河南范縣及鄰區(qū)地震精定位及震源機(jī)制解分析

鄭培玲 邢康 王明亮 賈漯昭 何重陽 高家乙

河南省地震局，鄭州市東新區(qū)正光路10號 450016

0 引言

在河南范縣和山東鄄城交界、聊城-蘭考斷裂（以下簡稱聊蘭斷裂）附近地區(qū)，2015年1月18日發(fā)生了ML4.2地震，這是該區(qū)自2011年10月13日發(fā)生ML4.1地震后再次發(fā)生的ML4.2地震。以河南范縣為中心，半徑100km范圍內(nèi)，歷史上曾發(fā)生過5.5級以上地震11次，其中最大地震為1937年8月1日山東菏澤7.0級地震，時(shí)間最近的為1983年11月7日山東菏澤的5.9級地震。近年來，聊蘭斷裂帶中段（即菏澤北至范縣段）的中、小地震活動呈增強(qiáng)趨勢，尤其是河南范縣與山東鄄城交界地區(qū)，1997年以來，應(yīng)變能釋放明顯加速，形成了明顯的中小地震活動集中區(qū)，特別是自2008年以來，共發(fā)生ML≥2.0地震98次，其中ML≥3.0地震26次，最大地震為2015年1月18日ML4.2地震，該地震是該地區(qū)平靜3年多以來的又一次4級以上地震，顯示該地區(qū)地震活動增強(qiáng)。地震定位結(jié)果是地震活動性以及活動構(gòu)造研究的重要基礎(chǔ)資料，構(gòu)造應(yīng)力場是地震孕育發(fā)生的力學(xué)背景，是地震動力學(xué)的重要研究內(nèi)容，對研究區(qū)開展地震定位和構(gòu)造應(yīng)力場研究，特別是近年來開展的地震精定位分析，對于認(rèn)識區(qū)內(nèi)地震活動、斷層構(gòu)造以及地震孕育發(fā)生的力學(xué)環(huán)境有重要意義。因此，本文用雙差定位方法，重新對范縣及鄰區(qū)的地震重新進(jìn)行定位，并結(jié)合CAP方法反演的震源機(jī)制解，以分析該區(qū)域的地震活動趨勢。

1 雙差定位方法介紹

雙差定位法（Waldhauser et al，2000）適用于大范圍地震的精確定位，且每個(gè)事件的定位精度不受定位范圍大小的影響，因而優(yōu)于常用的主事件定位法和臺站校正法。雙差定位法是利用相鄰地震的走時(shí)殘差來推算震源位置的一種相對定位方法。其思路是：地震事件兩兩組對后，通過計(jì)算兩事件之間的震相延時(shí)來確定其相對位置，從而在很大程度上消除了由于地殼速度結(jié)構(gòu)橫向不均勻引起的定位誤差。

多人曾用雙差定位法開展過小震精定位研究（呂子強(qiáng)等，2008；李亞軍等，2008；于湘?zhèn)サ龋?010；張廣偉等，2011；王俊等，2011；董春麗等，2013），均取得了豐富成果。但近年來并無對該區(qū)地震重新定位研究，特別是2015年1月18日發(fā)生ML4.2地震后。因此，本文用此方法研究范縣及鄰區(qū)的地震活動趨勢。

2 資料選取

本文選取了河南范縣與山東鄄城交界地區(qū)（35.4°～36.0°N，115.1°～115.7°E）2008年 1月～2015年9月的80個(gè)ML≥2.0地震，因?yàn)榈卣鸺性谏綎|和河南的交界處，為了獲得更好的定位效果，在重新定位中，選取河南、山東和河北3個(gè)省級地震臺網(wǎng)的數(shù)據(jù)，用雙差定位法進(jìn)行重新定位，雙差定位對震源所在處的速度模型的變化甚為敏感，本文采用水平分層的速度模型，將地殼模型分為7層（表1），用華北地區(qū)常采用的平均波速比1.71。

表1 本文所用進(jìn)行重新定位的地殼速度模型（P波）

本次計(jì)算參與定位的臺站共16個(gè)，包括河南地震臺網(wǎng)11個(gè)臺站、山東地震臺網(wǎng)3個(gè)臺站以及河北地震臺網(wǎng)2個(gè)臺站。最大震中距為300km，對每個(gè)地震都有4個(gè)或以上臺站的觀測數(shù)據(jù)，以避免計(jì)算中出現(xiàn)欠定方程。

3 雙差定位結(jié)果分析

對所選80個(gè)地震分別用單純定位法和雙差定位法進(jìn)行計(jì)算，在雙差定位前，將所選地震的觀測臺站數(shù)≥4、震源間距＜10km、距觀測臺站300km范圍內(nèi)的地震走時(shí)進(jìn)行兩兩組合。經(jīng)過對各種控制參數(shù)的層層篩選，精定位后得到78個(gè)地震結(jié)果（表2），圖1給出了雙差定位與臺網(wǎng)原始定位的震中分布對比。

由圖1（b）可以看出，重新定位后的地震震中更集中，地震與斷層的關(guān)系更密切，主要沿聊蘭斷裂帶呈NE向分布（圖1（b）），與斷層走向一致。而原臺網(wǎng)地震定位結(jié)果相對離散（圖1（a）），雖有優(yōu)勢方向，但是不如精定位結(jié)果明顯。另外，原臺網(wǎng)定位震源深度為3～22km，在6～10km深度上相對比較集中（圖2（a））。雙差定位后的震源深度為 5～10km（圖2（b）），82%的地震震源深度為7～8km，深度分布較原始定位結(jié)果明顯集中。

表2 原始定位結(jié)果與雙差定位后的結(jié)果

續(xù)表2

圖1 臺網(wǎng)原始定位（a）與雙差定位（b）的震中分布

圖2 原始定位和精定位后的震源深度分布

4 震源機(jī)制解分析

本文用 CAP方法（Zhao et al，1994；Zhu et al，1996）反演了范縣及鄰區(qū) 2008年以來ML≥3.0的14個(gè)地震的震源機(jī)制解。CAP方法是一種體波與面波聯(lián)合反演方法，其結(jié)果對速度模型和地殼橫向變化的依賴性相對較小。很多學(xué)者用CAP方法開展了大量的研究工作（鄭勇等，2009；宋美琴等，2013；李曉峰等，2013；張輝等，2010），結(jié)果證明用此方法可得到可靠的震源機(jī)制解。震源機(jī)制解對于震源過程研究和地震預(yù)測研究有重要意義，是研究現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場的基礎(chǔ)資料之一，通過震源機(jī)制研究，可以分析地震發(fā)生的力學(xué)過程，推斷地震的主要成因（趙翠萍等，2008；王勤彩等，2009）。

據(jù)重新定位結(jié)果可以看出，范縣及鄰區(qū)中小地震集中增強(qiáng)活動的主要原因可能是因局部構(gòu)造活動所致。為了分析該區(qū)域地震活動趨勢，分析了該區(qū)域（35.4°～36.0°N，115.1°～115.7°E）2008年以來ML≥3.0地震的震源機(jī)制解。

范縣及附近地區(qū)地震發(fā)生在聊蘭斷裂附近，聊蘭斷裂帶由一系列規(guī)模不等的NNE—NE向斷裂組成，是華北平原拗陷區(qū)和魯西隆起區(qū)的分界斷裂，在航磁和重力異常圖上顯示為梯度帶，它南起蘭考，向NNE向延伸，經(jīng)東明、鄄城、范縣、聊城，向北至廣饒，全長約270km。本文用CAP方法計(jì)算了14個(gè)地震的震源機(jī)制解（表3、圖3），表3給出了P軸的方位為22°～138°，簡單平均值為72°。從14個(gè)地震的震源機(jī)制解P軸方位時(shí)序變化特征圖3（b），可以看出，14個(gè)地震中有9個(gè)地震 P軸方位為 50°～100°，均值為75°，占地震總數(shù)的 64%，根據(jù)許忠淮等（1983、1989）、萬永革（2011）等對華北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的研究，認(rèn)為其地震應(yīng)力場的優(yōu)勢分布與主壓應(yīng)力軸同向，約為72°～88°，主壓應(yīng)力方向?yàn)镹E向，與節(jié)面Ⅰ參數(shù)比較接近。該地震集中分布區(qū)的發(fā)震構(gòu)造為東濮凹陷，屬下第三系盆地，NNE和NE走向的聊蘭斷裂和長垣斷裂控制該構(gòu)造的發(fā)展，其中聊蘭斷裂為全新世活動斷裂并具有右旋走滑的性質(zhì)，構(gòu)造運(yùn)動比較活躍，因此認(rèn)為，聊蘭斷裂帶的構(gòu)造運(yùn)動是該地區(qū)地震活動的主要誘因。

表3 M L≥3.0地震的震源機(jī)制解

5 結(jié)論

對范縣及鄰區(qū)中小地震用雙差定位法重新定位并用CAP方法反演了其震源機(jī)制解。結(jié)果表明：

（1）與原始結(jié)果相比，重新定位后的地震震中更集中，主要地震集中分布區(qū)域變小，沿聊蘭斷裂帶呈NE向分布，與斷層走向一致，大部分地震集中收斂到聊蘭斷裂以西的坳陷區(qū)內(nèi)，與斷層的關(guān)系更顯密切。重新定位后的震源深度有82%為7～8km，深度分布也較集中。

（2）用CAP方法反演的地震震源機(jī)制解結(jié)果顯示，節(jié)面Ⅰ走向?yàn)镹E向，這與精定位后的震中分布方向一致，同時(shí)，節(jié)面Ⅰ的優(yōu)勢傾角約為53°，震源錯(cuò)動類型大多表現(xiàn)為走滑型。

圖3 M L≥3.0震源機(jī)制解及P軸方向變化

（3）根據(jù)本文獲得的該地區(qū)的震源機(jī)制解，結(jié)合震區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和精定位后的震中分布（圖1）綜合來看，該區(qū)震源機(jī)制解的節(jié)面Ⅰ指示了相應(yīng)的發(fā)震斷層，與震源區(qū)內(nèi)聊蘭斷裂帶相對應(yīng)。此外，14個(gè)地震中有9個(gè)地震的P軸方位為50°～100°，均值為75°的占地震總數(shù)的64%，這與華北地區(qū)主壓應(yīng)力方向基本一致。鑒于聊蘭帶的斷裂規(guī)模和歷史上曾發(fā)生過強(qiáng)震的現(xiàn)實(shí)，推測該區(qū)域的地震應(yīng)與聊蘭斷裂活動相關(guān)。