Relocation of Moderate-to-small Earthquakes in and Around Hainan Island
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摘要:
本研究收集中国地震台网中心2008年11月18日至2023年10月26日期间由68个地震台站记录的海南及邻区415次地震事件的
6090 条P波和5545 条S波震相到时数据，采用双差定位方法开展重定位研究，最终获得313次地震的高质量震源参数。研究结果显示，地震在E-W向、N-S向和垂直向上平均定位误差分别为0.14、0.15和0.22 km。地震主要集中在海南岛东北部和西南部，优势深度为5~15 km。在海南岛东北部，地震主要呈现出NNE-SSW向带状分布，与NW-SE向的铺前−清澜断裂、海口−云龙断裂及长流−仙沟断裂并非完全一致。海南岛西南部地区自2019年三亚4.2级地震后发育了一系列中小地震震群，地震主要发生在九所−陵水断裂附近及乐东−田独断裂西段。这些结果表明，地震的发生可能与断裂活动有关。结合前人其他学科研究结果，海南岛西南部地区地震时序变化特征可能暗示三亚4.2级地震对乐东震群的形成有一定促进作用。海南岛及邻区地震的发生可能受到断裂带活动、火山活动和流体作用的共同影响。Abstract:In this study,
6090 P-wave and5545 S-wave arrival time data recorded by 68 seismic stations during 415 seismic events in and around Hainan Island between November 18, 2008, and October 26, 2023, were collected from the China Earthquake Networks Center observational bulletins. The double-difference algorithm was used for relocation, and eventually, the high-quality source parameters of 313 earthquakes were obtained. Our results show that the average location errors of earthquakes in the E-W, N-S, and vertical directions are 0.14, 0.15, and 0.22 km, respectively. The earthquakes are concentrated mainly in the northeastern and southwestern Hainan Island, with the dominant depths being 5~15 km. In the northeastern Hainan Island, the earthquakes present predominantly an NNE-SSW banded distribution, which is not consistent with the NW-SE Puqian-Qinglan, Haikou-Yunlong, and Changliu-Xiangou Faults. Since the 2019 Sanya M 4.2 earthquake, a series of moderate-to-small seismic swarms have been developed in southwestern Hainan Island. The earthquakes occurred predominantly near the Jiusuo-Lingshui Fault and west of the Ledong-Tiandu Fault. This suggests that the occurrence of earthquakes may be related to fault activity. Combined with the findings of previous studies, the spatiotemporal seismic changes in southwestern Hainan Island suggest that the 2019 Sanya M4.2 earthquake likely promoted the formation of the Ledong seismic swarm. The occurrence of earthquakes in and around Hainan Island is jointly affected by fault zone activity, volcanic activity, and fluid action. -
海南岛及邻区位于欧亚板块东南边缘，受到菲律宾海板块、印度板块运动以及南海海盆扩张等因素的共同影响作用，使得该区域内地震活动强烈[1-2]。在南海弧后盆地多期扩张作用的影响下，雷琼地区内发育了多组NNE-SSW和E-W走向的隆起、坳陷区及右旋扭动断裂[3]。
与此同时，在海南岛北部（下文称琼北）也形成一系列近E-W向交错型深大断裂带，如王五−文教断裂和马枭−铺前断裂等（图1）[4-5]。这些断裂规模宏大，与岛内地形特征和岩浆分布密切相关。王五−文教断裂位于雷琼坳陷区和海南岛中南隆起的边缘，断裂以北火山活动十分发育，地震活动强烈，断裂以南琼中隆起相对稳定[4]。尖峰−吊罗断裂是研究区内一条重要的E-W向断裂，对周边的地貌和地质结构有着显著的影响，断裂以南曾发生多次中强地震，地震活动较为活跃[3, 6]。
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图 1 海南岛及周边地区区域构造、主要断层和地震分布图注：海南岛及邻区主要活动断层（黑色实线）和2008年至2023年期间地震（黄色圆圈）分布图。活动断层数据引自中国地震局地质研究所国家地震活断层研究中心（https://data.activetectonics.cn），而地震数据来源于中国地震台网中心观测报告（https://news.ceic.ac.cn）。红色三角形代表火山群，红色菱形代表1605年琼山7.5级大地震，白色菱形代表2019年三亚4.2级地震，粉色区域代表岩浆分布。Figure 1. Distribution of regional tectonic settings, main faults, and earthquakes在海南岛东北部（下文称琼东北），区域内发育有一系列新生代NW-SE向活动断裂，如长流−仙沟断裂、海口−云龙断裂和铺前−清澜断裂等（图1）。这些断裂在空间上分布均匀，彼此间隔约30~40 km。这种独特的地质构造与火山、地震活动有着密切关系，如研究区内曾发生过1605年琼山7.5级大地震[7]。琼山大地震是历史上损失最惨重的大地震之一，引发了史无前例的陆地沉海现象[8]。由于海南岛独特的地质构造以及复杂的地壳活动，中小地震频发。
近年来，海南岛及邻区发生的中小地震呈现出清晰的丛集震群分布（图1）。通过对这些小震群进行重新定位并分析其分布特征，可深入理解岛内断裂活动规律，为防灾减灾提供科技支撑。目前已经有多位研究学者采用不同方法开展了海南岛及邻区地震活动性和深部动力学等方面的研究工作。张新东等[9]利用2000年至2013年琼北地区地震台站记录的波形资料，采用双差定位法对103次中小地震进行精确定位，结果显示研究区内存在着NW-SE向和N-S向交错分布的地震条带，小震活动受到多条断裂带的共同控制作用。此外，张新东等[9]还对重定位后的地震采用振幅比方法测定其震源机制解，结果显示其震源机制解揭示的断层面走向与浅部断裂走向不一致，表现出深浅部构造不协调性，暗示该处存在着复杂的地质构造和地震活动性。Lei等[7]通过对海南岛及邻区层析成像研究结果显示，多数地震发生于浅部高低速异常过渡区域。Lu等[10]开展了海南岛及邻区Pn波速度成像研究，结果显示琼东北大范围表现为低速异常，这与前人全球和区域尺度成像结果[11-15]相一致。这些研究结果，为认识海南及邻区地震发生机理提供了重要依据。
北京时间2019年8月20日，海南三亚天涯区（北纬18.51°，东经109.41°）发生4.2级地震（图1），震源深度约12 km。该地震发生在九所−陵水断裂和乐东−田独断裂交汇处北部或NE-SW向红卫断裂东北段。2021年8月8日，乐东县千家附近发生震群事件。前人对海南岛西南地区（下文称琼西南）发生的密集震群事件（图1）的研究较少，但其研究对于认识海南岛地震活动规律与深部动力学过程有着重要的科学意义。因此，本研究拟采用双差定位方法对海南岛及邻区2008年至2023年期间记录的中小地震进行重定位研究，分析研究区内地震活动规律与孕震机理，为更好地理解海南岛独特的地质构造以及发震规律提供重要参考。
1. 数据与方法
1.1 数据
本研究收集中国地震台网中心2008年11月18日至2023年10月26日海南岛及邻区地震台站记录的震相观测报告到时资料。图2展示本研究所用的68个省级固定台站分布，包括27个广东地震台站、18个广西地震台站和23个海南地震台站。这些台站分布均匀，研究区有着良好的方位覆盖，特别是在构造复杂的琼东北台站较为密集，可确保定位结果的可靠性。
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图 2 本研究所用的台站分布图注：蓝色三角形代表本研究使用的68个固定台站，包括27个广东地震台站、18个广西地震台站和23个海南地震台站。黑色实线和红色曲线分别代表活动断层和珠江口盆地。Figure 2. Distribution of seismic stations used in this study为了获得更加准确的地震定位结果，本研究对地震数据进行严格的质量筛选，仅保留被5个及以上台站所记录的地震事件，利用和达曲线（Wadachi Method）[16]删掉原始数据中5倍均方差以外的离散数据，设置最小连接数和最小震相数均为8，事件对与接收台站之间的最大距离为300 km，事件对之间的最大震源距为8 km，迭代次数为25。
经过以上筛选，本研究最终获得415个地震事件（图3）的
6090 条P波和5545 条S波到时资料（图4）。由图4可看出，数据质量良好。![]()
图 3 初始地震目录中415次地震分布注：（a）震中平面图；（b）沿经度方向纵剖面图；（c）沿纬度方向纵剖面图；（d）深度分布频度图。圆圈表示地震，圆圈大小表示地震震级，颜色表示2008年至2023年的时间尺度。红色三角形表示火山群。白色菱形显示研究区内4.0级以上地震。黑色实线表示活动断层。Figure 3. Distribution of 415 earthquakes found in the original earthquake catalogue![]()
图 4 P波（红色圆点）和S波（蓝色圆点）观测走时曲线Figure 4. Observed travel time curves for the P- and S-waves (red and blue dots, respectively)本研究采用徐晓枫等[17]一维P波速度模型（图5），纵横波波速比设置为1.78，S波速度模型可通过P波速度与纵横波波速比的关系计算得到。
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图 5 本研究使用的一维速度模型注：Vp模型（实线）来源于徐晓枫等[17]，而Vs模型（虚线）是由波速比Vp/Vs=1.78计算得出。Figure 5. One-dimensional (1D) velocity model used in this study1.2 双差定位方法
双差定位方法[18]是一种相对定位方法。该方法的基本原理是如果两个地震事件之间的距离远远小于它们各自到共同台站以及速度不均匀性的尺度，那么就可以近似认为这两个事件到此台站的射线路径是相同的，因此该台站观测到的两个事件的走时差就归结为事件间的空间偏移。该方法可以有效地减小共同路径传播带来的干扰及速度模型的影响[19-20]。前人曾多次使用该方法对不同区域进行地震重定位工作[21-27]，均得到了较好定位结果。
2. 结果与分析
经过双差重定位后，本研究最终获得313个地震精定位结果。图6展示地震重定位后误差统计直方图，可以看出中小地震的震源位置平均定位误差在E-W、N-S和深度方向上分别为0.14、0.15和0.22 km，水平方向和深度方向的平均误差均较小。平均均方根走时残差由重定位前的0.341 s降低至0.317 s，表明数据和速度模型拟合较好，确保了地震定位结果的可靠性。
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图 6 地震重定位误差分布注：（a）重定位后地震在E-W向的误差柱状分布图；（b）重定位后地震在N-S向的误差柱状分布图；（c）重定位后地震在垂向的误差柱状分布图；（d）重定位后地震走时残差柱状分布图。Figure 6. Location errors of earthquakes图7展示研究区313次地震事件重定位前后结果的对比，可以看出与重定位前的地震分布（图7（a））相比，重定位后地震震中分布（图7（b））条带状特征更加明显，震群更加密集。由经度方向纵剖面可以看出，三亚、乐东震群处深处的地震更加聚集，呈现出清晰的垂向条带分布特征（图7（b））。由纬度方向纵剖面可以看出琼北和琼南小震呈密集的团状分布（图7（b））。
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图 7 313次地震事件重定位前后结果对比注：（a）重定位前的中小地震震中平面图、沿经纬度方向纵剖面图和深度分布频度图。圆圈表示地震，圆圈大小表示地震震级，颜色表示2008年至2023年的时间尺度。红色三角形表示火山群。白色菱形显示研究区内4.0级以上地震。黑色实线表示活动断层。（b）与（a）相同，但为重定位后的地震。Figure 7. Comparison of 313 earthquakes before and after relocation重定位前研究区域内共有3次4.0级以上地震（图3），定位后得到琼中与三亚2次4.0级以上地震，而另外1次地震没有得到精定位结果（图7）。对比深度分布图（图7）可以看出，海南及邻区2次4.0级地震经定位后震源深度加深，与周边小震表现为更明显的团状分布。由深度纵剖面和深度−频度统计直方分布（图7）可直观地看出，地震定位前后在深度方向上存在差异性优势分布。在5~15 km深度范围，重定位前地震占比仅70.3%（图7（a）），而重定位后地震可达75.2%（图7（b）），说明重新定位后地震在优势深度分布上更为明显。由平面图可以看出，相对于重定位前（图7（a）），重定位后的地震震中分布更为集中（图7（b）），可更好地刻画断裂带的地质构造特征。
由重定位后的地震分布来看，研究区地震整体上呈不均匀分布，地震主要集中在琼东北、琼南断裂带附近，少数分布在沿海地区，以五指山为中心的琼中隆起地震分布十分稀少（图7（b））。琼东北和琼西南地区的地震较多，可能与其区域内存在大量新近纪和第四纪火山群有关[28-30]。此外，岛内地震活动明显地受到近E-W向和琼东北近NW-SE向两类大型断裂所控制。以下，本论文仅介绍琼东北和琼西南两个地震活动区。
2.1 琼东北地震活动区
琼东北地震活动区存在多条近E-W向和NW-SE向断裂（图8（e））。近E-W向王五−文教断裂是琼东北地震活动区的一个重要地质构造，位于琼中南隆起与北部坳陷之间过渡区，由西部王五起，经迈澄、安定，向东至文昌文教，长约190 km。该断裂多被NW-SE向断裂错断，具有明显分段性。近E-W向马袅−铺前断裂是琼东北主要活动断裂之一，西起马袅，经马村、长流、琼山，往东至铺前，全长约100 km，具有明显的正断兼右旋走滑特征[31]。该断裂同时也是琼东北主要的控震断裂[32-34]。走向为NW-SE向的铺前−清澜断裂是一条与琼东北地区重大地震活动密切相关的断裂，由东寨港起，南端至清澜，长约63 km。该断裂北段与马枭−铺前断裂东段相交形成一个共轭断裂，在交汇处曾发生1605年琼山7.5级大地震（图8（e））。因此，琼东北多条大型断裂共同控制着新生代盆地的发展和第四纪火山活动的活跃程度，一直到晚更新世[35]。
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图 8 琼东北重定位后的地震分布注：（a）近平行于NNE-SSW向地震条带纵剖面。圆圈为距AA′纵剖面两侧5 km范围内的地震。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。红色实线表示断层位置。（b）~（d）近垂直于NNE-SSW向地震条带分布纵剖面。圆圈为距BB′、CC′和DD′纵剖面两侧2 km范围内的地震。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。红色实线表示断层位置。（e）地震震中平面图。黑色实线表示断层。红色实线表示纵剖面位置。圆圈表示地震，圆圈大小表示震级。圆圈的颜色表示2008年至2023年的时间尺度。红色菱形代表1605年琼山7.5级大地震。红色三角形表示火山群。MPF：马枭−铺前断裂，PQF：铺前−清澜断裂，WWF：王五−文教断裂，HYF：海口−云龙断裂。Figure 8. Distribution of relocated earthquakes in northeastern Hainan Island图8展示琼东北地震活动分布，可以看出琼东北地震序列大致呈NNE-SSW走向，长约50 km，分布在马枭−铺前断裂与海口−云龙断裂之间。地震活动主要发生在两条或多条断裂带的交叉区域及其周边（图8（e））。具体地讲，琼东北地震主要分布在马枭−铺前断裂和铺前−清澜断裂交汇处、王五−文教断裂东段以及海口−云龙断裂南段（图8（e）），如1605年琼山7.5级大地震就发生马枭−铺前断裂和铺前−清澜断裂交汇处。因此，琼东北地震发生可能与断裂活动密切相关。然而，由图8（e）也不难看出，地震序列走向与断裂走向并非完全一致，地震主要以NNE-SSW向分布，而断裂主要以近E-W向和NW-SE向。这种地震序列走向与断裂走向的不一致性，可能暗示琼东北地区存在着近NNE-SSW向隐伏断裂，也可能说明NNE-SSW向地震序列是由不同走向断裂共同作用的结果。因此，在将来工作中，需要进一步开展野外调查等工作以深入探讨该地震序列深部成因机制。
为了进一步分析该区域地震的几何形态，本研究绘制了四条纵剖面（图8），可以看出多数地震分布在8~12 km的深度范围内，总体呈水平条带状分布，地震序列在铺前−清澜断裂处存在明显地震稀疏区（图8（a））。地震分布与地质构造具有密切联系，断层交汇处附近地震活动呈清晰的团状分布（图8（b）~图8（d））。BB′ 剖面平行于马枭−铺前断裂，显示此处接近1605年琼山大地震的震中位置，地震活动具有明显的团状分布（图8（b））。DD′剖面位于王五−文教断裂东段和海口−云龙断裂的交汇地带，具有丛集分布特征（图8（d）），且相比地震序列北端地震活动更为聚集，说明琼东北NNE-SSW向条带状地震整体性呈现出北弱南强的活动特征（图8（a）和图8（e））。
2.2 琼西南地震活动区
相对于琼东北，琼南地区构造自晚更新世以来活动较弱，但1969年至2006年期间共发生854次2.0级以上地震，在陵水以东近海曾发生2次5.0级以上中强地震，地震活动较为频繁[36]。
琼南地震活动主要受控于九所−陵水断裂。九所−陵水断裂是一条近E-W向的深大断裂，西起九所，经崖城、育才镇、加茂镇、文罗镇，东至陵水，长约100 km。该断裂位于琼中地体和三亚地体的过渡带，明显地控制着海南岛的地形地貌。此外，与九所−陵水断裂交汇的NW-SE向乐东−田独断裂亦是影响琼西南地震分布的一条重要断裂，其东南段附近存在破碎带、断层角砾岩带和挤压破碎带以及温泉分布，影响着周边地质构造和地热资源的分布。研究区内还存在着NE-SW向宁远河断裂和红卫断裂以及近N-S向豪刁断裂等次级断裂（图9（e）），断裂带的这种相互交错分布可能为琼西南中小地震活动频繁的主要原因之一[37]。
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图 9 琼西南重定位后的地震分布注：（a）近平行于N-S向地震条带分布纵剖面图。圆圈为距AA′ 纵剖面两侧5 km范围内的地震。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。红色实线表示断层位置。黄色菱形表示3.2级地震。（b）和（c）近垂直于N-S向地震条带分布纵剖面图。圆圈为距BB′和CC′纵剖面两侧2 km范围内的地震。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。2个黄色菱形均代表3.2级地震。（d）近平行于地震序列的地震活动剖面图。圆圈为距DD′纵剖面两侧5 km范围内的地震。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。白色菱形表示2019年8月20日三亚4.2级地震。（e）地震震中平面图。黑色实线表示断层，蓝色实线表示纵剖面位置，圆圈和菱形表示地震，大小表示震级，颜色表示2008年至2023年的时间尺度，黄色菱形代表3.2级地震，白色菱形表示三亚4.2级地震。LTF：乐东−田独断裂。Figure 9. Distribution of relocated earthquakes in southwestern Hainan Island自2008年至2023年期间，三亚和乐东一带曾发生一系列中小地震，经重定位后震中分布更加集中，具有明显的震群活动时空演化特征（图9（e））。其中，最大地震为2019年8月20日三亚4.2级地震（图9（e）），此次地震发生在NW-SE向乐东−田独断裂和E-W向九所−陵水断裂交汇处东北部，震源深度11.98 km。DD′ 纵剖面显示地震呈现震群的分布特征，同时在浅层地壳仅发生数次1.0级以上地震，总体来看主震后余震活动较弱（图9（d））。图9 e显示了琼西南地震活动的时空分布关系，可以看出三亚地震发生的时间（图9（d））明显早于乐东震群（图9（a）~图9（c）），三亚4.2级地震震中与乐东震群之间的距离约31 km，且二者均位于E-W向和NW-SE向大型断裂带附近，推测它们之间可能存在一定的关联性。
乐东附近地震数量较多，2008年至2023年期间约发生125次地震，最大震级为3.2级，且地震分布较为集中，具有显著的团状分布特征，在平面图中震中总体呈N-S向（图9（e））。为进一步分析该区域地震的空间分布形态，本研究绘制了3条纵剖面（图9）。其中，AA′纵剖面与近N-S向地震条带平行，显示的地震事件距剖面距离不超过5 km，而BB′ 和CC′ 纵剖面均与近N-S向地震条带垂直，地震事件距剖面距离不超过2 km。AA′ 纵剖面显示乐东震群由乐东−田独断裂西北段附近两条竖直向地震条带组成，地震优势深度主要分布在2~16 km范围内（图9（a））。BB′ 纵剖面显示了近垂直向地震活动条带（图9（b）），CC′ 纵剖面显示出西向倾斜的地震活动条带（图9（c））。
图10展示了三亚−乐东地震的时空分布，可看出乐东−田独断裂以南地震活动（图10（c）和图10（f））早于以北地震发生（图10（d）和图10（g）），以南地震事件较多，多集中在10~15 km深度范围内，包括曾发生过的2次3.2级地震。
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图 10 三亚−乐东地震时序图注：（a）2019年01月至2019年12月期间的地震分布。白色菱形表示2019年8月20日三亚4.2级地震。沙滩球显示三亚3.2级和4.2级两次地震震源机制解[38]。（b）2020年01月至2020年12月期间的地震分布。（c）2021年01月至2021年12月期间发生的地震分布。黄色菱形表示震群内2次3.2级地震。（d）2022年01月至2022年12月期间发生的地震分布。（e）2023年01月至2023年12月期间发生的地震分布。圆圈表示地震，颜色表示2019年、2020年、2021年、2022年和2023年各一整年时间尺度。黑色实线表示断层，黑色虚线表示隐伏断层[37]。（f）为（c）所示的AA′纵剖面地震分布。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。黄色菱形表示3.2级地震。（g）为（d）所示的AA′纵剖面地震分布。纵剖面图上方的曲线表示沿剖面的地形。LTF：乐东−田独断裂。Figure 10. Time sequence map of the Sanya–Ledong earthquake3. 讨论
3.1 琼东北地震序列发震机理
为探讨琼东北地震序列的发震机理，很多学者针对海南岛及邻区开展了地震定位的研究工作。张新东等[9]利用2000年至2012年期间海南地震台网记录到的波形资料对琼东北中小地震进行双差重定位研究，结果显示103次地震事件中有73次地震得到精定位结果，且地震序列呈近N-S向分布。然而，本研究结果显示琼东北地震大致呈近NNE-SSW向展布，且在铺前−清澜断裂处存在明显地震稀疏区（图8（a）），这种差异可能与研究时段的选取以及采用的速度结构模型不同有关。微震检测研究也展示相似的近N-S向地震分布[35]，这暗示着该区域可能存在深浅构造不一致的现象，但研究区内目前暂未发现一条与地震条带走向相一致的由浅层延伸至15 km深部的断裂带。前人针对琼山7.5级大地震与部分小震的震源机制解研究显示琼东北区域应力场以水平向拉张为主[9, 39]，因此琼东北小震活动可能与研究区内应力作用有关，这种应力作用可能是导致1605年琼山7.5级大地震的余震序列亦然延续的主要原因之一[9]。
图8（a）显示琼东北0~5 km深度范围内几乎没有小震分布，地震的优势深度为8~12 km，该结果得到Lei等[7]层析成像显示的琼东北断裂交汇区由0~5 km深度浅层低速异常转变为5~15 km深度高速异常结果的支持。
胡久常等[40]的大地电磁成像结果揭示出，1605年琼山大地震和中小震成因均与深部岩浆作用有关。洪汉净[41]数值模拟结果也支持岩浆上升导致中小地震发生的认识。类似地，勘察加火山区也存在着岩浆作用导致地震发生的现象[42]。一些学者也认为琼东北可能存在岩墙侵入[43]，其中的岩浆和流体均是由海南地幔柱热湿物质上升过程中形成[44-45]。当地幔岩浆和流体上升至地壳导致断层内的孔隙压力增大、断层面有效正应力减小、库仑应力增大，断层活动由此变得更加剧烈[46]，从而促进地震的发生。
3.2 琼东北地震序列与地质构造、火山活动的关系
由图8（e）可以看出，小震在空间上的分布主要受控于近E-W向和NW-SE向断裂，这两组断裂均为第四纪以来的新生断裂，彼此互相交错，存在明显的分段性且各分段还具有相对独立的活动特征[47]。譬如，马枭−铺前断裂自第四纪以来活动强烈，总体走向NEE-SWW，呈不连续展布，具有明显的正断兼右旋走滑特征[31]，为琼东北重要控震断裂之一[32-34]。已有科学探测证实，该断裂带由多条小断裂组成，依据活动性可分为东、中、西三段[4]。铺前−清澜断裂为晚更新世断裂，走向为NW-SE向，与NEE-SWW向马枭−铺前断裂在铺前镇附近交汇，也是琼东北隆起区的主要断裂之一，依据活动性差异可分为北、中、南三段。北段活动性较强，如1605年琼山7.5级大地震，控制着东寨港凹陷的形成与发展，同时对火山岩的分布有一定的影响。琼东北密集复杂的断层系统，不仅控制着小震分布，而且控制着隆起、坳陷及岩浆分布等地质构造[36]。
琼北地区存在着数十座新生代火山，空间分布主要呈NW-SE向和E-W向展布[48]。火山分布与断层走向相一致，表明研究区内火山活动与琼北断裂构造存在着关联性。断层的存在为火山活动提供岩浆上升的良好通道。类似的，黑龙江五大连池火山群也展示出火山沿着断裂带分布[49]，西北印度洋脊的研究也表明断裂密集分布影响着火山锥分布[50]，因此本研究认为琼东北中小地震分布受到火山活动和断层活动的共同影响，同时地震活动反映了火山内部岩浆和深部断层活动。
3.3 三亚−乐东地震活动内在联系
2019年8月20日，三亚市天涯区发生4.2级中强震（图9（e）和图10（a））。该地震位于乐东−田独断裂、九所−陵水断裂交汇北部，震源深度11.98 km（图9（d））。此次4.2级地震是自1982年海南三亚4.0级地震以来，区域内发生的又一次4.0级以上地震[38]。该地震序列呈震群分布，但余震数量较少（图9（d））。2021年8月8日乐东3.2级地震发生在乐东−田独断裂西北段西南侧，距三亚4.2级地震震中约31 km[51]，其余震持续至2022年1月。
由图10（f）可以看出，断裂南部5~10 km深度的浅层地震先发生，然后往深延伸。2022年6月乐东−田独断裂以北再次发生地震，持续至8月，形成同样深部范围的柱状地震条带（图10（d）和图10（g））。三亚−乐东地震活动在空间上均发生在NW-SE向乐东−田独断裂附近，具有明显的时空分布特征。
上述一系列中小地震均发生在近E-W向尖峰−吊罗断裂和九所−陵水断裂之间，位于多条不同走向断裂交汇处附近（图9和图10）。近E-W向九所−陵水断裂和NW-SE向乐东−田独断裂为琼南两条大型断层，而NE-SW向红卫断裂、宁远河断裂及N-S向的豪刁断裂为次级断裂。一直以来，九所−陵水断裂和乐东−田独断裂交汇处是琼南地震发育的主要场所，如2001年陵水县4.0级地震[52]。本研究重定位结果显示，琼南地震更密集地分布在九所−陵水断裂带与乐东−田独断裂附近，且为柱状条带分布特征（图9），体现了多条活动断裂构造活动以及其对地震活动的控制作用。
2019年三亚4.2级地震震中位于NE-SW向红卫断裂的东北缘，处于多组断裂交汇区，如NE-SW向红卫断裂、NW-SE向乐东−田独断裂、N-S向豪刁断裂以及近E-W向九所−陵水断裂（图10（a）），表明多组断裂交汇可使该区域地壳应力长期处于积累过程[37]。震源机制解结果显示，三亚4.2级地震节面I的走向/倾角/滑动角为301º/59º/−109º，节面Ⅱ的走向/倾角/滑动角为154.8º/35.9º/−61.5º（图10（a）），且三亚4.2级地震前的一次3.2级前震的震源机制解结果与本次4.2级极为相似（图10（a）），均具有正断兼走滑型特征[38]，显示出NW-SE向挤压和NE-SW向拉伸应力状态。
本研究认为本次地震可能是由红卫断裂东北缘NW-SE向挤压错动引发的。地震的发生可导致震源区及周边地区库仑应力的变化，即区域应力调整和重新分配。譬如，2013年芦山7.0级地震研究表明，主震震源附近产生了显著的库仑应力增量，这可能促使后续2022年芦山6.1级地震的发生[53]。库仑应力的变化不仅局限于震源区，还可能影响到周边的断层系统。2011年土耳其凡城7.1级地震后，在震源9 km深度处库仑应力发生了显著的变化，这种变化对周边区域的地震活动产生了显著的影响[54]。因此，本研究认为2019年三亚4.2级地震尽管震级相对较小，但主震震后库仑应力经过长时间积累可能引发2021年乐东3.2级地震。根据2017年至2019年期间粤桂琼及雷琼地区的重力观测资料，可以看出此次三亚4.2级地震发生在重力场正负变化的高梯度带上[51, 55]，乐东震群处于重力场变化反向恢复过程中[51, 56]，因此重力资料也进一步支持了三亚4.2级地震间接促进乐东震群形成的认识。
4. 结论
本文利用双差定位方法对海南岛及邻区2008年至2023年期间415次中小地震进行重新定位，最终获得313次地震的重定位结果。结合前人其他学科研究结果进行综合分析，得到了以下重要认识。
（1）琼东北地震序列震中呈现出NNE-SSW向条带状分布，与近E-W向和NW-SE向断裂带分布不相一致，可能暗示地震条带下方存在着隐伏断裂，或该地震带可能为多条不同走向断裂共同作用的结果，还可能受到区域构造、火山活动和流体作用的共同影响。
（2）琼西南中小地震主要分布在尖峰−吊罗断裂和九所−陵水断裂附近，说明地震的发生可能与区域构造有关。结合前人应力场和重力场等研究结果，本研究认为2019年三亚4.2级地震可能促进了2021年乐东震群的形成。
本研究获得的地震重定位结果可通过https://zenodo.org/records/14901184下载。
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图 1 海南岛及周边地区区域构造、主要断层和地震分布图
注：海南岛及邻区主要活动断层（黑色实线）和2008年至2023年期间地震（黄色圆圈）分布图。活动断层数据引自中国地震局地质研究所国家地震活断层研究中心（https://data.activetectonics.cn），而地震数据来源于中国地震台网中心观测报告（https://news.ceic.ac.cn）。红色三角形代表火山群，红色菱形代表1605年琼山7.5级大地震，白色菱形代表2019年三亚4.2级地震，粉色区域代表岩浆分布。
Figure 1. Distribution of regional tectonic settings, main faults, and earthquakes
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图 2 本研究所用的台站分布图
注：蓝色三角形代表本研究使用的68个固定台站，包括27个广东地震台站、18个广西地震台站和23个海南地震台站。黑色实线和红色曲线分别代表活动断层和珠江口盆地。
Figure 2. Distribution of seismic stations used in this study
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图 3 初始地震目录中415次地震分布
注：（a）震中平面图；（b）沿经度方向纵剖面图；（c）沿纬度方向纵剖面图；（d）深度分布频度图。圆圈表示地震，圆圈大小表示地震震级，颜色表示2008年至2023年的时间尺度。红色三角形表示火山群。白色菱形显示研究区内4.0级以上地震。黑色实线表示活动断层。
Figure 3. Distribution of 415 earthquakes found in the original earthquake catalogue
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图 4 P波（红色圆点）和S波（蓝色圆点）观测走时曲线
Figure 4. Observed travel time curves for the P- and S-waves (red and blue dots, respectively)
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图 5 本研究使用的一维速度模型
注：Vp模型（实线）来源于徐晓枫等[17]，而Vs模型（虚线）是由波速比Vp/Vs=1.78计算得出。
Figure 5. One-dimensional (1D) velocity model used in this study
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图 6 地震重定位误差分布
注：（a）重定位后地震在E-W向的误差柱状分布图；（b）重定位后地震在N-S向的误差柱状分布图；（c）重定位后地震在垂向的误差柱状分布图；（d）重定位后地震走时残差柱状分布图。
Figure 6. Location errors of earthquakes
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图 7 313次地震事件重定位前后结果对比
注：（a）重定位前的中小地震震中平面图、沿经纬度方向纵剖面图和深度分布频度图。圆圈表示地震，圆圈大小表示地震震级，颜色表示2008年至2023年的时间尺度。红色三角形表示火山群。白色菱形显示研究区内4.0级以上地震。黑色实线表示活动断层。（b）与（a）相同，但为重定位后的地震。
Figure 7. Comparison of 313 earthquakes before and after relocation
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图 8 琼东北重定位后的地震分布
注：（a）近平行于NNE-SSW向地震条带纵剖面。圆圈为距AA′纵剖面两侧5 km范围内的地震。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。红色实线表示断层位置。（b）~（d）近垂直于NNE-SSW向地震条带分布纵剖面。圆圈为距BB′、CC′和DD′纵剖面两侧2 km范围内的地震。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。红色实线表示断层位置。（e）地震震中平面图。黑色实线表示断层。红色实线表示纵剖面位置。圆圈表示地震，圆圈大小表示震级。圆圈的颜色表示2008年至2023年的时间尺度。红色菱形代表1605年琼山7.5级大地震。红色三角形表示火山群。MPF：马枭−铺前断裂，PQF：铺前−清澜断裂，WWF：王五−文教断裂，HYF：海口−云龙断裂。
Figure 8. Distribution of relocated earthquakes in northeastern Hainan Island
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图 9 琼西南重定位后的地震分布
注：（a）近平行于N-S向地震条带分布纵剖面图。圆圈为距AA′ 纵剖面两侧5 km范围内的地震。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。红色实线表示断层位置。黄色菱形表示3.2级地震。（b）和（c）近垂直于N-S向地震条带分布纵剖面图。圆圈为距BB′和CC′纵剖面两侧2 km范围内的地震。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。2个黄色菱形均代表3.2级地震。（d）近平行于地震序列的地震活动剖面图。圆圈为距DD′纵剖面两侧5 km范围内的地震。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。白色菱形表示2019年8月20日三亚4.2级地震。（e）地震震中平面图。黑色实线表示断层，蓝色实线表示纵剖面位置，圆圈和菱形表示地震，大小表示震级，颜色表示2008年至2023年的时间尺度，黄色菱形代表3.2级地震，白色菱形表示三亚4.2级地震。LTF：乐东−田独断裂。
Figure 9. Distribution of relocated earthquakes in southwestern Hainan Island
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图 10 三亚−乐东地震时序图
注：（a）2019年01月至2019年12月期间的地震分布。白色菱形表示2019年8月20日三亚4.2级地震。沙滩球显示三亚3.2级和4.2级两次地震震源机制解[38]。（b）2020年01月至2020年12月期间的地震分布。（c）2021年01月至2021年12月期间发生的地震分布。黄色菱形表示震群内2次3.2级地震。（d）2022年01月至2022年12月期间发生的地震分布。（e）2023年01月至2023年12月期间发生的地震分布。圆圈表示地震，颜色表示2019年、2020年、2021年、2022年和2023年各一整年时间尺度。黑色实线表示断层，黑色虚线表示隐伏断层[37]。（f）为（c）所示的AA′纵剖面地震分布。剖面图上方曲线表示沿剖面的地形。黄色菱形表示3.2级地震。（g）为（d）所示的AA′纵剖面地震分布。纵剖面图上方的曲线表示沿剖面的地形。LTF：乐东−田独断裂。
Figure 10. Time sequence map of the Sanya–Ledong earthquake
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