張洪艷 張廣偉 王曉山 盛儉 盧燕紅 張宇

1）吉林省地震局，長(zhǎng)春凈月大街5788號(hào) 130117

2）中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京海淀區(qū)安寧北里1號(hào) 100085

3）河北省地震局，石家莊槐中路262號(hào) 050021

0 引言

2013年10月31日～11月23日，吉林省前郭縣陸續(xù)發(fā)生了5.5、5.0、5.3、5.8、5.0級(jí)地震，5次地震均發(fā)生在NE向扶余-肇東斷裂與NNW向查干泡-道字井?dāng)嗔呀粎R部位，本次地震序列中強(qiáng)震均有成對(duì)發(fā)生的特點(diǎn)，與該區(qū)域2006年3月31日（圖1，藍(lán)色圓）發(fā)生的5.1級(jí)地震震中的最近距離僅8km。

10月31日5.5級(jí)地震發(fā)生后，吉林省和黑龍江省地震局在震中附近共布設(shè)9個(gè)流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站（圖1），從11月1日起，流動(dòng)臺(tái)的架設(shè)工作陸續(xù)完成，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至吉林省地震局臺(tái)網(wǎng)中心。架設(shè)的流動(dòng)臺(tái)對(duì)震區(qū)形成較好的監(jiān)測(cè)覆蓋，同時(shí)積累了較為豐富的序列觀測(cè)資料。

圖1 研究區(qū)地震、臺(tái)站與構(gòu)造分布

本文依據(jù)研究區(qū)域的固定臺(tái)和流動(dòng)臺(tái)所記錄的震相數(shù)據(jù)，采用雙差定位法對(duì)前郭序列重新定位，以獲取高質(zhì)量的序列數(shù)據(jù)，并根據(jù)重新定位的結(jié)果對(duì)該區(qū)的地震分布和發(fā)震構(gòu)造進(jìn)行討論。

1 方法

采用由Waldhauser等（2000）提出的雙差定位法對(duì)地震序列進(jìn)行重定位。雙差法利用信號(hào)的走時(shí)差修定震源位置，這主要基于2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（張廣偉等，2011），此時(shí)，在某臺(tái)觀測(cè)到的2次事件的走時(shí)差來(lái)自于事件之間的空間偏移，從而有效地降低了定位結(jié)果對(duì)速度模型的依賴性。

在雙差法中，相對(duì)位置的確定是由雙差（2個(gè)近距離地震i和j到同一臺(tái)站k的走時(shí)殘差之差）來(lái)確定的，如下式

其中，drijk為雙差，可表示為

2 資料及參數(shù)選取

2.1 資料

10月31日前郭5.5級(jí)地震發(fā)生后，吉林省地震局和黑龍江省地震局在前郭和乾安地區(qū)圍繞震中50km之內(nèi)陸續(xù)布設(shè)9個(gè)臨時(shí)觀測(cè)站，最遠(yuǎn)臺(tái)2204與震區(qū)相距較遠(yuǎn)，約48km，其余應(yīng)急流動(dòng)臺(tái)的臺(tái)間距在15km左右，9個(gè)流動(dòng)臺(tái)形成了臨時(shí)的小型觀測(cè)臺(tái)陣，對(duì)震區(qū)形成了比較好的監(jiān)控。吉林臺(tái)網(wǎng)利用省內(nèi)臺(tái)、周邊共享臺(tái)站以及流動(dòng)臺(tái)，共同處理此次地震序列。截至2013年12月10日20時(shí)，45個(gè)數(shù)字化臺(tái)和9個(gè)流動(dòng)臺(tái)共監(jiān)測(cè)到多臺(tái)和單臺(tái)事件782次，震級(jí)為-0.7～5.8，其中多臺(tái)可定位事件525次，單臺(tái)事件257次。本研究中，為了提高震相數(shù)據(jù)的可靠性和可用性，盡量減小人為判讀誤差，針對(duì)此次序列的525次多臺(tái)可定位事件采用常規(guī)定位方法重新定位，對(duì)震相數(shù)據(jù)以及殘差進(jìn)一步復(fù)核。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格數(shù)據(jù)篩選，最終選用12個(gè)固定臺(tái)和9個(gè)流動(dòng)臺(tái)記錄的343次地震事件（圖1），被4個(gè)及以上臺(tái)站記錄的共6550條震相數(shù)據(jù)，其中包括2388條P波和2497條S波到時(shí)數(shù)據(jù)。

圖1中所示扶余-肇東斷裂及查干泡-道字井?dāng)嗔训奈恢檬歉鶕?jù)“松原市活斷層探測(cè)與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)”項(xiàng)目所收集的三維石油地震剖面資料，并進(jìn)行淺層人工地震探測(cè)及聯(lián)合鉆孔剖面探測(cè)后進(jìn)行了修正的。研究區(qū)內(nèi)的斷裂以NNW、NE向?yàn)橹?，其中NE向斷裂規(guī)模最大，對(duì)研究區(qū)內(nèi)基底起著主控作用，同時(shí)，衛(wèi)星影像顯示NE向斷裂具右旋分量，與NW向斷裂存在共軛關(guān)系，但從活動(dòng)性角度來(lái)看，NW向的斷裂構(gòu)造較新，活動(dòng)性較強(qiáng)。

由圖1可見，地震序列密集分布在查干泡-道字井?dāng)嗔雅c扶余-肇東斷裂交匯處，主要在查干泡-道字井?dāng)嗔褍蓚?cè)擴(kuò)展，密集區(qū)長(zhǎng)軸約28km，短軸約26km，呈橢圓形展布。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)相結(jié)合，既對(duì)空間位置有較好的校正，也有利于進(jìn)一步提高震源深度的精度。

《傲慢與偏見》和《南方與北方》都有一個(gè)鮮明的牧師形象——柯林斯先生和黑爾先生?？铝炙瓜壬m然和班納特先生一家并不親近，但由于班納特先生沒有兒子，于是他便成了家族的繼承人。簡(jiǎn)奧斯丁并沒有用大量篇幅去描寫宗教及其相關(guān)內(nèi)容，但從她對(duì)柯林斯的描寫中，我們可以窺探到她對(duì)這位牧師的態(tài)度。“柯林斯先生并不是個(gè)通情達(dá)理的人”[1]“先天的缺陷卻簡(jiǎn)直沒有得到什么彌補(bǔ)”[1]。柯林斯是個(gè)守財(cái)奴，虛偽且自高自大，而其對(duì)咖苔琳太太不斷的奉承和討好更顯示出作者對(duì)這一角色的鄙夷。但從這一角色的設(shè)定和背景可以看出，牧師作為英國(guó)社會(huì)文化的一部分，起著相當(dāng)重要的作用。夏綠蒂正是因?yàn)榭铝炙沟呢?cái)產(chǎn)和地位才嫁給他。

2.2 參數(shù)選取

雙差定位法主要采用走時(shí)殘差之差修定震源位置，從而有效地降低因?qū)ρ芯繀^(qū)地殼結(jié)構(gòu)了解不精細(xì)而引起的誤差，也可以較好地消除速度橫向不均勻性的影響。同時(shí)，雙差定位采用的速度模型為水平分層，因而震源處的速度對(duì)定位結(jié)果有一定的影響，所以速度模型的選取很重要。本文選用的一維速度模型如表1所示，該速度模型結(jié)合了人工地震（劉洋等2008）、層析成像（劉殿秘等，2007）、垂直反射地震技術(shù)（楊寶俊等，2003）等資料綜合得出。

雙差法采用絕對(duì)到時(shí)殘差之差修定地震位置。因此在定位前，利用選用的一維速度模型，采用HYPODD中計(jì)算走時(shí)的方法計(jì)算出理論走時(shí)，將所得理論走時(shí)與觀測(cè)走時(shí)相減，獲取定位中所需要的絕對(duì)走時(shí)殘差。本文最終選用殘差為±5s，震中距在200km范圍內(nèi)的到時(shí)資料，經(jīng)過(guò)篩選后的P、S波數(shù)據(jù)如圖2所示，該數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，能較好地滿足重定位的需求。

表1 速度模型參數(shù)表

圖2 篩選后的P、S波的時(shí)距曲線

由于P波的拾取精度相比S波較高，因此將P波和S波的權(quán)重分別設(shè)為1和0.5。為了充分利用地震資料獲取更多的重定位數(shù)據(jù)，本文將初始確定事件對(duì)的搜索半徑設(shè)為10km，共有341個(gè)事件可以進(jìn)行配對(duì)并參與重新定位。采用共軛梯度法求解，3輪迭代中分別采用標(biāo)準(zhǔn)差的10、5、3倍作為截?cái)嘀?，?jīng)過(guò)反復(fù)迭代，最終得到穩(wěn)定解。

3 結(jié)果及分析

重定位后，共獲得336個(gè)地震事件的基本參數(shù)。地震序列產(chǎn)出的結(jié)果中，走時(shí)殘差得到了較大的改善，定位前走時(shí)殘差在0.060～0.956s之間波動(dòng)，定位后走時(shí)殘差在0.002～0.095s間波動(dòng)，重定位后走時(shí)殘差精度得到較大幅度的提高，均值為0.13s。

圖3、4給出重定位前、后地震序列震中分布平面圖以及沿不同剖面的震源深度分布圖，圖中可以清晰地看出重定位前、后震源位置的明顯差異。定位前震中和深度分布較為分散，均未呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)方向，地震彌散地分布在扶余-肇東斷裂和查干泡-道字井?dāng)嗔呀粎R部位，深度在0～20km內(nèi)的水平層狀現(xiàn)象較為明顯，5次5級(jí)地震的震源深度主要集中在4～14km范圍內(nèi)。重定位后的地震主要集中在查干泡-道字井?dāng)嗔驯敝|側(cè)，震中分布的優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)軸走向?yàn)楸逼?0°左右，與查干泡-道字井?dāng)嗔驯敝ё呦蛞恢?，條帶狀更加明顯。震源深度剖面圖顯示，沿震中分布的優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)軸走向（A-B剖面），地震主要集中在5～15km范圍內(nèi)，5次5級(jí)地震的震源深度主要集中在8～15km范圍內(nèi)，表明該區(qū)的發(fā)震層較淺，主要集中在中上地殼；垂直震中分布的優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)軸走向剖面（C-D剖面）反映了沿?cái)鄬觾A向的震源分布特征，傾向北東的斷層傾角較大，而傾向北西的斷層傾角較緩。

本次地震附近的主要斷層有3條，分別為查干泡-道字井?dāng)嗔?、扶?肇東斷裂、克山-大安斷裂。查干泡-道字井?dāng)嗔炎呦騈NW，傾向NE。重定位前NE和NW向?yàn)榈卣鹦蛄械膬?yōu)勢(shì)方向，從修正后的斷層分布圖可以看到，震區(qū)附近構(gòu)造主要是NE-NNE向的扶余-肇東斷裂及NNW向的查干泡-道字井?dāng)嗔?，查干?道字井?dāng)嗔驯环鲇?肇東斷裂左旋錯(cuò)開。重定位后的結(jié)果顯示，地震序列主要集中分布在查干泡-道字井?dāng)嗔训臇|側(cè)，沿著NW向的破裂比EW向破裂更加充分，初步推測(cè)此次地震NNW向查干泡-道字井?dāng)嗔哑鹬骺刈饔?，與NE向的扶余-肇東斷裂一起控制著此次地震序列的發(fā)展形態(tài)。

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

圖4 重定位后地震序列平面圖（a）和AB剖面（b）、CD剖面（c）的震源深度以及震源機(jī)制分布

4 5.5和5.8級(jí)地震序列的對(duì)比分析

2013年10月31日發(fā)生5.5、5.0級(jí)地震，相隔22天后，11月22、23日分別發(fā)生5.3、5.8、5.0級(jí)地震，2次序列間隔時(shí)間較長(zhǎng)，地震頻度和強(qiáng)度均有明顯不同。地震序列在時(shí)空方面的變化暗含震源破裂的相關(guān)信息，因此，依據(jù)地震序列的時(shí)空變化圖像并結(jié)合震源參數(shù)、地質(zhì)以及相關(guān)的地球物理資料研究震源處的發(fā)震構(gòu)造，是目前廣大地震學(xué)者較關(guān)注的問(wèn)題（呂堅(jiān)等2008；鄭勇等2009；龍思勝等，2004；Ratehkovski et al，2004）。為了探尋5.5和5.8級(jí)地震序列的異同，本研究采用同樣的定位方法針對(duì)2次序列重新定位，最終獲得5.5級(jí)序列154次和5.8級(jí)181次事件的精定位結(jié)果。通過(guò)重定位前后地震序列分布對(duì)比，并結(jié)合幾次強(qiáng)震的震源機(jī)制解來(lái)判別2次序列斷層的破裂方式和地震的構(gòu)造含義，可為震情趨勢(shì)判斷提供必要的依據(jù)。

圖5 5.5級(jí)（a）～（d）和 5.8級(jí)（e）～（h）地震序列重定位前平面分布（a）、（e）；深度緯度向（b）、（f）和經(jīng)度向側(cè)面圖（c）、（g）以及頻度圖（d）、（h）

2次序列重定位前的平面圖（圖5）顯示，小震在查干泡-道字井?dāng)嗔驯敝Ф?cè)分散地分布，其中斷裂東側(cè)的地震活動(dòng)強(qiáng)度優(yōu)于西側(cè)，另外，5.8級(jí)序列從時(shí)間進(jìn)程上看，地震從西向東的遷移性較顯著，5.8級(jí)序列中地震的密集區(qū)主要在斷裂的東側(cè)。2次序列在時(shí)間和空間上呈現(xiàn)出震中整體向查干泡-道字井?dāng)嗔驯敝|側(cè)遷移，方向由NWW向NW向過(guò)渡，經(jīng)緯向深度的剖面圖顯示，5.5、5.8級(jí)序列的震源深度主要集中在0～10km和5～18km，分層現(xiàn)象顯著。

圖6 5.5級(jí)（a）～（d）和 5.8級(jí)（e）～（h）地震序列重定位后平面分布（a）、（e）；深度緯度向（b）、（f）和經(jīng)度向側(cè)面圖（c）、（g）以及頻度圖（d）、（h）

重定位后的平面圖和經(jīng)緯向剖面圖（圖6）顯示2次地震序列的衰減、頻度、強(qiáng)度以及余震分布區(qū)的形狀均有較大差別。5.5級(jí)序列的平面圖顯示2次主震均位于斷裂帶上，其余地震分布在斷裂帶兩側(cè)，其中東側(cè)地震密集度強(qiáng)于西側(cè)，主體優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹WW。而5.8級(jí)序列的平面圖則顯示3次主震與余震均一致地分布在斷裂東側(cè)，條帶狀明顯，呈NW向展布，與查干泡-道字井?dāng)嗔驯敝ё呦蛞恢?。同時(shí)，注意到5.8級(jí)序列在空間位置上向扶余-肇東斷裂帶靠攏，而5.5級(jí)序列則主要集中在查干泡-道字井?dāng)嗔驯敝е卸?。可見查干?道字井?dāng)嗔驯敝蓚?cè)地震活動(dòng)強(qiáng)度、密度有較大不同，表明斷裂兩側(cè)構(gòu)造特征差異較大，斷裂東側(cè)為此次地震能量的主要釋放區(qū)。從剖面圖上可以看出，5.5級(jí)序列以簇狀分布為主，震源深度較淺，頻度圖更直觀地展示出5.5級(jí)序列深度集中在6～12km；而5.8級(jí)地震序列分布具有顯著差異，其破裂方式以雙側(cè)破裂為主，且沿?cái)嗔袾E向震源有明顯加深趨勢(shì)，這可能表征靠近扶余-肇東斷裂發(fā)震層有所加深。

震后中國(guó)地震局地球物理研究所韓立波博士（2013）給出4次5級(jí)地震的地震矩張量反演結(jié)果（表2），4次5級(jí)地震均位于含走滑分量的逆沖型斷層上；Global CMT（2013）僅給出11月23日5.8級(jí)地震的震源機(jī)制，結(jié)果也表明5.8級(jí)地震位于走滑分量的逆沖型斷層上。松原MS≥5.0震群發(fā)生在松遼盆地內(nèi)部，處于松遼盆地中央凹陷帶與東南隆起帶相交接的部位，在這種不同地質(zhì)單元的交接位置容易產(chǎn)生能量的積累而成為孕震的有利環(huán)境（李傳友等，1999）；從深部結(jié)果看，太平洋板塊俯沖至中國(guó)東北大陸下約600km（Leiet al，2005），太平洋板塊的附?jīng)_是東北地區(qū)深震活動(dòng)的重要?jiǎng)恿?lái)源，2011年日本MW9.0巨震引發(fā)SEE向同震位移（Ozawa et al，2011），可能是造成2011年以來(lái)東北地區(qū)地震活動(dòng)頻度增加的重要原因。吉林松原MS≥5.0震群震源深度都較淺，人工地震測(cè)深結(jié)果顯示，松遼盆地位于莫霍面上隆區(qū)，地幔上隆引起地幔流體的入侵，在存有儲(chǔ)集空間的中地殼形成低速-高導(dǎo)層（衛(wèi)平生等，2008；印長(zhǎng)海等，2013），中地殼的低速-高導(dǎo)層會(huì)沿?cái)嗔衙娴缺∪鯉锨郑@也許是觸發(fā)地震的重要因素。結(jié)合重定位后震源位置及震源機(jī)制反演結(jié)果，本研究初步推測(cè)此次地震的發(fā)震構(gòu)造可能為NNW向查干泡-道字井?dāng)嗔?，后續(xù)我們將收集震區(qū)地震地質(zhì)、地球物理和科學(xué)考察等資料進(jìn)行深入研究，以進(jìn)一步揭示前郭震群的發(fā)震機(jī)理。

表2 震源機(jī)制解結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

利用固定臺(tái)和流動(dòng)臺(tái)觀測(cè)資料，采用雙差定位法對(duì)吉林前郭2013年10月31日～12月10日地震序列重新定位，同時(shí)采用同樣的方法對(duì)5.5級(jí)和5.8級(jí)地震序列重新定位，獲得了整個(gè)地震序列以及2次分序列的精定位結(jié)果。

整個(gè)序列的定位結(jié)果顯示震中位置和震源深度均有較大改善。定位后的震中分布和震源深度改善了定位前的彌散形態(tài)和分層現(xiàn)象，定位后整個(gè)序列的優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)軸走向?yàn)楸逼?0°左右，與查干泡-道字井?dāng)嗔驯敝ё呦蛞恢?，密集區(qū)的擴(kuò)展長(zhǎng)度達(dá)21km，震源深度的優(yōu)勢(shì)范圍為5～15km。同時(shí)，震源深度剖面圖顯示傾向NE的斷層傾角較大，而傾向NW的斷層傾角較緩。

5.5和5.8級(jí)地震序列重定位的結(jié)果顯示，2次序列的地震頻度、震源深度、震中分布的條帶形狀以及擴(kuò)展方向等均有明顯不同。2次序列均沿查干泡-道字井?dāng)嗔驯敝U(kuò)展，經(jīng)緯向剖面圖顯示，5.5級(jí)序列以簇狀分布為主，震源較淺，優(yōu)勢(shì)深度為6～12km；而5.8級(jí)序列分布具有顯著差異，其破裂方式以雙側(cè)破裂為主，優(yōu)勢(shì)深度為8～14km。結(jié)合震源機(jī)制解、地質(zhì)等相關(guān)資料初步推測(cè)，2次地震序列的發(fā)震構(gòu)造為NNW向的查干泡-道字井?dāng)嗔?。其中?.8級(jí)序列沿?cái)嗔逊植嫉拈L(zhǎng)度約19km，5.5級(jí)序列沿?cái)嗔逊植嫉拈L(zhǎng)度約10km，盧顯（2007）指出余震沿?cái)鄬臃较蚍植嫉拈L(zhǎng)度能較好地反映地震的破裂長(zhǎng)度，可見5.8級(jí)序列的破裂長(zhǎng)度明顯大于5.5級(jí)序列。

整個(gè)序列以及2次序列的重定位結(jié)果顯示，查干泡-道字井?dāng)嗔驯敝蓚?cè)的地震活動(dòng)強(qiáng)度、震中分布的優(yōu)勢(shì)方向和密度等差異較大，斷裂東側(cè)地震的頻度、強(qiáng)度明顯優(yōu)于西側(cè)，這間接反映出斷裂兩側(cè)的構(gòu)造特征差異較大。震區(qū)的查干泡-道字井?dāng)嗔驯敝榇舜蔚卣鸬闹骺財(cái)嗔?，其與共軛的扶余-肇東斷裂一起控制著此次地震的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

致謝：感謝吉林省地震局和黑龍江省地震局應(yīng)急流動(dòng)觀測(cè)站為本研究提供了寶貴的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；感謝吉林省地震局臺(tái)網(wǎng)中心編目組整理出寶貴的序列資料；感謝中國(guó)地震局地球物理研究所韓立波博士提供的震源機(jī)制解資料；感謝北京市地震局武敏捷在程序方面提供的幫助；感謝審稿專家提出了寶貴的修改意見。