李 鳳雷建設(shè)劉 靜董 博紀春玲陳俊霖

1）中國安徽235000淮北地震臺

2）中國安徽235000淮北市地震局

冀北地區(qū)震相到時數(shù)據(jù)提取

李 鳳1）雷建設(shè)2）劉 靜1）董 博1）紀春玲1）陳俊霖1）

1）中國安徽235000淮北地震臺

2）中國安徽235000淮北市地震局

中國地震臺網(wǎng)中心提供的區(qū)域震相到時多用于地震定位，到時數(shù)據(jù)有限。為提取更多可用到時數(shù)據(jù)，選取2001年10月—2002年12月首都圈107個數(shù)字化地震臺記錄的3 018個區(qū)域地震波形資料，采用中國地震局提供的波形處理軟件ISDP，拾取22 547個Pg波和22 547個Sg波到時數(shù)據(jù)，為獲得研究區(qū)高分辨地震成像結(jié)果和精度定位提供基礎(chǔ)資料。

區(qū)域震相；初至到時；到時提?。患奖?/p>

0 引言

近年來，隨著地震觀測臺網(wǎng)的發(fā)展，特別是北京測震臺網(wǎng)的快速改善，在研究區(qū)域積累了豐富的地震觀測資料。新建成的首都圈數(shù)字地震臺網(wǎng)由107個數(shù)字地震臺站組成，平均臺站間距約20km，覆蓋京、津、冀15×104km2的面積，配備48個寬帶記錄儀，59個短周期記錄儀。與傳統(tǒng)的模擬地震觀測臺網(wǎng)相比，這些數(shù)字地震記錄為利用各種數(shù)字信號處理技術(shù)，提高震相識別的精度和可靠性創(chuàng)造了有利條件，為數(shù)據(jù)集中處理而提高時間服務(wù)精度均具有重要價值。高精度、高分辨率的地震層析成像結(jié)果和精度定位，有利于地震研究和發(fā)展。而中國地震臺網(wǎng)中心提供的區(qū)域震相到時資料有限，可用于地震初定位，對于精細研究多顯不足。為此，利用首都圈數(shù)字地震臺網(wǎng)記錄的區(qū)域震相，提取更多Pg波和Sg波到時數(shù)據(jù)，為獲得冀北地區(qū)地震精度定位結(jié)果和波速精細結(jié)構(gòu)提供基礎(chǔ)資料，從而為防震減災(zāi)事業(yè)做貢獻。

1 地質(zhì)構(gòu)造背景

中國是一個地震多發(fā)國家。冀北地區(qū)范圍內(nèi)（38.5°—41°N，114°—120°E）位于華北地塊北端，是我國政治、經(jīng)濟和文化中心，也是地震災(zāi)害多發(fā)區(qū)和重點地震監(jiān)視區(qū)。該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，分布有太行山隆起、燕山隆起、華北斷陷盆地和一系列斷裂帶，北部是沿東西走向的燕山隆起構(gòu)造帶，西側(cè)為北東走向的太行山隆起構(gòu)造帶，東臨渤海，南部是華北盆地（圖1）。該地區(qū)的主要構(gòu)造方向為北東方向和北西向。其中，北西向最為著名的斷裂帶為張渤地震帶（金安蜀等，1980）。有史記載以來，該區(qū)域內(nèi)共發(fā)生過5.0級以上的地震100多次。在這些地震中，6.0級以上的地震有34次，7.0級以上的大地震有7次，如1679年三河平谷8.0級地震、1730年沙城6級地震、1966年邢臺7.2級地震和1976年唐山7.8級地震等（圖1）。因此，了解冀北地區(qū)的強震孕育機理對于強震預(yù)測和防震減災(zāi)均具有重要意義（孫若昧等，1995；李明莉，2005），而地震層析成像技術(shù)是獲取強震區(qū)地下波速結(jié)構(gòu)、探測強震機理的強有力手段之一（齊誠等，2006；Lei et al，2008；龐群英，2008）。

圖1 冀北及鄰區(qū)地質(zhì)構(gòu)造分布Fig.1 The geological structure distribution of north Hebei and adjacent regions

2 資料選取

觀測臺站包括甚寬頻帶、寬頻帶及井下短周期3種類型，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為24位數(shù)字地震記錄儀，并采用GPS授時和衛(wèi)星、DDN等數(shù)據(jù)傳輸方式。與傳統(tǒng)的模擬地震觀測臺網(wǎng)相比，數(shù)字地震記錄為利用各種數(shù)字信號處理技術(shù)，提高震相識別的精度和可靠性創(chuàng)造有利條件，對數(shù)據(jù)集中處理，提高時間服務(wù)精度均具有重要價值。地震臺站積累了大量深部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)資料（圖2）（吳榮輝等，1985；嘉世旭等，2005；龐群英，2008），做層析成像分析使用的到時數(shù)據(jù)多為地震臺網(wǎng)中心速報定位時所用（徐錫偉等，2002）。

選取冀北地區(qū)2001年10月—2002年12月由107個數(shù)字化地震臺記錄的3 018個地震事件（圖2），進行地震波震相到時數(shù)據(jù)提取。所選地震事件多處于張渤地震帶或以北地區(qū)，見圖2。

圖2 2001年10月—2002年12月冀北區(qū)地震分布Fig.2 Earthquake distribution of north Hebei between October 2001 and December 2002

3 資料處理

3.1 到時提取

使用中國地震局提供的波形處理軟件ISDP，對所選地震事件波形資料進行處理，提取震相到時數(shù)據(jù)，共獲得22 547條Pg波和22 547條Sg波到時數(shù)據(jù)。近震波形到時提取界面見圖3。圖3中，每個地震臺記錄到3條地震波形，由上到下分別為垂直向P波、東西向S波及南北向S波，曲線上數(shù)值即為提取的到時數(shù)據(jù)。

因經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境的改變，地震臺不可避免地受到干擾。圖4給出首都圈數(shù)字地震臺網(wǎng)部分地震臺噪音水平對比曲線，可見不同臺站的噪音水平有較大差異。在干擾或噪音小的情況下，可清晰準確地讀取相應(yīng)臺站到時，同時剔除受噪聲影響較大的數(shù)據(jù)（趙仲和，1983）。

圖3 近震波形到時數(shù)據(jù)提取Fig.3 The data extraction interface of near earthquake waveform

圖4 不同臺站背景噪音對比Fig.4 Comparison with different background noise of stations

3.2 數(shù)據(jù)分析

采用中國地震局提供的利用波形處理軟件ISDP進行地震定位時發(fā)現(xiàn)，臺站數(shù)量多獲得的定位結(jié)果不一定更精確（宋占隆等，1997），而地震臺數(shù)適當、震中距小的臺站數(shù)據(jù)定位結(jié)果較好。與此相反，選擇數(shù)量適當?shù)男≌鹬芯嗯_站數(shù)據(jù)可以得到較好的定位結(jié)果。造成此結(jié)果的可能原因有：①軟件自身局限性；②地殼強不均勻性。我們認為，地震定位受軟件影響可能性較大，因為地震定位要求臺站資料盡可能多，且方位覆蓋盡可能好。

以北京市地震局臺網(wǎng)中心提供的2002年1月—12月地震數(shù)據(jù)獲取721個地震事件6 587條P波到時數(shù)據(jù)為例，采用本研究方法，獲取相同時段2 858個地震事件20 913條P波到時數(shù)據(jù)。由此可見，本研究獲得的事件數(shù)為原數(shù)據(jù)近4倍，到時數(shù)據(jù)近3.2倍，數(shù)據(jù)量明顯增多。因此，利用獲取的大量高質(zhì)量到時數(shù)據(jù)，采用當前流行的雙差定位法（Waldhauser and Ellsworth，2000），重新對地震進行精定位。

按照圖3所示過程，對47個地震臺進行地震定位，結(jié)果見圖5，圖中顯示相應(yīng)地震臺站名、震相、到時、震中距和殘差。圖6 給出利用圖5所示到時數(shù)據(jù)定位后獲得事件的相應(yīng)參數(shù)，如發(fā)震時刻、震中位置、震源深度、擬合殘差、參與定位震相數(shù)、參與定位臺站數(shù)、水平誤差、深度誤差、定位精度、臺站分布質(zhì)量、近臺距和空隙角等。

4 數(shù)據(jù)應(yīng)用

（1）到時數(shù)據(jù)提取可用于地震預(yù)警中地震事件判別和地震定位，是實現(xiàn)基于地震臺網(wǎng)地震預(yù)警的首要條件，因此地震臺網(wǎng)到時數(shù)據(jù)的精確提取將起到重要作用（于湘?zhèn)サ龋?003）。采用本研究方法提取事件數(shù)隨臺站數(shù)的變化情況見圖7。由圖7可見，多數(shù)事件有3—10個臺站記錄，有3個臺站記錄的事件有近600個。事件最多的臺站記錄數(shù)為49個，沒有一個事件被所有107個臺站全部記錄。為進一步看清有20個以上臺站記錄的事件數(shù)分布，對圖7（a）進行放大，見圖7（b），可以看到，有30個以上臺站記錄的事件數(shù)在2—5之間。

圖5 地震定位示意Fig.5 The location of earthquake

圖6 地震定位結(jié)果參數(shù)Fig.6 The results of location of earthquake

圖7 不同臺站記錄的事件數(shù)Fig.7 The number of event records from different stations

（2）到時數(shù)據(jù)提取可靠性基于地震事件判別，實際地震記錄往往記錄到非天然地震干擾信號，具體可分為環(huán)境干擾和儀器干擾，會降低初值震相數(shù)據(jù)的精確度，圖8為研究區(qū)內(nèi)所選到時數(shù)據(jù)的時距曲線，可見P波、S波到時數(shù)據(jù)隨震中距變化而具有較好的線性關(guān)系，也有一些明顯偏離時距曲線的數(shù)據(jù)，可能由于震相誤判所致。由圖8分析可知：①記錄的P波、S波到時數(shù)據(jù)，最大震中距為600km，數(shù)據(jù)多集中在350km之內(nèi)；②時距曲線有一定寬度，表明相同震中距條件下，震源越深，走時越?。徽鹪丛綔\，走時越大。

圖8 地震波到時數(shù)據(jù)的時距曲線Fig.8 The time-distance curve of arrival time data of seismic wave

5 結(jié)束語

利用中國地震局提供的波形處理軟件，提取Pg波和Sg波到時數(shù)據(jù)，大量高質(zhì)量震相到時數(shù)據(jù)，可為地震精確定位，研究震相特征，確定震源深度，噪聲影響因素，構(gòu)建高分辨率的地殼速度模型等提供重要資料，也可為其他方法進行地震定位結(jié)果的檢驗依據(jù)做參考。根據(jù)到時數(shù)據(jù)提取對豐富地震資料的需要，轉(zhuǎn)換波信息讀取將是今后進一步研究方向。隨著更大規(guī)模的數(shù)字地震記錄提取，并盡可能快速、準確地自動拾取有用地震信息，將是今后研究課題。因此，更多、更詳細的波形到時數(shù)據(jù)，可以為今后對地震精確定位和獲得高分辨率的地殼速度模型提供基礎(chǔ)資料，從而為防震減災(zāi)工作服務(wù)。

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A synthetically practice of picking of the arrival times in the north of Hebei Province

Li Feng1），Lei Jianshe2），Liu Jing1），Dong Bo1），Ji Chunling1）and Chen Junlin1）
1） Earthquake Administration of Hebei Province，Shijiazhuang 050021，China
2） The Institute of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration，Beijing 100085，China

The arrival time data of regional seismic phases offered by Earthquake Network Center of Earthquake Administration of Beijing Municipality are often used to locate earthquakes effciently.However，the center only can offer a limited number of arrival time data for users.We picked arrival time data available as many as possible from seismic wave-forms of 3 018 events recorded by the 107 seismic stations from October 2001 to December 2002，and fnally we extracted 22 547 Pg and 22 547 Sg wave arrivals by using the software ISDP provided by China Earthquake Administration.This work is of great signifcance for offering fundamental data to gain a high-resolution seismic image under the region and to locate earthquakes accurately.

regional phases，frst arrival times，arrival time data，the north of Hebei Province

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.007

李鳳（1986—），女，學(xué)士，助理工程師，從事地磁觀測研究工作。E-mail：kindlifeng@126.com

河北省地震局星火計劃青年基金項目

本文收到日期：2015-6-18