許健生，隗永剛，張淑珍

（1．中國(guó)地震局地球物理所北京地震臺(tái)，北京 100095；2．北京白家疃地球科學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，北京 100095；3．甘肅省地震局蘭州觀象臺(tái)，甘肅蘭州 730046；4．蘭州地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，甘肅 蘭州 730046）

0 引言

1936年丹麥女地震學(xué)家萊曼首先在地震圖上識(shí)別出了地球核幔界面上傳播的衍射波Pdif。1940年由英國(guó)地震學(xué)家杰弗里斯和澳大利亞地震學(xué)家布倫用1930－1940年的觀測(cè)資料給出了地震波在地球內(nèi)部傳播的走時(shí)表（簡(jiǎn)稱J－B表，下同），給出了震中距105°～130°，震源深度33～794km的Pdif波走時(shí)。1991年國(guó)際地震學(xué)和地球內(nèi)部物理學(xué)聯(lián)合會(huì)（簡(jiǎn)稱IASPEI）用1964－1987年的觀測(cè)資料給出了《IASPEI1991地震波走時(shí)表》（簡(jiǎn)稱IASPEI1991表，下同），該走時(shí)表給出了震中距100°～144°，震源深度分別在0、100、300和600km的Pdif波走時(shí)表。

在中國(guó)大陸雖然從上個(gè)世紀(jì)50年代就有SK型等中長(zhǎng)周期地震儀開始觀測(cè)，但國(guó)內(nèi)鮮有文獻(xiàn)討論P(yáng)dif波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。直到20世紀(jì)80年代隨著763長(zhǎng)周期地震儀臺(tái)網(wǎng)在中國(guó)大陸開始觀測(cè)，趙榮國(guó)［1］、郭瑛［2］和唐燕娟等［3］開始討論 Pdif波在北京和其它地震臺(tái)763長(zhǎng)周期地震儀器上的記錄特征（模擬記錄），但都沒給出Pdif波在震中距100°～180°間的完整走時(shí)表。從1983年起中國(guó)地震局與美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局合作陸續(xù)建成了中國(guó)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)（簡(jiǎn)稱CDSN，下同）的11個(gè)數(shù)字化地震臺(tái)。CDSN臺(tái)站的數(shù)字地震儀具有寬頻帶、大動(dòng)態(tài)范圍和高線性度等優(yōu)越性。CDSN臺(tái)站位置如圖1所示，臺(tái)站情況見表1。本文使用CDSN臺(tái)站1990－2012年間記錄到的124個(gè)極遠(yuǎn)震資料進(jìn)行分析處理，研究Pdif震相的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，并給出比IASPEI1991表范圍擴(kuò)展的Pdif走時(shí)表。

1 資料

所用資料全部來自CDSN臺(tái)站在1990－2012年間記錄到的124個(gè)極遠(yuǎn)震寬頻帶數(shù)字記錄，地震參數(shù)取自美國(guó)地震學(xué)合作研究協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱IRIS，下同）發(fā)布的地震目錄。發(fā)震時(shí)間和地震圖上標(biāo)注的時(shí)間均為世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。所用地震目錄見表2。

表2中給出的震中距為IRIS的測(cè)定結(jié)果，可見目前CDSN臺(tái)站記錄Pdif波的震中距范圍是100．0°～179．0°。震級(jí)范圍為6．0～8．8級(jí)，震源深度范圍為4．0～631．3km。震中主要分布在中美洲和南美洲的墨西哥、秘魯和智利等地區(qū)（圖1）。

表1 CDSN臺(tái)站信息和觀測(cè)數(shù)據(jù)情況Table 1 The information of Pdif wawe and CDSN stations

圖1 CDSN臺(tái)站位置和震中分布圖Fig．1 Distribution of earthquake epicenters and CDSN stations

表2 地震目錄Table 2 The catalogue of used earthquakes

續(xù)表2

續(xù)表2

2 Pdif波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

許健生等用CDSN北京地震臺(tái)（1990－2008年）和CDSN蘭州地震臺(tái)（1990－2000年）的觀測(cè)資料給出了Pdif波在這兩個(gè)臺(tái)站的記錄特征，并得到了Pdif波在101．9°～175．7°間的PKP－Pdif和PP－Pdif的到時(shí)差與震中距的關(guān)系［4－5］。

本文用CDSN11個(gè)臺(tái)的觀測(cè)資料給出了在h≤100km、100＜h≤300km和300＜h≤631．3km的不同震源深度上Pdif波在100．0°～179．0°間的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和相應(yīng)的走時(shí)表（表3）。

表3 Pdif波走時(shí)表Table 3 The table of travel－time of Pdif wave

2．1 淺源地震的Pdif波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

為了和IASPEI1991地震走時(shí)表給出的h＝100 km時(shí)的Pdif波走時(shí)特征做對(duì)比，本文選取了104個(gè)h≤100km的數(shù)據(jù)，給出了震中距在100．0°～179．0°間Pdif波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。

（1）由圖2見，Pdif波的走時(shí)與震中距有很好的線形關(guān)系，與IASPEI1991地震走時(shí)表［6］給出的Pdif走時(shí)直線（虛線）基本平行，但有系統(tǒng)的差異。這種差異反映了中國(guó)大陸局部速度模型與全球平均速度模型之間存在系統(tǒng)差異。在震中距100°時(shí)的差值為11．2s，在震中距144°時(shí)的差值為17．0s。Pdif波走時(shí)與震中距的關(guān)系可擬合為

式中T的單位為秒，Δ的單位為度。

圖2 Pdif波走時(shí)與震中距的關(guān)系Fig．2 The relation between travel time of Pdif wave and epicenter distance

（2）當(dāng)震中距Δ＞100°以后，Pdif在PKP之前出現(xiàn)的時(shí)間范圍是4min10．7s～29．8s之間。由圖3可見，隨著距離增大，Pdif與PKP的時(shí)差越來越小。Pdif與PKP時(shí)差與震中距之間的關(guān)系可擬合為

（3）Pdif在PP震相之前出現(xiàn)的時(shí)間范圍是4 min05．4s～6min42．0s之間。由圖4可見，隨著震中距增大Pdif與PP之間的時(shí)差越來越大。Pdif與PP之間的時(shí)差與震中距之間的關(guān)系可擬合為

圖3 PKP－Pdif時(shí)差與震中距的關(guān)系Fig．3 The relation between difference time of PKP－Pdif and epicenter distance

（4）由圖3可見，CDSN臺(tái)站觀測(cè)到的Pdif波的到時(shí)與PKP的到時(shí)差在震中距100°～180°間有很好的線性關(guān)系，這可能是因?yàn)镻KP波的射線路徑主要在地核內(nèi)，傳播路徑上介質(zhì)的一致性較好。

（5）由圖4可見，CDSN臺(tái)站觀測(cè)到的Pdif波到時(shí)與PP波的到時(shí)差與震中距的關(guān)系在震中距100．0°～179．0°間可擬合為二次曲線，這可能是因?yàn)镻P波的射線路徑主要在地幔內(nèi)，傳播路徑上介質(zhì)的一致性較差，是非線形關(guān)系。

圖4 PP－Pdif時(shí)差與震中距的關(guān)系Fig．4 The relation between difference time of PP－Pdifand epicenter distance

2．2 深源地震的Pdif波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

為了研究震源深度對(duì)Pdif波走時(shí)的影響，便于和IASPEI1991地震走時(shí)表給出的h＝300km和h＝600km時(shí)的Pdif波走時(shí)特征做對(duì)比研究，本文選取了12個(gè)震中距在108．6°～178．7°間，震源深度在100km＜h≤300km間，和8個(gè)震中距在138．0°～173．0°間的數(shù)據(jù)，給出了不同震源深度的Pdif波運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。

（1）由表3可見，在震源深度100km＜h≤300 km和300km＞h≤631．5km時(shí)，Pdif波的走時(shí)與震中距有很好的線性關(guān)系，與IASPEI1991地震走時(shí)表給出的h＝300km和h＝600km時(shí)Pdif波的走時(shí)直線基本平行，在震中距100°時(shí)的差值分別為19．5s和5．7s，在震中距144°時(shí)的差值分別為26．0s和9．8s。

不同震源深度的Pdif波走時(shí)與震中距的關(guān)系可擬合為

（2）由表3可見，在100km＜h≤300km和300km＞h≤631．5km時(shí)，Pdif與PKP的時(shí)差隨著震中距的增大在逐漸縮小。Pdif與PKP時(shí)差與震中距之間的關(guān)系可擬合為

（3）由表3可見，在100km＜h≤300km和300km＞h≤631．5km時(shí)，Pdif與PP的時(shí)差關(guān)系可擬合為

（4）對(duì)于有一定震源深度的地震?？捎^測(cè)到P、S波在震中附近的反射波pP、sP在幔核界面上衍射形成的pPdif和sPdif波，pPdif－Pdif和sPdif－Pdif的時(shí)差分別與pP－P和sP－P的時(shí)差相等。

圖5給出了烏魯木齊臺(tái)、西安臺(tái)和昆明臺(tái)在不同震中距記錄到同一深度地震的pPdif波的典型記錄。

3 結(jié)論

通過對(duì)1990－2012年CDSN11個(gè)臺(tái)記錄到的Pdif波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征分析，可以得出以下結(jié)論：

圖5 3個(gè)臺(tái)站的2007年11月29日MS7．4背風(fēng)群島地震的pPdif記錄（h＝147．5km，EPC：N14．97°，W61．26°）Fig．5 The pPdif wave seismographs of windward islands earthquake with MS7．4recorded by three stations

（1）目前Pdif波在CDSN臺(tái)站的記錄范圍為100．0°～179．0°，震級(jí)為6．0～8．8級(jí)，震源深度為4～631．3km。與J－B表和IASPEI1991表相比，CDSN臺(tái)站的寬頻帶數(shù)字地震儀大大拓展了Pdif震相的記錄范圍。

（2）本文給出的不同震源深度的《Pdif波走時(shí)表》是對(duì)《IASPEI1991地震走時(shí)表》的有益補(bǔ)充?！禤dif波走時(shí)表》與《IASPEI1991地震走時(shí)表》有系統(tǒng)的差異，這種差異反映了中國(guó)大陸局部速度模型與全球平均速度模型之間存在系統(tǒng)差異。

（3）震源深度對(duì)Pdif與PKP時(shí)差的影響隨距離的增大逐漸減小。

（4）震源深度對(duì)Pdif與PP時(shí)差的影響在140°時(shí)最大，在震中距100°和180°時(shí)最小。

（5）深震衍射波pPdif和sPdif波與Pdif波的時(shí)差pPdif－Pdif和sPdif－Pdif分別與pP－P和sP－P的時(shí)差相等，與pP－P和sP－P一樣可作為測(cè)定震源深度的參數(shù)。

致謝：本文的數(shù)據(jù)處理和震相標(biāo)注均由黑龍江省地震局和躍時(shí)高級(jí)工程師提供的“CDSN地震臺(tái)站分析軟件”完成，在此深表謝意。

（References）

［1］ 趙榮國(guó)．中國(guó)763長(zhǎng)周期臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)Δ＝175．6°的幔－核界面衍射波［J］．國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，1987，（3）：14－16．

ZHAO Rong－guo．Waves Diffracted at the Mantle－core Bound－ary Were Observed by Type－763Long－period Seismograph Network of China［J］．Recent Developments in World Seismology，1987，（3）：14－16．（in Chinese）

［2］ 郭瑛．關(guān)于Δ≥140°的地震衍射波Pdif［J］．地震地磁觀測(cè)與研究，1989．10（4）：27－30．

GUO Ying．On Diffracted Wave Pdif forΔ≥140°［J］．Seismological and Geomagnetic Observation and Research，1989．10（4）：27－30．（in Chinese）

［3］ 唐燕娟．對(duì)P波衍射波Pdif震相記錄范圍的討論［J］．地震地磁觀測(cè)與研究，1997．18（2）：32－36．

TANG Yan－juan．A Discussion on Recorded Distance for Diffraction Wave Pdif of Wave P［J］．Seismological and Geomagnetic Observation and Research，1997．18（2）：32－36．（in Chinese）

［4］ 許健生，隗永剛，張淑珍．Pdif震相的記錄特征［J］．地震地磁觀測(cè)與研究，2011．32（4）：115－121．

XU Jian－sheng，WEI Yong－gang，ZHANG Shu－zhen．The Recording Character of Pdif Phase［J］．Seismological and Geomagnetic Observation and Research，2011．32（4）：115－121．（in Chinese）

［5］ 許健生，隗永剛，張淑珍．Pdif震相在CDSN蘭州地震臺(tái)的記錄特征［J］．西北地震學(xué)報(bào)，2012．34（3）：239－244．

XU Jian－sheng，WEI Yong－gang，ZHANG Shu－zhen．The Recording Characters of Pdif Phase in Seismic Wave at CDSN Lanzhou Seismic Station［J］．Northwester Seismological Journal，2012．34（3）：239－244．（in Chinese）

［6］ B L N Kennett．IASPEI 1991地震走時(shí)表［M］．北京：地震出版社，1993：108－130．

B L N Kennett．IASPEI 1991Seismological Tables［M］．Beijing；Seismological Press，1993：108－130．（in Chinese）