宋秀青 繆發(fā)軍 劉雙慶 陳向軍 王俊 朱元清

1)上海市地震局，上海市蘭溪路87號(hào) 200062

2)江蘇省地震局，南京 210014

3)天津市地震局，天津 300201

4)新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊 830011

0 引言

震源深度是描述地震震源信息的基本參數(shù)之一，也是目前難以準(zhǔn)確測(cè)定的參數(shù)之一。用不同的測(cè)定方法和速度模型，甚至不同技術(shù)人員的分析，往往會(huì)得出差異很大的結(jié)果。震源深度的確定對(duì)地球科學(xué)有著十分重要的意義(高原等，1997)，其精確測(cè)定可以幫助地球科學(xué)家進(jìn)一步了解地震活動(dòng)與斷層之間的關(guān)系(Galdeano et al，1995)。地球動(dòng)力學(xué)意義上的板塊運(yùn)動(dòng)和殼幔構(gòu)造的研究(Glennon et al，1995;鄭斯華，1995)、地震活動(dòng)性研究中的非線性動(dòng)力學(xué)模型(朱元清等，1991)、地震成核及震源破裂的研究(Abercrombie et al，1995;高原等，1995)、地震視應(yīng)力隨深度變化特征的研究(吳忠良，2002)、震源處的應(yīng)力分布狀況、震源機(jī)制及矩張量的分析、震源區(qū)地震活動(dòng)性的描述等等都和震源深度有直接的關(guān)系(張國(guó)民等，2002)?？梢哉f(shuō)震源深度與地震學(xué)中各領(lǐng)域的研究都有著十分密切的關(guān)系。

地震震源深度的測(cè)定和對(duì)結(jié)果的誤差分析，始終是地震學(xué)家需要解決的問(wèn)題。目前常用的方法有很多，各有特點(diǎn)。主要有基于震相到時(shí)并結(jié)合地震射線理論的運(yùn)動(dòng)學(xué)方法和地震波形反演的動(dòng)力學(xué)方法。

利用近臺(tái)直達(dá)P波測(cè)定震源深度是一種很直接的方法，近臺(tái)直達(dá)P波震相清晰、可靠。但要提高測(cè)定精度，就必須加密地震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)點(diǎn)，使得臺(tái)間距的大小與震源深度相當(dāng)，而且至少要有臺(tái)間距小于1.4倍震源深度的近臺(tái)。當(dāng)震中附近有足夠近的地震臺(tái)站時(shí)，利用SP時(shí)間差也可準(zhǔn)確測(cè)定震源深度(王登偉，2010)。利用反射P波測(cè)定震源深度，雖然不要求臺(tái)間距的大小與震源深度相當(dāng)，但是因?yàn)橐话阍谌瓷鋾r(shí)才會(huì)記錄到反射P波的清晰震相。在中國(guó)東部地區(qū)震中距在60～90km時(shí)可以記錄到較清晰的反射P波，但是作為后續(xù)震相還是不容易準(zhǔn)確判別，而且不是每個(gè)臺(tái)站都能出現(xiàn)反射P波，故其應(yīng)用受到限制。深度震相法可以較準(zhǔn)確地測(cè)定震源深度，其分為遠(yuǎn)震深度震相法和近震深度震相法。用遠(yuǎn)震深度震相pP、sP測(cè)定震源深度是很成熟的方法，快速可靠。但是該方法要求震級(jí)較大、震中距較遠(yuǎn)，所以用于5級(jí)以下地震時(shí)有很大的局限性，而對(duì)中強(qiáng)、遠(yuǎn)震的震源深度測(cè)定則十分有效。用近震深度震相sPL、sPg、sPmP、sPn也可測(cè)定震源深度(高立新等，2007;崇加軍等，2010;王登偉，2011)。在地震臺(tái)網(wǎng)稀疏、數(shù)據(jù)偏少的情況下，近震深度震相法對(duì)確定震源深度尤其重要。當(dāng)震中距小于1000km時(shí)，我國(guó)西北、西南、華東、華北及東北地區(qū)的一些地震臺(tái)站都能記錄到sPn震相，用sPn與Pn的到時(shí)差即可計(jì)算震源深度。然而，sPn震相主要出現(xiàn)在300～800km的震中距范圍內(nèi)，而在此范圍獲得清晰記錄的地震震級(jí)一般要達(dá)到3～4級(jí)以上(吳微微等，2012)。但近震深度震相是后續(xù)震相，信噪比很低，對(duì)其識(shí)別和操作都比較困難，該方法難以推廣(Ma，2010)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，用地震波形反演震源深度的方法也日趨成熟，用地震波形反演震源機(jī)制解和測(cè)定矩震級(jí)時(shí)也可以同時(shí)求得震源深度。用該方法得到的震源深度比較準(zhǔn)確，但是與我們所說(shuō)的斷層破裂的初始點(diǎn)不同，此震源深度是地震震源體的中心深度，而且計(jì)算比較耗時(shí)，特別是對(duì)4級(jí)以下地震的測(cè)定難度較大。利用地震面波隨深度的衰減來(lái)研究震源深度也是利用地震波形反演震源深度的方法之一?？梢岳秒S震源深度的增加，短周期面波(Rg波)與S波的振幅比的快速減小來(lái)分析地震震源深度。當(dāng)震源深度小于5km時(shí)，敏感性和分辨率較高;但是當(dāng)震源深度大于10km時(shí)，敏感性和分辨率顯著下降，而且此時(shí)對(duì)震級(jí)的要求也明顯提高。

此外，使用主事件法(周仕勇等，1999)、相對(duì)定位法(朱元清等，1995)、雙差定位法(劉勁松等，2007)和地震臺(tái)陣法等(朱元清等，2002;壽海濤等，2007)對(duì)地震序列進(jìn)行定位和測(cè)定震源深度，也有較好的結(jié)果，并可以結(jié)合層析成像資料勾畫(huà)相應(yīng)的發(fā)震構(gòu)造(楊智嫻等，2002;黃媛等，2006;朱艾斕等，2012)。

目前，中國(guó)地震局各地震臺(tái)網(wǎng)在日常地震定位工作中，主要使用MSDP測(cè)震軟件中掛載的單純型法、LocalSat和HypoSat方法進(jìn)行定位。個(gè)別臺(tái)網(wǎng)增加了遺傳算法等非線性搜索定位程序，但各種方法測(cè)定出的震源深度結(jié)果差異較大。例如單純型法的深度定位結(jié)果強(qiáng)烈依賴初值，當(dāng)初始震源深度默認(rèn)為10km時(shí)，計(jì)算得到的震源深度結(jié)果普遍偏小，其深度空間分布與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)構(gòu)造也沒(méi)有較好的關(guān)聯(lián)性。

新疆地域遼闊，地形復(fù)雜，深大斷裂縱橫交錯(cuò)。于田處于青藏高原和塔里木盆地之間，準(zhǔn)確測(cè)定震源深度對(duì)研究該區(qū)域特殊的地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造有重要意義。本文重新校核了新疆于田的地殼速度結(jié)構(gòu)模型，在參考該區(qū)域的速度模型及于田MS7.3地震主震精定位結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用PTD方法對(duì)本次于田地震序列的震源深度進(jìn)行了測(cè)定。

1 測(cè)定震源深度的確定性方法

目前地震基本參數(shù)測(cè)定中震源深度的測(cè)定誤差較大，其原因主要是地震觀測(cè)儀器都布設(shè)在地表，而在地震震源以下深度處則無(wú)法布設(shè)，這導(dǎo)致現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)學(xué)方法中目標(biāo)函數(shù)對(duì)震源深度參數(shù)的敏感性很低。2000年以來(lái)，隨著中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)密度的加大，已經(jīng)可以比較精確地測(cè)定震中，這為震源深度測(cè)定的確定性方法(朱元清等，1990)提供了必要的基礎(chǔ)條件。

震源深度測(cè)定的確定性方法(簡(jiǎn)稱(chēng)PTD方法)(朱元清等，1997a;王新嶺等，2004)的基本原理是假定已知多層均勻地殼模型，假設(shè)震源深度為h。Si、Sj表示地震臺(tái)站，其中Si為初至震相為Pg波的地震臺(tái)站，Sj為初至震相為Pn波的地震臺(tái)站;vk表示各層的速度;HL表示各層的層厚。對(duì)新疆于田地區(qū)當(dāng)震中距小于250km時(shí)，其地震臺(tái)站Si記錄到的初至震相一般為Pg波;當(dāng)震中距大于270km時(shí)，其地震臺(tái)站Sj記錄到的初至震相一般為Pn波。根據(jù)地震學(xué)射線理論走時(shí)方程，當(dāng)Si臺(tái)的震中距大于其理論P(yáng)n臨界值對(duì)應(yīng)的震中距d時(shí)，用Sj地震臺(tái)記錄到的實(shí)際初至震相Pn波的到時(shí)，減去Sj臺(tái)和Si臺(tái)Pn波的理論走時(shí)差，即可得到由Sj臺(tái)轉(zhuǎn)換到Si臺(tái)的理論P(yáng)n波到時(shí)，再減去Si臺(tái)記錄到的實(shí)際初至震相Pg波到時(shí)。根據(jù)此到時(shí)差即可求得震源深度。當(dāng)模型簡(jiǎn)化成2層均勻地殼模型時(shí)(圖1)，可以給出更直觀的解釋。

圖1 測(cè)定震源深度的確定性方法原理

圖1中E是震中;h是震源深度;假設(shè)Sc是Pg和Pn波走時(shí)相同的點(diǎn);Si、Sj表示地震臺(tái)站，Si為初至震相為Pg波的地震臺(tái)站，Sj為初至震相為Pn波的地震臺(tái)站;v1和v2表示第1、2層的速度，H1、H2表示第1、2層的層厚;vn是莫霍界面的速度。這時(shí)，只需要將 Sj地震臺(tái)記錄到的實(shí)際初至震相Pn波的到時(shí)，減去BC段Pn波的理論走時(shí)，就可以轉(zhuǎn)換得到Si地震臺(tái)的Pn波的替代到時(shí)。這時(shí)就可以用Pn-Pg求震源深度的方法來(lái)計(jì)算震源深度。需要指出的是，當(dāng)?shù)卣鹋_(tái)站震中距小于Pn出射臨界點(diǎn)d時(shí)，我們稱(chēng)為Pn出射盲區(qū)，這時(shí)需要將Sj地震臺(tái)記錄到的實(shí)際初至震相Pn波的到時(shí)，減去AC段Pn波的理論走時(shí)，得到虛擬地震臺(tái)d的Pn到時(shí)，再減去震中距小于d點(diǎn)的實(shí)際地震臺(tái)Pg的到時(shí)來(lái)計(jì)算震源深度。

該方法利用了初至Pg和Pn震相比較清晰、莫霍界面的速度vn容易確定而且比較穩(wěn)定的特點(diǎn)，并結(jié)合直達(dá)Pg波和折射Pn波的離源射線反向特征，能比較敏感地反映震源深度的變化。理論計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)震源深度變化5km時(shí)，對(duì)震中距為100km的地震臺(tái)，其到時(shí)差的變化可以達(dá)到0.7s。根據(jù)目前中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)的密度，以這樣的分辨率來(lái)計(jì)算震源深度是可以接受的。但是如果僅利用直達(dá)Pg波的走時(shí)變化，假設(shè)其速度為6km/s，那么對(duì)震中距為100km的地震臺(tái)，當(dāng)震源深度變化10km時(shí)，可以得到直達(dá)Pg波的走時(shí)差只改變了約0.07s。需要強(qiáng)調(diào)的是，本文涉及的初至震相，指的是區(qū)域地震記錄到的莫霍面首波Pn及地殼內(nèi)的直達(dá)波Pg。如果在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)同一臺(tái)站拾取了這2個(gè)震相時(shí)，只需要取到時(shí)更早的震相參與計(jì)算即可。

PTD方法除了初至震相的信噪比較高、Pg和Pn震相的離源射線上下方向相反容易辨認(rèn)以外，還由于采用不同臺(tái)站的初至Pn和Pg到時(shí)差計(jì)算震源深度，因此可以完全避開(kāi)發(fā)震時(shí)刻引起的誤差。Pn到時(shí)震相轉(zhuǎn)換時(shí)，可以對(duì)不同臺(tái)站進(jìn)行組合，參與深度計(jì)算的組合數(shù)為Pg記錄到的臺(tái)站數(shù)×Pn記錄到的臺(tái)站數(shù)。需要特別指出的是，這些組合求得的震源深度是相互獨(dú)立的結(jié)果。由于理論模型與實(shí)際地殼模型存在差別，故臺(tái)站較密集時(shí)能夠滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律，震源深度的結(jié)果分布也符合高斯分布，并可以較好地給出誤差估計(jì)。

2 理論方法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)

在計(jì)算機(jī)上有2種方法可以完成震源深度的上述理論計(jì)算。第1種是理論深度走時(shí)表方法，即對(duì)給定的地殼速度結(jié)構(gòu)模型，先在理論上計(jì)算出對(duì)應(yīng)某震中距的不同深度的走時(shí)差表，即PTD方法。早期在計(jì)算機(jī)的性能還較差時(shí)，均采用該方法計(jì)算震源速度。如朱元清等(1997b)用該方法計(jì)算了華東地區(qū)300多個(gè)地震的震源深度。第2種是直接計(jì)算地震震相到時(shí)的方法。

由于本文設(shè)計(jì)的電路中有源電路部分最大的功耗來(lái)自有源整流電路中的兩個(gè)比較器,而比較器只在翻轉(zhuǎn)時(shí)具有動(dòng)態(tài)功耗,即工作在當(dāng)且僅當(dāng)壓電片等效電流源反向的瞬間,而壓電片振蕩頻率只有十幾Hz,所以其動(dòng)態(tài)功耗幾乎可忽略不計(jì)。因此,比較器的總功耗主要為靜態(tài)功耗,只需選用較低靜態(tài)功耗的比較器即可。此外,邏輯芯片的功耗亦可忽略不計(jì)。

對(duì)指定的地殼速度結(jié)構(gòu)模型，假設(shè)有i個(gè)臺(tái)站的Pg震相和j個(gè)臺(tái)站的Pn震相，則定義:為臺(tái)站i的Pg觀測(cè)到時(shí);為臺(tái)站i的Pg理論到時(shí);為臺(tái)站j的Pn觀測(cè)到時(shí);為臺(tái)站j的Pn理論到時(shí)為臺(tái)站j的Pn震相與臺(tái)站i的Pg震相的觀測(cè)到時(shí)差;為臺(tái)站j的Pn震相與臺(tái)站i的Pg震相的理論到時(shí)差。

在震中位置和速度模型已知的情況下，對(duì)于發(fā)生在地殼內(nèi)的地震，使用下面的全局搜索法確定震源深度:在給定整個(gè)地殼的厚度范圍內(nèi)，以1.0km的步長(zhǎng)計(jì)算各深度(h)下，各臺(tái)站的Pn或Pg理論到時(shí)，得到理論到時(shí)差(朱元清等，1990、1997a)，再與觀測(cè)到時(shí)差進(jìn)行比較，取兩者最接近時(shí)即誤差最小時(shí)對(duì)應(yīng)的深度為震源深度。

對(duì)i個(gè)Pn震相和j個(gè)Pg震相，用上述方法一共可得到i×j個(gè)深度值。當(dāng)數(shù)據(jù)足夠多時(shí)程序還可以根據(jù)設(shè)置進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮Y選，舍棄理論到時(shí)差與觀測(cè)到時(shí)差過(guò)大(如大于0.2s)或者誤差過(guò)大(如大于2倍的均方差)的結(jié)果后，再通過(guò)加權(quán)平均，最終確定地震的震源深度。大量的理論試驗(yàn)和實(shí)例計(jì)算表明震源深度結(jié)果的分布滿足高斯分布，故該程序最后以高斯分布的極值對(duì)應(yīng)的深度結(jié)果作為該地震的震源深度。

本程序可以在中國(guó)地震局系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)上直接連接中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心編目數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)讀取每個(gè)地震的震相數(shù)據(jù)，并根據(jù)震中的位置，自動(dòng)選取該地區(qū)事先設(shè)定的地殼速度結(jié)構(gòu)模型并進(jìn)行震源深度計(jì)算。程序經(jīng)少量設(shè)置既可作為獨(dú)立的深度測(cè)定程序運(yùn)行，也可以用作批量地震的深度測(cè)定程序運(yùn)行。程序還提供了集成到MSDP或其他地震定位軟件中運(yùn)行的接口。在MSDP或其他地震定位軟件中使用PTD方法時(shí)，本程序提供了兩種帶參數(shù)命令行的調(diào)用方式:①PTD.exe-jopens Catalog_id，其中 Catalog_id是 jopens數(shù)據(jù)庫(kù)中指定目錄的ID;②PTD.exe-msdp phaseFile，其中phaseFile是MSDP生成的phase文件的路徑。

當(dāng)作為獨(dú)立的震源深度測(cè)定程序運(yùn)行時(shí)步驟如下:①雙擊PTD.exe，運(yùn)行程序;②點(diǎn)擊“從數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入(JOPENS)”按鈕，或點(diǎn)擊“從MSDP導(dǎo)入(phase文件)”按鈕;③在對(duì)話框中選擇JOPENS中要進(jìn)行深度計(jì)算的目錄或在對(duì)話框中選擇MSDP生成的.phase文件后，程序自動(dòng)調(diào)入觀測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)，并根據(jù)震中位置，選取合適的速度模型;④在對(duì)話框中，設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)，后點(diǎn)“計(jì)算”按鈕，最后得到計(jì)算結(jié)果。

為了方便不同的使用目的，程序允許設(shè)定參數(shù)的修改。各參數(shù)的定義如下:允許的走時(shí)殘差:指當(dāng)理論到時(shí)差與實(shí)測(cè)到時(shí)差大于此值時(shí)，舍棄該樣本點(diǎn);允許的深度誤差指當(dāng)深度值大于此處指定倍數(shù)均方差時(shí)，舍棄該樣本點(diǎn);Pg的震中距范圍指參與計(jì)算的Pg震相的震中距范圍;Pn的震中距范圍指參與計(jì)算的Pn震相的震中距范圍;震源在第1層指震源深度只在第1層內(nèi)搜索;震源在第2層指震源深度只在第2層內(nèi)搜索;不指定指震源深度可以在整個(gè)地殼內(nèi)搜索，并給出建議的最佳深度結(jié)果。

在結(jié)果顯示界面上會(huì)給出本次震源深度測(cè)定所給定的速度結(jié)構(gòu)模型、設(shè)定的各項(xiàng)參數(shù)和有關(guān)震相數(shù)據(jù)，還會(huì)同時(shí)顯示所有參與深度運(yùn)算求得的各組深度結(jié)果的分布圖和直方圖，直方圖服從高斯分布。

3 新疆于田的地殼速度模型和MS7.3地震震源深度的測(cè)定

占全國(guó)陸地面積六分之一的新疆地區(qū)，具有“三山夾兩盆”地形地貌和復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造。區(qū)內(nèi)天山山脈橫貫東西，南邊緊靠帕米爾高原，又夾于塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地之間，小區(qū)域特點(diǎn)突出，地形起伏較大，不同地區(qū)之間的地殼速度結(jié)構(gòu)有明顯的差異。為了更好地測(cè)定于田地震序列的震源深度，必須采用適合該地區(qū)的速度模型(劉文學(xué)等，2011)。為避免速度結(jié)構(gòu)差異造成的深度測(cè)定的誤差，根據(jù)PTD方法的約定，要求采用地震定位時(shí)的相同速度結(jié)構(gòu)模型來(lái)測(cè)定地震震源深度。

陳向軍等(2014)給出了于田震區(qū)地殼速度的4個(gè)參考模型。第1個(gè)是新疆的“3400km走時(shí)表”速度模型(新疆地震局分析預(yù)報(bào)室，1982):第1層速度為5.960km/s，厚度為22km;第2層速度為6.302km/s，厚度為35km;莫霍面速度為8.364km/s。第2個(gè)是以2014年新疆于田MS7.3地震主震為中心，半徑為1°范圍內(nèi)自2009年以來(lái)所有地震事件的Pg、Pn震相數(shù)據(jù)擬合的速度結(jié)果，即vPg=6.07km/s、vPn=8.298km/s。第3個(gè)采用2014年2月11日于田MS5.4、12日于田MS7.3、12日于田MS5.7等3個(gè)地震事件的 Pg、Pn震相數(shù)據(jù)擬合得到的速度結(jié)果，即vPg=5.98km/s、vPn=8.239km/s。第4個(gè)僅采用2014年2月12日于田MS7.3地震主震事件的Pn震相數(shù)據(jù)，其莫霍面速度值為vPn=8.21km/s。

為了校核新疆于田震區(qū)的地殼模型，本文結(jié)合精定位和PTD方法試錯(cuò)合適的速度結(jié)構(gòu)。取新疆“3400km走時(shí)表”速度結(jié)構(gòu)模型為原型，結(jié)合其他參考模型，通過(guò)精定位來(lái)不斷調(diào)整速度參數(shù)，通過(guò)PTD方法試錯(cuò)莫霍面的深度。對(duì)精定位結(jié)果的判別標(biāo)準(zhǔn)為取誤差最小者，王俊等(2014)采用該推薦模型對(duì)MS7.3地震主震進(jìn)行精定位時(shí)，總的走時(shí)殘差為0.547s。而采用新疆“3400km走時(shí)表”速度結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行主震精定位時(shí)，總的走時(shí)殘差為0.935s。用PTD方法試錯(cuò)莫霍面深度時(shí)，結(jié)果的判別標(biāo)準(zhǔn)不僅要求實(shí)際計(jì)算深度值收斂和有一定的集中度，而且要求數(shù)據(jù)樣本較多，以滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律和服從高斯分布。理論上可以證明當(dāng)集中度最大值和高斯分布的極值最接近時(shí)對(duì)應(yīng)的結(jié)果最好。

圖2為于田MS7.3地震315個(gè)獨(dú)立的震源深度樣本的集中度分布和高斯分布耦合的結(jié)果。其物理意義從PTD方法的理論公式可以得知，由于Pn波的射線路徑強(qiáng)烈地依賴于地殼的厚度變化，不合適的地殼厚度將會(huì)使震源深度的結(jié)果發(fā)散。對(duì)于新疆于田MS7.3地震主震，記錄到初至為Pg波的地震臺(tái)站有5個(gè)，記錄到初至為Pn波的臺(tái)站有63個(gè)，所以共有315個(gè)獨(dú)立的震源深度可供統(tǒng)計(jì)分析。假設(shè)數(shù)據(jù)資料滿足統(tǒng)計(jì)要求，結(jié)果服從高斯分布?？紤]到該方法設(shè)定的震源深度誤差為2km，故采用步長(zhǎng)為1km來(lái)人為改變速度模型中莫霍面的深度。試錯(cuò)結(jié)果表明，莫霍面的深度為57km時(shí)，315個(gè)獨(dú)立的震源深度的集中度最大值和高斯分布極值耦合得最好。最后得到的新疆于田地殼速度結(jié)構(gòu)模型為:第1層速度為5.960km/s，厚度為22km;第2層速度為6.302km/s，厚度為35km;莫霍面速度為8.21km/s，莫霍面深度為57km。用該模型計(jì)算的主震震源深度為12km，殘差為0.78s，深度誤差為2km。

圖2 于田MS7.3地震315個(gè)獨(dú)立的震源深度的集中度分布和高斯分布耦合的結(jié)果

需要指出的是，中國(guó)地震局“地震震源深度研究推進(jìn)小組”在本研究工作中，對(duì)新疆地殼速度結(jié)構(gòu)模型的研究、2014年新疆于田MS7.3地震主震精定位和震源深度的研究是采用獨(dú)立的不同方法互相驗(yàn)證、共同確定的。

4 新疆于田MS7.3地震序列震源深度結(jié)果

通過(guò)試錯(cuò)求得適合于田震區(qū)的速度結(jié)構(gòu)模型后，其前震和余震序列均采用該速度結(jié)構(gòu)模型測(cè)定。使用的震相數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心編目數(shù)據(jù)庫(kù)，并結(jié)合使用了新疆地震局監(jiān)測(cè)中心的原始地震波形數(shù)據(jù)資料。截至2014年3月15日，用PTD方法共計(jì)算得到2014年新疆于田MS7.3地震序列的106個(gè)地震震源深度(圖3、表1)。

表1的結(jié)果按震級(jí)大小分檔后，再按時(shí)間序列排序給出。這是因?yàn)橛涗浀捷^大地震的臺(tái)站多，可靠性較高;而較小的地震由于記錄臺(tái)站較少，誤差較大。由于2014年新疆于田MS7.3地震震區(qū)地震臺(tái)站分布比較稀疏，所以實(shí)際計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)震級(jí)大于MS2.5時(shí)得到的震源深度結(jié)果較好。

圖3 2014年2月12日于田MS7.3地震序列震源深度分布

5 結(jié)果分析與討論

綜上所述，通過(guò)對(duì)2014年2月12日新疆維吾爾自治區(qū)于田縣MS7.3地震主震、前震和余震序列的震源深度測(cè)定得到以下結(jié)論:

(1)對(duì)于本次新疆于田MS7.3地震主震，各研究機(jī)構(gòu)給出了不同的震源深度。新疆地震臺(tái)網(wǎng)的結(jié)果為8.7km，國(guó)家臺(tái)網(wǎng)中心12km，USGS、德國(guó)GEOFON數(shù)據(jù)中心和伯克利地震實(shí)驗(yàn)室均為10km，CMT為13.5km。本研究結(jié)果使用了于田當(dāng)?shù)氐乃俣冉Y(jié)構(gòu)，利用68個(gè)地震臺(tái)的初至震相，共315組獨(dú)立的結(jié)果參與分析，得到的震源深度為12km，誤差2km。

(2)在對(duì)余震序列進(jìn)行震源深度計(jì)算時(shí)，部分小地震或震相不清晰的地震不滿足計(jì)算條件，故得不到深度計(jì)算結(jié)果。如2月15日15時(shí)20分MS2.9地震，初次讀取到Pg震相5個(gè)，Pn震相1個(gè)，無(wú)深度計(jì)算結(jié)果。經(jīng)重新調(diào)取地震事件波形分析后獲得Pg震相4個(gè)，Pn震相9個(gè)，計(jì)算震源深度為17km。在計(jì)算過(guò)程中，也會(huì)發(fā)現(xiàn)個(gè)別小地震有2個(gè)或2個(gè)以上Pg和Pn震相，但是無(wú)計(jì)算結(jié)果。經(jīng)檢查原始波形重新分析后，發(fā)現(xiàn)由于地震震級(jí)較小，在沒(méi)有充分放大初至Pn波形時(shí)，把后續(xù)震相Pg誤判為Pn。如2月13日22時(shí)32分MS2.4余震，初次計(jì)算時(shí)從國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)中心數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取到Pg震相5個(gè)，Pn震相2個(gè)，無(wú)深度計(jì)算結(jié)果。對(duì)波形重新分析后，獲得Pg震相4個(gè)，Pn震相7個(gè)，求得震源深度為12km。因此，從某種意義上說(shuō)，PTD方法對(duì)震相分析的準(zhǔn)確性亦是一種檢驗(yàn)。

(3)一般情況下，初至Pg和Pn震相拾取平均誤差小于0.1s。中國(guó)地震局在地震參數(shù)測(cè)定和編目時(shí)要求初至震相到時(shí)讀取誤差小于0.2s，Pg震相走時(shí)誤差小于0.5s，而Pn震相走時(shí)誤差小于1s。所以只要地殼速度結(jié)構(gòu)模型合適，有初至Pg和Pn震相到時(shí)，理論上均可以求得震源深度。

(4)震源深度測(cè)定的大量的數(shù)值模擬結(jié)果顯示，PTD方法可以用帶有隨機(jī)誤差的震相到時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算震源深度來(lái)分析深度的誤差。當(dāng)假設(shè)理論深度是12km時(shí)，通過(guò)仿真結(jié)果顯示，當(dāng)Pg和Pn的到時(shí)隨機(jī)誤差分別增加0.5s和1s時(shí)，震源深度的誤差幅度可達(dá)±2km;當(dāng)分別增加1s和2s時(shí)，則深度誤差幅度可達(dá)±3km。

(5)PTD方法是用不同臺(tái)站間的初至到時(shí)作變換后的到時(shí)差計(jì)算震源深度的。因此，每個(gè)地震至少要分別記錄到2個(gè)以上Pn和Pg震相，換言之，至少有4組以上數(shù)據(jù)才能進(jìn)行有效計(jì)算和評(píng)價(jià)。當(dāng)只有Pg或Pn一種震相時(shí)則不滿足計(jì)算條件，震源深度的計(jì)算將無(wú)結(jié)果。

致謝：感謝中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司、中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心、新疆維吾爾自治區(qū)地震局、江蘇省地震局、天津市地震局、上海市地震局和地震震源深度研究推進(jìn)小組全體成員對(duì)震源深度研究工作的大力支持和幫助。