0 引言

地震定位研究是开展地震活动构造、地球内部结构、震源几何构造等地震学问题的基础。研究一个区域的地震活动时，精确的地震定位至关重要，随着数字地震观测技术及相关应用研究领域的发展，地震精定位已成为研究断裂构造的活跃领域。双差地震定位是定位精度相对较高的一种相对定位方法，由哥伦比亚大学的Waldhauser和Ellsworth在2000年提出并编写相应计算程序，并于2001年重新定位1984—1998年加州北海沃德断层地震，得到理想结果，其平面定位精度可达几十米，深度可达几百米(Waldhauser F et al，2000)。国内外许多地震工作者将之应用于地震研究，证明该方法可以有效提高地震相对定位精度。

杨智娴等(2003)首次运用双差地震定位方法对中国中西部地区地震精确定位，给出该区地震震源分布的精细图像，发现在许多地震带，震中具有更加明确的条带状分布现象，揭示出地震活动与活动构造的密切关系。双差地震定位方法近年依然广泛用于地震活动、区域构造研究及发震构造分析等领域，一些学者对中国不同区域开展了地震精定位研究，如：李乐等(2007)对首都圈及邻区1980—2004年发生的地震进行重新定位，结果发现，地震与区域构造呈密切的“井”字形活动分布，揭示了首都圈地区潜在的地震空区和陡倾角的隐伏断层；华北地区地震精定位主要体现在初始结果和绝对定位结果，双差地震定位体现了地震的平面分布更集中，沿断裂分布特征更加明显，震源深度更加合理等优势(于湘伟等，2010；张广伟等，2011；胡幸平等，2013；赵博等，2013)。

充分开展余震序列精定位已经成为寻找和判断发震构造的一项重要依据。黄媛等(2008)采用双差地震定位方法，对汶川M 8.0破坏性地震及震后2 706个M≥2.0余震进行重新定位，结果表明，汶川地震余震震中沿北东—南西向分布，总长度约330 km。余震主要集中在龙门山断裂带主中央断裂西侧，但在青川以北余震带明显偏离地表断裂，并在北端横穿平武—青川断裂。余震震源深度优势分布在5—20 km，平均震源深度13.3 km，主震震源深度重定位后为16.0 km。汶川地震后，中国相继发生多次6级以上强震，许多地震工作者对余震序列展开精定位研究，地震定位精度得到改善，震源深度更加合理，对发震构造有了更加准确的认识(王未来等，2012；苏金蓉等，2013；房立华等，2014；陈浩等，2016)。

京西北地区是河北省地震重点监视区，也是该省活动断裂密集地区之一。区域内断裂第四纪活动性质以正断层为主，形成以NNE—NE向断裂为主要活动断裂，与接近于正交的NW—NWW向活动断裂为辅的网络分布，一般长度在数十至数百余千米，对分析区域构造地貌、第四纪地质、新构造运动起到重要作用。近年来该区域发生了1989年山西大同—阳高6.1级地震、1998年张北6.2级地震、2014年河北涿鹿4.3级地震和2016年河北尚义4.0级地震。河北省区域地震台网建设至今，已累积大量小记录。本文对该区域2008年至2016年10月以来地震进行重新定位，为进一步认识此区域地震活动空间分布特征及活动构造，提供更加可靠的资料。

1 构造背景和资料选取

研究区域位于河北省京西北地区(39.5°—41.5°N，113.5°—116.5°E)，面积约57 341 km²，地处中朝准地台北部，NWW向张家口—渤海地震构造带西北段，构造背景复杂。据地质特征及构造发展历史，区域内包括燕山断块隆起西部、鄂尔多斯断块隆起西北部太行山断块隆起北部和山西断陷北部。该研究区域晚更新世以来活动断裂分布密集，走向以NNE—NE为主(图 1)。

重新定位所选用2008年至2016年10月河北省区域地震台网168个台站记录的地震数据，原始地震目录M≥1.0地震共计1 924个，考虑到地震定位结果的可靠性，对数据资料按照以下原则进行筛选：① 只选择每个事件的台站记录≥3、震相数≥6的地震进行重定位；② 剔除塌陷、爆破等非天然地震记录，得到满足条件的地震事件共计1 909次。

2 地震定位方法 2.1 方法简介

双差地震定位法以震相走时差为输入数据，根据组对事件之间震相到时来获得事件对的相对空间分布。该方法的优点体现在：① 不要求有主震事件，反演1组丛集地震中每个地震相对于该丛集矩心的相对位置，适用于比主事件地震定位法空间跨度大的地震群体；② 减小了长距离上由于介质不均匀性而引起的误差，消除了地震传播到台站时共同路径的影响，提升了震源位置定位精度(李志海等，2004；沈小七等，2010)。

双差定位法包含奇异值分解法(SVD)和共轭梯度法(LSQR)2种求解方法。奇异值分解法适用于小数目事件求解，而当事件个数成百上千时则应当采用共轭梯度法进行计算。

2.2 速度模型

双差定位算法采用的速度模型是水平分层结构，事件所在位置的层速度会对计算结果产生影响，主要体现在地震簇分布图像尺度上。因此，对研究区域地壳结构认识越细，地震定位精度越可靠。根据祝治平等(1997)通过宽角反射/折射剖面和齐诚等(2006)通过遥测台网记录的地震事件中P波和S波到时资料，计算得到相关研究区域地壳速度结构的研究成果，可获得地区地壳速度模型(表 1)。

2.3 计算过程

程序计算得到地震组对走时数据后才可以进行地震定位。依据研究范围及地震空间分布，设置搜索半径为10 km，震相数≥6，对台站400 km范围内地震进行组对，得到1 819次地震的241 271条P波及255 554条S波相对到时数据，平均空间距离5.5 km。

地震对完成后进行双差地震定位，考虑到波形震相的读取精度差异，对P波给予1.0的权重，S波则给予0.7的权重。由于地震数据较多，因此采用共轭梯度法求解方程，得到阻尼最小二乘法的解。程序采用2轮迭代，第1轮和第2轮的6次迭代中，均采用标准偏差的4倍作为截断值。通过多次迭代计算，删除残差大于阶段值的台站数据，获取质量较高的1 819次地震震源位置，双差定位结果走时残差明显减小，由原始结果的0.383 s降为0.125 s。震源位置三分向的估算误差(2倍标准偏差)EW向平均为0.712 km，NS向平均为0.926 km，UD向为0.792 km。

3 定位结果 3.1 震中空间位置特征

对京西北地区2008年至2016年10月的1 909次地震采用双差定位法进行精定位，得到1 819次地震定位结果，与原始震中分布结果进行比对，见图 2，发现区域内地震分布格局变化相差不大，但在中小震密集区内位置明显集中，成条带的地震走向更加清晰，成簇性地震分布更加收敛，体现了区域内活动断裂对震中空间分布具有较强的控制作用。区域6级以上历史地震分布与定位结果在空间上一致，精定位结果中张北与尚义间的地震密集带分布在NE向大满—前黑土断裂与NW向庙东营—大营滩断裂交汇区域，怀来附近的小震密集带分布在NE向怀涿盆地北缘断裂与黄土窑—木土断裂交汇区域，怀安县西南的小震密集区分布在NE向天镇—阳高断裂与NW向右所堡—松枝口断裂交汇处，而北京海淀区一带的地震密集分布在NE向小汤山—东北旺断裂与NW向右所堡—松枝口断裂交汇附近，结果表明，地震多集中分布在NE和NW向断裂交汇区域。

3.2 震源深度特征

(1) 震源深度范围与地震频次。采用双差地震定位，统计不同震源深度的地震频次，与原始地震定位结果进行对比，见图 3。由图 3可见，地震重新定位前，震源深度最大为32 km，地震集中分布在5—10 km深度，约占地震总数的61%，其中震源深度约6 km的地震次数最多，达363次；重新定位后，地震在4—14 km震源深度范围内优势分布，约占地震总数的76%，9 km深度范围内地震次数最多，深度分布形态接近于正态分布。参考赵博等(2013)和张广伟等(2011)对华北地区的震源深度定位结果，认为京西北地区地震精定位后震源深度分布更合理，且地震主要发生在中上地壳内。

(2) 震源深度剖面特征。为了更好了解地壳内部孕震状态，根据京西北地区地震精定位空间分布特征，给出2条震源深度分布剖面，见图 2中A—A′和B—B′。结合图 1，可知A—A′震源深度剖面沿张渤地震带，西起尚义以北，东至北京丰台附近，穿过多条NE向活动断裂；B—B′深度剖面南起山西广灵，向北经河北怀安至张北，穿过多条NE和NEE向的活动断裂。

采用双差法重新定位地震，震源深度剖面见图 4，明显可见：① A—A′剖面震源深度主要集中在5—23 km，自西向东，小震活动在水平向上体现出明显的分段特征，主要分为3段，即张北地区、怀涿盆地和北京昌平附近地区；纵向深度上具有较为明显的自NW向SE逐步加深的趋势特征。张北震群在剖面上反映出深部应具有高倾角断裂形态，孕震深度5—20 km。剖面中末端，无法明显看出断层形态，地震在15—23 km深度的中地壳范围内横向分布明显，特别注意的是，北京昌平附近地区震群，震源以15 km深度为界，明显分为上下2个区域，更加说明该地区地质结构及孕震环境的复杂性；② B—B′剖面震源深度优势范围在5—20 km，自南向北，小震活动在水平向上同样体现为3段特征，位置出现在广灵地区、怀安地区及张北地区；纵向深度方向上体现出中部地区震源底界相对较浅的特点。广灵震群在剖面上显示为高倾角断裂，孕震深度在5—15 km，而怀安、天镇地区的震源深度在5—15 km范围内横向分布密集，体现了该区域地壳内部结构的复杂性。

4 结论

利用双差定位方法，对京西北地区2008年至2016年10月1 909次M≥1.0地震进行重新定位，得到1 819次地震定位结果。综上所述，可以得出以下结论：① 走时残差由0.383 s降为0.125 s，震源位置三分向误差EW向平均为0.712 km，NS向平均为0.926 km，UD向为0.792 km。重新定位结果精度有了较为明显的提高；② 震中空间分布格局无太大变化，条带状和成簇性明显，与区域活动断层紧密相关，对震中分布具有较强的控制作用，地震集中分布在NE和NW向断裂交汇区域；③ 双差定位后震源深度离散性好，震源深度优势分布在4—14 km范围内，表明该地区地震主要发生在地壳中上部；④ 重新定位后震源深度分布剖面显示，小地震活动水平向具有分段特征，A—A′深度剖面纵向深度具有NW向SE逐步加深趋势，B—B′深度剖面纵向深度表现为中部地区震源底界相对较浅的特点，体现了京西北地区地质结构及孕震环境的复杂性。