山西地区地震震源深度特征统计分析

梁向军，刘林飞，苏 燕，张 蕙，薛生瑞

（1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.山西省地震局离石中心地震台，山西 吕梁 033000；3.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025）

0 引言

震源深度是描述震源信息基本参数之一，可靠的震源深度有助于更好地约束地震事件的震源位置及起始时间［1］，其分布对研究该深度范围的应力状况、区域地震活动性状态和地震危害评价、探索孕震环境、地壳内部构造变形及其力学属性等，均具有重要意义［2－5］。

由于地震震源参数的测定受诸多因素的制约，如，台网密度、台站覆盖以及对区域地壳速度结构的认知程度等，因此，地震震源深度较震中位置不确定性高。在地震定位中，震源深度的测定是最困难的，主要原因是因为地震发生在地下几到几百千米，而拾震器只能布设在地表或接近于地表的观测井中，不能有效地包围震源，从而造成在计算中不能很好地约束深度［6］。尽管震源深度的精度低于水平位置的精度，但一些学者在全国许多区域的震源深度分布研究方面仍取得一定的进展。

该文收集、整理山西测震台网2001年1月至2011年12月的定位结果，对山西地区地震震源深度资料进行统计分析；同时选取一定的空间窗长计算每个网格的平均震源深度，绘制等值线图，获得山西区域中小地震深度空间分布图像，结合已有的研究成果，讨论山西地区中小地震震源深度及地质构造、地壳厚度等有关问题。

1 资料概况

山西测震台网从2001年1月开始实现宽频带、大动态的数字化观测，经历“九五”、“十五”两次技术改造。其中，2001年1月至2008年4月为“九五”技术系统运行时段，共有21个台站，2008年5月至今为“十五”技术系统运行时段，记录台站增加到45个，台站密度、拾震能力均有大幅提高。为消除个别定位精度低的地震的影响，重点选取定位精度为Ⅰ、Ⅱ类，且定位结果中给出深度的地震作为研究对象，最终筛选出2 535个地震（见图1）。值得强调的是，2001年1月至2008年4月定位方法采用Geiger法［7］，2008年5月以后绝大多数采用Hypo2000，只有极个别地震定位震源深度为0时，则采用单纯型法。定位实践表明，在目前广泛使用的MSDP定位系统中，在深度约束、定位精度上，Hypo2000定位方法比单纯型等定位方法要好得多。

由图1可见，山西地区地震的震源深度总体以地下0～20km范围内的为主，太原盆地、临汾盆地存在少部分大于20km的地震。

2 震源深度的分布特征

2.1 不同震级档地震的震源深度统计特征

所选的2 535个地震的震源深度变化区间，大致分布在0～40km范围内，但大部分地震分布在上地壳内，统计结果如第2页表1和表2所示。

图1 山西地区ML≥2.0地震及震源深度分布图Fig.1 Distribution of earthquakes ML≥2.0and their focal depths in Shanxi Province

表1 不同震级档地震平均深度统计表Table.1 The average focal depths of earthquakes in different magnitude intervals

表2 不同震级档地震随深度分布的百分比统计结果Table.2 Percentage of different depths of earthquakes in different magnitude intervals

由表1的统计结果看出，各震级区间的平均深度为11～14km，与所有地震的平均深度（12.9km）接近，无法反映在深度方向的细节变化。为此，采用5km为间隔，统计地震次数所占的百分比与分不同震级对应的平均震源深度的关系，结果如表2所示，图2是各震级档在不同深度的分布比例直方图。由表2、图2可以看出：山西地区中小震震源深度在0～30km的占统计总数的97.9%。其中，1～5km的占12.80%，6～10km的占39.70%，11～15km的占13.90%，16～20km的占17.90%，21～25km 的占8.10%，26～30km的占5.50%。说明山西地区中小地震多数发生在上地壳，只有少部分发生在中地壳，这一结果与山西地震带1981年至2009年中小震精定位后的深度分布结果一致［8］。而对于发生在30km以下深度的极少部分地震，还有待于开展更深入的工作给予解释。

图2 不同震源深度地震所占比例Fig.2 The proportion of earthquakes of different focal depths

2.2 区域平均震源深度分布特征

为直观得到山西地区震源深度空间分布，以山西地区2 535个ML≥2.0地震深度为基础数据，采用网格滑动平均法［9］，以减小个别误差较大地震的影响。研究区按0.4°×0.4°划分网格，并按0.2°为滑动步长，统计网格内的地震个数，确保每一个网格内有一定数量的地震，反映不同震源深度地震的空间变化趋势。当网格内有5个以上地震时，对网格内的地震震源深度求平均值，共获取204个网格内震源深度平均值，得到的平均震源深度范围为0～40km（见图3）。

图3 山西地区0.4°×0.4°平均震源深度空间分布图Fig.3 Spatial distribution of average focal depth with the grids of 0.4°×0.4°in Shanxi Province

从图3可以看出，山西地区地震平均震源深度有从临汾盆地向大同盆地逐渐变浅的趋势，与图1的2 535个地震空间分布的结果一致。为更清晰地看出各个平均震源深度区间的空间分布特征，将平均震源深度分为0～10km、11～20km、21～30km、31～40km 4个区段进行讨论（见图4）。

图4 分区段的平均震源深度分布图Fig.4 Average focal depths of different intervals and different zones

从图4可以看出，平均震源深度为0～10km的地震主要集中在山西北中部，南部只有极个别的地震，呈现一个环状分布，且主要分布在断陷盆地两侧；平均震源深度为11～20km、21～30km的地震则山西全省均有分布，且断陷盆地较两侧山区密集得多；平均震源深度为31～40km的地震在山西南、北两端只有零星地分布，大多数集中在中南部的太原盆地、临汾盆地北端。山西北部的大同盆地地震优势深度为0～20km，20km以下逐渐减少，31～40km仅有一处。等值线图（见图5）直观地反映出，山西北部地震的平均震源深度浅于山西中南部地区，以38度为界，震源深度呈现南深北浅的分布格局。邢集善［10］1992年指出，山西地块以38°N为界，北部晋北地块为“软”地块，深部构造特征显著，软流圈大面积上涌至80km；而沁水地块为相对“硬”地块，其岩石圈厚度为120～150km。上述南深北浅的震源分布是否与深部古老地块的作用直接相关，有待于今后继续研究。

3 结论与讨论

对山西地震台网2001年1月至2011年12月，2 535个定位精度为Ⅰ、Ⅱ类，且ML≥2.0地震的震源深度分布研究得出：

（1）通过统计分析得到震源深度大致分布在0～40km范围内，而在0～30km的占统计总数的97.9%，说明山西地区中小地震多数发生在上地壳，只有少部分发生在中地壳，这一结果与山西地震带1981年至2009年中小震精定位后的深度分布结果一致［8］。

图5 山西地区0.4°×0.4°平均震源深度等值线图Fig.5 Isograms of average focal depths with grids of 0.4°×0.4°in Shanxi Province

（2）采用网格滑动平均法，统计网格内的平均震源深度，得到平均震源深度为0～40km。平均震源深度为0～10km的地震主要集中在山西北中部，南部只有极个别的地震，呈现一个环状分布，且主要分布在断陷盆地两侧；全省以平均震源深度11～30km的地震为主，且断陷盆地较两侧山区密集得多；平均震源深度为31～40km的地震在山西南、北两端只有零星地分布，大多数集中在中南部的太原盆地、临汾盆地北端。

（3）值得一提的是，山西北部大同盆地的地震优势深度为0～20km，20km以下逐渐减少，31～40km仅有一处。这种现象是否与大同第四纪火山深部作用有关，值得进一步深入探讨。

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