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1、以双差定位方法对郯城%级地震震中附近现代小震重新定位Relocation of modern small earthquakes near the epicenter of Tancheng 8% earthquake using the double difference earthquake location algorithm李永红胡新亮许萍李亚军周翠英刁桂苓摘要本文以双差定位方法对1668年发生在中国东部最大的地震郯城8%级地震震中附 近1974年以来400余个中、小地震重新进行定位。重新定位结果显示郯城8%级地震震中 附近现代中、小地震中分布仍集中于地震破裂带上，带状集中区与地质考察
2、推测得到的发 震断层安丘莒县断裂的走向吻合。AbstractIn this paper, using the double difference earthquake location algorithm, we relocate more than 400 small-medium earthquakes happening near the epicenter of 1668 Tancheng 8% earthquake - the largest earthquake in the China eastern since 1974.Basedontheresultsasabovewean
3、alyzedanddiscussedthegeneratingfault structure, the activity character and the main branch fracture status of the 1668 Tancheng earthquake. The relocated results show that the modern small-medium earthquakes is still concentrated in the rupture zone. The strike of the generating ANQIU-JUXIAN fault s
4、peculated by geological surveying accords with that of the bandy concentrated zone.关键词：双差定位 郯城 8%级地震Keyword:hypodd TANCHENG8%earthquake0 引言郯庐带位于山东地区的区段也称为沂沭断裂带。1668年7月25日在沂沭 断裂带中南段发生了中国东部迄今为止最大的地震，即郯城8%级地震。震中位 于沂沐断裂带上地震台网密集，自20世纪70年代以来已积累了丰富的地震资 料。但由于东部地区为黄海海域，地震台网分布不均匀，给东部地震定位造成 一定的偏差，此外，现山东台网使用的定位
5、程序中采用全国通用的走时模型， 也为定位参数带来较大误差。因此现有的地震参数难以满足本文的要求。为此， 本文采用双差定位法对研究区地震重新进行定位。1 方法与资料1.1 地震的双差定位方法 地震定位是地震学中最经典、最基础的问题之一，地震学中很多研究如地 震活动构造、地球内部结构、震源的几何构造等研究均依赖于地震定位的结果。 地震定位大致分为相对定位和绝对定位两种。近年来，相对定位法中发展了一 种双重残差定位法，又称双差地震定位法（DD），它是由F. Waldhauser和 WLEllsworth 提出【1】，目前该方法已经被国内外地震学家广泛地应用到实 际的地震定位中。它是利用信号的走时差反
6、演震源位置，能够有效地消除震源 至台站共同传播路径效应，受速度模型的影响小，它反演的是一组丛集地震中 每个地震相对于该丛集矩心的相对位置，不需要主事件。它不仅能像主事件相 对定位方法一样有效地减小由于对地壳结构了解不够精细而引起的误差，而且 即使丛集地震的空间跨度很大也适用，有其独到的优点。尤其是近年可利用数 字记录求取两地震波形初至信号的时差，精度最高可达到采样间隔的十分之一， 比拾取初至的精度高出一个数量级，因而双差定位法确定的震源相对位置精度 要远远高于常规的绝对定位方法。国内外已有很多学者利用该方法研究不同地 区的地震精定位，取得了很好的效果。1.2 资料的选取研究区主要为沂沐带中段，
7、大致范围为（34.138N, 116.4119.6E）（图 1），重新定位所用资料为山东台网及邻省台站共44个台所记录到的震相资料， 台站分布参见图 1。首先收集了19742006年山东及邻省的相关地震台网观测 报告，初选有4个台以上记录的近震资料，作为研究的基础资料。这些资料中 1974 年至 1999 年为模拟记录， 2000 年以来为数字记录，约有近千条记录。再 经计算理论走时、剔除差错数据，对资料震相不清、距离太远的地震进行删除， 最后筛选出符合条件的共有410个地震，震级在Ml5.6之间，其震相包括 直达波Pg、Sg、首波Pn、Sn、反射波Pm、Sm到时资料。在进行重新定位时，这些地
8、震中，对于1999年以前的模拟记录地震，是将 记录到的P到时、S波振幅等资料转换为程序可以识别的数据格式，进行计算。 1999年之后山东进行了地震台站的数字化改造，部分台站将单纯的模拟记录改 为数字和模拟并行记录，但仍有13个台站为单纯的模拟记录。在对这些地震重新定位时，对于数字和模拟并行记录的台站，只使用了其数字化记录资料，同 时将 13个单纯模拟记录台站的记录波形，经以每秒钟 100 个采样点的形式进行 模-数转换，将其转化为数字记录后再与其他数字记录合并使用。对于数字记录 资料，是直接由数字记录文件中读取所需数据，然后对所有数字记录进行对比、 筛选、双差定位。图1 双差定位研究区、构造及
9、台网分布示意图Fig1 the study area of the double difference earthquake location, construction and stations network distribution diagram相对定位算法很好地克服了速度横向不均匀性的影响【2】，因此对地壳速度模 型的依赖性相对较小，由于算法中采用的是水平分层速度模型，对定位结果产生 影响的主要是震源所在层速度值，该值虽不影响事件间的方位分布，但会影响事 件簇分布图像的尺度，因此仍需要尽可能地选用接近真实的地壳速度模型。前述 张碧秀【3】等（1988）通过地震探测得到的沂沐断裂带8%
10、级地震震源区附近地壳 速度结构为本项工作提供了有利条件，本文采用该成果的简化速度模型（表1）。表1 郯城8%级地震震源区附近地壳上地幔速度结构表H/kmV /(km*s-1)V /(km*s-1)05.00V=V/1.73SP106.16156.20206.35306.32356.50408.18表1给出本文地震定位中采用的水平层状地壳S波速度模型。根据经验，地壳内基本上是泊松介质且变化不大,相应的P波速度模型则由V =1.73V得到,PS这里V和V分别表示P波和S波的速度。PS2 重新定位结果分析2.1 重新定位后的参数精度分析共 410 次地震参加重新定位，最终获得 381 次地震的精定位
11、基本参数，位 于研究区内的为 364 次。重新定位后，部分地震被舍弃的原因包括以下几种：(1) 该地震的可用震相数小于最少震相数参数限制本研究中，该参数取值为 8； 由于震相读数的误差，导致反演过程中出现深度为负值的现象(airquake)； (3) 超过事件对之间的最大距离阈值而未能够和其他地震组成事件对等 【4】。总 之，双差算法在重新定位后舍弃了一小部分数据质量较差或距离事件簇质心较 远的事件，获得了更加清晰可靠的震中分布图像。重新定位后均方根残差平均值由原来的3.34s降为0.24s，震源位置的估 算误差(2倍标准偏差)在E-W方向平均为1.2km，在N-S方向平均为0.9km，在 垂
12、直方向平均为 2.4km。2.2 重新定位后震源深度改善情况图 2 原台网定位深度 1km 的地震重新定位结果Fig2 the relocation results of the seismic of original depth of 1km在地震定位问题中，震源深度的精确确定最困难。震源深度受地震波走时 影响极大，尤其对于震中距超 过 30km 的台站，直达波走时对 震源深度变化不敏感。从震源 深度比较，重新定位后可见震 源深度有两点改善：重新定位前，有72个地 震震源深度为1km，其中有10 个为 1983 年底至1986 年初东 营附近发生的注水诱发地震， 深度在12km，而其余62个
13、，为了在三维空间分布图中能够显示，赋值为1km。重新定位后，10个注水诱发地震的深度全部在12km(图2.2中圈出来的 地震)，与实际情况完全相符。而其它62个地震也全部得到了震源深度，随机 分布在0km33km之间(图2),并且可以看出其有势层位在1020km之间。20203030117. 034. 04040图 3 原台网定位和双差定位深度分布图Fig3 the depth distribution located with the original station network(a) and the doubledifference location algorithm(b)重新定位地
14、震的深度优势分布层位较重新定位前更加显著。原台网定位 地震已给出震源深度的，优势分布层位在1030km，分布范围相对较宽，但在 这区间内优势层位不明显(图3a),重新定位后，震源深度优势层位在1020 km 的占总数的59.1%，可以明显看出其优势地位(图3b、图4)。另外，重新定 位后的震级较大的地震深度较重新定位前深度加深，这与实际情况更为相符。Fig4 Comparison of focal depth located by the original station network withthat by the double difference earthquake location
15、 algorithm图6给出精定位后(b)和原台网定位地震(a)空间分布图像的比较。为增强图5原台网定位与双差定位结果的对比(a)原台网定位结果，(b)重新定位结果)图中断裂：F1昌邑-大店断裂F2安丘-莒县断裂F3沂水-汤头断裂F4鄌郚-葛沟断裂F5白芬子-浮来山断裂苍尼断裂双山-李家庄断裂新泰-蒙阴断裂益都-无棣断裂Fig 5 Comparison of positioning results using the original station network with thatusing the double difference earthquake location algorithm(a) results of the original station network (b) results of the double differenceearthquake location algorithm)Figure of Fracture:Fl CHANGYI-DADIAN Fracture F2 ANQIU-JUXIAN Fracture F3YISHUI-TANGTOU Fracture F4 TANGWU-GEGOU FractureF5 BAIFENZI-FULAISHAN Fracture CANGNI Fracture SH
