0 引言

地震是构造运动的一种形式，活动构造与地震活动及其他地质灾害密切相关（邓起东等，2003）。通过研究地震活动性，认识地下空间丰富的构造信息和孕震信息，对保障地震安全至关重要。前人用小震活动丛集性特征描述断层的几何形态（万永革等，2008；张广伟等，2011；胡幸平等，2013），表明小震活动与地下空间中的裂隙有密切关联性。研究一个区域的地震活动时，精确的地震定位至关重要（蔡玲玲等，2017）。采用Hypo2000（绝对定位）和双差（相对定位）算法重新定位，结合地震地质研究结果，讨论重定位前后地震分布差异以及重定位后地震分布状态所揭示的地震构造信息，可进一步认识目标区域地震活动空间分布特征及活动构造。小震重定位可改善定位精度，对发震构造提出新的启示（苏金蓉等，2013）。随着地震主事件定位法和双差定位法在地震学中的应用（万永革等，2008），小震定位精度越来越高。相关研究有：杨智娴等（2003）首次将双差地震定位法应用于我国中西部地区地震的精确定位，揭示出该地区地震活动与活动构造的密切关系，验证了双差定位在微小地震中重定位的可靠性；胡幸平等（2013）对研究区开展地震定位和构造应力场研究，对比重定位前后地震分布，发现重定位后地震深度分布更服从正态分布，结合震源机制解，发现研究区单个地震震源机制解和小震综合断层面解均比较一致，得到华北地区中部现今构造应力场保持稳定的结论；杨云等（2022）应用hypoDD双差定位方法，对淮安地区地震活动增强区域2009年以来发生的小震进行重新定位，分析其时空分布特征，结合区域精细构造，对诱发地震的判别和诱发机制探讨获得相关结论。

近年来，川南地区小震活动频发（朱艾斓等，2005），如该区域自贡市荣县地区，2019年发生M_S≥4.0地震5次（易桂喜等，2020），呈明显的时、空丛集特征。本文在前人研究基础上，以荣县地区（103.9°—104.9°E，29.0°—29.8°N）为研究区域，选取2020—2023年该区发生的18 965个M_L＞0.0地震，收集震相数据和相关地质构造资料①，采用Hypo2000定位方法进行初始定位，并运用双差定位方法进行重新定位，结合地质构造背景，综合分析研究区小震分布特征，为今后加强自贡地震监测薄弱区的工作，以及深入研究该区域小震活动特征，提供切实可行的思路。

1 定位方法 1.1 Hypo2000方法

荣县地处四川省东南部，鉴于初始定位方法和定位模型等因素，震源深度原始定位结果分辨率较低，难以有效分析地震序列的三维空间分布特征。因此，采用Hypo2000绝对定位方法，获得地震序列中每个地震的初始位置。设n个台站的观测到时分别为t₁, t₂, …, t_n，求震源坐标(x₀, y₀, z₀)及发震时刻t₀，使目标函数最小，即

$ \phi\left(t_0, x_0, y_0, z_0\right)=\sum\nolimits_{i=1}^n r_i^2 $

(1)

式中，r_i为到时残差，可由下式计算

$ r_i=t_i-t_0-T_i\left(x_0, y_0, z_0\right) $

(2)

式中，T_i为震源第i个台站的计算走时。使目标函数取极小值，即

$ \nabla_\theta \phi(\theta)=0 $

(3)

式中，$ \theta=\left(t_0, x_0, y_0, z_0\right)^{\mathrm{T}}, \quad \nabla_\theta=\left(\frac{\partial}{\partial t_0}, \frac{\partial}{\partial x_0}, \frac{\partial}{\partial y_0}, \frac{\partial}{\partial z_0}\right)$。

使用Hypo2000方法，可有效提升地震事件的时空数据分辨率，获取精确的地震初始定位数据，避免在后续相对定位过程中出现地震位置的整体偏移（房立华等，2011），进而提升初始定位精度，为地震重定位奠定数据基础。

1.2 双差方法

影响地震定位精度的主要因素有台网布局、震相识别、到时读数、地壳结构等（田玥等，2002），而双差定位方法使用相对走时残差来修正地震位置，可较好地抵消地壳速度结构模型横向不均匀性的影响，降低模型误差对定位结果的影响，从而获得更高精度的地震相对位置。也就是说，当事件对i、j相距较近时，每个事件的定位精度不受定位范围大小的影响，故该定位方法优于常用的主事件定位法和台站校正法。

双差定位方法利用震相走时差反演震源位置，能够有效消除震源至台站间共同传播路径效应，对地壳速度结构模型的依赖性相对较小（杨智娴等，2003）。其基本方程为

$ \frac{\partial t_k^i}{\partial \boldsymbol{m}} \Delta \boldsymbol{m}^i-\frac{\partial t_k^j}{\partial \boldsymbol{m}} \Delta \boldsymbol{m}^j=\left(t_k^i-t_k^j\right)^{\mathrm{o}}-\left(t_k^i-t_k^j\right)^{\mathrm{c}}=\mathrm{d} r_k^{i j} $

(4)

式中：i、j表示地震事件，i, j = 1, 2, …, N；k表示观测台站，k = 1, 2, …；$ \mathrm{d} r_k^{i j}$表示2个地震事件i、j在同一台站k的观测走时差$ \left(t_k^i-t_k^j\right)^\text{o}$与理论走时差$ \left(t_k^i-t_k^j\right)^{\mathrm{c}}$的残差，即双差；Δmⁱ是第i个地震震源参数(xⁱ, yⁱ, zⁱ, τⁱ)T的改变量，$ \Delta \boldsymbol{m}^i=\left(\Delta x^i, \Delta y^i, \Delta z^i, \Delta \tau^i\right)^{\mathrm{T}}$。

将式（4）用矩阵形式表示，则

$ \boldsymbol{W G m}=\boldsymbol{W d} $

(5)

式中：G是1个M×4N的偏微商矩阵，其中M为双差观测数目，N为地震总数；d为双差资料矢量；m为震源参数变化矢量$ \left(\Delta x^i, \Delta y^i, \Delta z^i, \Delta \tau^i\right)^{\mathrm{T}}$构成的4N维数矢量，其中i = 1, 2, …, N；W为对每个方程加权的对角线矩阵。反演引入1个约束条件，以确保所有地震重新定位后各震源参数（即3个方向上的坐标和发震时刻）的平均“位移”为零，即矩心为零的约束条件：

$ \sum\nolimits_{i=1}^N \Delta \boldsymbol{m}_i=0 $

(6)

在实际计算中，采用共轭梯度法求解上述方程，得到阻尼最小二乘解。同时，选取部分数据，使用奇异值分解法进行计算，以获得有关模型参数的误差、分辨度等信息（杨智娴等，2004）。

2 数据及定位结果 2.1 数据选取

选取2020—2023年川南地震台网记录的荣县地区M_L＞0.0地震事件进行重新定位。川南地震台网共接入43个地震监测台站，这些台站分布在荣县及周边地区（图 1），可较好地覆盖荣县地区。地震事件数据均选自自贡市地震监测中心编目系统提供的观测报告，为确保初始震相数据具有较好的可靠性，在资料选取上，尽量降低客观因素对定位精度的影响。震例筛选原则如下：记录某次地震的台站数大于4台，且单次地震事件走时观测数大于8个，台站最大空隙角小于150°。基于此，获得18 695次M_L＞0地震（图 1）的震相数据，其中M_L 3.0—3.9地震67次，M_L 4.0—4.9地震1次，其他均为3.0级以下地震。

2.2 定位结果 2.2.1 定位方法

（1）Hypo2000定位。采用JOPENS-MSDP软件，人工拾取P波和S波到时数据，将荣县地区地层视为横向均匀地层，基于邻近荣县—威远—资中地区一维速度模型（表 1）（易桂喜等，2020），使用Hypo2000定位方法，对台站记录地震进行初始定位，获得18 576次地震事件的重定位结果，水平向误差有99.1%小于1.0 km，平均为0.5 km；垂直向误差有78.7%小于1.0 km，平均为0.87 km（图 2）。可见所选地震经Hypo2000方法定位，结果已达到Ⅰ类定位精度要求。

（2）双差定位。为尽量减小地震波速度结构带来的误差，对经Hypo2000定位的18 576次地震事件，使用双差定位法进行重新定位。考虑到P波和S波到时数据偏多，将2020—2023年地震事件进行逐年分析，以5 km为搜索半径，P波到时残差权重取为1.0，S波到时残差权重取为0.5，选用最小二乘共轭梯度法（LSQR）反演线性方程组，对地震进行重定位，结果见表 2，可见双差定位后事件数减少。这是因为，双差定位法通过计算地震事件相对于丛集质心的时间和空间最优位置来定位，偏离质心或接近地面的地震会被剔除，导致数量减少。为保持数据完整性，舍弃事件用Hypo2000定位结果补充，并绘制地震序列逐年分布图，结果见图 3，可见：自2020年以来，地震定位结果收敛性显著提升，可能是因为地震监测台站逐年增加，参与重新定位的台站震相数量相应增多。

在原震群基础上，随机挑选部分地震事件组成小震群，采用奇异值分解法（SVD）对经LSQR法反演的定位误差进行可靠性评价（杨智娴等，2004）。结果显示，水平向误差均值为0.43 km，垂直向误差均值为0.71 km。误差分析表明，双差定位结果具有较高的可信度，可有效表征研究区地震活动特征。

采用双差定位后，所选地震序列震中分布见图 4。由图 4可见：精定位后震中分布更加集中，地震成团性、聚集性特征更加显著；小震集中分布在威远背斜南翼及自流井背斜北翼之间，主要分布在墨林场断层、铁山断层、瓜瓢洞断层、龙王洞断层、黄桅坡断层、重滩断层、长岩断裂附近。

2.2.2 震源深度定位

地震震源深度是不易被精确测定的地震参数之一（朱冰清等，2020）。考虑到地震定位模型对定位结果的影响，基于荣县—威远—资中地区一维地壳速度结构模型，分别采用Hypo2000和双差定位方法进行重定位，结果显示，Hypo2000定位方法所得震源深度垂直向误差均值为0.87 km，而双差精定位所得震源深度垂直向误差均值降为0.51 km。由图 4可知，双差精定位后，99%以上的地震震源深度分布在10 km以内，其中73%以上的地震收敛于4—6 km深度范围内，震源深度大于10 km的地震呈零星分布，原地震离散分布区域重定位后成丛性显著提升，结果更趋近于正态分布，表明研究区地壳上部活动性较强。

按不同部位、不同方向，将所选地震在空间上沿AA′、BB′、CC′剖面进行划分（图 4），进一步分析研究区M_L≥3.0地震震源深度分布特征，以深入研究区域地震活动特征。所选地震震源深度剖面分布结果见图 5。据自贡市地质构造资料，墨林场断层倾向SW，倾角25°—50°，在BB′、CC′剖面上标注该断层位置，可见M_L≥3.0地震集中分布在断层附近，尤其是活动断层下盘，如M_L 4.4地震，受该断层控制的可能性较大。根据高原等（2018）的研究，川东南区域主应力呈NW—SE向。受区域应力控制，研究区沿AA′剖面形成威远背斜、白马向斜、自流井背斜等褶皱，这些褶皱易在外界扰动下发生破裂，形成一系列走向NE—SW的微小断层，尤其是在墨林场断层附近应力变化复杂情况下，发生微小地震的可能性显著增加，此为M_L≥3.0地震集中分布在该区域的主要原因。

3 震源机制解分析

据雷兴林等（2021）的研究，川东南地区在2008年汶川M_S 8.0地震发生后一直处于地壳应力增强状态，自贡区域内不同尺度断裂及其应力场可能遭受扰动。统计发现，2020—2023年，荣县地区地震活动以小震为主，其中M_L≥3.0地震68次，含1次M_L≥4.0地震（震中在墨林场断层附近），且小震集中分布在威远背斜南翼及白马向斜北翼之间，即墨林场断层、铁山断层、瓜瓢洞断层、龙王洞断层、黄桷坡断层、重滩断层、长岩断裂附近。然而，该区主要构造为褶皱及伴生断层，仅少量断裂在地表出露，使得发震构造的准确判识存在较大困难。

为进一步分析研究区2020—2023年地震活动几何构造特征，采用P波初动与振幅比联合反演方法，选取M_L≥3.5且震相清晰可辨的地震数据，基于P波初动方法（Hardebeck et al，2002）进行震源机制解反演，反演得到可信度较高的震源机制节面，共获得14次地震的震源机制解，其中序号1、2地震与易桂喜等（2020）采用CAP波形反演结果接近（表 3，图 6），可见采用基于P波初动的HASH方法求解研究区小震震源机制可行性较高。

参考易桂喜等（2012）对错动类型的划分，滑动角在45°—135°范围内的地震为逆冲型破裂，滑动角在-135°—-45°范围内为正断型破裂，其余为走滑型破裂。由震源机制解结果（表 3）可知，荣县地区2020—2023年的地震活动以逆冲型破裂为主，仅1次走滑型地震，无正断型地震，且震源机制解变化较小，具有较好的一致性。

考虑到重定位结果中M_L≥3.5地震主要分布在墨林场断层东侧及威远背斜与白马向斜之间，并沿NS向展布，且呈NNE向优势分布，震源深度集中分布在4—6 km，断层面倾角均值35°，其P轴走向集中于NE0°—35°区间（NNE向），但与震中附近的NNW向墨林场断层、白马向斜、自流井背斜几何特征匹配度较差。结合前人研究（高原等，2018），认为自贡地区长期处于挤压构造环境，在断层边缘易发育二次破裂面。据震源深度剖面图（图 5）推测，该区域地震活动可能发育在威远背斜南翼及倾向SE、走向NNE—NE的缓倾角盲冲断层。以该区域2次较大地震为例，分析震源机制解特征，其中：2020年2月16日M_L 4.4地震（区域最大地震），破裂方式如下：断层面倾角20°，呈NW向，震源深度约4.1 km，其P轴走向为NW5°（NNW向），与NNW向墨林场断层几何构造特征基本一致；2020年10月28日M_L 3.8地震，破裂方式如下：断层面倾角25°，呈NE向，震源深度约4.9 km，其P轴走向为NE21°（NNE向），与NNE向铁山断层几何构造特征基本一致。以上2个震例表明，荣县地区近年来小震频发且分布复杂，然而一旦震级较大（M_L＞3.0），震中聚集性便较为显著，且越靠近断层，这一现象越明显。由此可见，荣县地区地震活动在震级较大时，震中分布与研究区构造之间的关联性符合客观规律。

4 结论与认识

基于自贡市地震监测中心提供的地震目录和震相数据，选取2020—2023年荣县地区发生的M_L＞0地震，使用Hypo2000定位方法进行初始定位，得到18 576次地震定位结果，然后使用双差定位法进行精定位，得到18 446个地震事件的定位结果，对川东南地震的研究，得到以下结论：

（1）荣县地区地震重定位后，在空间分布上更加集中，震中位置的EW、NS向误差均值为0.43 km，垂直向误差均值为0.71 km，且大部分地震震源深度分布在10 km以内，优势分布在4—6 km深度，揭示了该区域地震活动震源较浅、地壳上部活动性较强的特征。

（2）荣县地区近年来小震频发且分布复杂，但在震级稍大时（M_L＞3.0），震中向墨林场断层、成佳场断层、铁山断层等靠拢，符合震中分布与研究区断层构造关联的客观规律。

（3）根据研究区地震事件精定位结果，并结合M_L≥3.5地震震源机制解，或表明在墨林场断层附近存在走向NNE—NE、倾向SE的隐伏断裂，与墨林场断层和成佳场断层呈共轭展布。目前，研究区M_L≥3.0地震集中分布在墨林场断层周围，应重点关注和跟踪以上断层附近地震活动性等相关情况。

衷心感谢四川省地震局龙峰研究员在软件使用过程中给予的帮助和指导。感谢自贡市地震监测中心提供人工拾取震相数据。