唐山及周邊地區(qū)中小地震重定位及其構(gòu)造特征

陳佳維，崔效鋒，胡幸平

(中國地震局地殼應(yīng)力研究所 地殼動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085)

唐山及周邊地區(qū)中小地震重定位及其構(gòu)造特征

陳佳維，崔效鋒*，胡幸平

(中國地震局地殼應(yīng)力研究所 地殼動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085)

采用雙差定位法對(duì)唐山及周邊地區(qū)2009年1月至2015年10月發(fā)生的4 115個(gè)中小地震進(jìn)行了重新定位，改進(jìn)了初始定位精度，得到了更加準(zhǔn)確的3 466個(gè)地震事件的震源位置信息，并對(duì)比分析了重定位后的地震與活動(dòng)斷裂的關(guān)系。結(jié)果顯示：①研究區(qū)內(nèi)地震主要集中在華北平原北部，并且以研究區(qū)東部的唐山震源區(qū)最為集中,從水平方向來看，小震事件更加集中于斷裂帶附近，呈現(xiàn)出較好的條帶狀分布特征,從地震震源深度來看，地震主要集中分布在5～15 km深度范圍內(nèi)，且不同地震帶區(qū)的小震震源深度分布特征存在差異;②張渤地震帶小震主要發(fā)生在中上地殼，而渤海海域地震帶的小震發(fā)震層為上地殼;③張渤地震帶的小震震源深度由西向東呈現(xiàn)出逐漸變淺的趨勢(shì)，且唐山斷裂帶東側(cè)存在一個(gè)NE走向、傾角較陡的小震活動(dòng)帶。

小震精定位；波形互相關(guān)；雙差定位法；張渤地震帶；唐山斷裂帶

0 引言

受太平洋板塊向西俯沖、青藏塊體向北運(yùn)移以及華南塊體NWW向運(yùn)動(dòng)等周圍板塊和塊體聯(lián)合作用[1-5]，本文研究區(qū)域(116.35～120.35°E，38.43～41.13°N)內(nèi)的構(gòu)造環(huán)境較為復(fù)雜，地處新構(gòu)造活動(dòng)頻繁的華北北部地區(qū)，區(qū)內(nèi)交錯(cuò)分布有NWW向的張家口—渤海斷裂帶(張渤地震帶)。唐山及周邊地區(qū)所屬的華北地塊一直以來地震活動(dòng)性強(qiáng)，大震頻發(fā)。張渤地震帶是華北平原活動(dòng)地塊與燕山活動(dòng)地塊的邊界，由20多條斷續(xù)分布的斷裂所組成，是控制現(xiàn)代強(qiáng)震的一條地震構(gòu)造帶。據(jù)記載，本研究區(qū)內(nèi)共發(fā)生過8次6級(jí)以上的破壞性地震(表1)，最大也是最早的一次地震為1679年9月2日三河—平谷一帶發(fā)生的M8.0地震(117.0°E，40.0°N)[6]，而1976年7月28日唐山MS7.8地震(118.2°E，39.6°N)是區(qū)域內(nèi)距今最近的一次強(qiáng)震，并觸發(fā)了1976年7月28日灤縣MS7.1和1976年11月15日寧河MS6.9的2次強(qiáng)余震(圖1)。1980年以來，研究區(qū)唐山及周邊地區(qū)未發(fā)生6.0級(jí)以上強(qiáng)地震，小震卻從未間斷。特別是，近年來小震不僅活動(dòng)頻繁，分布也廣泛。地震資料是分析地震活動(dòng)特征、判定發(fā)震構(gòu)造的基礎(chǔ)，地震活動(dòng)與活動(dòng)構(gòu)造密切相關(guān)，小地震事件在平面上、深度上的分布特征可推斷出斷層的走向、傾向的幾何形態(tài)，因此研究區(qū)域小震活動(dòng)通常作為識(shí)別隱伏斷層和活動(dòng)斷裂的重要手段。小震時(shí)空特征也反映了該區(qū)域的地殼內(nèi)部應(yīng)力環(huán)境特征，對(duì)研究區(qū)域復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過程的解釋提供參考依據(jù)。

地震定位是地震活動(dòng)性以及活動(dòng)構(gòu)造等研究的重要基礎(chǔ)資料。相對(duì)定位法能夠有效減小速度模型引起的定位誤差。相對(duì)定位法主要有主事件法和雙差法[9]。其中，雙差定位法適用于大范圍地震的同時(shí)相對(duì)定位，將相鄰的2個(gè)地震歸為地震對(duì)，每個(gè)事件的定位精度不受定位范圍大小的影響，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在地震定位研究中得到了廣泛的應(yīng)用[10-18]。隨著地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的發(fā)展，特別是數(shù)字地震觀測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，在研究區(qū)積累了大量的中小地震觀測(cè)資料，眾多學(xué)者對(duì)首都圈地區(qū)進(jìn)行了小震精定位研究[10-11,14,16,18]，取得了豐富的研究成果。朱艾斕等[12]對(duì)1980—2000年首都圈地區(qū)發(fā)生的2 098次小地震進(jìn)行了重定位，結(jié)果表明，順義震群及延懷盆地一帶存在著幾條傾角較陡的隱伏活動(dòng)斷裂；于湘?zhèn)サ萚16]利用1993—2004年發(fā)生在華北地區(qū)(111.0～120.0°E，35.0～42.0°N)的6 771次地震進(jìn)行重定位，結(jié)果表明，新河斷裂下存在2條NE走向、SW傾斜和不同深度的地震活動(dòng)帶；張廣偉等[18]利用2001年10月到2009年09月發(fā)生在華北地區(qū)(110.0～121.0°E ，35.2～42.5°N)的7 519次地震進(jìn)行重定位，結(jié)果表明，該區(qū)域孕震層基本位于地殼的中上部，不同地震帶上小震分布的優(yōu)勢(shì)深度存在明顯差異。

表1 6級(jí)以上歷史地震事件信息[6-8]

圖1 歷史地震與構(gòu)造背景圖(斷裂來自徐錫偉等第五代地震區(qū)劃圖基礎(chǔ)資料)

在地震定位的過程中，臺(tái)站分布、可用震相、震相到時(shí)的拾取精度和速度結(jié)構(gòu)都可能影響地震震源位置精度，小震定位的精度也會(huì)直接影響到我們對(duì)區(qū)域內(nèi)活動(dòng)斷裂的認(rèn)識(shí)[18]。其中，震相到時(shí)的拾取精度也是影響地震定位精度的主要因素。采用波形互相關(guān)技術(shù)讀取相對(duì)到時(shí)可以有效地減小人工拾取震相到時(shí)的誤差，利用互相關(guān)技術(shù)獲取的到時(shí)差精度在1 ms左右，可以得到誤差為幾米到幾十米的地震相對(duì)位置，而一般手動(dòng)拾取震相到時(shí)的誤差在10～30 ms[19-25]。因此，我們利用波形互相關(guān)技術(shù)，精確獲取地震事件對(duì)的震相到時(shí)差，采用當(dāng)今地學(xué)界比較成熟的雙差定位法，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的地震進(jìn)行重定位，分析地震活動(dòng)與附近斷層的關(guān)系，推斷主要活動(dòng)斷裂的構(gòu)造特征。

1 資料與方法

隨著數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)的建立和完善，地震精定位已成為地震活動(dòng)性以及活動(dòng)構(gòu)造等研究的重要手段。本研究所采用的地震數(shù)據(jù)資料主要包括2部分：從中國地震局臺(tái)網(wǎng)中心提供的震相觀測(cè)報(bào)告中，收集了2009年1月至2015年10月發(fā)生在唐山及周邊地區(qū)(116.35～120.35°E，38.43～41.13°N)內(nèi)的4 115個(gè)中小地震(MS>1.0)的觀測(cè)報(bào)告，提取地震事件初始震中位置及深度，獲取P波和S波震相到時(shí)；結(jié)合從中國地震局地球物理研究所國家地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心，搜集了河北、天津、北京、內(nèi)蒙古等308個(gè)測(cè)震臺(tái)站記錄的2 042個(gè)中小地震事件波形記錄，資料主要集中于北京和天津，河北、山東和遼寧的數(shù)據(jù)較少卻分布比較均勻[26](圖2)。依據(jù)地震事件波形數(shù)據(jù)，對(duì)P 波及S 波到時(shí)進(jìn)行人工讀取，挑選出可靠的到時(shí)數(shù)據(jù)，初步讀取P 波及S 波到時(shí)數(shù)據(jù)共計(jì)24 764 條，進(jìn)一步補(bǔ)充觀測(cè)報(bào)告中沒有的臺(tái)站或事件的P、S波到時(shí)數(shù)據(jù)，并檢驗(yàn)和矯正觀測(cè)報(bào)告中已有的到時(shí)數(shù)據(jù)。

注：紅色方框：重定位區(qū)域；紅色圓點(diǎn)：地震事件初始位置；黑色三角：臺(tái)站位置圖2 本研究所用到的臺(tái)站和地震事件位置

小震重定位方法是在利用地震事件的觀測(cè)報(bào)告和地震波形記錄讀取P、S波到時(shí)的基礎(chǔ)上，獲取地震事件對(duì)的震相相對(duì)到時(shí)差，采用成熟的雙差定位程序hypoDD[23-25]，對(duì)研究區(qū)內(nèi)地震進(jìn)行精確重定位。

雙差定位法是目前較為通用的提高地震定位精度的一種有效的技術(shù)方法，該方法主要采用相對(duì)走時(shí)殘差來修訂地震初始定位精度。這種相對(duì)走時(shí)殘差的使用主要是基于2個(gè)震源之間的距離遠(yuǎn)小于事件震源到臺(tái)站的距離，認(rèn)為2個(gè)事件傳播到臺(tái)站的射線路徑幾乎相同，從而可以有效地降低由于速度模型的不確定對(duì)定位結(jié)果的影響，同時(shí)可以減少到時(shí)震相拾取時(shí)的系統(tǒng)誤差。其中，hypoDD程序是利用ph2dt程序輸出的數(shù)據(jù)和互相關(guān)得到的到時(shí)差數(shù)據(jù)進(jìn)行地震的重定位；輸入文件包括臺(tái)站位置文件，事件原始位置文件和事件對(duì)到時(shí)文件；臺(tái)站位置文件與ph2dt程序所用文件一致，包含了到時(shí)文件中所用臺(tái)站的位置信息；事件對(duì)到時(shí)文件包含地震事件對(duì)分別到各臺(tái)站的到時(shí)、數(shù)據(jù)權(quán)重以及震相。hypooDD程序提供了2種求解方法：奇異值分解法(SVD)以及共軛梯度法(LSQR)。奇異值分解法(SVD)能夠有效地反映出求解結(jié)果的誤差以及結(jié)果的可靠性，對(duì)于地震數(shù)目較少的(大約為100)小規(guī)模地震系統(tǒng)求解運(yùn)算，具有一定的優(yōu)勢(shì)；然而如果需要求解的地震系統(tǒng)較大，即地震數(shù)據(jù)較多，奇異值分解法(SVD)的效率就比較低，應(yīng)當(dāng)采用共軛梯度法(LSQR)。在求解運(yùn)算中，根據(jù)程序運(yùn)行反饋的信息，進(jìn)一步調(diào)整求解參數(shù)，保證求解結(jié)果的可靠性。

2 資料選取與處理

在開展雙差定位前，我們首先采用張廣偉等[18]給出的一維速度模型，根據(jù)TauP計(jì)算得到的理論走時(shí)[27]，對(duì)從震相報(bào)告中所獲取的震相到時(shí)數(shù)據(jù)和人工讀取的到時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步檢驗(yàn)。該模型是綜合了前人的研究結(jié)果獲得的。將觀測(cè)走時(shí)減去理論走時(shí)，挑選出震相到時(shí)與理論到時(shí)殘差小于5 s的數(shù)據(jù)，剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，從而使計(jì)算得到的事件對(duì)到時(shí)差更加準(zhǔn)確。

本文依據(jù)人工讀取的P、S波到時(shí)數(shù)據(jù)，利用編寫的互相關(guān)到時(shí)計(jì)算程序，計(jì)算了地震事件對(duì)之間的精確到時(shí)差。利用波形互相關(guān)技術(shù)獲取地震事件對(duì)之間到同一臺(tái)站到時(shí)差，即在事件1的地震圖上取P、S波到時(shí)前后0.5 s的一段固定窗口長為1 s的波形數(shù)據(jù)，分別在事件2的地震圖中人工讀取的震相到時(shí)前后1 s的范圍內(nèi)移動(dòng)窗口，獲取搜索點(diǎn)前后0.5 s之間的波形數(shù)據(jù)，逐點(diǎn)移動(dòng)過程中計(jì)算2個(gè)波形窗的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的時(shí)間點(diǎn)，計(jì)算出2個(gè)地震事件到同一臺(tái)站的到時(shí)差，濾波頻率范圍為1～10 Hz。結(jié)合震相報(bào)告計(jì)算的事件對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)和互相關(guān)方法獲取的事件對(duì)到時(shí)差數(shù)據(jù)，采用張廣偉等[18]給出的一維速度模型，利用雙差定位法，對(duì)研究區(qū)內(nèi)地震進(jìn)行精確重定位，得到了3 466個(gè)地震事件的精確重定位結(jié)果(圖3b)。其中，地震數(shù)目最多(2 376個(gè))的地震簇，采用共軛梯度法(LSQR)求解，平均均方根殘差約為0.18 s，最大均方根殘差約為0.46 s，其余數(shù)量較少的地震簇，采用奇異值分解法(SVD)求解，其均方根殘差普遍更小，有些地震簇的殘差在1 ms 的量級(jí)。此外，比較小的到時(shí)殘差也表明了我們計(jì)算得到的精定位結(jié)果具有較高的可信度。

注：分圖a、b分別為地震重定位前、后結(jié)果，主要包括重新定位前后的小震震中平面圖、側(cè)面圖和小震深度分布頻度圖；紅色圓點(diǎn)大小表示震級(jí)大小；F表示地震頻度圖3 2009—2015年中小地震重定位前后結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)果與分析

3.1 2009—2015年地震定位結(jié)果及其空間分布特征

圖3展示了精定位前后地震事件震中分布的平面狀態(tài)?？梢钥闯?，初始定位結(jié)果分布比較寬泛，精定位之后的結(jié)果總體上更為集中，線性分布更好。區(qū)域內(nèi)地震主要集中在平原地區(qū)，以唐山震源區(qū)最為集中，在唐山斷裂、灤縣西斷裂、盧龍斷裂和夏墊斷裂附近。精定位之后的地震事件呈現(xiàn)出較好的線性分布特征，且在唐山斷裂北端東側(cè)呈現(xiàn)出小尺度的線性分布特征。研究區(qū)域的北部山區(qū)則少有地震發(fā)生，地震活動(dòng)性相對(duì)較低。

中小地震重定位前后結(jié)果分布圖可以看出，南部平原地區(qū)的地震活動(dòng)明顯強(qiáng)于北部山區(qū)，北部山區(qū)少有地震發(fā)生，但寧城盆地有小地震的叢集，地震叢集區(qū)恰位于1290年寧城6級(jí)地震的宏觀震中(119.3°E，41.6°N)附近，有可能是該歷史地震的余震活動(dòng)[6-8]。唐山MS7.8地震發(fā)生多年后的2009—2015年期間，唐山震源區(qū)中小地震仍比較活躍，小震重定位結(jié)果(圖3b)顯示，在唐山斷裂、灤縣西斷裂和盧龍斷裂附近出現(xiàn)了比較集中的地震條帶。區(qū)域的西南部的地震活動(dòng)相對(duì)也比較多，夏墊斷裂附近出現(xiàn)了相對(duì)集中的地震條帶，震源深度主要分布在5～20 km之間。從深度頻度圖分布(圖3b)上看，精定位使震源位置結(jié)果得到了一定程度的改善。初始定位給出的震源深度多為6～8 km，而精定位后，地震多分布在5～15 km深度范圍內(nèi)，說明研究區(qū)內(nèi)的地震主要發(fā)生在上地殼。上述結(jié)果與前人的研究結(jié)果[13-16]相一致。

結(jié)合于湘?zhèn)サ萚16]的研究結(jié)果，對(duì)2001—2015年期間唐山及周邊地區(qū)中小地震個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，顯示唐山地區(qū)仍比較活躍，地震頻度比較穩(wěn)定(圖4)。在2010年3—4月出現(xiàn)小震數(shù)目的極大峰值，發(fā)震次數(shù)超過200。對(duì)比分析這段時(shí)間內(nèi)的地震目錄，地震主要集中在2010年3月6日河北灤縣MS4.3地震(118.5°E，39.7°N)和2010年4月9日河北豐南MS4.1地震(118.06°E，39.47°N)時(shí)期。我們推測(cè)，這一簇高頻次震群是由這2個(gè)唐山大地震余震所觸發(fā)的小地震事件。

圖4 2001—2015年中小地震個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.2 張渤地震帶、渤海海域地震帶的地震分布特征

為了能夠更為細(xì)致地了解區(qū)域內(nèi)地震活動(dòng)的空間分布狀態(tài)，我們選取了唐山地震帶、夏墊地震帶和渤海海域地震帶這3個(gè)地震分布相對(duì)集中的區(qū)域(圖5)進(jìn)行震源深度縱剖面上的投影分析。

注：I為唐山地震帶區(qū)；II 為夏墊地震帶區(qū)；III為唐山斷裂帶區(qū)；IV為渤海海域地震帶區(qū)；M-M′為深反射地震剖面位置(劉保金等[35])；A-B、C-D、E-F、G-H、I-J、K-L分別為不同區(qū)域的震源深度縱剖面 圖5 重定位后小震震源深度縱剖面圖

區(qū)域I為唐山地震帶區(qū)，區(qū)內(nèi)分布有唐山斷裂(區(qū)域III)、灤縣西斷裂和盧龍斷裂，唐山斷裂和盧龍斷裂地震條帶沿NE-SW向展布，灤縣西斷裂則沿NW-SE向展布。區(qū)域II為夏墊地震帶，位于北京和廊坊一線的東北，區(qū)內(nèi)主要分布有夏墊斷裂、黃莊-高麗營斷裂和順義-良鄉(xiāng)斷裂等多條NE-SW向斷裂。區(qū)域IV為渤海海域地震帶，位于渤海海域，區(qū)內(nèi)主要有NW-SE向的柏各莊斷裂和NE-SW向的秦南、秦北斷裂[28-31]。

3.2.1 張渤地震帶

張渤地震帶位于華北平原與燕山山脈之間的過渡帶，受太平洋板塊向西俯沖和印度板塊向北推擠的共同作用。該地震帶有20多條斷續(xù)分布、傾向不一、傾角較陡的斷裂組成的活動(dòng)斷裂帶，華北北部地區(qū)的強(qiáng)震活動(dòng)明顯受該構(gòu)造斷裂帶所控制。張渤地震帶小震活動(dòng)最為頻繁，1978年7月28日唐山MS7.8地震也發(fā)生在該地震帶上[32-35]。唐山斷裂地震帶(區(qū)域Ⅰ)則位于該地震帶的東段，剖面A-B、C-D分別為NW-SE133°、NE-SW43°向的震源深度縱剖面圖(圖6)，剖面中心點(diǎn)為(118.45°E，39.70°N)。通過對(duì)比分析重定位前后該地震帶上的小震分布，可以看出重定位前后小震的震源深度有著十分明顯的變化，重定位前震源分布在0～30 km(圖6a)，重定位后震源主要集中在5～20 km(圖6b)，表明震源深度優(yōu)勢(shì)分布主要集中在中上地殼，這一結(jié)果與張廣偉等[18]研究結(jié)果一致。從重定位后的結(jié)果(圖6b)剖面A-B可以清楚看到2簇地震密集的地震群，分布寬度分別約10 km、20 km，傾角很大，該地震線性帶大致分別與唐山斷裂和盧龍斷裂相對(duì)應(yīng)。根據(jù)C-D剖面結(jié)果可以看出，張渤地震帶小震沿SW-NE方向分布，揭示唐山斷裂、盧龍斷裂發(fā)震構(gòu)造都應(yīng)當(dāng)是NE走向。小震分布在水平方向存在明顯不連續(xù)特征，即118.55°E處存在一個(gè)近直立不連續(xù)的地震線性帶，其分布寬度約30 km，該地震線性帶大致與灤縣西斷裂相對(duì)應(yīng)。張渤地震帶小震分布沿灤縣西斷裂表現(xiàn)為錯(cuò)列，且分布寬度變大，說明后者起到了破裂分段作用。同時(shí)，在深度上也表現(xiàn)出分段特征，即小震震源深度由西向東呈現(xiàn)出逐漸變淺的趨勢(shì)，這與前人Fang Lihua et al.[10]、于湘?zhèn)サ萚16]的研究結(jié)果相類似。

a、b分別為定位前剖面A-B、C-D的小震分布圖，c、d分別為定位后剖面A-B、C-D的小震分布圖圖6 張渤地震帶區(qū)小震震源深度縱剖面圖

為了進(jìn)一步細(xì)致研究唐山斷裂帶的小震分布特征及其斷層活動(dòng)狀態(tài)，我們結(jié)合剖面M-M′處的人工深地震反射探測(cè)剖面結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析[36](圖7)，唐山斷裂帶地震震源深度主要集中在5～20 km，少量地震深度分布在20～30 km，進(jìn)而推測(cè)唐山斷裂帶的錯(cuò)斷深度達(dá)到30 km以下，這與劉保金等[36]的研究結(jié)果相一致。結(jié)合小震的水平分布(圖5)，我們發(fā)現(xiàn)在唐山斷裂的東側(cè)存在一個(gè)NE走向、向東傾斜的斷裂帶。這與前人于湘?zhèn)サ萚16]、張廣偉等[18]的研究結(jié)果相一致。

注：黑色實(shí)線為深地震反射探測(cè)剖面結(jié)果[36]，黑色虛線為推測(cè)斷裂帶。圖7 唐山斷裂帶小震震源深度縱剖面圖

區(qū)域II處于張渤地震帶的中段，位于北京和廊坊一線的東北，區(qū)內(nèi)主要分布有夏墊斷裂、黃莊—高麗營斷裂和順義—良鄉(xiāng)斷裂等多條NE向斷裂。圖8給出了該區(qū)域2個(gè)不同方向上的小震震源深度縱剖面投影圖，剖面E-F和G-H分別為SW-NE43°、NW-SE133°方向的震源深度縱剖面圖(圖8)，剖面中心點(diǎn)為(117.0°E，40.0°N)。從重定位后的結(jié)果可以看出，該區(qū)域的地震分布相對(duì)于唐山地震帶來說較為分散，小震震源深度分布在5～20 km之內(nèi)，表明震源深度優(yōu)勢(shì)分布主要集中在中上地殼。在剖面G-H中有一個(gè)相對(duì)集中的、近直立的地震線性帶，其分布寬度約5 km，該地震線性帶大致與夏墊斷裂相對(duì)應(yīng)。

3.2.2 渤海海域地震帶

區(qū)域IV為渤海海域地震帶區(qū)，渤海海域地震帶主要受西太平洋板塊向西俯沖產(chǎn)生的水平擠壓作用力控制。自有記錄以來，該研究區(qū)歷史記載曾發(fā)生過3次7級(jí)以上的地震，分別是1597年10月6日渤海7.0級(jí)地震，1888年6月13日渤海7.5級(jí)地震，1969年7月18日渤海7.4級(jí)地震[6-8]。剖面I-J和剖面K-L分別為NE-SW43°、NW-SE133°向的震源深度縱剖面圖(圖9)，剖面中心點(diǎn)為(119.675°E，38.93°N)。重定位后的小震震源深度縱剖面圖可以看出，小震分布主要集中在5～12 km，說明該區(qū)域發(fā)震層位于上地殼內(nèi)。剖面I-J可以清楚看出一個(gè)傾角較陡的地震帶，其地震深度從地表至15 km左右，該地震帶位置大致與柏各莊斷裂相對(duì)應(yīng)，且剖面K-L中存在一個(gè)小震叢集區(qū)。

a 為定位后剖面E-F的小震分布圖； b 為定位后剖面G-H的小震分布圖圖8 夏墊地震帶小震震源深度縱剖面圖

a為定位后剖面I-J的小震分布圖； b為定位后剖面K-L的小震分布圖圖9 渤海海域地震帶小震震源深度縱剖面圖

4 結(jié)論與討論

本研究運(yùn)用地震波形互相關(guān)技術(shù)和雙差定位方法，對(duì)河北唐山及周邊地區(qū)2009—2015年發(fā)生的4 115個(gè)中小震進(jìn)行了重新定位，獲取了3 466個(gè)地震事件的精確定位結(jié)果。根據(jù)重定位結(jié)果來看，重新定位后的小震分布更為集中，基本上沿著斷裂呈現(xiàn)較好的線性分布特征，震源深度集中分布在5～15 km，形態(tài)接近于正態(tài)分布，進(jìn)一步證實(shí)了研究區(qū)的發(fā)震層在中上地殼，且不同地震帶區(qū)的小震震源深度分布特征存在差異。結(jié)合張廣偉等[18]給出的地震精定位數(shù)據(jù)，對(duì)2001—2015年期間區(qū)域地震活動(dòng)及其空間分布特征進(jìn)行了研究，得到以下結(jié)論和認(rèn)識(shí)。

1)唐山及周邊地區(qū)內(nèi)地震主要分布在陸地平原地區(qū)，并且以1978年唐山地震震源區(qū)周圍最為集中，地震多集中在20 km深度以上。在唐山斷裂、灤縣西斷裂帶、盧龍斷裂和夏墊斷裂附近，精定位之后的地震事件呈現(xiàn)出較好的條帶狀分布特征。結(jié)果還顯示，唐山斷裂、盧龍斷裂、夏墊斷裂的傾角均很大。

2)1976年唐山MS7.8地震總體走向均為NE向，揭示發(fā)震構(gòu)造都應(yīng)當(dāng)是NE走向，且小震震源深度由西向東呈現(xiàn)出逐漸變淺的趨勢(shì)。2次地震的余震分布沿灤縣西斷裂表現(xiàn)為錯(cuò)列，且分布寬度變大，說明后者起到了破裂分段作用。

3)唐山斷裂帶東側(cè)存在一個(gè)NE走向、向東傾斜的小震活動(dòng)帶。

4)渤海海域地震帶區(qū)域的小震震源深度主要集中在5～12 km，說明該區(qū)域發(fā)震層位于上地殼內(nèi)。重定位后的結(jié)果顯示，柏各莊斷裂附近的地震呈現(xiàn)條帶狀的分布特征。

通過和前人使用相同的方法和不同時(shí)段的資料，對(duì)唐山及周邊地區(qū)的中小地震進(jìn)行重定位研究，發(fā)現(xiàn)唐山斷裂、盧龍斷裂和夏墊斷裂等斷層參數(shù)和前人基本一致，并有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，還揭示了唐山斷裂帶北段東側(cè)存在一個(gè)近NE方向的小震活動(dòng)帶。因此，本研究進(jìn)一步深化了唐山及周邊地區(qū)的活動(dòng)斷裂及地震斷層深部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，也為將來的防震減災(zāi)和地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供了更為可靠的基礎(chǔ)資料。

致謝：感謝中國地震局地球物理研究所國家數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心(doi:10.7914/SN/CB)為本研究提供地震波形數(shù)據(jù)；感謝中國地震臺(tái)網(wǎng)中心為本研究提供的地震目錄和震相觀測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)；感謝張廣偉助理研究員對(duì)本研究提供的地震精定位數(shù)據(jù)結(jié)果；感謝張世民研究員在地質(zhì)構(gòu)造背景和歷史地震資料方面的指導(dǎo)和幫助。

[1] 臧紹先, 寧杰遠(yuǎn), 劉寶誠, 等.中國周邊板塊的相互作用及其對(duì)中國應(yīng)力場(chǎng)的影響——Ⅰ.太平洋板塊、菲律賓板塊的影響[C]//地球物理學(xué)報(bào)編輯委員會(huì).八十年代中國地球物理學(xué)進(jìn)展. 北京: 學(xué)術(shù)書刊出版社, 1989: 293-306.

[2] 臧紹先, 吳忠良, 寧杰遠(yuǎn), 等.中國周邊板塊的相互作用及其對(duì)中國應(yīng)力場(chǎng)的影響——(Ⅱ)印度板塊的影響[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 1992, 35(4): 428-440.

[3] 臧紹先, 寧杰遠(yuǎn).西太平洋俯沖帶的研究及其動(dòng)力學(xué)意義[J].地球物理學(xué)報(bào), 1996, 39(2): 188-202.

[4] 馮向東, 魏東平, 陳棋福.基于觀測(cè)應(yīng)力場(chǎng)的大華北地區(qū)動(dòng)力學(xué)機(jī)制探討[J].地震學(xué)報(bào), 2005, 27(1):1-10.

[5] 謝富仁, 崔效鋒.中國及鄰區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)圖[M].北京: 中國地圖出版社, 2015.

[6] 顧功敘.中國地震目錄(公元前1831年—公元1969年)[M].北京: 科學(xué)出版社, 1983.

[7] 中國地震局震害防御司.中國近代地震目錄(公元1912年—1990年MS≥4.7)[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社, 1999.

[8] 謝毓壽, 蔡美彪.中國地震歷史資料匯編(第四卷上)[M].北京: 科學(xué)出版社, 1985.

[9] Waldhauser F, Ellsworth W L.A double-difference earthquake location algorithm: method and application to the northern Hayward Fault, California[J].Bulletin of the Seismological Society of America, 2000, 90(6): 1353-1368.

[10] Fang L H, Wu J P, Liu J, et al. Preliminary report on the 22 November 2014MW6.1/MS6.3 Kangding earthquake, Western Sichuan, China[J].Seismological Research Letters, 2015, 86(6): 1603-1613.

[11] Fang L H, Wu J P, Wang W L, et al. Aftershock observation and analysis of the 2013MS7.0 Lushan earthquake[J].Seismological Research Letters, 2015, 86(4): 1135-1142.

[12] 朱艾斕, 徐錫偉, 周永勝, 等.川西地區(qū)小震重新定位及其活動(dòng)構(gòu)造意義[J].地球物理學(xué)報(bào), 2005, 48(3): 629-636.

[13] 李樂, 陳棋福, 陳颙.首都圈地震活動(dòng)構(gòu)造成因的小震精定位分析[J].地球物理學(xué)進(jìn)展, 2007, 22(1): 24-34.

[14] 黃媛, 吳建平, 張?zhí)熘? 等.汶川8.0級(jí)大地震及其余震序列重定位研究[J].中國科學(xué)D輯: 地球科學(xué), 2008, 38(10): 1250-1257.

[15] 于湘?zhèn)? 陳運(yùn)泰, 張懷.京津唐地區(qū)中小地震重新定位[J].地震學(xué)報(bào), 2010, 32(3): 257-269.

[16] 于湘?zhèn)? 張懷, 陳運(yùn)泰.華北地區(qū)地震重新定位結(jié)果分析[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué), 2010, 30(2): 29-33.

[17] Cai C, Yu C Q, Tao K, et al.Spatial distribution and focal mechanism solutions of the Wenchuan earthquake series: results and implications[J].Earthquake Science, 2011, 24(1): 115-125.

[18] 張廣偉, 雷建設(shè), 謝富仁, 等.華北地區(qū)小震精定位及構(gòu)造意義[J].地震學(xué)報(bào), 2011, 33(6): 699-714.

[19] 呂鵬, 丁志峰, 朱露培.結(jié)合波形互相關(guān)的雙差定位方法在2008年汶川地震余震序列中的應(yīng)用[J].地震學(xué)報(bào), 2011, 33(4): 407-419.

[20] 胡幸平, 崔效鋒.華北地區(qū)中部地震精定位與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究[J].震災(zāi)防御技術(shù), 2013, 8(4): 351-360.

[21] 萬永革, 沈正康, 刁桂苓, 等.利用小震分布和區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)確定大震斷層面參數(shù)方法及其在唐山地震序列中的應(yīng)用[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 2008, 51(3): 793-804.

[22] Schaff D P, Bokelmann G H R, Ellsworth W L, et al.Optimizing correlation techniques for improved earthquake location[J].Bulletin of the Seismological Society of America, 2004, 94(2): 705-721.

[23] Schaff D P, Waldhauser F.Waveform cross-correlation-based differential travel-time measurements at the northern California seismic network[J].Bulletin of the Seismological Society of America, 2005, 95(6): 2446-2461.

[24] Shearer P, Hauksson E, Lin G Q.Southern California hypocenter relocation with waveform cross-correlation, Part 2: results using source-specific station terms and cluster analysis[J].Bulletin of the Seismological Society of America, 2005, 95(3): 904-915.

[25] Waldhauser F. hypoDD: a program to compute double-difference hypocenter locations[R].U.S. Geological Survey Open-File Report 01-113, 2001:25.

[26] 鄭秀芬, 歐陽飚, 張東寧, 等. “國家數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心”技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)及其對(duì)汶川大地震研究的數(shù)據(jù)支撐[J]. 地球物理學(xué)報(bào), 2009, 52(5):1412-1417.doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2009.05.031.

[27] Crotwell H P, Owens T J, Ritsema J.The TauP toolkit: flexible seismic travel-time and ray-path utilities[J]. Seismological Research Letters, 1999, 70(2): 154-160.

[28] 劉亢, 曲國勝, 房立華, 等.唐山古冶、灤縣地區(qū)中小地震活動(dòng)與構(gòu)造關(guān)系研究[J].地震, 2015, 35(2): 111-120.

[29] 祝治平, 張先康, 張建獅, 等.北京—懷來—豐鎮(zhèn)剖面地殼上地幔構(gòu)造與速度結(jié)構(gòu)研究[J].地震學(xué)報(bào), 1997, 19(5): 499-505.

[30] 徐錫偉, 吳衛(wèi)民, 張先康, 等.首都圈地區(qū)地殼最新構(gòu)造變動(dòng)與地震[M].北京: 科學(xué)出版社, 2002.

[31] 陳國光, 徐杰, 馬宗晉, 等.渤海盆地現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與強(qiáng)震活動(dòng)[J].地震學(xué)報(bào), 2004, 26(4): 396-403.

[32] 王明格, 李昌存.河北平原主要斷裂及其分布、活動(dòng)特征[J].河北理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2005, 27(1): 113-118.

[33] 崔效鋒, 謝富仁.1976年唐山地震前后華北地區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的時(shí)空變化特征[J].中國地震, 2001, 17(3): 280-288.

[34] 黃驥超, 萬永革.利用小震與強(qiáng)震震源機(jī)制解反演首都圈現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)[J].地震, 2015, 35(1): 17-27.

[35] 李瑞莎, 崔效鋒, 刁桂苓, 等.華北北部地區(qū)現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)時(shí)空變化特征研究[J].地震學(xué)報(bào), 2008, 30(6): 570-580.

[36] 劉保金, 曲國勝, 孫銘心, 等.唐山地震區(qū)地殼結(jié)構(gòu)和構(gòu)造:深地震反射剖面結(jié)果[J].地震地質(zhì), 2011, 33(4): 901-912.

Middle-small Earthquake Relocation and Tectonic Characteristics of Tangshan and Its Adjacent Area

CHEN Jia-wei, CUI Xiao-feng*, HU Xing-ping

(Key Laboratory of Crustal Dynamics, Institute of Crustal Dynamics, CEA, Beijing 100085, China)

In this study, we relocated 4 115 earthquakes occurred during January 2009 to October 2015 in Tanshan and its adjunct area using the double-difference methods, analyzed the relationship between the distribution of earthquakes and the active faults. The results show that the earthquakes mainly concentrate in the northern of the North China plain and most intensively focused on Tangshan seismic region. Earthquakes epicenters concentrated along faults and presented the characteristics of banding distribution. Most of the depth of earthquake source distributed between 5 and 15 kilometers with the variant depth distribution feature to different seismic belt. The earthquake seismogenic layer is middle-upper crust in Zhangjiakou-bohai seismic belt, while it is upper crust in Bohai sea seismic belt. The earthquake source depth of Zhangjiakou-Bohai seismic belt showed the trend of gradually becomes shallow from west to east, and there is a small earthquake activity belt in north east direction and steep dip angle on the east side of Tangshan fault belt.

Middle-small earthquake relocation; waveform cross-correlation; double-difference location； Zhangjiakou-bohai seismic belt； Tangshan fault belt

2016-10-06

國家自然科學(xué)基金“利用不同地理位置的地震臺(tái)網(wǎng)記錄的內(nèi)核震相進(jìn)一步約束地球最內(nèi)核的結(jié)構(gòu)和物性”(41504071)；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)“基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的中國及鄰區(qū)水平最大主應(yīng)力方向的空間優(yōu)化計(jì)算研究”(ZDJ2015-06)

陳佳維(1987—)，女，湖南長沙人，助理研究員，現(xiàn)主要從事地震學(xué)和構(gòu)造動(dòng)力學(xué)研究．E-mail：diwucjw@163.com

*通訊作者：崔效鋒(1963—)，男，陜西寶雞人，研究員，現(xiàn)主要從事地震學(xué)和構(gòu)造動(dòng)力學(xué)研究.E-mail：cuixf@sina.com

P315.2

A

1003-1375(2017)01-0001-09

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.01.001

陳佳維，崔效鋒，胡幸平．唐山及周邊地區(qū)中小地震重定位及其構(gòu)造特征[J]．華北地震科學(xué)，2017，35(1):1-9.