李濤 付虹峰 姜金鐘 徐興倩

摘要：基于云南地震臺(tái)網(wǎng)和“喜瑪拉雅計(jì)劃”臺(tái)陣探測(cè)項(xiàng)目流動(dòng)臺(tái)陣所記錄到的波形資料，分3種情況對(duì)2013年云南洱源MS5.5地震進(jìn)行重新定位：第一種僅利用云南地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，第二種僅利用流動(dòng)臺(tái)陣數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，第三種是綜合云南地震臺(tái)網(wǎng)和流動(dòng)臺(tái)陣數(shù)據(jù)，并結(jié)合波形互相關(guān)雙差定位法進(jìn)行定位。研究結(jié)果顯示：在水平方向上，這3種情況得到的地震震中優(yōu)勢(shì)分布方向大致相同，與喬后一維西斷裂NNW走向一致，但后2種情況所得到震中分布更集中，呈現(xiàn)的條帶狀更明顯；在深度分布方面，后2種情況得到的震源深度比僅用云南地震臺(tái)網(wǎng)資料進(jìn)行雙差定位得到的深度淺，且更加集中；在殘差方面，結(jié)合波形互相關(guān)的雙差定位法得到的震源位置估算誤差在EW向、NS向、UD向最小。這表明臺(tái)站密度更大，布局更合理，得到的定位結(jié)果誤差明顯降低，無(wú)論在水平方向還是深度方向分布都更為集中。

關(guān)鍵詞：雙差定位；波形互相關(guān)；云南地震臺(tái)網(wǎng)；流動(dòng)臺(tái)陣；洱源地震序列

中圖分類(lèi)號(hào)：P315.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2018）01-0055-090引言

高精度的地震定位可以更好地揭示地震序列的空間分布特征，探討地震與斷裂構(gòu)造之間的關(guān)系和地震成因。Waldhauser和Ellsworth（2000）提出了一種定位精度相對(duì)較高的相對(duì)定位方法——雙差地震定位法，該方法對(duì)一定空間范圍內(nèi)的地震進(jìn)行組對(duì)，再使用地震對(duì)的走時(shí)差進(jìn)行定位，這在很大程度上消除了介質(zhì)橫向不均勻造成的路徑效應(yīng)，從而獲得較高精度的相對(duì)空間位置分布，因此已得到廣泛應(yīng)用（Waldhauser et al，2001，2002，2004；楊智嫻等，2003，2004a，b；李志海等，2004；Oka-da et al，2005；王小平等，2005；黃媛等，2006；馮建剛，2008；朱艾斕等，2008；陳翰林等，2009；劉文邦等，2011；房立華等，2011）。

2013年3月3日13時(shí)41分15秒，云南省大理州洱源縣發(fā)生了MS5.5地震，之后于4月17日再次發(fā)生MS5.0地震。對(duì)于此次地震，云南地震臺(tái)網(wǎng)記錄到大量觀測(cè)數(shù)據(jù)，為深入研究該區(qū)域的構(gòu)造環(huán)境提供了重要條件。此外，由中國(guó)地震局地球物理研究所承擔(dān)的“喜馬拉雅計(jì)劃”臺(tái)陣探測(cè)一期項(xiàng)目在云南省地區(qū)布設(shè)的流動(dòng)臺(tái)站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)流動(dòng)臺(tái)陣）也記錄到了此次地震序列。本文基于2套臺(tái)網(wǎng)記錄的地震波形資料，首先對(duì)2013年洱源地震序列分別進(jìn)行雙差定位，在此基礎(chǔ)上，綜合云南地震臺(tái)網(wǎng)和流動(dòng)臺(tái)陣的資料，并結(jié)合波形互相關(guān)進(jìn)行重新定位，討論3種情況下定位結(jié)果之間的差異。

1 地震序列概況

2013年3月3日。時(shí)52分16秒，云南省大理州洱源縣（26.16°N，99.97°E）發(fā)生了ML3.6地震，隨后形成序列活動(dòng)，并于同日13時(shí)41分15秒以及4月17日9時(shí)45分56秒分別發(fā)生MS5.5和MS5.0地震。該地震序列共造成了云南洱源、云龍、漾濞等地60000余人受災(zāi)，20多人受傷，2500多間房屋不同程度的受損。

截至2013年5月31日，云南地震臺(tái)網(wǎng)共記錄到該序列地震共1300多次（包括單臺(tái)276次），其中ML0.0～0.9地震837次，ML1.0～1.9地震423次，ML2.0～2.9地震78次，ML3.0～3.9地震16次，ML4.0～4.9地震1次，M，，5.0～5.9地震2次（圖1）。

2 資料與速度模型選取

2.1 資料選取

由于受臺(tái)陣觀測(cè)資料的限制，本文僅選取了2013年3月3日至4月30日發(fā)生的298次ML≥1.0交切地震進(jìn)行重新定位，其中，ML1.0～ML1.9地震227次，ML2.0～ML2.9地震58次，ML3.0～ML3.9地震10次，ML4.0～ML4.9地震1次，ML5.0～ML5.9地震2次。重新定位所用臺(tái)站的震中距均在300km以?xún)?nèi)（圖2），其中，云南地震臺(tái)網(wǎng)固定臺(tái)站32個(gè)，震中距最小的是EYA臺(tái)，約為30km，流動(dòng)臺(tái)陣100個(gè)，震中距最小的是雙漳臺(tái)，約為15km。

雙差定位時(shí)，需給定P波和S波的權(quán)重值。P波震相為初至波，讀數(shù)精度較高，而S波震相不易識(shí)別，加之人為因素的影響，使得其到時(shí)的讀取精度比P波震相要低，所以在實(shí)際操作過(guò)程中對(duì)P波和S波賦予不同的權(quán)重值。本文選取的震相均為300km以?xún)?nèi)的近震震相，數(shù)據(jù)相對(duì)可靠，因此設(shè)定P波和S波的權(quán)重值分別為1.0和0.8。在挑選地震時(shí)，保證每個(gè)地震至少有4個(gè)震相記錄，地震對(duì)之間的最大距離為10km，地震對(duì)使用的最大震相對(duì)的數(shù)目為20，事件對(duì)與臺(tái)站間的最大距離參數(shù)（MAXDIST）為200km。

2.2 速度模型

黃媛等（2006）認(rèn)為雙差定位雖然可以在一定程度上消除路徑效應(yīng)，但仍需要可靠的速度結(jié)構(gòu)作為參數(shù)。本研究所采用的分層速度模型參考了胡鴻翔等（1986）的爆破地震研究結(jié)果。該模型共分為5層，各層速度如表1所示，波速比VP/VS的值根據(jù)李永華等（2009）利用洱源臺(tái)接收函數(shù)H-k方法得到的結(jié)果，設(shè)為1.75。

3 洱源序列定位結(jié)果

3.1 云南地震臺(tái)網(wǎng)雙差定位結(jié)果

計(jì)算時(shí)采用共軛梯度法求解方程，并進(jìn)行2輪迭代，第一輪的8次迭代由地震的初始位置和先驗(yàn)權(quán)重開(kāi)始，第二輪的7次迭代采用標(biāo)準(zhǔn)差的5倍作為截?cái)嘀担ㄟ^(guò)反復(fù)迭代，舍去殘差大于截?cái)嘀档恼鹣鄶?shù)據(jù)，并用上一次迭代的結(jié)果更新震源位置、殘差和偏導(dǎo)數(shù)矩陣，每次迭代得到的殘差作為下一次迭代的加權(quán)函數(shù)，直到得到穩(wěn)定的解。

基于以上計(jì)算，使用雙差定位法對(duì)298次地震進(jìn)行精確定位后，得到了263次事件的定位結(jié)果，為原始選取地震的88%。圖3為重新定位前后的地震震中分布圖，從圖中可以看到，該地震序列發(fā)生于維西一喬后斷裂的左側(cè)，余震的分布整體沿NNW向展布，與維西一喬后斷裂的走向一致。重新定位后，外圍地震向內(nèi)收斂，震中分布更加集中，優(yōu)勢(shì)分布更為明顯。

為分析地震深度分布情況，將地震震源深度沿緯度和經(jīng)度方向進(jìn)行投影，所得結(jié)果見(jiàn)圖4。其中圖4a、b為云南地震臺(tái)網(wǎng)原始定位震源深度分布，圖4c、d為雙差定位后的震源深度分布。通過(guò)對(duì)比可以看出，雙差定位后地震震源深度明顯收斂。為了更加清楚，做了重新定位前后的地震震源深度分布直方圖（圖5）。從圖5a中可以看出，重新定位前，震源深度分布較為零散，分布在2～14km的范圍內(nèi)，以5～12km最多，而雙差定位后，深度集中分布在6～10km范圍內(nèi)，形成明顯的優(yōu)勢(shì)分布層（圖5b）。這與趙小艷和付虹（2014）的研究結(jié)果相同。

重新定位后，走時(shí)殘差均方根由原來(lái)的0.21s降為0.05s，震源位置的平均估算誤差（2倍標(biāo)準(zhǔn)差）在IEW向?yàn)?.262km，NS向?yàn)?.294km，UD向?yàn)?.375kmo圖6為EW向、NS向、UD向誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果，90%以上地震誤差在100～400m。

3.2 流動(dòng)臺(tái)陣雙差定位結(jié)果

三維速度模型下的雙差定位方法數(shù)值實(shí)驗(yàn)顯示，臺(tái)網(wǎng)布局、震相識(shí)別誤差以及所使用的一維速度模型等因素均對(duì)雙差定位結(jié)果有一定的影響；另外，雙差定位方法所使用的初始地震目錄對(duì)最終定位結(jié)果也有很大的影響（閆俊崗等，2013），因此用密集臺(tái)站得到的觀測(cè)報(bào)告所給出的精定位結(jié)果應(yīng)該比云南地震臺(tái)網(wǎng)給出的結(jié)果可信度要高。“喜馬拉雅計(jì)劃”臺(tái)陣探測(cè)項(xiàng)目在云南省地區(qū)布設(shè)的密集流動(dòng)臺(tái)站，為2013年3月洱源地震序列的精確定位提供了重要條件，也為深入研究該區(qū)域地震地質(zhì)環(huán)境提供了可能。由于數(shù)據(jù)量大，為了方便與臺(tái)網(wǎng)定位結(jié)果進(jìn)行比較，所使用地震事件與臺(tái)網(wǎng)精確定位所用事件相同。

計(jì)算時(shí)采用共軛梯度法求解方程，進(jìn)行2輪迭代，每輪進(jìn)行8次，直到得到穩(wěn)定的解。通過(guò)計(jì)算最終得到了280次事件的定位結(jié)果，為原始選取地震的93.3%。圖7為重新定位前后的地震震中分布圖，對(duì)比云南地震臺(tái)網(wǎng)定位結(jié)果（圖3）可以看出，兩者得到的震中分布格局大致相同，這說(shuō)明云南地震臺(tái)網(wǎng)初始定位結(jié)果是較為可靠的。

將地震震源深度沿緯度和經(jīng)度方向進(jìn)行投影，得到結(jié)果見(jiàn)圖8。作重新定位前后的地震震源深度分布直方圖（圖9），從圖8、9中可以看出，重新定位前，震源深度分散在4～18km，主要分布在5～11km，雙差定位后，深度明顯收斂，主要分布在5～8km，其中以6～8km最具優(yōu)勢(shì)。

重新定位后，走時(shí)殘差均方根由0.197。降為0.05s，震源位置的平均估算誤差（2倍標(biāo)準(zhǔn)差）在EW向?yàn)?.226km，NS向?yàn)?.236km，UD向?yàn)?.24km。圖10為EW向、NS向、UD向誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出90%以上地震誤差分布在150～300m。

3.3 結(jié)合波形互相關(guān)的雙差定位結(jié)果

鑒于人工拾取到時(shí)震相較多依賴(lài)于工作人員的經(jīng)驗(yàn)，難免會(huì)出現(xiàn)偏差甚至誤標(biāo)的情況，通過(guò)波形互相關(guān)技術(shù)對(duì)P波震相到時(shí)進(jìn)行校正，可以獲取更加準(zhǔn)確的到時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)而很大程度上解決傳統(tǒng)方法中速度結(jié)構(gòu)不夠準(zhǔn)確造成地震定位的矢量分散問(wèn)題，使定位精度高達(dá)幾十米甚至幾米，因此在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的運(yùn)用。如在對(duì)北加州Hayward斷層區(qū)域的地震定位（Waldhauser，Ellsworth，2000），對(duì)2偽8年汶川地震（黃媛，2006）等研究中，波形互相關(guān)方法都顯示出其可行性和優(yōu)越性。本文綜合了前文中所使用的云南地震臺(tái)網(wǎng)和流動(dòng)臺(tái)陣的波形數(shù)據(jù)，并利用結(jié)合波形互相關(guān)的雙差定位法對(duì)序列進(jìn)行重新定位，得到了270次事件的定位結(jié)果，為原始選取地震的90.6%（圖11）。重新定位后的序列NNW向優(yōu)勢(shì)分布明顯，與維西一喬后斷裂走向一致，分布特征與使用流動(dòng)臺(tái)陣數(shù)據(jù)得到的結(jié)果（圖7b）基本相同。

將地震震源深度沿緯度和經(jīng)度方向進(jìn)行投影，得到震源深度分布結(jié)果如圖12所示，另作震源深度分布直方圖（圖13）。從圖13中可以看出重新定位后，地震震源深度主要分布在6～10km，其中又以7～9km最為明顯。

重新定位后，走時(shí)殘差均方根由原來(lái)的0.185。降為0.043”震源位置的平均估算誤差（2倍標(biāo)準(zhǔn)差）在EW向?yàn)?，118km，NS向?yàn)?.141km，UD向?yàn)?.214km。圖10為EW向，NS向，UD向誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出EW向，NS向誤差85%以上集中在50～150m，UD向誤差主要集中在100～300m。

4 結(jié)論和討論

基于云南地震臺(tái)網(wǎng)和流動(dòng)臺(tái)陣的資料，分3種情況對(duì)2013年洱源MS5.5地震序列進(jìn)行了雙差定位，結(jié)果顯示：

（1）重定位前后，在水平方向上地震均分布在維西一喬后斷裂的左側(cè)，且優(yōu)勢(shì)分布方向與維西一喬后斷裂的走向一致，為NNW向。但用流動(dòng)臺(tái)陣資料進(jìn)行雙差定位并綜合云南地震臺(tái)網(wǎng)和流動(dòng)臺(tái)陣資料，結(jié)合波形互相關(guān)方法得到的震中分布相比僅用云南地震臺(tái)網(wǎng)得到的震中分布更為集中，優(yōu)勢(shì)分布方向更明顯。

（2）對(duì)于相同的地震目錄，用云南地震臺(tái)網(wǎng)資料進(jìn)行雙差定位得到的定位事件是263個(gè)，為原始選取地震的88%；用流動(dòng)臺(tái)陣資料得到的定位事件是280次，為原始選取地震的93.3%；綜合云南地震臺(tái)網(wǎng)和流動(dòng)臺(tái)陣資料，并結(jié)合波形互相關(guān)雙差定位法得到的定位事件是270次，為原始選取地震的90.6%。

（3）震源深度投影顯示，云南地震臺(tái)網(wǎng)定位震源深度主要分布在6～10km，流動(dòng)臺(tái)陣定位結(jié)果85%以上集中在6～8km，結(jié)合波形互相關(guān)的雙差定位法得到的震源深度主要是7～9km，后兩者的震源深度相對(duì)前者較淺，且更加集中。這說(shuō)明近臺(tái)記錄參與聯(lián)合反演更有利于震源深度的確定。

（4）用云南地震臺(tái)網(wǎng)資料進(jìn)行雙差定位，走時(shí)殘差均方根由原來(lái)的0.21s降為0.05s，震源位置平均估算誤差在EW向、NS向、UD向分別為0.262km、0.294km、0.375km，90%以上分布在100～400m；用臺(tái)陣資料進(jìn)行雙差定位，走時(shí)殘差均方根由原來(lái)的0.197s降為0.05s，震源位置平均估算誤差在EW向、NS向、UD向分別為0.226km、0.236km、0.24km，90%以上分布在150～300m；結(jié)合波形互相關(guān)雙差定位法進(jìn)行定位，走時(shí)殘差均方根由原來(lái)的0.185s降為0.043s，震源位置平均估算誤差在EW向、NS向、UD向分別為0.118km、0.141km、0.214km，85%以上集中在50～150m，UD向主要集中在100～300m。第3種情況的定位誤差相比前兩種情況明顯降低，說(shuō)明定位效果最好。

綜合以上分析認(rèn)為：近臺(tái)記錄的增加，密集的臺(tái)站分布，并結(jié)合波形互相關(guān)技術(shù)進(jìn)行雙差定位，得到的地震震中分布更為集中，優(yōu)勢(shì)方向更為明顯，且測(cè)定誤差無(wú)論在水平方向還是垂直方向都顯著降低，這為提高該區(qū)震情的判斷及掌握斷層活動(dòng)情況提供了基礎(chǔ)。

感謝中國(guó)地震局地球物理研究所“中國(guó)地震科學(xué)探測(cè)臺(tái)陣數(shù)據(jù)中心”為本研究提供地震波形數(shù)據(jù)。

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