趙 星， 高 源，張 帆， 孫海鑫， 翟 浩

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝地震臺(tái)，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

0 引言

地震定位是地震學(xué)中最經(jīng)典、最基本的問題之一，其有效應(yīng)用于地震活動(dòng)構(gòu)造、地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、震源幾何構(gòu)造等地震學(xué)中基本問題的研究[1]，相關(guān)科研人員一直在不斷改進(jìn)或提出新的定位方法。地震定位方法可分為相對和絕對定位方法。相對地震定位方法的優(yōu)勢在于其能有效地減小速度結(jié)構(gòu)誤差的影響，雙差定位方法[2]是近年發(fā)展起來的一種相對定位方法。此方法利用信號(hào)的走時(shí)差反演震源位置，反演叢集地震中單個(gè)地震相對于叢集矩心的相對位置，能夠有效地消除震源至臺(tái)站共同傳播路徑效應(yīng)，對地殼速度模型的依賴性相對較小。因此，被廣泛應(yīng)用于震群和地震序列的精定位研究中[3-4]。

扎蘭屯地區(qū)是內(nèi)蒙古東部地區(qū)中小地震活動(dòng)性較高區(qū)域，處于大興安嶺隆起北段，此區(qū)域是NNE向的大興安嶺主脊斷裂和多條NW向斷裂交匯處，歷史上發(fā)生過1956年扎蘭屯5.3級(jí)、1980年博克圖5.6級(jí)、1981年博克圖5.1級(jí)和2008年鄂倫春自治旗5.2級(jí)等多次中強(qiáng)地震。扎蘭屯一帶地震叢集現(xiàn)象比較明顯，對此地區(qū)的精定位研究有利于地區(qū)發(fā)震構(gòu)造的深入探討。

文章使用內(nèi)蒙古地震臺(tái)網(wǎng)觀測報(bào)告，提取直達(dá)波的絕對走時(shí)和相對走時(shí)，使用雙差定位方法對內(nèi)蒙古扎蘭屯地區(qū)地震進(jìn)行重新定位，在重新定位結(jié)果的基礎(chǔ)上分析扎蘭屯地區(qū)地震震源位置和震源深度的分布特征。

1 方法和原理

兩個(gè)地震震源之間的距離小于事件到臺(tái)站的距離，可以認(rèn)為震源區(qū)和這個(gè)臺(tái)站之間的整個(gè)射線路徑幾乎是相同的，可通過地震事件兩兩組對的方法在一定程度上消除地殼速度結(jié)構(gòu)橫向不均勻性帶來的定位影響。

雙重殘差定義為兩個(gè)事件之間觀測和計(jì)算走時(shí)之差的殘差，表示為：

假設(shè)事件之間有一個(gè)不變的慢度矢量，兩個(gè)事件i和j的震源距離變化表示為：

式中：Δmi是第i個(gè)地震的震源參數(shù)改變量，將所有臺(tái)站對和所有地震聯(lián)立，對構(gòu)成線形方程組。

WGm=Wd

。

采用共軛梯度法求解方程組，得到重新定位結(jié)果。

2 數(shù)據(jù)

原始數(shù)據(jù)來自內(nèi)蒙古地震臺(tái)網(wǎng)觀測報(bào)告，選取扎蘭屯地區(qū)(121°～124°E、46°～51°N) 2008年10月至2017年6月的觀測資料。根據(jù)走時(shí)震中距關(guān)系對數(shù)據(jù)篩選，刪除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和誤差較大數(shù)據(jù)，第5頁圖1為篩選后的直達(dá)波震相走時(shí)-震中距關(guān)系，近似為線性關(guān)系。使用hypoDD程序包中的ph2dt程序，對研究區(qū)內(nèi)的小震配對和篩選，得到符合雙差定位條件的地震共190條。圖2a為觀測報(bào)告中的定位地震，圖2b為符合重新定位條件的地震，因該地區(qū)臺(tái)站分布較稀疏，地震監(jiān)測能力較弱，符合定位條件的地震有限。

圖1 篩選后震相的走時(shí)—震中距關(guān)系Fig.1 Relation between travel time and epicentral distance of seismic phases after screening

初始模型對重新定位結(jié)果有較大影響，在重新定位中使用velest程序[5]反演獲得的最小一維速度模型作為層析成像的初始模型。第6頁圖3為velest反演的輸入模型和結(jié)果，模型1、2、3來自crust 1.0，模型4來自文獻(xiàn)[6]，4種輸入模型的結(jié)果較收斂，表明velest反演結(jié)果穩(wěn)定，以4種結(jié)果的均值作為雙差定位的速度模型。

3 結(jié)果和分析

雙差定位法特別適用于震源分布集中、相鄰地震事件距離幾百米或更小的地震事件群，通過在一定半徑范圍內(nèi)將每個(gè)地震與相鄰地震配對，建立連接做相對定位，與其他地震聯(lián)系不牢固的地震將會(huì)在反演迭代過程被舍棄掉[7]，對190個(gè)地震重新定位后，獲得149個(gè)地震的重新定位結(jié)果。第6頁圖4為重新定位前后結(jié)果的對比，給出空間分布圖和經(jīng)緯度方向的剖面圖。從平面圖上看出，重定位后，地震位置更集中，簇狀分布更明顯；從剖面圖上看，原始定位的震源深度分布層較離散，雙差定位后震源深度較集中，主要分布在5～15 km范圍內(nèi)，說明扎蘭屯地區(qū)的震源深度較淺，主要分布在上、中地殼內(nèi)。地震主要沿NE向分布，與大興安嶺北段構(gòu)造一致。剖面圖顯示，研究區(qū)域西北側(cè)震源深度較淺，東南側(cè)較深，大興安嶺山脊區(qū)域震源深度分布下限較深。第6頁圖5為重新定位后三分向的誤差頻次分布，均符合正態(tài)分布，E-W向平均誤差0.88 km，N-S向1 km，U-D向1.12 km，平均走時(shí)殘差0.49 s，定位質(zhì)量較原始報(bào)告有所改善。

圖2 扎蘭屯地區(qū)地震分布圖Fig.2 Seismic distribution map of Zhalantun area

4 結(jié)論與討論

重新定位后，地震位置更集中，簇狀分布更明顯。震源深度較集中，主要分布在5～15 km范圍內(nèi)，說明扎蘭屯地區(qū)的震源深度較淺，多位于上、中地殼內(nèi)。地震主要呈NE向分布，與大興安嶺北段構(gòu)造一致。剖面圖顯示，區(qū)域西北側(cè)震源深度較淺，東南側(cè)較深，大興安嶺山脊區(qū)域震源深度分布下限較深。

圖3 Velest輸入模型和反演結(jié)果Fig.3 Velest input model and inversion results

圖4 地震重新定位前后結(jié)果對比Fig.4 Comparison of results before and after earthquake relocation

圖5 重新定位誤差頻次圖Fig.5 Error frequency diagram of relocation