青海興海地區(qū)的地震精定位研究

黃浩，胡玉，謝華宏

(青海省地震局，青海 西寧　810001)

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青海興海地區(qū)的地震精定位研究

黃浩，胡玉，謝華宏

(青海省地震局，青海 西寧810001)

摘要：采用青海省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)出的觀測(cè)報(bào)告，利用雙差定位方法對(duì)興海地區(qū)2008年以來的中小地震進(jìn)行了精定位。結(jié)果表明，精定位后的叢集地震更加集中，并顯示出北東或北北西向的優(yōu)勢(shì)分布。叢集地震的展布特征與斷裂構(gòu)造存在較好的聯(lián)系，①區(qū)的地震與哇洪山—溫泉斷裂及其次生斷裂有關(guān)，②區(qū)的地震印證了重力和航磁資料聯(lián)合推測(cè)的扎列里龍洼—塔秀斷裂的存在，③區(qū)的地震受控于哇洪山—溫泉斷裂。震源深度改善了初始定位結(jié)果的分層現(xiàn)象，①區(qū)和③區(qū)的深度主要分布在0 km～15 km，②區(qū)的深度分布在0 km～25 km，深度分布范圍的異同與所屬構(gòu)造的性質(zhì)有關(guān)。

關(guān)鍵詞：雙差定位；興海地區(qū)；地震構(gòu)造

0引言

興海地區(qū)位于青海省中東部，處于東昆侖和西秦嶺造山帶結(jié)合部位，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、深大斷裂發(fā)育。興海地區(qū)的小震活動(dòng)較為頻繁、地震多叢集發(fā)生在斷裂附近或斷裂交匯部位，因此小震的活動(dòng)特征對(duì)研究斷裂活動(dòng)具有重要意義，而地震精確定位正是這一項(xiàng)工作的重要基礎(chǔ)和前提。

雙差定位方法[1]是一種適合定位叢集地震的相對(duì)定位方法，在地震射線的路徑近似相同的假設(shè)條件下，該方法能夠在一定程度上消除由于速度模型的不確定性造成的影響，從而獲得高精度的地震震源間的相對(duì)位置。Waldhauser等[1]詳細(xì)描述了雙差定位方法的原理、實(shí)際應(yīng)用于美國(guó)加州北海沃德斷層，并獲得了高精度的定位結(jié)果。楊智嫻等[2]利用雙差定位法獲得了我國(guó)中西部地震的精定位圖像，結(jié)果顯示地震活動(dòng)與活動(dòng)構(gòu)造存在密切關(guān)系。楊智嫻等[3]利用雙差定位方法重新測(cè)定了1998年張北—尚義地震序列的震源參數(shù)，根據(jù)精定位結(jié)果推斷的發(fā)震斷層與主事件相對(duì)定位法獲得的認(rèn)識(shí)相同，表明雙差定位法具有較高的精確度和可靠度。鄭鈺等[4]詳細(xì)介紹了雙差定位方法的各參數(shù)及其對(duì)定位結(jié)果的影響，推動(dòng)了雙差定位方法的廣泛應(yīng)用；黃媛等[5-6]結(jié)合波形互相關(guān)的雙差定位方法也在國(guó)內(nèi)得到了一定的應(yīng)用。

興海地區(qū)地震臺(tái)站在2008年以后形成了較好的幾何分布，而且發(fā)生在該區(qū)域的中小地震較為叢集并積累了一定的數(shù)量，適合利用雙差定位方法來進(jìn)行精定位研究。本文收集了2008年以來興海地區(qū)地震的觀測(cè)報(bào)告，采用雙差定位法對(duì)所選區(qū)域內(nèi)地震進(jìn)行精確定位，討論了興海地區(qū)中小地震的分布特征及其與主要斷裂構(gòu)造的關(guān)系。

1基本原理

(1)

式中，Δmi是第i個(gè)地震震源參數(shù)的改變量，即：

Δmi=(Δdxi，Δdyi，Δdzi，Δdτi)

(2)

(3)

WGm=Wd

(4)

式中，G是一個(gè)M×4N階的偏微商矩陣，M是雙差觀測(cè)的數(shù)目，N是地震數(shù);d是雙差資料矢量，m是由待定震源參數(shù)改變量構(gòu)成的維數(shù)為4N的矢量;W是用以對(duì)每個(gè)方程加權(quán)的對(duì)角線矩陣。

計(jì)算時(shí)利用(5)式約束所有地震重新定位后平均位移為零，即其質(zhì)心不動(dòng)。通過進(jìn)一步迭代，使定位殘差逐步減小，從而得到最終的定位結(jié)果。

(5)

2資料及模型

2.1資料

本文選取興海地區(qū)(35.00°～36.29°N，98.81°～100.61°E)為研究區(qū)域，該地區(qū)的地震以中小震為主，自2008年“十五”數(shù)字化臺(tái)站改造以來，興海地區(qū)地震的監(jiān)測(cè)能力大大提升[7](圖1)，可達(dá)到ML1.0。從青海省數(shù)字地震觀測(cè)報(bào)告中，共挑選出興海地區(qū)752次ML1.0以上地震，其中ML1.0～1.9級(jí)321次、ML2.0～2.9級(jí)359次、ML3.0～3.9級(jí)63次、ML4.0～4.9級(jí)9次。

鑒于S波相對(duì)P波更難準(zhǔn)確識(shí)別，因此人工拾取的S波到時(shí)的誤差相對(duì)更大。在雙差定位時(shí)一般對(duì)P波和S波賦予不同的權(quán)重，本文分別對(duì)P波、S波賦予1.0、0.75的權(quán)重。在震相配對(duì)時(shí)，每個(gè)地震至少有4個(gè)震相記錄、事件對(duì)之間的最大距離為15 km，事件對(duì)使用的最大震相對(duì)的數(shù)目為40。參與定位的43個(gè)臺(tái)站距離研究區(qū)中心350 km范圍內(nèi)，不僅包括了青海省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)在該地區(qū)的臺(tái)站，還包括了青海北部地區(qū)的科學(xué)臺(tái)陣項(xiàng)目和甘青川交界的加密觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的臺(tái)站(觀測(cè)時(shí)間較短，對(duì)定位的貢獻(xiàn)有限)。最終，挑選出符合條件的709次地震，其中ML1.0～1.9級(jí)301次、ML2.0～2.9級(jí)341次、ML3.0～3.9級(jí)59次、ML4.0～4.9級(jí)8次，共計(jì)122 336條P波和S波震相。

定位時(shí)采用共軛梯度法，共采用了2組迭代，每組5次，阻尼值設(shè)為95。兩輪迭代時(shí)分別通過8倍、6倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差，剔除殘差大于截?cái)嘀档恼鹣鄶?shù)據(jù)，利用滿足條件的震相數(shù)據(jù)經(jīng)過多次迭代，最終獲得了穩(wěn)定的解。

圖1　興海地區(qū)的地震及臺(tái)站分布

2.2模型

針對(duì)興海地區(qū)速度結(jié)構(gòu)的研究很少，但興海地區(qū)位于柴達(dá)木盆地和巴顏喀拉塊體交界處附近，因此在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中可以找到3種比較貼近興海地區(qū)的速度模型。所有的速度模型都是基于人工地震測(cè)深剖面的結(jié)果，其中王有學(xué)[8]的速度模型是基于青海共和—玉樹的廣角地震測(cè)深剖面建立的，測(cè)線自北向南經(jīng)祁連山南緣、柴達(dá)木盆地東緣，而后穿越東昆侖隆起帶，向南經(jīng)巴顏喀拉塊體進(jìn)入羌塘地塊。AudreyGalvé等[9]的速度模型同樣是基于共和—玉樹的人工地震剖面的地震數(shù)據(jù)建立的，研究結(jié)果顯示巴顏喀拉塊體的地殼厚度相比柴達(dá)木盆地有所增加。張忠杰[10]的速度模型是基于莫巴—貴德的人工地震剖面的地震數(shù)據(jù)建立的，并給出了測(cè)線南北兩側(cè)差異化的速度模型。

由于無法分辨3種速度模型中的哪一種為最佳的速度模型，本文對(duì)比了除速度模型外其他參數(shù)和所用資料均相同、僅速度模型不同的3種定位結(jié)果。3種速度模型在定位時(shí)均舍棄了一定數(shù)量的地震，這種舍棄地震的現(xiàn)象與速度模型和實(shí)際地下結(jié)構(gòu)差異的大小有關(guān)。綜合考慮速度模型對(duì)資料的解釋情況以及速度模型本身的精細(xì)程度，本文最終選取Audrey Galvé的速度模型作為最佳的速度模型[9]。速度模型分為7層，每層界面頂部的深度分別是0、0.2、3.9、12.9、34.8、48.9及62.8 km，對(duì)應(yīng)的P波速度為4.7、5.7、6.0、6.1、6.3、6.7及8.0 km/s。

波速比根據(jù)興海地區(qū)的多臺(tái)多震和達(dá)法擬合結(jié)果[11]，波速比設(shè)定為1.70。

3定位結(jié)果及分析

3.1震源分布特征

精定位以后，獲得了363次地震的震源位置。圖1為青海省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)給出的震中分布，圖2為重新定位以后的震中分布。精定位以后，震中的位置明顯集中，與斷裂構(gòu)造的關(guān)系更加密切，并顯示出一定的優(yōu)勢(shì)分布。

精定位后的地震分布在4個(gè)叢集區(qū)，將4個(gè)叢集區(qū)編號(hào)為①、②、③和④區(qū)。由圖2可以看出重定位以后④區(qū)的地震數(shù)量很少(僅有18次)，并且這些地震叢集程度不高，似乎在北西向、近東西向和北東向都有一定的展布特征，因此很難通過這18次地震來研究④區(qū)地震的分布特征，故本文不對(duì)④區(qū)的地震做重點(diǎn)討論。

為了了解精定位以后其他3個(gè)叢集區(qū)震源深度的分布情況，根據(jù)精定位后震中的優(yōu)勢(shì)分布方向分別在3個(gè)地震叢集區(qū)取了2個(gè)剖面，依次為AA’、BB’、CC’、DD’、EE’和FF’。圖3分別展示了震源深度在6條剖面的分布情況。在叢集區(qū)①，即AA’和BB’剖面所在的區(qū)域，震源深度沿AA’和BB’剖面分布在0 km～15 km，震源深度在AA’剖面中部顯示出高傾角連續(xù)分布的形態(tài)。在叢集區(qū)②，即CC’和DD’剖面所在的區(qū)域，震源深度沿CC’和DD’分布在0 km～25 km。在叢集區(qū)③，即EE’和FF’剖面所在的區(qū)域，震源深度沿EE’和FF’分布在0 km～15 km。

3.2震源分布和斷裂構(gòu)造分析

精定位以后的地震分布更加集中，并顯示出一定的分布特征，但常用的構(gòu)造資料不能很好地解釋這種分布現(xiàn)象(圖1)。為了更好地探討震源的分布特征和斷裂構(gòu)造之間的關(guān)系，詳細(xì)查閱了與興海地區(qū)有關(guān)的地質(zhì)資料，查找到3條主要的斷裂或斷裂帶(圖2)，即哇洪山—溫泉斷裂帶(F1)，扎列里龍洼—塔秀斷裂(F2)和東昆中斷裂(F3)。

(1)哇洪山—溫泉斷裂帶沿茶卡西—哇洪山東緣—溫泉一線展布，走向北西，帶寬10 km～20 km，長(zhǎng)約200 km。哇洪山—溫泉斷裂帶介于鄂拉山造山帶與宗務(wù)隆山—興海坳拉槽之間，斷裂帶內(nèi)及其兩側(cè)次級(jí)斷裂構(gòu)造特別發(fā)育。叢集區(qū)①和③的地震與哇洪山—溫泉斷裂帶關(guān)系密切。叢集區(qū)①的地震較為叢集，主要以北東向(BB’剖面方向)分布為主，優(yōu)勢(shì)分布方向與哇洪山—溫泉斷裂帶東支斜交，表明叢集區(qū)①的地震不是哇洪山—溫泉斷裂帶直接控制的，可能是由哇洪山—溫泉斷裂帶的次級(jí)斷裂構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的。叢集區(qū)③的地震主要呈北北西向展布，也具有北東向展布的特征。北北西向的展布特征與哇洪山—溫泉斷裂帶在此處的走向完全一致，表明叢集區(qū)③的地震主要受哇洪山—溫泉斷裂帶的控制。

(2)扎列里龍洼—塔秀斷裂是孫王勇[12]結(jié)合區(qū)域重力資料和航磁異常推測(cè)的一條Ⅲ級(jí)斷裂，沿扎列里龍洼—塔秀展布，走向北東，長(zhǎng)約90 km。叢集區(qū)②的地震主要以北東向展布為主，展布方向與扎列里龍洼—塔秀斷裂的走向基本一致，表明叢集區(qū)②的地震是由扎列里龍洼—塔秀斷裂活動(dòng)產(chǎn)生的。

(3)東昆中斷裂為新元古代—早古生代縫合帶主邊斷裂，沿東昆侖山主脊呈近東西向延伸，西始博卡雷克塔格北坡，向東延伸至鄂拉山，被哇洪山—溫泉斷裂切割后呈隱伏狀態(tài)延入甘肅，是一條規(guī)模大、標(biāo)志明顯的巖石圈斷裂。叢集區(qū)②和③的地震距離東昆中斷裂較近，但2個(gè)叢集區(qū)地震的優(yōu)勢(shì)分布方向與東昆中斷裂的走向存在很大差異，初步認(rèn)為發(fā)生在叢集區(qū)②和③的地震不是東昆中斷裂活動(dòng)產(chǎn)生的。

①、②和③分別為地震叢集區(qū)；F1為哇洪山—溫泉斷裂帶，F(xiàn)2扎列里龍洼—塔秀斷裂，F(xiàn)3為東昆中斷裂；AA’、BB’、CC’、DD’、EE’和FF’為6條剖面.圖2　精定位后的震中分布

圖3　震源深度在6條剖面的分布

4討論與結(jié)論

興海地區(qū)地震臺(tái)站的數(shù)量相對(duì)較多，特別是興海臺(tái)距離最近的叢集地震區(qū)僅十幾公里，因此青海省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)給出的震中和震源深度的定位結(jié)果具有比較好的可信度。本文采用青海省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)的初始定位結(jié)果和精心挑選的貼合實(shí)際的速度模型，利用雙差定位方法對(duì)興海地區(qū)2008年以來的709次ML1.0以上的地震進(jìn)行了定位，最終獲得了363次定位結(jié)果。精定位以后，震中分布更加集中、叢集地震也顯示出一定的展布特征，表明精定位后的結(jié)果精確度更高。精定位過程中，接近一半的地震被舍棄，而叢集區(qū)④中80%的地震被舍棄，這也造成了精定位后叢集區(qū)④的地震僅有18次，無法進(jìn)行深入分析。709次地震中1.0～1.9級(jí)的比例就達(dá)到了42%，而叢集區(qū)④更是達(dá)到了67%，而微小地震只能被少數(shù)臺(tái)站記錄到、能提供的震相數(shù)量有限，因此這種大量地震被舍棄的現(xiàn)象與微小地震比例較高有關(guān)。

叢集區(qū)①和②的地震顯示出北東向展布的特征，而叢集區(qū)③的地震顯示出共軛的分布特征，即以北北西向展布為主，也具有北東向展布。區(qū)內(nèi)存在3條斷裂構(gòu)造與這些叢集地震存在比較密切的關(guān)系，分別是近東西向的東昆中斷裂、北東向的扎列里龍洼—塔秀斷裂和北北西向的哇洪山—溫泉斷裂帶。叢集區(qū)①的地震在哇洪山—溫泉斷裂東支附近，地震分布更加密集、并具有一定的北東向展布的特征，考慮到哇洪山—溫泉斷裂帶內(nèi)及其兩側(cè)次級(jí)斷裂構(gòu)造特別發(fā)育的構(gòu)造特點(diǎn)，認(rèn)為叢集區(qū)①的地震受到了哇洪山—溫泉斷裂帶及其北東向次級(jí)斷裂共同的作用。叢集區(qū)②的地震分布在扎列里龍洼—塔秀斷裂附近，地震展布特征與構(gòu)造方向基本一致，可以確定該叢集地震是扎列里龍洼—塔秀斷裂活動(dòng)的產(chǎn)物。值得一提的是，扎列里龍洼—塔秀斷裂不是由地質(zhì)考察發(fā)現(xiàn)的，而是由重力和航磁資料聯(lián)合推測(cè)的，本文的定位結(jié)果也印證了該斷裂的存在。東昆中斷裂和哇洪山—溫泉斷裂帶均穿過了叢集區(qū)③，但北北西向的地震分布特征與哇洪山—溫泉斷裂帶在該處的走向完全一致，因此哇洪山—溫泉斷裂帶是控制叢集區(qū)③地震活動(dòng)的主要構(gòu)造。另外，該叢集還具有共軛的現(xiàn)象，在北東向也具有一定的展布特征。

精定位以后的震源深度改善了初始定位結(jié)果的分層現(xiàn)象，在叢集地震①、②和③區(qū)分別分布在0 km～15 km、0 km～25 km和0 km～15 km范圍。其中，叢集區(qū)①和③的震源深度分布范圍相同，而2個(gè)叢集均受到哇洪山—溫泉斷裂帶的控制，因此深度的分布范圍相同與斷裂帶的性質(zhì)有關(guān)。叢集地震②區(qū)的地震相對(duì)較深，可能與扎列里龍洼—塔秀斷裂屬于基底斷裂有關(guān)[12]。由于精定位的373次地震數(shù)量相對(duì)少又分散在3個(gè)叢集區(qū)，并且地震在空間上展布的距離較短，未能在微觀上刻畫出斷裂在深度上的形態(tài)。

精定位后的地震顯示出北東或北北西向的優(yōu)勢(shì)分布特征，基本符合斷裂帶的構(gòu)造特征，是斷裂構(gòu)造受到北東向區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用的結(jié)果。

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ACCURATE LOCATION OF EARTHQUAKES IN XINGHAI REGION IN QINGHAI PROVINCE

HUANG Hao, HU Yu, XIE Huahong

(EarthquakeAdministrationOfQinghaiProvince,Xining810001,China)

Abstract：On the basis of earthquake report provided by Qinghai digital seismic network, the authors relocated earthquakes in Xinghai region since 2008 by double-difference location. The results show that the relocated cluster earthquake concentrated obviously and had the distribution in NE or NNW directions. The cluster earthquake’s distribution feature has relationship with fault structure. Earthquakes in No.1 area is related to Wahongshan-Wenquan fault and its secondary fault, the No.2 area corroborates the existence of Zhalielilongwa-Taxiu fault speculated by gravity and aeromagnetic data, and No.3 area is controlled by Wahongshan-Wenquan fault. Layer phenomena of focal depths have improved, depths in No.1 and No.3 are distributed in the range of 0 km～15 km, and depths in No.2 area distributes in the range of 0 km～25 km, the difference is related to properties of faults.

Key words：Double-difference location; Xinghai region; Seismic structure

中圖分類號(hào)：P315.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-586X(2016)01-0025-06

作者簡(jiǎn)介：黃浩(1987—)，男，陜西勉縣人，現(xiàn)主要從事數(shù)字地震學(xué)方面的工作。

基金項(xiàng)目：青海省地震科學(xué)基金項(xiàng)目資助(項(xiàng)目編號(hào)：2015B04)。

收稿日期：2015-09-18