吉林松原寧江地震序列精定位

張洪艷，劉軼男，張 帆，盧燕紅，張 宇

(1.吉林省地震局，吉林 長春 130117；2.豐滿地震臺(tái)，吉林 豐滿 132108)

0 引言

2018 年5 月28 日1 時(shí)50 分52 秒在吉林省松原市寧江區(qū)(45.27°N，124.71°E)發(fā)生5.7 級地震，隨后在2019 年5 月18 日6 時(shí)24 分48 秒該地區(qū)再次發(fā)生5.1 級地震，截至論文成稿時(shí)，該地區(qū)共記錄到多臺(tái)可定位事件和單臺(tái)事件共498次，其中5.0～5.9 級地震2 次，4.0～4.9 級地震2次，3.0 ～3.9 級地震11 次，2.0 ～2.9 級地震28 次。

目前，吉林地震臺(tái)網(wǎng)產(chǎn)出的定位結(jié)果均由絕對定位方法獲取，地震絕對定位的影響因素有:定位模型、定位方法、震相判讀、參與定位的臺(tái)網(wǎng)布局等[1]，絕對定位方法中關(guān)鍵是解決由于速度模型引起的誤差，而相對定位法則較好地改善了由于速度模型的不確定性而帶來的誤差[2]，從而獲取比常規(guī)定位方法更精細(xì)的結(jié)果，其中雙差定位法在相對定位法中使用的頻度較高。

利用現(xiàn)有固定臺(tái)站及現(xiàn)場布設(shè)的流動(dòng)臺(tái)站積累的觀測數(shù)據(jù)，通過雙差定位法對觀測數(shù)據(jù)重新定位，一方面獲取更為精確的地震觀測數(shù)據(jù)，另一方面了解震群展布方向，為后期深入研究松原寧江地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境提供必要的條件。

1 概況

吉林松原寧江地區(qū)位于松遼斷陷帶中央坳陷區(qū)內(nèi)，地貌上為廣闊的平原區(qū)，坳陷區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育。 松遼盆地位于中央凹陷區(qū)(I2)內(nèi)(圖1)，NE向扶余/松原—肇東斷裂是該區(qū)域一條主要斷裂，該斷裂北起依蘭，南至雙遼，長約500km，最寬處約150km，最短處約30km。 扶余/松原—肇東斷裂位于該區(qū)域與東南隆起區(qū)分界，為東側(cè)控制斷裂[3]。 扶余/松原—肇東斷裂分?jǐn)嘈悦黠@，從北到南依次為:扶余—肇東段斷裂、扶余北斷裂、孤店斷裂和查干花斷裂。 該斷裂近年來地震頻發(fā)，目前已成為東北地震區(qū)地震活動(dòng)最強(qiáng)烈的斷裂之一。

吉林松原寧江地區(qū)近年來地震活動(dòng)頻發(fā)(表1)，2017 年7 月該地區(qū)發(fā)生4.9 級地震，2018 年5 月該地區(qū)再次發(fā)生5.8 級地震。 吉林省地震局開展了震情會(huì)商、地震序列、震情監(jiān)測、震害評估及宏觀災(zāi)害調(diào)查等多方面的地震應(yīng)急工作。 現(xiàn)場工作隊(duì)于2017 年7 月23 日松原寧江4.9 級地震發(fā)生后，在松原地區(qū)布設(shè)3 個(gè)臨時(shí)觀測站:L2211、L2210、L2202；2018 年5 月28 日松原寧江5.8 級地震發(fā)生后，在松原地區(qū)布設(shè)了2 個(gè)臨時(shí)觀測站:L2209 和L2201；臨時(shí)流動(dòng)臺(tái)L2208 為2013 年10月31 日前郭5.5 級地震發(fā)生后，在前郭和乾安地區(qū)圍繞震中50km 范圍內(nèi)陸續(xù)布設(shè)的臨時(shí)觀測站，隨著震情監(jiān)測任務(wù)的結(jié)束，流動(dòng)臺(tái)于2016 年陸續(xù)停測，僅保留L2208 臺(tái)。 流動(dòng)臺(tái)的架設(shè)，較好地彌補(bǔ)了該地區(qū)地震臺(tái)站密度稀疏的狀況，有效提高了微震的監(jiān)測能力。 截至2019 年8 月固定臺(tái)和流動(dòng)臺(tái)共記錄到ML1.0 以上地震423 次(圖2)，其中單臺(tái)82 次，多臺(tái)可定位事件341 次。 絕大多數(shù)地震叢集分布在扶余/松原—肇東斷裂與第二松花江斷裂交匯處，個(gè)別地震在叢集之外。

表1 近年來中強(qiáng)地震信息Tab.1 Mid-strong earthquakes in recent years

2 方法及結(jié)果

本文利用由Waldhauser 和Ellsworth 提出的雙差定位法對地震序列進(jìn)行重定位。 雙差法利用信號的走時(shí)差修定震源位置，主要基于兩個(gè)地震震源之間的距離遠(yuǎn)小于事件到臺(tái)站的距離，從而認(rèn)為震源區(qū)到臺(tái)站間的射線路徑幾乎相同，此時(shí)，在某臺(tái)觀測到的兩次事件的走時(shí)差來自于事件之間的空間偏移，從而有效地降低定位結(jié)果對速度模型的依賴性。

當(dāng)一群地震分布的比較集中，震源之間的距離遠(yuǎn)小于它們到地震臺(tái)站的距離，也小于震源區(qū)速度不均勻的尺度時(shí)，從每次地震到同一臺(tái)站的路徑幾乎是相同的。 可以應(yīng)用相對定位法將這群地震的相對位置測定的比較準(zhǔn)確。 該方法通過引入到時(shí)差，計(jì)算相對位置，從而消除了速度模型的不均勻性引起的誤差，具有明顯的優(yōu)越性[4]。

收集2018 年以來研究區(qū)45.0°～45.5°N，124.2°～125.0°E 共159 次地震事件(圖4)，被4 個(gè)及以上臺(tái)站記錄的共7317 條震相數(shù)據(jù)，在反演中，P 波震相讀取精度高于S 波震相，所以在計(jì)算中P 波讀數(shù)權(quán)重賦予1.0，S 波讀數(shù)權(quán)重賦予0.5。

殘差的大小在定位結(jié)果中反映了地震定位的精度，重新定位后得到131 次地震的震源參數(shù)，圖3 給出重定位前和重定位后均方根殘差曲線，定位前絕對定位方法均方根殘差，平均在0.6s 左右，定位后均方根殘差曲線平均在0.2s左右，重定位后的均方根殘差明顯降低，定位精度有所提高。

圖4 為重定位前地震分布圖，重定位前地震序列分布在第二松花江斷裂與扶余—肇東斷裂交匯處，主要在扶余/松原—肇東斷裂兩側(cè)擴(kuò)展，密集區(qū)長軸約28km，短軸約15km，震源深度主要集中在5 ～15km，剖面圖顯示地震分布成層狀。 應(yīng)急流動(dòng)臺(tái)在震區(qū)附近密集分布，綜合利用震源區(qū)附近近臺(tái)與遠(yuǎn)臺(tái)，既對空間位置有較好的校正，還有利于進(jìn)一步提高震源深度精度。

重定位后地震序列分布(圖5)更集中，震中分布形態(tài)更明顯和清晰，主要集中分布在第二松花江斷裂與扶余—肇東斷裂交匯處，無明顯的優(yōu)勢方向，震源深度主要集中在7 ～11km，改變了重定位前的層狀分布格局，定位深度范圍更集中。

東北地區(qū)由于板塊的俯沖擠壓[5]，NW 向斷裂與NNE-NE 向斷裂發(fā)育，其交切部位是中強(qiáng)地震的多發(fā)地段，以往研究表明[6-7]，松原市范圍內(nèi)存在NE 和NW 兩組不同方向的斷裂，NE 向或NNE 向與NW 向斷裂的交切區(qū)域的隆起與凹陷交匯部位是該區(qū)中強(qiáng)地震活動(dòng)的主要場所，此次松原寧江地區(qū)地震重定位結(jié)果顯示，地震主要集中在NE 向扶余—肇東斷裂與NW 向第二松花江斷裂交匯處，處于該地區(qū)中強(qiáng)震的孕震區(qū)。

李君等[8]利用CAP 方法[9]反演求得部分中強(qiáng)地震的震源機(jī)制解，同時(shí)又反演得到松原地區(qū)的區(qū)域應(yīng)力場，結(jié)果表明:該地區(qū)的區(qū)域應(yīng)力場易引起NE 向斷裂與NW 向斷裂交會(huì)處發(fā)生走滑型地震；中強(qiáng)地震的震源機(jī)制解節(jié)面分別為NE 向和NW 向，為高傾角走滑斷層，與精定位的結(jié)果一致，所以認(rèn)為第二松花江斷裂為松原地震的發(fā)震斷層。

3 結(jié)論

利用固定臺(tái)和流動(dòng)臺(tái)觀測資料，采用雙差定位法對2018 年1 月1 日至2019 年8 月1 日吉林松原寧江地震序列重新定位，得到如下結(jié)論:

(1)整個(gè)序列的重定位結(jié)果在均方根殘差、震源位置與震源深度上均有較大改善:重定位前均方根殘差的平均值由定位前的0.6s 減少為0.2s，均方根殘差明顯降低；重定位前地震地震序列分布在第二松花江斷裂與扶余—肇東斷裂交匯處，主要在扶余/松原—肇東斷裂兩側(cè)擴(kuò)展，剖面圖顯示震源位置和震源深度成層狀分布，震源深度主要集中在5 ～15km，重定位后的結(jié)果改善了震源位置和震源深度層狀分布現(xiàn)象，震源深度主要集中在7～11km。 結(jié)合李君等的震源機(jī)制解相關(guān)結(jié)果，認(rèn)為2018 年松原地震序列屬于東北地區(qū)一次典型的NE 向斷裂與NW 向斷裂交切處的斷層面發(fā)震構(gòu)造，第二松花江斷裂為松原寧江地區(qū)地震的發(fā)震斷層。

(2)精定位結(jié)果獲取了較為精確的震源參數(shù)(發(fā)震時(shí)刻、緯度、經(jīng)度、震源深度)和精確的震相到時(shí)數(shù)據(jù)，歸檔為相關(guān)科研人員提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，下一步將開展發(fā)震構(gòu)造方面的相關(guān)研究。