采用的蓋州地區(qū)地殼P波一維速度模型

圖5 利用雙差方法對蓋州地區(qū)2012年以來地震定位前(a)后(b)的震中分布

圖6 利用雙差方法對蓋州地區(qū)2012年以來地震定位前(a)后(b)的震源深度分布

4 討論與結論

圖7 定位后震中隨時間分布特征

圖8 定位后震中隨時間分布的剖面劃分

本文應用雙差定位的方法對蓋州地區(qū)2012年2月2日～2013年9月15日發(fā)生的4級震群進行了重新定位。重新定位結果表明，震群沿北西西向分布明顯。且震群分布接近于金州斷裂的北端，距海城營口斷裂有一定距離。定位后，震源深度分布范圍相對較為集中，主要集中在5～8km。通過與地震空間展布與時間次序的對比分析發(fā)現，該震群有逐漸向北西向展布的趨勢。通過對該震群的剖面分析可以發(fā)現，震群中的主要地震分布在金州斷裂附近，隨時間向北西向展布。震源深度在8km左右，深度逐漸變淺。而通過對該震群的剖面分析可以發(fā)現，在該震群活動的北西段剖面和東南段剖面，震群活動的截斷面傾角都在20°～30°。

圖9 定位后震中隨時間分布的剖面分析

綜上所述，認為該震群活動發(fā)生在金州斷裂北段與海城營口斷裂南段的一個新的活動斷層上，目前認為該斷層破裂尺度較小，長度不超過6km，深度較淺，大約在3～8km左右。該斷層面的破裂可能是遼寧北西向應力場長期積累所致。

致謝:感謝周龍泉研究員對本文的幫助與支持，感謝蔣長勝博士以及匿名審稿老師對本文提出的修改意見。