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据中国地震台网中心测定，2020年2月18日17时7分（北京时间）在山东济南市长清区发生M4.1地震（以下简称长清地震），震中位于36.47°N，116.64°E，震源深度10 km。济南市区震感强烈，济南市其他区以及德州、泰安等市部分辖区有震感。地震当天在震中区布设流动台，据山东数字地震台网测定，截至3月10日，震源区共记录余震36次，其中M2.0～2.9余震1次，M3.0～3.9余震1次，最大余震M3.1。
济南市位于华北断块东部，辖区范围内未发现大的地震构造带，距离震中最近的有呈NNW方向的长清断裂。20世纪以来，济南辖区内未发生过破坏性地震。
大震发生后，快速确定发震构造，对灾后救援、灾害评估及未来地震趋势判定等具有重要意义。相关研究结果表明，地震序列的时空分布特征及震源机制解为确定发震构造有着重要的参考意义。因此，本文基于山东数字地震台网震相观测报告，首先采用双差定位方法对长清地震序列进行重定位；其后，采用CAP波形反演方法，反演主震的震源机制解，进而结合震中附近地质构造情况，初步判断长清地震序列的空间分布特征、震源机制解和本次地震可能的发震构造；同时针对此次地震在速报时段出现的震级偏差问题，做了相关测试研究，探讨问题所在，寻求改进地震速报精度的最佳策略。
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双差定位方法最初由Waldhauser等[1]提出后，被国内外研究人员广泛运用，并取得了诸多有意义的研究成果[2-7]。该方法是一种相对地震定位方法，通过反演获取丛集地震中每个地震相对于其矩心的相对位置，不需要主事件，能够有效地消除震源至台站共同传播路径效应，相对走时差数据的选用能减小速度结构模型的不准确性对定位结果的影响。经过数字化建设，山东数字测震台网现由128个本省测震台站和31个邻省台站组成（图1）。台站布局合理，有效缩短了地震速报时间，能够在10 min内对山东省内及邻省30 km以内发生的地震进行精准定位。
图 1 山东数字测震台网台站分布
长清地震后，在震中区附近布设了4个流动台，结合附近的固定台站，对序列的余震有更完整的数据记录。本研究选用所有参与定位的台站对此次地震序列进行了重定位，使用山东数字测震台网提供的编目震相观测报告，对有3个以上台站记录和6个以上震相数据且选用台站震中距在250 km内的35次地震进行了重定位。因山东数字测震台网在有些地震编目定位时会用固定深度的方法，故本文对长清地震序列采用Hyposat方法进行了重定位，将获取的震源深度加入到观测报告中。本文选用的观测报告震相数据中，Pn波到时资料53个，Pg波到时资料513个，Sg波到时资料296个。为检查震相走时数据的可靠性，绘制了Pn波、Pg波和Sg波的走时曲线（图2）。图中可清晰地区别Pg、Pn和Sg的走时曲线，震相走时的离散度小，表明本文采用的观测报告中的震相数据可靠性高。
图 2 Pn(Pg)和Sg震相的走时曲线
采用双差定位对长清地震进行重定位过程中，经过对比测试，设置最小观测数和最小连接数都为3，事件对的最大距离为20 km，P波和S波到时的权重分别设为1.0和0.5。
采用CAP方法反演主震的震源机制解，其基本思想是，在震源三参数全空间内进行格点搜索，将宽频带地震记录分为Pnl和面波部分，对它们分别进行拟合，搜索出最佳深度和震源机制解。CAP方法的优势在于对体波和面波分别进行反演，在很大程度上减少了速度结构不准确造成的影响。同时由于使用近震拟合，大大地提高了信噪比和反演精度，还能减少对台站数量和方位角分布的要求[8-11]。该方法通过对Pnl和面波赋予不同的权重，计算理论波形与实际波形的拟合误差函数，采用网络搜索获取误差最小的最优解。反演过程中，选用长清地震中所有P波记录清晰的宽频带测震台站波形资料，速度模型采用孙若昧老师所研究的京津唐地区地壳结构—P波、S波速度结构[12-13]，对比不同深度反演误差，得到最佳双力偶解。
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由CAP方法反演的长清M4.1地震震源机制解部分台站的波形拟合图（图4）可见，理论波形（红色）与实际观测波形（黑色）具有较好的拟合关系。其中，节面Ⅰ：走向220°/倾角39°/滑动角−159°；节面Ⅱ：走向113.4°/倾角77°/滑动角−52.9°。地震断错类型为走滑兼正断型，近NS向拉张。
图 4 长清地震主震矩张量反演理论地震波形（红色）与实际观测地震波形（黑色）
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地震三要素（发震时刻、震中位置、震级）的精准测定对于抗震救灾起着至关重要的作用。随着地震速报的时间不断被缩短，如何在极短时间内精准确定地震要素也是速报工作人员需要面对的问题[14-17]。对于此次长清地震，山东数字测震台网在速报时标定的震级为M3.6，低于国家地震台网中心发布的M4.1，也低于此次地震的编目震级M3.9。值班人员在速报长清地震时共用了17个台站来测定地震要素，用于震级计算的台站有16个，其中最小震级为ML3.5，最大震级为ML4.7。参与定位的台站对于震中的包围性好，确定的发震时间与位置非常精准。而在参与震级计算的台站中，去除一个ML10.0的异常震级后，其他台站的震级偏差在合理范围内，平均计算后的震级为ML4.1。
为了查明震级偏差的原因，对于此次地震，重新采用不同震中距的台站进行了震级标定测试（表1）。由表1可以看出，采用震中距小于100 km内的台站标定的震级会偏小许多，速报时出现的偏差应与使用较多的近台，而较远台站选取不足有关。采用震中距在100～200 km内的台站标定震级会与编目震级相等，而采用震中距大于200 km的台站标定震级则会大于编目震级。由此得出，在速报地震时，应注意采用震中包围好、震中距近的台站测定位置，用震中距在100～200 km内的台站测定震级的方法，结果更为稳定。同时从表1中也发现，随着采用的定位台站数量的增加，震中位置更为稳定，得出的位置和深度与双差精定位及震源机制解的结果相近。测验结果显示，在速报地震事件时，在时间允许的情况下尽可能地多用台站，则定位结果更为准确可靠。该策略方法只是根据实践经验获得，理论支持尚有不足之处，以后会对此进一步加强研究。
表 1 不同震中距台站定位结果
纬度/
（°N）经度/
（°E）深度/
km震级
M震级测定
台站数定位台
站数Δ＜100 km 36.50 116.61 5.9 3.4 20 20 100≤Δ＜200 km 36.48 116.63 4.8 3.9 40 61 Δ＞200 km 36.48 116.63 3.7 4.1 65 128 全部台站 36.48 116.63 3.7 3.9 125 128 -
基于山东数字测震台网观测报告，采用双差定位方法对长清M4.1地震序列进行重定位，最终获得了其中28次地震的重定位结果。同时采用CAP波形反演方法获得了长清M4.1地震的震源机制解，初步分析了本次地震序列的空间展布特征、震源机制解及其可能的发震构造，探讨了震级偏差的原因并做相关测试，获得的主要认识与结论如下。
1）双差定位结果显示，2020年2月18日长清M4.1地震的发震时间为2020年2月18日17时07分18.19秒，震中位置（36.473°N，116.628°E），本次地震序列总体呈NW向展布。
2）CAP方法反演本次地震最佳双力偶解节面节面Ⅰ：走向220°/倾角39°/滑动角−159°；节面Ⅱ：走向113.4°/倾角77°/滑动角−52.9°。
3）主震震源机制解的结果表明，本次地震断错类型为走滑兼正断型地震，近NS方向拉张。
4）通过长清地震中采用不同震中距的台站参与定位的测试得出，地震速报应采取的策略是：用对震中包围好的、震中距较近的5～6个台站测定位置，用震中距在100～200 km的10～20个台站测定震级，在时间允许的情况下尽可能地多用台站参与定位计算，则地震速报结果更为准确可靠。该策略方法只是根据实践经验获得，理论支持尚有不足之处，以后会对此进一步加强研究。
致谢 本文的完成过程得到了山东台网测震室各位老师的指导，在此深表感谢，同时感谢审稿专家和编辑老师的宝贵意见。
Sequence Relocation, Seismogenic Structure and Magnitude Deviation of the Shandong Changqing M4.1 Earthquake
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摘要: 基于山东数字地震台网震相观测数据，采用双差定位方法对2020年山东长清M4.1地震序列中可定位地震进行重定位；采用CAP波形反演方法，获得了主震的震源机制解，进而分析本次地震可能的发震构造。结果表明，长清M4.1地震序列分布收敛明显，线性条带特征清晰，余震沿NW向延伸；地震错动类型为走滑兼正断型，近NS方向拉张。针对此次长清地震震级偏差问题，经过对不同震中距台站的震级标定测试，得出地震速报时选用台站策略：选用震中距近且包围震中好的5～6个台站确定震中位置，用震中距在100～200 km内的10～20个台站确定震级，时间允许的情况下尽可能地多用台站参与定位。Abstract: Based on the seismic phase data from Shandong digital seismic network, the double difference positioning method was used to analyze those relocatable earthquakes in M4.1 earthquake sequence in Changqing, Shandong province in 2020. CAP waveform inversion method was used to calculate the focal mechanism solution of the main earthquake. The possible seismogenic structure of these earthquakes is discussed. The results show that the seismic sequence distribution converges obviously, the linear band feature is clear, the aftershock extends along the northwest direction. The focal mechanism shows that the earthquake dislocation type is comprised of both strike-slip and normal fault, which stretched in the north-south direction. Through the calibration test of this earthquake, we can preliminarily obtain the earthquake quick report strategy: select 5 ~ 6 stations close to the epicenter to determine the location of the epicenter, and use 10 ~ 20 stations within 100 ~ 200 kilometers to determine the magnitude. If time permits, more stations should be involved in the positioning as much as possible.
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图 4 长清地震主震矩张量反演理论地震波形（红色）与实际观测地震波形（黑色）
注：波形下方数字为理论波形相对实际波形的移动时间（s）和二者相关系数（%）；波形左侧字母为台站，其下数字分别为台站震中距和相对偏移时间（s）；震源球采用下半球投影，其震源球黑色区域代表压缩区，白色区域代表拉张区。
表 1 不同震中距台站定位结果
纬度/
（°N）经度/
（°E）深度/
km震级
M震级测定
台站数定位台
站数Δ＜100 km 36.50 116.61 5.9 3.4 20 20 100≤Δ＜200 km 36.48 116.63 4.8 3.9 40 61 Δ＞200 km 36.48 116.63 3.7 4.1 65 128 全部台站 36.48 116.63 3.7 3.9 125 128 
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[1] Waldhauser F, Ellsworth W L. A double-difference earthquake location algorithm: method and application to the Northern Hayward Fault, California[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 2000, 90(6): 1353-1368. doi: 10.1785/0120000006 [2] 刘建明, 李金, 姚远, 等. 2019年1月12日新疆疏附5.1级地震序列重定位及发震构造研究[J]. 地震, 2020, 40(1): 52-61. [3] 杨智娴, 陈运泰, 郑月军, 等. 双差地震定位法在我国中西部地区地震精确定位中的应用[J]. 中国科学D辑:地球科学, 2003, 33(S): 129-134. [4] 吕坚, 苏金蓉, 靳玉科, 等. 汶川8.0级地震序列重新定位及其发震构造初探[J]. 地震地质, 2008, 30(4): 917-925. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2008.04.008 [5] 房立华, 吴建平, 王未来, 等. 四川庐山MS7.0地震及其余震序列重定位[J]. 科学通报, 2013, 58(20): 1901-1909. [6] 吴建平, 明跃红, 王椿镛. 云南地区中小地震震源机制及构造应力场研究[J]. 地震学报, 2004, 26(5): 457-465. doi: 10.3321/j.issn:0253-3782.2004.05.001 [7] 房立华, 吴建平, 王未来, 等. 2014年新疆于田MS7.3级地震序列重定位[J]. 地球物理学报, 2015, 58(3): 802-808. doi: 10.6038/cjg20150310 [8] 高国英, 温和平, 聂晓红. 1991—2002年新疆中强震震源机制解分析[J]. 内陆地震, 2005, 25(1): 81-87. doi: 10.3969/j.issn.1001-8956.2005.01.011 [9] 张国民, 汪素云, 李丽, 等. 中国大陆地震震源深度及其构造含义[J]. 科学通报, 2002, 47(9): 663-668. doi: 10.3321/j.issn:0023-074X.2002.09.004 [10] 聂晓红, 王琼. 新疆4次中强地震前小震震源机制变化特征[J]. 内陆地震, 2012, 26(1): 28-35. doi: 10.3969/j.issn.1001-8956.2012.01.004 [11] 崔效峰, 谢富仁, 赵建涛. 中国及邻区震源机制解的分区特征[J]. 地震地质, 2005, 27(2): 298-307. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2005.02.012 [12] 孙若昧, 刘福田. 京津唐地区地壳结构与强震的发生——Ⅰ. P波速度结构[J]. 地球物理学报, 1995, 38(5): 599-607. doi: 10.3321/j.issn:0001-5733.1995.05.006 [13] 孙若昧, 赵燕来, 吴丹. 京津唐地区地壳结构与强震的发生——Ⅱ. S波速度结构[J]. 地球物理学报, 1996, 39(3): 347-355. doi: 10.3321/j.issn:0001-5733.1996.03.008 [14] 刘瑞丰, 陈运泰, 任枭, 等. 中国地震台网震级的对比[J]. 地震学报, 2007, 29(5): 467-476. doi: 10.3321/j.issn:0253-3782.2007.05.003 [15] 郑勇, 马宏生, 吕坚, 等. 汶川地震强余震(MS≥5.6)的震源机制解及其与发震构造的关系[J]. 中国科学 D辑: 地球科学, 2009, 39(4): 413-426. [16] 吴微微, 苏金蓉, 魏娅玲, 等. 四川地区介质衰减、场地响应与震级测定的讨论[J]. 地震地质, 2016, 38(4): 1005-1018. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2016.04.016 [17] 梁向军, 刘林飞, 张玲, 等. 山西地区近震震级偏差研究[J]. 山西地震, 2019(4): 5-7, 12. doi: 10.3969/j.issn.1000-6265.2019.04.002 -
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图(4) / 表 (1)
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