青海兴海地区的地震精定位研究

黄浩，胡玉，谢华宏

(青海省地震局，青海 西宁　810001)



青海兴海地区的地震精定位研究

黄浩，胡玉，谢华宏

(青海省地震局，青海 西宁810001)

摘要：采用青海省数字地震台网产出的观测报告，利用双差定位方法对兴海地区2008年以来的中小地震进行了精定位。结果表明，精定位后的丛集地震更加集中，并显示出北东或北北西向的优势分布。丛集地震的展布特征与断裂构造存在较好的联系，①区的地震与哇洪山—温泉断裂及其次生断裂有关，②区的地震印证了重力和航磁资料联合推测的扎列里龙洼—塔秀断裂的存在，③区的地震受控于哇洪山—温泉断裂。震源深度改善了初始定位结果的分层现象，①区和③区的深度主要分布在0 km～15 km，②区的深度分布在0 km～25 km，深度分布范围的异同与所属构造的性质有关。

关键词：双差定位；兴海地区；地震构造

0引言

兴海地区位于青海省中东部，处于东昆仑和西秦岭造山带结合部位，区内地质构造复杂、深大断裂发育。兴海地区的小震活动较为频繁、地震多丛集发生在断裂附近或断裂交汇部位，因此小震的活动特征对研究断裂活动具有重要意义，而地震精确定位正是这一项工作的重要基础和前提。

双差定位方法[1]是一种适合定位丛集地震的相对定位方法，在地震射线的路径近似相同的假设条件下，该方法能够在一定程度上消除由于速度模型的不确定性造成的影响，从而获得高精度的地震震源间的相对位置。Waldhauser等[1]详细描述了双差定位方法的原理、实际应用于美国加州北海沃德断层，并获得了高精度的定位结果。杨智娴等[2]利用双差定位法获得了我国中西部地震的精定位图像，结果显示地震活动与活动构造存在密切关系。杨智娴等[3]利用双差定位方法重新测定了1998年张北—尚义地震序列的震源参数，根据精定位结果推断的发震断层与主事件相对定位法获得的认识相同，表明双差定位法具有较高的精确度和可靠度。郑钰等[4]详细介绍了双差定位方法的各参数及其对定位结果的影响，推动了双差定位方法的广泛应用；黄媛等[5-6]结合波形互相关的双差定位方法也在国内得到了一定的应用。

兴海地区地震台站在2008年以后形成了较好的几何分布，而且发生在该区域的中小地震较为丛集并积累了一定的数量，适合利用双差定位方法来进行精定位研究。本文收集了2008年以来兴海地区地震的观测报告，采用双差定位法对所选区域内地震进行精确定位，讨论了兴海地区中小地震的分布特征及其与主要断裂构造的关系。

1基本原理

(1)

式中，Δmi是第i个地震震源参数的改变量，即：

Δmi=(Δdxi，Δdyi，Δdzi，Δdτi)

(2)

(3)

WGm=Wd

(4)

式中，G是一个M×4N阶的偏微商矩阵，M是双差观测的数目，N是地震数;d是双差资料矢量，m是由待定震源参数改变量构成的维数为4N的矢量;W是用以对每个方程加权的对角线矩阵。

计算时利用(5)式约束所有地震重新定位后平均位移为零，即其质心不动。通过进一步迭代，使定位残差逐步减小，从而得到最终的定位结果。

(5)

2资料及模型

2.1资料

本文选取兴海地区(35.00°～36.29°N，98.81°～100.61°E)为研究区域，该地区的地震以中小震为主，自2008年“十五”数字化台站改造以来，兴海地区地震的监测能力大大提升[7](图1)，可达到ML1.0。从青海省数字地震观测报告中，共挑选出兴海地区752次ML1.0以上地震，其中ML1.0～1.9级321次、ML2.0～2.9级359次、ML3.0～3.9级63次、ML4.0～4.9级9次。

鉴于S波相对P波更难准确识别，因此人工拾取的S波到时的误差相对更大。在双差定位时一般对P波和S波赋予不同的权重，本文分别对P波、S波赋予1.0、0.75的权重。在震相配对时，每个地震至少有4个震相记录、事件对之间的最大距离为15 km，事件对使用的最大震相对的数目为40。参与定位的43个台站距离研究区中心350 km范围内，不仅包括了青海省数字地震台网在该地区的台站，还包括了青海北部地区的科学台阵项目和甘青川交界的加密观测台网的台站(观测时间较短，对定位的贡献有限)。最终，挑选出符合条件的709次地震，其中ML1.0～1.9级301次、ML2.0～2.9级341次、ML3.0～3.9级59次、ML4.0～4.9级8次，共计122 336条P波和S波震相。

定位时采用共轭梯度法，共采用了2组迭代，每组5次，阻尼值设为95。两轮迭代时分别通过8倍、6倍的标准偏差，剔除残差大于截断值的震相数据，利用满足条件的震相数据经过多次迭代，最终获得了稳定的解。

图1　兴海地区的地震及台站分布

2.2模型

针对兴海地区速度结构的研究很少，但兴海地区位于柴达木盆地和巴颜喀拉块体交界处附近，因此在国内外文献中可以找到3种比较贴近兴海地区的速度模型。所有的速度模型都是基于人工地震测深剖面的结果，其中王有学[8]的速度模型是基于青海共和—玉树的广角地震测深剖面建立的，测线自北向南经祁连山南缘、柴达木盆地东缘，而后穿越东昆仑隆起带，向南经巴颜喀拉块体进入羌塘地块。AudreyGalvé等[9]的速度模型同样是基于共和—玉树的人工地震剖面的地震数据建立的，研究结果显示巴颜喀拉块体的地壳厚度相比柴达木盆地有所增加。张忠杰[10]的速度模型是基于莫巴—贵德的人工地震剖面的地震数据建立的，并给出了测线南北两侧差异化的速度模型。

由于无法分辨3种速度模型中的哪一种为最佳的速度模型，本文对比了除速度模型外其他参数和所用资料均相同、仅速度模型不同的3种定位结果。3种速度模型在定位时均舍弃了一定数量的地震，这种舍弃地震的现象与速度模型和实际地下结构差异的大小有关。综合考虑速度模型对资料的解释情况以及速度模型本身的精细程度，本文最终选取Audrey Galvé的速度模型作为最佳的速度模型[9]。速度模型分为7层，每层界面顶部的深度分别是0、0.2、3.9、12.9、34.8、48.9及62.8 km，对应的P波速度为4.7、5.7、6.0、6.1、6.3、6.7及8.0 km/s。

波速比根据兴海地区的多台多震和达法拟合结果[11]，波速比设定为1.70。

3定位结果及分析

3.1震源分布特征

精定位以后，获得了363次地震的震源位置。图1为青海省数字地震台网给出的震中分布，图2为重新定位以后的震中分布。精定位以后，震中的位置明显集中，与断裂构造的关系更加密切，并显示出一定的优势分布。

精定位后的地震分布在4个丛集区，将4个丛集区编号为①、②、③和④区。由图2可以看出重定位以后④区的地震数量很少(仅有18次)，并且这些地震丛集程度不高，似乎在北西向、近东西向和北东向都有一定的展布特征，因此很难通过这18次地震来研究④区地震的分布特征，故本文不对④区的地震做重点讨论。

为了了解精定位以后其他3个丛集区震源深度的分布情况，根据精定位后震中的优势分布方向分别在3个地震丛集区取了2个剖面，依次为AA’、BB’、CC’、DD’、EE’和FF’。图3分别展示了震源深度在6条剖面的分布情况。在丛集区①，即AA’和BB’剖面所在的区域，震源深度沿AA’和BB’剖面分布在0 km～15 km，震源深度在AA’剖面中部显示出高倾角连续分布的形态。在丛集区②，即CC’和DD’剖面所在的区域，震源深度沿CC’和DD’分布在0 km～25 km。在丛集区③，即EE’和FF’剖面所在的区域，震源深度沿EE’和FF’分布在0 km～15 km。

3.2震源分布和断裂构造分析

精定位以后的地震分布更加集中，并显示出一定的分布特征，但常用的构造资料不能很好地解释这种分布现象(图1)。为了更好地探讨震源的分布特征和断裂构造之间的关系，详细查阅了与兴海地区有关的地质资料，查找到3条主要的断裂或断裂带(图2)，即哇洪山—温泉断裂带(F1)，扎列里龙洼—塔秀断裂(F2)和东昆中断裂(F3)。

(1)哇洪山—温泉断裂带沿茶卡西—哇洪山东缘—温泉一线展布，走向北西，带宽10 km～20 km，长约200 km。哇洪山—温泉断裂带介于鄂拉山造山带与宗务隆山—兴海坳拉槽之间，断裂带内及其两侧次级断裂构造特别发育。丛集区①和③的地震与哇洪山—温泉断裂带关系密切。丛集区①的地震较为丛集，主要以北东向(BB’剖面方向)分布为主，优势分布方向与哇洪山—温泉断裂带东支斜交，表明丛集区①的地震不是哇洪山—温泉断裂带直接控制的，可能是由哇洪山—温泉断裂带的次级断裂构造活动产生的。丛集区③的地震主要呈北北西向展布，也具有北东向展布的特征。北北西向的展布特征与哇洪山—温泉断裂带在此处的走向完全一致，表明丛集区③的地震主要受哇洪山—温泉断裂带的控制。

(2)扎列里龙洼—塔秀断裂是孙王勇[12]结合区域重力资料和航磁异常推测的一条Ⅲ级断裂，沿扎列里龙洼—塔秀展布，走向北东，长约90 km。丛集区②的地震主要以北东向展布为主，展布方向与扎列里龙洼—塔秀断裂的走向基本一致，表明丛集区②的地震是由扎列里龙洼—塔秀断裂活动产生的。

(3)东昆中断裂为新元古代—早古生代缝合带主边断裂，沿东昆仑山主脊呈近东西向延伸，西始博卡雷克塔格北坡，向东延伸至鄂拉山，被哇洪山—温泉断裂切割后呈隐伏状态延入甘肃，是一条规模大、标志明显的岩石圈断裂。丛集区②和③的地震距离东昆中断裂较近，但2个丛集区地震的优势分布方向与东昆中断裂的走向存在很大差异，初步认为发生在丛集区②和③的地震不是东昆中断裂活动产生的。

①、②和③分别为地震丛集区；F1为哇洪山—温泉断裂带，F2扎列里龙洼—塔秀断裂，F3为东昆中断裂；AA’、BB’、CC’、DD’、EE’和FF’为6条剖面.图2　精定位后的震中分布

图3　震源深度在6条剖面的分布

4讨论与结论

兴海地区地震台站的数量相对较多，特别是兴海台距离最近的丛集地震区仅十几公里，因此青海省数字地震台网给出的震中和震源深度的定位结果具有比较好的可信度。本文采用青海省数字地震台网的初始定位结果和精心挑选的贴合实际的速度模型，利用双差定位方法对兴海地区2008年以来的709次ML1.0以上的地震进行了定位，最终获得了363次定位结果。精定位以后，震中分布更加集中、丛集地震也显示出一定的展布特征，表明精定位后的结果精确度更高。精定位过程中，接近一半的地震被舍弃，而丛集区④中80%的地震被舍弃，这也造成了精定位后丛集区④的地震仅有18次，无法进行深入分析。709次地震中1.0～1.9级的比例就达到了42%，而丛集区④更是达到了67%，而微小地震只能被少数台站记录到、能提供的震相数量有限，因此这种大量地震被舍弃的现象与微小地震比例较高有关。

丛集区①和②的地震显示出北东向展布的特征，而丛集区③的地震显示出共轭的分布特征，即以北北西向展布为主，也具有北东向展布。区内存在3条断裂构造与这些丛集地震存在比较密切的关系，分别是近东西向的东昆中断裂、北东向的扎列里龙洼—塔秀断裂和北北西向的哇洪山—温泉断裂带。丛集区①的地震在哇洪山—温泉断裂东支附近，地震分布更加密集、并具有一定的北东向展布的特征，考虑到哇洪山—温泉断裂带内及其两侧次级断裂构造特别发育的构造特点，认为丛集区①的地震受到了哇洪山—温泉断裂带及其北东向次级断裂共同的作用。丛集区②的地震分布在扎列里龙洼—塔秀断裂附近，地震展布特征与构造方向基本一致，可以确定该丛集地震是扎列里龙洼—塔秀断裂活动的产物。值得一提的是，扎列里龙洼—塔秀断裂不是由地质考察发现的，而是由重力和航磁资料联合推测的，本文的定位结果也印证了该断裂的存在。东昆中断裂和哇洪山—温泉断裂带均穿过了丛集区③，但北北西向的地震分布特征与哇洪山—温泉断裂带在该处的走向完全一致，因此哇洪山—温泉断裂带是控制丛集区③地震活动的主要构造。另外，该丛集还具有共轭的现象，在北东向也具有一定的展布特征。

精定位以后的震源深度改善了初始定位结果的分层现象，在丛集地震①、②和③区分别分布在0 km～15 km、0 km～25 km和0 km～15 km范围。其中，丛集区①和③的震源深度分布范围相同，而2个丛集均受到哇洪山—温泉断裂带的控制，因此深度的分布范围相同与断裂带的性质有关。丛集地震②区的地震相对较深，可能与扎列里龙洼—塔秀断裂属于基底断裂有关[12]。由于精定位的373次地震数量相对少又分散在3个丛集区，并且地震在空间上展布的距离较短，未能在微观上刻画出断裂在深度上的形态。

精定位后的地震显示出北东或北北西向的优势分布特征，基本符合断裂带的构造特征，是断裂构造受到北东向区域构造应力场作用的结果。

参考文献：

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[3]杨智娴，陈运泰.用双差地震定位法再次精确测定1998年张北—尚义地震序列的震源参数[J].地震学报，2004.26(2)：115-120.

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ACCURATE LOCATION OF EARTHQUAKES IN XINGHAI REGION IN QINGHAI PROVINCE

HUANG Hao, HU Yu, XIE Huahong

(EarthquakeAdministrationOfQinghaiProvince,Xining810001,China)

Abstract：On the basis of earthquake report provided by Qinghai digital seismic network, the authors relocated earthquakes in Xinghai region since 2008 by double-difference location. The results show that the relocated cluster earthquake concentrated obviously and had the distribution in NE or NNW directions. The cluster earthquake’s distribution feature has relationship with fault structure. Earthquakes in No.1 area is related to Wahongshan-Wenquan fault and its secondary fault, the No.2 area corroborates the existence of Zhalielilongwa-Taxiu fault speculated by gravity and aeromagnetic data, and No.3 area is controlled by Wahongshan-Wenquan fault. Layer phenomena of focal depths have improved, depths in No.1 and No.3 are distributed in the range of 0 km～15 km, and depths in No.2 area distributes in the range of 0 km～25 km, the difference is related to properties of faults.

Key words：Double-difference location; Xinghai region; Seismic structure

中图分类号：P315.5

文献标识码：A

文章编号：1005-586X(2016)01-0025-06

作者简介：黄浩(1987—)，男，陕西勉县人，现主要从事数字地震学方面的工作。

基金项目：青海省地震科学基金项目资助(项目编号：2015B04)。

收稿日期：2015-09-18