2013年吉林前郭5.8级震群精定位及发震构造分析

张洪艳 张广伟 王晓山 盛俭 卢燕红 张宇

1）吉林省地震局，长春净月大街5788号 130117

2）中国地震局地壳应力研究所，北京海淀区安宁北里1号 100085

3）河北省地震局，石家庄槐中路262号 050021

0 引言

2013年10月31日～11月23日，吉林省前郭县陆续发生了5.5、5.0、5.3、5.8、5.0级地震，5次地震均发生在NE向扶余-肇东断裂与NNW向查干泡-道字井断裂交汇部位，本次地震序列中强震均有成对发生的特点，与该区域2006年3月31日（图1，蓝色圆）发生的5.1级地震震中的最近距离仅8km。

10月31日5.5级地震发生后，吉林省和黑龙江省地震局在震中附近共布设9个流动观测台站（图1），从11月1日起，流动台的架设工作陆续完成，并将数据实时传输至吉林省地震局台网中心。架设的流动台对震区形成较好的监测覆盖，同时积累了较为丰富的序列观测资料。

图1 研究区地震、台站与构造分布

本文依据研究区域的固定台和流动台所记录的震相数据，采用双差定位法对前郭序列重新定位，以获取高质量的序列数据，并根据重新定位的结果对该区的地震分布和发震构造进行讨论。

1 方法

采用由Waldhauser等（2000）提出的双差定位法对地震序列进行重定位。双差法利用信号的走时差修定震源位置，这主要基于2个地震震源之间的距离远小于事件到台站的距离，从而认为震源区到台站间的射线路径几乎相同（张广伟等，2011），此时，在某台观测到的2次事件的走时差来自于事件之间的空间偏移，从而有效地降低了定位结果对速度模型的依赖性。

在双差法中，相对位置的确定是由双差（2个近距离地震i和j到同一台站k的走时残差之差）来确定的，如下式

其中，drijk为双差，可表示为

2 资料及参数选取

2.1 资料

10月31日前郭5.5级地震发生后，吉林省地震局和黑龙江省地震局在前郭和乾安地区围绕震中50km之内陆续布设9个临时观测站，最远台2204与震区相距较远，约48km，其余应急流动台的台间距在15km左右，9个流动台形成了临时的小型观测台阵，对震区形成了比较好的监控。吉林台网利用省内台、周边共享台站以及流动台，共同处理此次地震序列。截至2013年12月10日20时，45个数字化台和9个流动台共监测到多台和单台事件782次，震级为-0.7～5.8，其中多台可定位事件525次，单台事件257次。本研究中，为了提高震相数据的可靠性和可用性，尽量减小人为判读误差，针对此次序列的525次多台可定位事件采用常规定位方法重新定位，对震相数据以及残差进一步复核。经过严格数据筛选，最终选用12个固定台和9个流动台记录的343次地震事件（图1），被4个及以上台站记录的共6550条震相数据，其中包括2388条P波和2497条S波到时数据。

图1中所示扶余-肇东断裂及查干泡-道字井断裂的位置是根据“松原市活断层探测与地震危险性评价”项目所收集的三维石油地震剖面资料，并进行浅层人工地震探测及联合钻孔剖面探测后进行了修正的。研究区内的断裂以NNW、NE向为主，其中NE向断裂规模最大，对研究区内基底起着主控作用，同时，卫星影像显示NE向断裂具右旋分量，与NW向断裂存在共轭关系，但从活动性角度来看，NW向的断裂构造较新，活动性较强。

由图1可见，地震序列密集分布在查干泡-道字井断裂与扶余-肇东断裂交汇处，主要在查干泡-道字井断裂两侧扩展，密集区长轴约28km，短轴约26km，呈椭圆形展布。应急流动台在震区附近密集分布，综合利用震源区附近近台与远台相结合，既对空间位置有较好的校正，也有利于进一步提高震源深度的精度。

《傲慢与偏见》和《南方与北方》都有一个鲜明的牧师形象——柯林斯先生和黑尔先生。柯林斯先生虽然和班纳特先生一家并不亲近，但由于班纳特先生没有儿子，于是他便成了家族的继承人。简奥斯丁并没有用大量篇幅去描写宗教及其相关内容，但从她对柯林斯的描写中，我们可以窥探到她对这位牧师的态度。“柯林斯先生并不是个通情达理的人”[1]“先天的缺陷却简直没有得到什么弥补”[1]。柯林斯是个守财奴，虚伪且自高自大，而其对咖苔琳太太不断的奉承和讨好更显示出作者对这一角色的鄙夷。但从这一角色的设定和背景可以看出，牧师作为英国社会文化的一部分，起着相当重要的作用。夏绿蒂正是因为柯林斯的财产和地位才嫁给他。

2.2 参数选取

双差定位法主要采用走时残差之差修定震源位置，从而有效地降低因对研究区地壳结构了解不精细而引起的误差，也可以较好地消除速度横向不均匀性的影响。同时，双差定位采用的速度模型为水平分层，因而震源处的速度对定位结果有一定的影响，所以速度模型的选取很重要。本文选用的一维速度模型如表1所示，该速度模型结合了人工地震（刘洋等2008）、层析成像（刘殿秘等，2007）、垂直反射地震技术（杨宝俊等，2003）等资料综合得出。

双差法采用绝对到时残差之差修定地震位置。因此在定位前，利用选用的一维速度模型，采用HYPODD中计算走时的方法计算出理论走时，将所得理论走时与观测走时相减，获取定位中所需要的绝对走时残差。本文最终选用残差为±5s，震中距在200km范围内的到时资料，经过筛选后的P、S波数据如图2所示，该数据质量较好，能较好地满足重定位的需求。

表1 速度模型参数表

图2 筛选后的P、S波的时距曲线

由于P波的拾取精度相比S波较高，因此将P波和S波的权重分别设为1和0.5。为了充分利用地震资料获取更多的重定位数据，本文将初始确定事件对的搜索半径设为10km，共有341个事件可以进行配对并参与重新定位。采用共轭梯度法求解，3轮迭代中分别采用标准差的10、5、3倍作为截断值，经过反复迭代，最终得到稳定解。

3 结果及分析

重定位后，共获得336个地震事件的基本参数。地震序列产出的结果中，走时残差得到了较大的改善，定位前走时残差在0.060～0.956s之间波动，定位后走时残差在0.002～0.095s间波动，重定位后走时残差精度得到较大幅度的提高，均值为0.13s。

图3、4给出重定位前、后地震序列震中分布平面图以及沿不同剖面的震源深度分布图，图中可以清晰地看出重定位前、后震源位置的明显差异。定位前震中和深度分布较为分散，均未呈现出明显的优势方向，地震弥散地分布在扶余-肇东断裂和查干泡-道字井断裂交汇部位，深度在0～20km内的水平层状现象较为明显，5次5级地震的震源深度主要集中在4～14km范围内。重定位后的地震主要集中在查干泡-道字井断裂北支东侧，震中分布的优势长轴走向为北偏西30°左右，与查干泡-道字井断裂北支走向一致，条带状更加明显。震源深度剖面图显示，沿震中分布的优势长轴走向（A-B剖面），地震主要集中在5～15km范围内，5次5级地震的震源深度主要集中在8～15km范围内，表明该区的发震层较浅，主要集中在中上地壳；垂直震中分布的优势长轴走向剖面（C-D剖面）反映了沿断层倾向的震源分布特征，倾向北东的断层倾角较大，而倾向北西的断层倾角较缓。

本次地震附近的主要断层有3条，分别为查干泡-道字井断裂、扶余-肇东断裂、克山-大安断裂。查干泡-道字井断裂走向NNW，倾向NE。重定位前NE和NW向为地震序列的优势方向，从修正后的断层分布图可以看到，震区附近构造主要是NE-NNE向的扶余-肇东断裂及NNW向的查干泡-道字井断裂，查干泡-道字井断裂被扶余-肇东断裂左旋错开。重定位后的结果显示，地震序列主要集中分布在查干泡-道字井断裂的东侧，沿着NW向的破裂比EW向破裂更加充分，初步推测此次地震NNW向查干泡-道字井断裂起主控作用，与NE向的扶余-肇东断裂一起控制着此次地震序列的发展形态。

图3 重定位前地震序列平面图（a）和AB剖面（b）、CD剖面（c）的震源深度分布

图4 重定位后地震序列平面图（a）和AB剖面（b）、CD剖面（c）的震源深度以及震源机制分布

4 5.5和5.8级地震序列的对比分析

2013年10月31日发生5.5、5.0级地震，相隔22天后，11月22、23日分别发生5.3、5.8、5.0级地震，2次序列间隔时间较长，地震频度和强度均有明显不同。地震序列在时空方面的变化暗含震源破裂的相关信息，因此，依据地震序列的时空变化图像并结合震源参数、地质以及相关的地球物理资料研究震源处的发震构造，是目前广大地震学者较关注的问题（吕坚等2008；郑勇等2009；龙思胜等，2004；Ratehkovski et al，2004）。为了探寻5.5和5.8级地震序列的异同，本研究采用同样的定位方法针对2次序列重新定位，最终获得5.5级序列154次和5.8级181次事件的精定位结果。通过重定位前后地震序列分布对比，并结合几次强震的震源机制解来判别2次序列断层的破裂方式和地震的构造含义，可为震情趋势判断提供必要的依据。

图5 5.5级（a）～（d）和 5.8级（e）～（h）地震序列重定位前平面分布（a）、（e）；深度纬度向（b）、（f）和经度向侧面图（c）、（g）以及频度图（d）、（h）

2次序列重定位前的平面图（图5）显示，小震在查干泡-道字井断裂北支二侧分散地分布，其中断裂东侧的地震活动强度优于西侧，另外，5.8级序列从时间进程上看，地震从西向东的迁移性较显著，5.8级序列中地震的密集区主要在断裂的东侧。2次序列在时间和空间上呈现出震中整体向查干泡-道字井断裂北支东侧迁移，方向由NWW向NW向过渡，经纬向深度的剖面图显示，5.5、5.8级序列的震源深度主要集中在0～10km和5～18km，分层现象显著。

图6 5.5级（a）～（d）和 5.8级（e）～（h）地震序列重定位后平面分布（a）、（e）；深度纬度向（b）、（f）和经度向侧面图（c）、（g）以及频度图（d）、（h）

重定位后的平面图和经纬向剖面图（图6）显示2次地震序列的衰减、频度、强度以及余震分布区的形状均有较大差别。5.5级序列的平面图显示2次主震均位于断裂带上，其余地震分布在断裂带两侧，其中东侧地震密集度强于西侧，主体优势方向为NWW。而5.8级序列的平面图则显示3次主震与余震均一致地分布在断裂东侧，条带状明显，呈NW向展布，与查干泡-道字井断裂北支走向一致。同时，注意到5.8级序列在空间位置上向扶余-肇东断裂带靠拢，而5.5级序列则主要集中在查干泡-道字井断裂北支中段。可见查干泡-道字井断裂北支两侧地震活动强度、密度有较大不同，表明断裂两侧构造特征差异较大，断裂东侧为此次地震能量的主要释放区。从剖面图上可以看出，5.5级序列以簇状分布为主，震源深度较浅，频度图更直观地展示出5.5级序列深度集中在6～12km；而5.8级地震序列分布具有显著差异，其破裂方式以双侧破裂为主，且沿断裂NE向震源有明显加深趋势，这可能表征靠近扶余-肇东断裂发震层有所加深。

震后中国地震局地球物理研究所韩立波博士（2013）给出4次5级地震的地震矩张量反演结果（表2），4次5级地震均位于含走滑分量的逆冲型断层上；Global CMT（2013）仅给出11月23日5.8级地震的震源机制，结果也表明5.8级地震位于走滑分量的逆冲型断层上。松原MS≥5.0震群发生在松辽盆地内部，处于松辽盆地中央凹陷带与东南隆起带相交接的部位，在这种不同地质单元的交接位置容易产生能量的积累而成为孕震的有利环境（李传友等，1999）；从深部结果看，太平洋板块俯冲至中国东北大陆下约600km（Leiet al，2005），太平洋板块的附冲是东北地区深震活动的重要动力来源，2011年日本MW9.0巨震引发SEE向同震位移（Ozawa et al，2011），可能是造成2011年以来东北地区地震活动频度增加的重要原因。吉林松原MS≥5.0震群震源深度都较浅，人工地震测深结果显示，松辽盆地位于莫霍面上隆区，地幔上隆引起地幔流体的入侵，在存有储集空间的中地壳形成低速-高导层（卫平生等，2008；印长海等，2013），中地壳的低速-高导层会沿断裂面等薄弱带上侵，这也许是触发地震的重要因素。结合重定位后震源位置及震源机制反演结果，本研究初步推测此次地震的发震构造可能为NNW向查干泡-道字井断裂，后续我们将收集震区地震地质、地球物理和科学考察等资料进行深入研究，以进一步揭示前郭震群的发震机理。

表2 震源机制解结果

5 结语

利用固定台和流动台观测资料，采用双差定位法对吉林前郭2013年10月31日～12月10日地震序列重新定位，同时采用同样的方法对5.5级和5.8级地震序列重新定位，获得了整个地震序列以及2次分序列的精定位结果。

整个序列的定位结果显示震中位置和震源深度均有较大改善。定位后的震中分布和震源深度改善了定位前的弥散形态和分层现象，定位后整个序列的优势长轴走向为北偏西30°左右，与查干泡-道字井断裂北支走向一致，密集区的扩展长度达21km，震源深度的优势范围为5～15km。同时，震源深度剖面图显示倾向NE的断层倾角较大，而倾向NW的断层倾角较缓。

5.5和5.8级地震序列重定位的结果显示，2次序列的地震频度、震源深度、震中分布的条带形状以及扩展方向等均有明显不同。2次序列均沿查干泡-道字井断裂北支扩展，经纬向剖面图显示，5.5级序列以簇状分布为主，震源较浅，优势深度为6～12km；而5.8级序列分布具有显著差异，其破裂方式以双侧破裂为主，优势深度为8～14km。结合震源机制解、地质等相关资料初步推测，2次地震序列的发震构造为NNW向的查干泡-道字井断裂。其中，5.8级序列沿断裂分布的长度约19km，5.5级序列沿断裂分布的长度约10km，卢显（2007）指出余震沿断层方向分布的长度能较好地反映地震的破裂长度，可见5.8级序列的破裂长度明显大于5.5级序列。

整个序列以及2次序列的重定位结果显示，查干泡-道字井断裂北支两侧的地震活动强度、震中分布的优势方向和密度等差异较大，断裂东侧地震的频度、强度明显优于西侧，这间接反映出断裂两侧的构造特征差异较大。震区的查干泡-道字井断裂北支为此次地震的主控断裂，其与共轭的扶余-肇东断裂一起控制着此次地震的发展态势。

致谢：感谢吉林省地震局和黑龙江省地震局应急流动观测站为本研究提供了宝贵的监测数据；感谢吉林省地震局台网中心编目组整理出宝贵的序列资料；感谢中国地震局地球物理研究所韩立波博士提供的震源机制解资料；感谢北京市地震局武敏捷在程序方面提供的帮助；感谢审稿专家提出了宝贵的修改意见。