陳浩，曾文敬，肖孟仁，項(xiàng)月文，李傳江

(江西省地震局，江西南昌　330000)

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贛南地區(qū)地震震源深度計(jì)算方法初探

陳浩1，曾文敬，肖孟仁，項(xiàng)月文，李傳江

(江西省地震局，江西南昌330000)

摘要：利用PTD方法，即根據(jù)不同震中距上的初至震相，將初至Pn到時(shí)做相應(yīng)變換后減去初至Pg，采用二層均勻速度模型，對(duì)贛南地區(qū)2008年以來(lái)記錄的地震進(jìn)行震源深度計(jì)算。該方法利用了初至震相Pn、Pg易于判讀的優(yōu)點(diǎn)，計(jì)算誤差基本控制在3 km內(nèi)，這表明，PTD方法在計(jì)算贛南地區(qū)淺源地震的震源深度是可行的。

關(guān)鍵詞：震源深度；PTD方法；Pn波；Pg波；二層均勻速度模型

0引言

震源深度是描述震源的最基本參數(shù)之一，它給出了地震發(fā)生在地球內(nèi)部的具體位置 。目前，震源深度的精度仍是個(gè)棘手的問(wèn)題，在地震目錄中，它幾乎已經(jīng)成為最不準(zhǔn)確的參數(shù)之一。因?yàn)榈卣鸲ㄎ皇苷鹣嘧R(shí)別的觀測(cè)誤差和地殼模型與真實(shí)地球波形誤差的雙重影響。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生在臺(tái)站附近時(shí)，可以利用直達(dá)波輔助確定震源深度；而當(dāng)震中距大于50 km時(shí)，這種輔助確定震源深度的方法具有很大的不穩(wěn)定性。一些學(xué)者使用深度震相(面反射震相pP和sP)來(lái)減小地震波速的不確定性引起對(duì)震源深度的計(jì)算誤差，以提高測(cè)定震源深度的精度[1]，但深度震相的識(shí)別較為困難，并且在300 km內(nèi)這種震相的識(shí)別也存在諸多問(wèn)題。

本文采用PTD方法對(duì)贛南地區(qū)2008年以來(lái)記錄的地震進(jìn)行震源深度計(jì)算。PTD方法是利用不同震中距上的初至震相，將初至Pn到時(shí)作相應(yīng)變換后減去初至Pg到時(shí)來(lái)測(cè)定震源深度，從而克服直達(dá)波輔助確定震源深度的缺陷[2]。

1研究區(qū)域概況和資料選取

贛南是江西省地震多發(fā)區(qū)，歷史上曾發(fā)生4.8級(jí)以上破壞性地震19次。贛南區(qū)域構(gòu)造體系十分復(fù)雜，在構(gòu)造上位于南嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶東段北側(cè)，與武夷 、戴云新華夏系隆起褶帶西緣交結(jié)復(fù)合的地區(qū)，主要可劃分為緯向、贛南山字系、新華夏系、華夏系 、南北向、北西向及旋扭構(gòu)造等7種構(gòu)造體系或構(gòu)造帶 。分別呈現(xiàn)“多”字型、“山”字型、環(huán)狀 、帶狀 、渦輪狀和反“S”狀等 6種扭動(dòng)構(gòu)造式 (圖1),是值得注意的重要發(fā)震構(gòu)造[3]。本文選取了2008年以來(lái)贛南地區(qū)ML2.0級(jí)以上地震共計(jì)19個(gè)，作為深度計(jì)算對(duì)象，且該系列地震均為淺源地震。

2震源深度計(jì)算原理

假設(shè)有一個(gè)二層均勻速度模型，如圖2所示。

圖1　贛南構(gòu)造體系及中強(qiáng)地震震中分布簡(jiǎn)圖

圖2　二層均勻速度模型

對(duì)于各層直達(dá)波Pg到時(shí)：

當(dāng)0

(1)

當(dāng)H1

(2)

對(duì)于各層首波Pn到時(shí)：

當(dāng)0

(3)

當(dāng)H1

(4)

對(duì)于二層均勻速度模型，其震源在地表時(shí)的Pn波的臨界反射到地表d點(diǎn)的震中距：

Δd=2(H1tgI1+H2tgI2)

(5)

其中I滿足：

(6)

對(duì)于震中距小于Δd的臺(tái)站，根據(jù)公式(1)、(2)計(jì)算其直達(dá)Pg的走時(shí)TPg，然后根據(jù)公式計(jì)算在相應(yīng)震源深度條件下，Pn波傳播到臨界d點(diǎn)的走時(shí)TPn，用TPn減去TPg就能得到該震中距和震源深度條件下的走時(shí)差[6]：

(7)

對(duì)于震中距大于Δd的臺(tái)站，則有：

(8)

3震源深度實(shí)例計(jì)算

以2012年4月28日00時(shí)41分江西尋烏ML3.7級(jí)地震為例，震源深度8 km(來(lái)源于“國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心”)，共篩選35個(gè)臺(tái)站的初至P波到時(shí)。

表1　　　　　　　臺(tái)網(wǎng)速度結(jié)構(gòu)

該表中所提供速度參數(shù)是各臺(tái)網(wǎng)速度結(jié)構(gòu)根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)下發(fā)《關(guān)于調(diào)查地震定位相關(guān)基礎(chǔ)資料的通知》，各臺(tái)網(wǎng)報(bào)上來(lái)的速度結(jié)構(gòu)。目前給出的速度結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)大范圍的平均結(jié)果，故在實(shí)際計(jì)算震源深度時(shí)，對(duì)于不同地區(qū)、不同方向的資料均會(huì)帶來(lái)誤差。所以對(duì)比較少的資料，需要根據(jù)臺(tái)站遠(yuǎn)近及其資料好壞進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性取舍，才可求得較好結(jié)果。

該計(jì)算方法已通過(guò)Matlab程序(地震深度定位程序)集中實(shí)現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算得到江西尋烏ML3.7級(jí)地震的震源深度為10 km，與國(guó)家臺(tái)網(wǎng)的結(jié)果偏差2 km，計(jì)算結(jié)果可信。據(jù)此方法分別對(duì)贛南地區(qū)其他地震，進(jìn)行震源深度計(jì)算，同國(guó)家地震臺(tái)網(wǎng)給定的震源深度結(jié)果比較，如表2所示。

表2　　　　　　　震源深度計(jì)算結(jié)果對(duì)比

從表2 中可以看出，對(duì)于贛南地區(qū)的一系列淺震，通過(guò)PTD方法計(jì)算的震源深度誤差基本控制在3 km以內(nèi)，個(gè)別地震由于參與計(jì)算的P波震相數(shù)據(jù)較少，造成偏差較大，達(dá)到4 km。

4結(jié)論

本文利用不同震中距上的初至震相Pn、Pg波，將初至Pn到時(shí)做相應(yīng)變換后減去初至Pg，并采用二層均勻速度模型來(lái)計(jì)算震源深度。該方法利用了初至震相Pn和Pg易于提取識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)，又利用了折射波的路徑，能較為有效地測(cè)定地震震源深度。通過(guò)研究表明，該震源深度計(jì)算方法在贛南一系列淺源地震中是可行的，對(duì)于構(gòu)建贛南地區(qū)的速度結(jié)構(gòu)模型有一定的應(yīng)用價(jià)值。其計(jì)算精度受Pn、Pg讀取精度、地殼速度結(jié)構(gòu)模型影響，同時(shí)在轉(zhuǎn)換Pn時(shí)，盡量使用震中距較近的初至Pn，將有助于提高精度。

雖然現(xiàn)今測(cè)定震源深度的方法較多，但各種方法都要涉及走時(shí)、波速和地殼模型，所以，開展地震活動(dòng)地區(qū)結(jié)構(gòu)的精細(xì)研究是提高震源深度計(jì)算精度的先決條件之一。但最重要的是要有密集區(qū)域臺(tái)網(wǎng)包圍震中，至少要有一個(gè)震中距小于震源深度的臺(tái)站，這樣可以大大提高震源深度的測(cè)定精度。

參考文獻(xiàn)：

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DISCUSSION ON FOCAL DEPTH CALCULATION FOR EARTHQUAKES IN THE SOUTH OF JIANGXI PROVINCE

CHEN Hao,ZENG Wenjing,XIAO Mengren,XIANG Yuewen,LI Chuanjiang

(Earthquake Administration Of Jiangxi Province,Nanchang 330000,China)

Abstract:The PTD method is used to calculate focal depth for earthquakes in the south of Jiangxi province since 2008,which used two layer velocity models to make a corresponding transformation to phase Pn of different epicentral distances.This method takes advantage of easy recognition of phase Pn and Pg,which controlled calculation error within 3 km.The results show that using PTD method to calculate focal depth for earthquakes in the south of Jiangxi province is feasible.

Key words:Focal depth;PTD method;Phase Pn;Phase Pg;Two layer velocity models

收稿日期：2015-10-20

作者簡(jiǎn)介：陳浩(1987—)，男，安徽合肥人，助理工程師，碩士學(xué)位，主要從事地震活動(dòng)性研究。

中圖分類號(hào)：P315.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-586X(2016)02-0030-04