2016年山西運城ML 4.8地震序列精定位分析

王卓君 蔡 妍 張 娜 任力偉

1）中國太原030021 山西省地震局

2）中國北京100081 中國地震局地球物理研究所

0 引言

據(jù)山西測震臺網(wǎng)測定，2016 年3 月12 日11 時14 分山西運城市鹽湖區(qū)發(fā)生ML4.8 地震（下文稱為運城ML4.8 地震），震源深度12 km。該地震震中附近最高烈度達(dá)Ⅵ度，運城市區(qū)震感強烈。截至當(dāng)年5 月10 日，山西測震臺網(wǎng)共記錄ML2.0 及以上余震26 次，其中ML4.0—4.9 地震1 次，ML3.0—3.9 地震4 次，ML2.0—2.9 地震21 次，最大余震為3 月27 日ML4.0 地震。此次地震震源較淺，震中附近人口密度大，建筑物抗震能力較弱，導(dǎo)致7 人受傷，多間房屋受損，造成一定社會影響。運城ML4.8 地震震中位于鹽湖區(qū)西南部鹽湖北岸斷裂附近，與晉豫兩省交界線最近距離約30 km，是2010 年6 月5 日山西陽曲ML5.1 地震以來山西省內(nèi)最大地震。

運城ML4.8 地震發(fā)生在運城盆地內(nèi)。運城盆地是南深北淺的半地塹式盆地，位于山西斷陷帶南端，是山西5 個斷陷盆地中海拔最低的。靠近中條山區(qū)域為盆地下沉強烈地區(qū)，目前仍發(fā)育湖泊洼地（吳昊昱等，2017）。與山西斷陷帶其他4 個盆地相比，運城盆地地震活動性較弱，地震資料較少（宋美琴等，2012；蔡妍等，2014）。對運城ML4.8 地震序列進(jìn)行精定位及發(fā)震構(gòu)造分析，可彌補該區(qū)域地震活動研究的不足。

充分開展余震序列精定位已經(jīng)成為尋找和判定發(fā)震構(gòu)造的一項重要依據(jù)（蔡玲玲等，2017）。近年來，雙差定位法廣泛應(yīng)用于大震后余震序列的精定位，如：2014 年8 月3 日云南魯?shù)镸S6.5 地震發(fā)生后，張廣偉等（2014）、王未來等（2014）、房立華等（2014）使用雙差定位法對其余震序列進(jìn)行精定位，并結(jié)合震源機(jī)制、震源破裂過程和區(qū)域斷裂構(gòu)造進(jìn)行綜合分析，判定其發(fā)震斷層為NW 向包谷垴—小河斷裂，而非震區(qū)主要構(gòu)造帶昭通—魯?shù)閿嗔褞А?/p>

吳昊昱等（2017）基于山西測震臺網(wǎng)震相觀測報告，給出運城ML4.8 地震序列精定位的初步研究結(jié)果。為有效提升地震數(shù)據(jù)方位分布的完備性，本文將山西和河南測震臺網(wǎng)2016—2018 年震相觀測報告進(jìn)行匹配合并，采用雙差定位方法，對運城ML4.8 地震的前震、主震及余震序列重新進(jìn)行精定位處理，探討地震序列空間分布特征及構(gòu)造意義。

1 資料與方法

從中國地震局地震編目系統(tǒng)網(wǎng)站中選取2016 年1 月—2018 年12 月，34.9°—35.1°N，110.8°—111.0°E 的正式震相觀測報告。此研究范圍完整包含了運城ML4.8 地震序列的前震、主震及余震。由于此次地震發(fā)生在山西、河南兩省交界地區(qū)，晉豫兩省臺網(wǎng)對地震序列均進(jìn)行了編目?？紤]到河南臺網(wǎng)目錄是山西臺網(wǎng)目錄的子集，我們以山西臺網(wǎng)目錄為基準(zhǔn)，將河南臺網(wǎng)目錄的震相觀測報告合并至山西臺網(wǎng)目錄中。圖1 為本文所使用的山西與河南臺網(wǎng)相關(guān)臺站分布圖。從圖中可以看出，目錄合并后運城ML4.8 地震序列的定位臺站的方位分布更完備，觀測走時的約束能力更強，可以有效提高地震定位的精度（龍鋒等，2018）。

考慮到地震重定位結(jié)果的可靠性，我們只選擇臺站記錄數(shù)≥3、震相數(shù)≥6 的地震事件進(jìn)行重定位。經(jīng)過篩選，山西和河南臺網(wǎng)分別記錄到運城ML4.8 地震的前震和余震序列400 和128 次事件，合并為400 個獨立事件。這些地震為山西和河南測震臺網(wǎng)共81 個臺站所記錄到的400 次地震（圖1），共有6 449 條震相資料：包括直達(dá)波Pg 絕對到時數(shù)據(jù)2 968 條，Sg 絕對到時數(shù)據(jù)3 217條，首波Pn 絕對到時數(shù)據(jù)233 條，Sn 絕對到時數(shù)據(jù)31 條。這些地震的震級范圍在ML0.0—4.8，初始深度分布在1—19 km。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造特征及定位所使用的山西與河南臺網(wǎng)臺站藍(lán)色三角形：山西臺網(wǎng)臺站；綠色三角形：河南臺網(wǎng)臺站；黃色三角形：共同使用的臺站；紅色實心圓：重定位前震中Fig.1 Distribution of used seismic stations

雙差地震定位方法是一種相對定位方法。相比于絕對定位方法，它通過最小化同一臺站記錄到的地震對觀測和理論走時差之間的殘差（雙差）來提高定位精度，能夠很好地約束成叢性微震之間的相對位置，從而更好地與發(fā)震構(gòu)造相關(guān)聯(lián)。該算法要求地震對之間的距離遠(yuǎn)小于地震到臺站的距離，使得2 個地震到同一臺站的走時差只由2 個地震的相對位置所決定，可以在一定程度上消除由于速度模型的不確定性造成的影響（Waldhauser et al，2000）。

本研究采用雙差地震定位法對運城ML4.8 地震序列進(jìn)行重新定位。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)地震事件和臺站分布特點，設(shè)置事件到臺站的最大距離為500 km，每個事件的最大鄰居數(shù)為8，事件對之間的最大間距為8 km，最終形成3 063 個地震對，地震對的平均空間距離是1.64 km。因震相數(shù)據(jù)較多，故采用共軛梯度法求解方程，采用2 輪迭代，每輪迭代4 次。重定位使用的P 波速度模型參考蔡妍等（2014）的山西地區(qū)地殼速度模型（表1）?？紤]到P波和S 波震相清晰度的差異，在精定位計算中對2 種震相設(shè)置了不同的權(quán)重，前者為1.0，后者為0.8。

表1 重定位時使用的P 波速度模型Table 1 P-wave velocity model used for relocation

2 結(jié)果與討論

對運城ML4.8 地震序列的400 次地震進(jìn)行重定位后，得到395 次地震定位結(jié)果。所有重定位地震的走時均方根殘差的平均值由0.270 s 降為0.162 s，震源位置在EW 方向平均誤差為0.859 km，NS 方向平均誤差為0.734 km，UD 方向平均誤差為1.151 km。

2.1 重新定位地震序列空間分布特征

圖2 給出運城ML4.8 地震序列重定位前、后的震中位置分布。由圖可見，與重定位前相比，重定位后地震分布更加集中，且5個ML≥3.0余震由較為離散的狀態(tài)收斂為線性分布，在一定程度上顯現(xiàn)出發(fā)震斷層的走向。

圖2 運城ML 4.8 地震序列重定位前(a)、后(b)的震中分布紅色實心圓代表地震；黃色五角星代表主震；綠色五角星代表5 個ML ≥3.0 余震Fig.2 Distributions of epicenter before (a) and after (b) relocationfor Yuncheng ML 4.8 earthquake sequence

圖3 為運城ML4.8 地震序列重定位前、后的震源深度分布圖。地震重新定位前，震源深度集中分布在4—13 km 范圍內(nèi)，約占地震總數(shù)的90%，其中震源深度5 km 的地震最多，達(dá)123 次，這可能與目錄定位精度不夠有關(guān)；重新定位后，震源深度分布形態(tài)更接近于正態(tài)分布，地震在4—10 km 震源深度范圍內(nèi)優(yōu)勢分布，約占地震總數(shù)的85%。重定位后的運城ML4.8 地震序列震源深度分布特征與蔡妍等（2014）的結(jié)論相吻合。該地震序列的震源深度均小于17 km，顯示其主要發(fā)生在中上地殼。

圖3 運城ML 4.8 地震序列重定位前(a)、后(b)震源深度分布(a)地震目錄確定的震源；(b)雙差法定位的震源Fig.3 Depth distributions before (a) and after (b) relocation for Yuncheng ML 4.8 earthquake sequence

盆地內(nèi)部的沉積層對盆地地震地面運動具有放大作用（王洲鵬等，2016；黃妍等，2017）。此次地震序列發(fā)生在運城盆地的中心凹陷區(qū)域，相對較淺的震源深度，導(dǎo)致沉積層對地震波振幅的放大作用明顯，造成震中附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)及運城市區(qū)震感強烈。

2.2 主震與較大余震的深度分布特征

由圖2（b）可見，參照主震和5 個ML≥3.0 余震的水平分布形態(tài)，本次地震序列重定位后呈NNW 向優(yōu)勢展布，主震位于地震叢集東南側(cè)。沿NNW 向和SWW 向分別做剖面AA′和BB′，繪制2 個剖面的震源深度分布圖，見圖4。從AA′剖面震源深度分布[圖4（a）]可見，主震及較大余震集中分布在此剖面南段的8—11 km 深度范圍內(nèi)，與震源機(jī)制解測定的此次地震序列的主震和最大余震的深度一致（梁永燁等，2018），反映出破裂發(fā)生的主要區(qū)域。地震沿AA′剖面水平向破裂尺度約為3 km，從南向北震源深度逐漸變淺。BB′剖面垂直于發(fā)震斷層，相應(yīng)的震源深度分布[圖4（b）]顯示，地震呈近垂直分布，表明發(fā)震斷層具有高傾角，并略微傾向NE。

圖4 震源深度剖面紅色圓代表地震；黃色五角星代表主震；綠色五角星代表5 個ML ≥3.0 余震Fig.4 Focal depth profiles

如表2，前人關(guān)于主震震源機(jī)制解顯示，節(jié)面A 走向與地震序列重定位后推斷的水平面優(yōu)勢展布方向接近，斷層錯動方式為走滑兼逆沖。通常認(rèn)為高傾角的發(fā)震斷層具有走滑性質(zhì)（朱艾斕等，2005），同時逆沖成分表明地震破裂起始位置較深，隨后破裂沿滑動方向逐漸變淺，與重定位結(jié)果相一致。

表2 運城ML 4.8 地震震源機(jī)制解參數(shù)Table 2 The parameters of focal mechanism solution of Yuncheng ML 4.8 earthquake

此次運城ML4.8 地震序列發(fā)生在運城盆地內(nèi)鹽湖北岸的龍居鎮(zhèn)。運城盆地已知斷裂走向以NEE、NE 向為主（朱瑞靜，2019），此次地震重定位結(jié)果顯示，序列破裂方向為NNW 向，與主要斷裂帶呈共軛分布，推斷其發(fā)震斷裂可能是龍居鎮(zhèn)附近的NNW 向隱伏斷裂。

3 結(jié)論

利用雙差定位方法獲得2016 年3 月12 日運城ML4.8 地震序列395 次事件重定位結(jié)果，結(jié)合前人研究，得出以下結(jié)論。

（1）通過將山西測震臺網(wǎng)和河南測震臺網(wǎng)的觀測報告進(jìn)行合并，形成一套新的地震序列觀測報告，改善了臺站方位角覆蓋，有效提高了定位精度。

（2）震中空間分布更加集中，較大余震分布呈現(xiàn)出線性分布特征，反映出發(fā)震斷層對震中分布的控制作用。地震序列優(yōu)勢分布呈NNW 向，與震源機(jī)制解中的節(jié)面A 走向接近，推斷此次運城ML4.8 地震序列的發(fā)震斷裂為龍居鎮(zhèn)附近的NNW 向隱伏斷裂。

（3）主震及較大余震集中分布在地震叢集東南側(cè)8—11 km 深度范圍內(nèi)，推斷的發(fā)震斷裂具有高傾角，主震的錯動方式為走滑兼逆沖。