扎兰屯地区中小地震重新定位研究

赵 星， 高 源，张 帆， 孙海鑫， 翟 浩

(1.内蒙古自治区地震局，内蒙古 呼和浩特 010010；2.内蒙古自治区东胜地震台，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

0 引言

地震定位是地震学中最经典、最基本的问题之一，其有效应用于地震活动构造、地球内部结构、震源几何构造等地震学中基本问题的研究[1]，相关科研人员一直在不断改进或提出新的定位方法。地震定位方法可分为相对和绝对定位方法。相对地震定位方法的优势在于其能有效地减小速度结构误差的影响，双差定位方法[2]是近年发展起来的一种相对定位方法。此方法利用信号的走时差反演震源位置，反演丛集地震中单个地震相对于丛集矩心的相对位置，能够有效地消除震源至台站共同传播路径效应，对地壳速度模型的依赖性相对较小。因此，被广泛应用于震群和地震序列的精定位研究中[3-4]。

扎兰屯地区是内蒙古东部地区中小地震活动性较高区域，处于大兴安岭隆起北段，此区域是NNE向的大兴安岭主脊断裂和多条NW向断裂交汇处，历史上发生过1956年扎兰屯5.3级、1980年博克图5.6级、1981年博克图5.1级和2008年鄂伦春自治旗5.2级等多次中强地震。扎兰屯一带地震丛集现象比较明显，对此地区的精定位研究有利于地区发震构造的深入探讨。

文章使用内蒙古地震台网观测报告，提取直达波的绝对走时和相对走时，使用双差定位方法对内蒙古扎兰屯地区地震进行重新定位，在重新定位结果的基础上分析扎兰屯地区地震震源位置和震源深度的分布特征。

1 方法和原理

两个地震震源之间的距离小于事件到台站的距离，可以认为震源区和这个台站之间的整个射线路径几乎是相同的，可通过地震事件两两组对的方法在一定程度上消除地壳速度结构横向不均匀性带来的定位影响。

双重残差定义为两个事件之间观测和计算走时之差的残差，表示为：

假设事件之间有一个不变的慢度矢量，两个事件i和j的震源距离变化表示为：

式中：Δmi是第i个地震的震源参数改变量，将所有台站对和所有地震联立，对构成线形方程组。

WGm=Wd

。

采用共轭梯度法求解方程组，得到重新定位结果。

2 数据

原始数据来自内蒙古地震台网观测报告，选取扎兰屯地区(121°～124°E、46°～51°N) 2008年10月至2017年6月的观测资料。根据走时震中距关系对数据筛选，删除错误数据和误差较大数据，第5页图1为筛选后的直达波震相走时-震中距关系，近似为线性关系。使用hypoDD程序包中的ph2dt程序，对研究区内的小震配对和筛选，得到符合双差定位条件的地震共190条。图2a为观测报告中的定位地震，图2b为符合重新定位条件的地震，因该地区台站分布较稀疏，地震监测能力较弱，符合定位条件的地震有限。

图1 筛选后震相的走时—震中距关系Fig.1 Relation between travel time and epicentral distance of seismic phases after screening

初始模型对重新定位结果有较大影响，在重新定位中使用velest程序[5]反演获得的最小一维速度模型作为层析成像的初始模型。第6页图3为velest反演的输入模型和结果，模型1、2、3来自crust 1.0，模型4来自文献[6]，4种输入模型的结果较收敛，表明velest反演结果稳定，以4种结果的均值作为双差定位的速度模型。

3 结果和分析

双差定位法特别适用于震源分布集中、相邻地震事件距离几百米或更小的地震事件群，通过在一定半径范围内将每个地震与相邻地震配对，建立连接做相对定位，与其他地震联系不牢固的地震将会在反演迭代过程被舍弃掉[7]，对190个地震重新定位后，获得149个地震的重新定位结果。第6页图4为重新定位前后结果的对比，给出空间分布图和经纬度方向的剖面图。从平面图上看出，重定位后，地震位置更集中，簇状分布更明显；从剖面图上看，原始定位的震源深度分布层较离散，双差定位后震源深度较集中，主要分布在5～15 km范围内，说明扎兰屯地区的震源深度较浅，主要分布在上、中地壳内。地震主要沿NE向分布，与大兴安岭北段构造一致。剖面图显示，研究区域西北侧震源深度较浅，东南侧较深，大兴安岭山脊区域震源深度分布下限较深。第6页图5为重新定位后三分向的误差频次分布，均符合正态分布，E-W向平均误差0.88 km，N-S向1 km，U-D向1.12 km，平均走时残差0.49 s，定位质量较原始报告有所改善。

图2 扎兰屯地区地震分布图Fig.2 Seismic distribution map of Zhalantun area

4 结论与讨论

重新定位后，地震位置更集中，簇状分布更明显。震源深度较集中，主要分布在5～15 km范围内，说明扎兰屯地区的震源深度较浅，多位于上、中地壳内。地震主要呈NE向分布，与大兴安岭北段构造一致。剖面图显示，区域西北侧震源深度较浅，东南侧较深，大兴安岭山脊区域震源深度分布下限较深。

图3 Velest输入模型和反演结果Fig.3 Velest input model and inversion results

图4 地震重新定位前后结果对比Fig.4 Comparison of results before and after earthquake relocation

图5 重新定位误差频次图Fig.5 Error frequency diagram of relocation