2009年陜西高陵ML4.8地震震源參數(shù)及構(gòu)造特征分析

路 珍 郭 志 黃偉亮 張 佩 李 君 張媛媛

1 中國地震局第二監(jiān)測中心，西安市西影路316號(hào)，710054 2 防災(zāi)科技學(xué)院，河北省三河市學(xué)院街465號(hào)，065201 3 中國地震局地質(zhì)研究所，北京市華嚴(yán)里甲1號(hào)，100029 4 長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪學(xué)院，西安市雁塔路126號(hào)，710054 5 陜西省地震局，西安市水文巷4號(hào)，710068

渭河盆地是中國大陸中部重要的地震活動(dòng)構(gòu)造區(qū)，為鄂爾多斯塊體受青藏塊體擠壓在其南邊界形成的近東西向斷陷盆地[1-2]，盆地內(nèi)發(fā)育一系列正斷裂或正斷走滑斷裂[3-4]。由于特殊的構(gòu)造環(huán)境，區(qū)域內(nèi)歷史強(qiáng)震頻發(fā)，如1556年華縣8級地震[5-8]、公元前780年岐山地震(6～7級)[9]、1568年西安東北6級地震[10]。但現(xiàn)今該區(qū)域發(fā)震頻次和強(qiáng)度較弱，多為3～4級地震(圖1)，為少震弱震區(qū)。

藍(lán)色圓圈為1970年以來研究區(qū)ML3.0以上地震；紅色圓圈為歷史地震；灰色十字符號(hào)為2008-05-12至今ML1.0～3.0地震；四角星為2009-11-05陜西高陵ML4.8地震

對于具有大震構(gòu)造背景的少震弱震區(qū)，現(xiàn)今發(fā)生的中小地震特別是中等地震是研究該區(qū)域地震構(gòu)造特征和地震危險(xiǎn)性的重要資料。2009-11-05高陵ML4.8地震為渭河盆地近年來僅有的存在余震的中等震級地震，獲得其主震和余震地震參數(shù)可為研究該區(qū)域地震構(gòu)造特征提供地球物理數(shù)據(jù)支持。目前，關(guān)于該地震震源參數(shù)的研究較少，僅有震源機(jī)制解的少量報(bào)道[11]，因此有必要對其作進(jìn)一步研究。本文主要對2009年陜西高陵ML4.8地震及其余震序列進(jìn)行重定位研究，求解主震震源機(jī)制解，根據(jù)所得結(jié)果綜合討論高陵地震發(fā)震構(gòu)造特征及其對渭河盆地地震危險(xiǎn)性的啟示。

1 地震序列重定位

1.1 臺(tái)站分布和數(shù)據(jù)

據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)測定，2009-11-05 07:31:32.5在陜西省高陵縣附近發(fā)生ML4.8地震，震后24 h內(nèi)發(fā)生余震33次，最大余震震級為ML3.3，最小余震震級為ML0.5，震后1個(gè)月內(nèi)共發(fā)生余震125次，最大余震震級為ML3.6，后續(xù)1 a內(nèi)又發(fā)生6次2級左右余震。本次地震定位使用2009-11-05～2010-08-30共10個(gè)月的地震資料，記錄到余震146次，由全國地震編目系統(tǒng)正式觀測報(bào)告提供上述地震序列的震相觀測數(shù)據(jù)。95%的余震事件至少有5個(gè)及以上臺(tái)站記錄，5%的余震事件有4個(gè)臺(tái)站記錄。圖2(a)為地震序列重定位所使用臺(tái)站的分布情況，共有23個(gè)臺(tái)站，多為陜西地震臺(tái)網(wǎng)固定臺(tái)站，分布基本均勻。圖2(b)為P波和S波震相走時(shí)曲線，震相數(shù)據(jù)質(zhì)量滿足要求，包含1 345個(gè)P波到時(shí)和1 257個(gè)S波到時(shí)。

圖2 臺(tái)站分布與觀測走時(shí)

1.2 雙差定位結(jié)果

采用雙差定位法(HypoDD)進(jìn)行地震重定位，該方法是一種有效且具有高精度的地震重定位方法，可減小通用模型的走時(shí)誤差和結(jié)構(gòu)誤差[13]，已在多個(gè)中強(qiáng)地震的余震序列重定位中得到較好的應(yīng)用[14-19]。本文研究使用的速度模型參考任雋等[20]利用地震測深剖面獲得的研究區(qū)附近地殼速度結(jié)構(gòu)結(jié)果，共分7層，具體見表1。經(jīng)過多次參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，重定位過程中選取距地震叢300 km范圍內(nèi)的臺(tái)站，地震對間最大距離為10 km，最小連接數(shù)為8，P波震相權(quán)重為1，S波震相權(quán)重為0.5，利用共軛梯度法進(jìn)行求解，迭代5次后得到最優(yōu)解。

表1 渭河盆地及鄰區(qū)地殼分層速度模型[20]

定位結(jié)果表明，震中位置變化的平均絕對值在東西向和南北向分別為0.011 km和0.035 km，垂直向?yàn)?.070 km。圖3為重定位后的地震序列分布，從圖中可以看出，主震位置相對于定位前呈現(xiàn)向南偏移特征，余震重定位后分布更加密集，主要圍繞在主震北東側(cè)，主震西南側(cè)余震較少，整個(gè)地震序列呈簇狀分布，未呈現(xiàn)明顯的條帶狀分布特征。震源深度剖面顯示，主震深度約為6 km，余震主要分布在2～12 km深度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)由淺至深連續(xù)分布的特點(diǎn)。東西向(AA′)和南北向(BB′)剖面余震均集中分布在0.1°范圍內(nèi)，大致呈垂直分布特征。

(a)黃色四角星為重定位后主震，灰色十字符號(hào)為定位前地震序列分布；(b)剖面AA′震源深度分布；(c)剖面BB′震源深度分布

2 震源機(jī)制解計(jì)算

為進(jìn)一步研究陜西高陵地震序列震源參數(shù)及發(fā)震機(jī)制，采用CAP方法[21-22]求解高陵ML4.8地震主震震源機(jī)制解。該方法的基本思路是將近震的寬頻帶數(shù)字地震波形按照Pnl和面波波段截開，然后分別將不同的波段數(shù)據(jù)與理論地震圖進(jìn)行對比，殘差最小時(shí)對應(yīng)的結(jié)果即為最優(yōu)震源機(jī)制解和震源深度，該方法已被廣泛應(yīng)用并得到較高認(rèn)可[16, 23-26]。

采用震中附近400 km范圍內(nèi)信噪比較高且保證方位角盡可能均勻覆蓋的波形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于國家測震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心[27-28]。速度模型與前述雙差定位所用的速度模型一致(表1)。反演前對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行去傾斜、去儀器響應(yīng)和旋轉(zhuǎn)至大圓路徑預(yù)處理。帶通濾波頻帶中Pnl波部分為0.06～0.15 Hz，面波部分為0.05～0.09 Hz。斷層走向、傾角、滑動(dòng)角的網(wǎng)格搜索步長為10°，深度搜索步長為1 km。

圖4為2009年陜西高陵ML4.8地震震源機(jī)制解反演結(jié)果，從圖中可以看出，最佳矩心深度為7 km，矩震級近似為4.2級，P軸方位為47°。震源機(jī)制解節(jié)面Ⅰ走向103°，傾角61°，滑動(dòng)角-74°；節(jié)面Ⅱ走向252.40°，傾角32.78°，滑動(dòng)角-116.44°。圖4(b)為地震理論波形與觀測波形的擬合結(jié)果，由圖可見，大部分震相的擬合程度均在80%以上。為提高擬合結(jié)果的可靠性，去除直觀擬合程度不佳和波形擬合度低于60%的數(shù)據(jù)。由震源機(jī)制解結(jié)果可知，此次地震為正斷兼少量走滑特征地震。

波形下方第一行數(shù)字為各段理論波形相對實(shí)際觀測波形的相對時(shí)移(s)；第二行數(shù)字代表各段波形的擬合度(%)

CAP方法得到最佳震源深度為7 km，這與上述重定位結(jié)果以及陜西省地震臺(tái)網(wǎng)中心的結(jié)果較為接近[29]。為分析結(jié)果的可靠性，對前人關(guān)于此次地震的震源機(jī)制解進(jìn)行搜集(表2)。本次反演結(jié)果與前人結(jié)論基本一致，均反映正斷為主的地震特性。本次反演結(jié)果反映出地震兼具少量走滑分量，而前人結(jié)果并不明顯，其原因可能為前人結(jié)果是通過傳統(tǒng)的P波初動(dòng)資料得到，反演結(jié)果可能受速度模型和定位深度影響，也會(huì)因需要不同震中距和方位角的數(shù)據(jù)而使結(jié)果受到限制[30]。

表2 2019高陵ML4.8地震震源機(jī)制解

3 結(jié) 語

本文利用雙差定位法對2009年陜西高陵ML4.8地震及其余震序列進(jìn)行重定位，結(jié)果表明，主震深度約為6 km，余震主要分布在2～12 km深度范圍，震中位置變化的平均絕對值在水平方向?yàn)?.011～0.035 km，垂直方向?yàn)?.070 km。整個(gè)地震序列呈簇狀分布在渭河斷裂與渭南-涇陽斷裂交會(huì)處附近。在深度剖面上余震序列呈現(xiàn)大致垂直的分布特點(diǎn)，揭示發(fā)震斷層傾角可能較陡。利用CAP方法獲取主震震源機(jī)制解，結(jié)果顯示主震為正斷兼少量走滑性質(zhì)地震，最佳矩心深度為7 km，矩震級近似為4.2級。震源機(jī)制解節(jié)面Ⅰ走向103°，傾角61°，滑動(dòng)角-74°；節(jié)面Ⅱ走向252.40°，傾角32.78°，滑動(dòng)角-116.44°。壓縮軸(P軸)為北東向，拉伸軸(T軸)為近南北向，P軸和T軸方位與渭河盆地受北東至北東東向的主壓應(yīng)力場控制的構(gòu)造應(yīng)力格局一致[31]。

王平等[11]根據(jù)地震烈度分布、地質(zhì)構(gòu)造、地震基本參數(shù)等分析認(rèn)為發(fā)震斷層為渭南-涇陽斷裂；曹建平等[32]根據(jù)地表垂直形變特征分析認(rèn)為該地震與渭南塬前斷裂有關(guān)。本文結(jié)合震源機(jī)制解和地震序列重定位結(jié)果，綜合分析附近區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景發(fā)現(xiàn)，主震和余震重定位結(jié)果均在渭河斷裂與渭南-涇陽斷裂交會(huì)部位。震源參數(shù)中節(jié)面Ⅰ與渭南-涇陽斷裂的走向特征基本一致，節(jié)面Ⅱ與渭河斷裂的走向特征基本一致，因此較難從斷層走向特征來確定發(fā)震斷層。但從傾角來看，節(jié)面Ⅰ為高傾角，節(jié)面Ⅱ?yàn)榈蛢A角。探槽開挖和人工地震反射勘探結(jié)果顯示，渭河斷裂和渭南-涇陽斷裂均為高傾角斷層(約60°～70°)[10, 33-34]。因此，斷層面傾角表明渭南-涇陽斷裂更可能為發(fā)震斷層。至于余震序列在平面上呈簇狀分布，并未勾勒出明顯的斷層跡線，可能與主震震級較小、余震數(shù)量較少有關(guān)。

渭南-涇陽斷裂雖然為渭河盆地內(nèi)一條隱伏斷裂，但其分割了盆地內(nèi)固市凹陷和咸陽凸起兩個(gè)斷塊，為盆地內(nèi)斷塊的邊界斷裂(圖1)。研究認(rèn)為[8]，渭南-涇陽斷裂可能為盆地內(nèi)最大地震——1556年華縣8級大地震發(fā)震斷裂系的組成部分。同時(shí)，渭河斷裂也為渭河盆地內(nèi)一條主要斷裂，其不僅對渭河盆地的形成和發(fā)展具有控制作用，而且對盆地內(nèi)強(qiáng)震孕育也存在影響，為盆地內(nèi)顯著的地震活動(dòng)帶[33-34]。上述分析表明，兩條顯著斷裂的交會(huì)部位具有較高的地震活動(dòng)性潛力。從地震活動(dòng)性來看，渭河斷裂與渭南-涇陽斷裂交會(huì)部位的小震活動(dòng)性較高，為渭河盆地內(nèi)中小地震密集區(qū)[35]。特別在汶川地震之后，盆地內(nèi)小震活動(dòng)主要發(fā)生在該交會(huì)部位附近區(qū)域(圖1)。雖然發(fā)震斷層未得到完全確認(rèn)，但從地震重定位結(jié)果和構(gòu)造背景來看，渭河斷裂與渭南-涇陽斷裂交會(huì)處是不可忽視的地震潛在地段。2009年陜西高陵ML4.8地震及其余震表明，渭河斷裂與渭南-涇陽斷裂交會(huì)部位為盆地內(nèi)地震活動(dòng)性較高的構(gòu)造區(qū)，其潛在地震危險(xiǎn)性應(yīng)在未來渭河盆地地震危險(xiǎn)分析中得到重視。

致謝：感謝陜西省地震局馮希杰研究員在本研究地質(zhì)背景方面提供的幫助。