第４４卷　第２期
２０２２年４月地　震　地　质ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹＡＮＤＧＥＯＬＯＧＹＶｏｌ．４４，Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０２２
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４９６７．２０２２．０２．００７
王亮，焦明若，钱蕊，等．２０２２．利用双差地震成像方法反演辽南地区地壳速度结构［Ｊ］．地震地质，４４（２）：３７８—３９４．
ＷＡＮＧＬｉａｎｇ
，ＪＩＡＯＭｉｎｇ ｒｕｏ，ＱＩＡＮＲｕｉ，ｅｔａｌ．２０２２．ＣｒｕｓｔａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｅｎｅａｔｈｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎＬｉａｏｎｉｎｇＰｒｏｖｉｎｃｅｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｄｏｕｂｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ［Ｊ］．
ＳｅｉｓｍｏｌｏｇｙａｎｄＧｅｏｌｏｇｙ，４４（２）：３７８—３９４．利用双差地震成像方法
反演辽南地区地壳速度结构
王　亮　焦明若  钱　蕊　张　博　杨士超　邵媛媛
（辽宁省地震局，沈阳　１１００４３）
摘　要  文中利用辽宁地区“十五”改造前后共６７个区域地震台记录的１９７５年８月—２０１７年１２月期间的地震震相观测报告，通过双差地震成像的方法，采用ｔｏｍｏＤＤ软件对辽南地区进行了地震
重新定位及速度结构反演。通过计算得到了辽南地区记录大部分地震的重新定位结果和４ｋｍ、１３ｋｍ、２４ｋｍ、３３ｋｍ几个深度上较好的Ｐ波速度结果。重新定位结果显示，海城余震区和盖州震
活动区域作为辽南地区主要的地震活动区域，其地震活动具有明显的ＮＷ向展布特征。Ｐ波层析成
像结果则反映了辽南地区浅部速度结构与地质构造较为一致的特点。海城余震区所处的海城河断裂
在浅层存在高速体，在４～１２ｋｍ深度存在低速体，且低速体向Ｅ不断加深侵入。金州断裂不同分段
的端部存在高速体，其断裂端部的盖州震发生在高速体区域，推测盖州震的活动可能是在应力
积累的条件下受到液体侵入而使岩石的含水饱和率上升所致。
关键词  双差地震成像　重新定位　速度结构　海城余震区　盖州震
中图分类号：Ｐ３１５ ２文献标识码：Ａ文章编号：０２５３－４９６７（２０２２）０２－０３７８
－１７〔收稿日期〕　２０２１－０１－２７收稿，２０２１－０６－０１改回。
〔基金项目〕　中国地震局地震预测研究所基本科研业务专项（２０１８ＩＥＦ０１０２０１）与辽宁省科学技术计划社发攻
关及产业化项目（２０１７２３１０１３）共同资助。
通讯作者：焦明若，男，１
９６３年生，博士，研究员，主要从事地震预报与发震机理相关研究，Ｅ－ｍａｉｌ：３５９２０３４７７＠ｑｑ．ｃｏｍ。
０　引言
辽宁地区是中国大陆东部地震活动相对活跃的地区，著名的郯庐断裂带贯穿整个辽宁地区。在地质构造方面，辽宁地区位于中朝地台的东北缘地区（卢造勋等，２００２），由东侧的辽东台隆（图１中的区域Ⅳ，即辽东上升隆起区）、中部的辽河裂谷（图１中的区域Ⅲ，即下辽河渤
海沉降区）和西侧的辽西－
燕山台褶带（图１中的区域Ⅱ，即燕山上升隆起）３个地质单元共同构成（赵俊猛等，１９９８）。ＥＷ走向形成了“两堑夹一垒”的构造模式（图１）。
辽南地区是近年来辽宁主要的地震活动集中区域，其主要地质构造单元由辽河裂谷和东侧的辽东台隆构成。辽河裂谷是渤海湾裂谷系的一部分，它的形成可能归因于渤海湾地区的郯庐断裂和地幔上窿的双重作用（蔡国刚，２０１０）。地震作为现代构造活动的重要表现形式，
２期王　亮等：利用双差地震成像方法反演辽南地区地壳速度结构图１　辽宁地区活动断裂及地质单元分区图（据万波等，２０１７重新绘制）
Ｆｉｇ．１　ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｃｔｉｖｅｆａｕｌｔｓａｎｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｕｎｉｔｓｉｎＬｉａｏｎｉｎｇａｒｅａ（ａｄａｐｔｅｄｆｒｏｍＷＡＮＢｏｅｔａｌ．，２０１７）．
红方框为研究区域
在辽河裂谷的分布很弱，主要的地震活动大都集中在辽河裂谷东侧的辽东台隆区域，该区域内构造较为复杂，第四纪期间老断裂的复活现象明显，且有十多条第四纪断裂。但从已有的资料
来看，仅有Ｎ
Ｅ向的金州断裂、鸭绿江断裂、太子河断裂和ＮＷ向的熊岳－庄河断裂、海城河－大洋河断裂属于晚更新世—全新世活动断裂（高常波等，２０００）。
１９７５年海城７ ３级地震就发生在海城河－大洋河断裂，１９９９年断裂的东侧又发生了岫岩５ ４级地震。截至目前，该区的地震活动已持续４０多年，是辽南主要的地震活动区域。金州
断裂附近的地震活动密集频繁，且多以震的形式发生，特别是２
０１２年以来在金州断裂的中段与北段之间发生了持续８年多的盖州震活动。如此密集频繁的地震活动与该区的地质构造有何相关性？其地质构造的演化特征与地震孕震机理关系如何？要回答这些问题，有必要对该区的地下结构进行深入研究。
地震层析成像是进行地下速度结构研究的有效手段。前人在该区已开展过较多的研究工作，早年的研究成果大多基于人工地震测深和体波成像。闾阳—海城—东沟剖面的人工测深
解算结果显示，海城西侧的新力—海城东侧的析木在１
５～２０ｋｍ深度存在低速体（卢造勋等，９
７３
地　震　地　质４４卷１９８９）。体波反演结果则显示，中朝地台东北缘地区的浅层成像结果与该深度处的岩石介质特性有一定的相关性（卢造勋等，２００２），海城地震区浅层３～９ｋｍ深度的速度结构较高，而１７ｋｍ深度以下的中下地壳速度较低（李荣安等，１９９７）。但基于１９８１—２００５年的观测数据得到的双差地震成像反演结果则显示海城区域０～５ｋｍ深度的介质为低速体，其地下的高速体主要分布在５～１５ｋｍ深度（Ｚｈｅｎｇｅｔａｌ．，２０１８）。同时，基于２００８—２０１３年的观测资料通过联合反演方法
给出的结果却反映出该区速度结构的另一种特征（王亮等，２
０１４）。可见，近年来该区反演得到的结果与早年（２０００年前）应用人工地震测深和体波成像得到的结果差异较大，分析其原因可能为以下２点：１）研究时段、应用的数据量、分辨率尺度和剖面划分位置不同而导致结果出现差异；２）该区在应力背景下，以１０ａ为尺度统计该区的速度结构所得结果可能会有所变化。
基于上述研究现状，目前针对该区地下介质的认识仍存在差异，上文提出的科学问题也并未完全得到解释。为获取研究区更为详细准确的速度结构，本文利用辽宁地区长时间的测震台站资料，通过双差层析成像的方法反演了辽南地区的速度结构并对该区的地震进行了重新定位，期望基于所得结果对以上科学问题进行研讨。
１　方法与数据
１ １　研究方法
双差地震层析成像方法（Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．，２００６）是将Ｔｈｕｒｂｅｒ（１９８３）提出的成像方法（Ｓｉｍｕｌｐｓ）
与双差定位方法（
ｈｙｐｏＤＤ）相结合的一种方法。在双差定位过程中假定所选地震对到同一台站具有相似的路径，但当地震对之间距离大于速度变化的尺度时，由速度不均匀性引起的路径差异将随震源位置出现明显变化（王伟平，２０１６），双差定位结果仍会受到影响。而双差层析成像方法引入了绝对到时数据，考虑介质速度结构的空间变化，减小了双差定位中因假设台站到事件对之间速度恒定引起的误差，对地震对的距离没有要求，故得到的定位结果更加精确（王长在等，２０１３）。在实际反演过程中，ｔｏｍｏＤＤ先为绝对到时数据赋予较大的权重以反演整体的速度结构，再为地震相对走时差数据赋予较大权重，以更好地约束震源区结构。本文利用的区域尺度双差层析成像方法通过“网格法”进行模型参数化，采用“伪弯曲法”进行射线追踪。前人经研究认为，一般震中距较近的射线参与反演造成的误差较小（Ｈａｓｌｉｎｇｅｒｅｔａｌ．，２００１）。为使研究结果更为可靠，设置震中距＜２００ｋｍ的射线权重为１，震中距为２００～４００ｋｍ的射线权重为０ ５，震中距＞４００ｋｍ的射线权重为０ ２
５。反演过程中借助阻尼最小二乘法，以获取最优的震源位置和三维速度结构。
１ ２　研究范围与应用数据
本文的研究范围为（３９°～４２°Ｎ，１２１°～１２４°Ｅ），为了获取更多射线条数，尽可能提高反演数据量，选取了更大的计算区域（３８°～４４°Ｎ，１１９°～１２６°Ｅ）。本文研究的时间周期较长，其间辽宁地区的地震台站台址也有诸多的变更情况，故在分析时查阅了大量相关资料并与相关人员进行沟通，更正了台站位置的信息。“十五”改造前、改造后新增及台址未变化台站的分布如图２所示。总体来看，“十五”改造后，辽宁地区的震相数据较好，故将数据分为“十五”改造前（１９７５年１月—２００８年９月）和“十五”改造后（２００８年１０月—２０１７年１２月）２个时间段，分别对数据进行处理，对震相报告进行校正，删除了误差较大（＞５倍均方差）的震相数据，并对校正前、后的资料进行了对比，发现校正后数据质量有了较明显的提高（图３）。所得校正后０８３
２期王　亮等：利用双差地震成像方法反演辽南地区地壳速度结构图２　辽宁地区的台站分布情况
Ｆｉｇ．２　ＴｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｅｉｓｍｉｃｓｔａｔｉｏｎｓｉｎＬｉａｏｎｉｎｇａｒｅａ．
的数据包括１９７５—２０１７年共１２２２９个地震事件，应用Ｐ波射线１２１１７９条，Ｓ波射线１２３９３２条。
正则化反演
２　双差层析成像计算
２ １　一维速度模型选取
层析成像的结果很大程度上依赖于初始速度结构的选取，因此选取可靠的初始速度结构模型对反演结果的好坏起到了至关重要的作用。研究中，我们查阅了大量资料文献，结合前人
的研究成果，并通过ｖ
ｅｌｅｓｔ软件进行一维速度模型的修正，得到了该研究地区的一维速度模型（表１）。由于ｔｏｍｏＤＤ程序计算中要求模型覆盖所有数据的范围，结合辽宁地区台站的高程中最高台站的海拔高度为１１２３ｍ，将第１层的上界面深度设置为－１ ５ｋｍ。
１
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地　震　地　质４４卷
图３　辽宁地区１９７５—２０１７年震相数据校正前、后的对比
Ｆｉｇ．３　Ｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅｏｆｔｒａｖｅｌｔｉｍｅａｎｄｅｐｉｃｅｎｔｅｒｄｉｓｔａｎｃｅ．
ａ“十五”改造前校正前；ｂ“十五”改造前校正后；ｃ“十五”改造后校正前；ｄ“十五”改造后校正后。
红为Ｐ波震相，绿为Ｓ波震相
表１　一维速度模型
Ｔａｂｌｅ１　ＴｈｅｏｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＰｗａｖｅｖｅｌｏｃｉｔｙｍｏｄｅｌ
上界面深度／ｋｍ
－１．５０４１３２４３３３５７７Ｐ波速度／ｋｍ·ｓ－１４．２４．５５．８６．１６．４６．８７．８８．０２８３

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