鄭培玲 付 靖 萬(wàn) 娜 高家乙 賈漯昭

1）中國(guó)鄭州 450016 河南省地震局

2）中國(guó)鄭州 450003 河南衛(wèi)生健康干部學(xué)院

0 引言

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，2019 年11 月30 日4 時(shí)28 分河南省南陽(yáng)市淅川縣（32.81°N，111.57°E）發(fā)生ML4.2 地震，震源深度7.1 km。此次地震位置與丹江口水庫(kù)蓄水以來(lái)庫(kù)區(qū)及周邊地區(qū)ML≥4.0 地震震中分布明顯不同，此次地震發(fā)生在庫(kù)區(qū)內(nèi)部，之前地震均發(fā)生在庫(kù)岸。

2013 年，丹江口水庫(kù)二期工程建成的丹江口水庫(kù)專用地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)投入運(yùn)行。結(jié)合河南省地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)已有地震臺(tái)站，周邊區(qū)域發(fā)生的地震震中位置可被準(zhǔn)確測(cè)定，但震源深度的精度受發(fā)震時(shí)刻、震中距、地殼速度結(jié)構(gòu)模型、定位方法等因素的制約，采用不同的測(cè)定方法和速度模型，甚至不同技術(shù)人員進(jìn)行分析，所得結(jié)果往往差異較大。為了更加準(zhǔn)確地測(cè)定此次地震的震源深度，使用“全國(guó)區(qū)域一維地殼速度結(jié)構(gòu)模型建設(shè)及推廣使用”項(xiàng)目產(chǎn)出的河南一維地殼速度結(jié)構(gòu)模型（朱元清等，2017）（以下簡(jiǎn)稱“2015 河南模型”）作為參考模型，分別利用PTD 方法和震源機(jī)制CAP 反演方法，重新計(jì)算此次地震的震源深度，以期對(duì)丹江口水庫(kù)后續(xù)地震的發(fā)生機(jī)理研究可提供一定參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)選取

2019 年11 月30 日4 時(shí)28 分河南淅川發(fā)生ML4.2 地震（圖1），震中距400 km 范圍內(nèi)約32 個(gè)地震臺(tái)站記錄到清晰、完整的波形。人工拾取此次地震的體波震相走時(shí)（Pg/Pn，Sg/Sn），采用“2015 河南模型”（表1），利用PTD 方法和CAP 反演方法，計(jì)算震源深度。

圖1 丹江口水庫(kù)及周邊ML ≥4.0 地震震中分布Fig.1 The distribution map of the earthquake epicenter above ML 4.0 which happened around Danjiang reservoir and vicinities

表1 2015 河南模型Table 1 2015 Henan model

2 震源深度測(cè)定

2.1 PTD 方法

2.1.1 原理。PTD 方法是震源深度測(cè)定的確定性方法（朱元清等，1990，1997a，1997b；王新嶺等，2004）的簡(jiǎn)稱，其基本原理如圖2 所示，將地殼簡(jiǎn)化為上、下地殼兩層均勻模型，其中E 為震中，O 為震源，h為震源深度，Si、Sj表示地震臺(tái)站，v1、v2表示第1、2 層波的傳播速度，H1、H2表示第1、2 層厚度，vn為波在莫霍界面的傳播速度。假設(shè)Sc是Pg和Pn 波走時(shí)相同的點(diǎn)，Si、Sj為初至震相波Pg、Pn 的記錄地震臺(tái)站，只需將Sj地震臺(tái)記錄的實(shí)際初至震相Pn 波到時(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)Pn 波的替代到時(shí)。此時(shí)，將Sj臺(tái)轉(zhuǎn)換得到的Pn 到時(shí)減去Pg 到時(shí)，并根據(jù)走時(shí)差即可求解震源深度。當(dāng)?shù)卣鹋_(tái)站震中距小于Pn波出射臨界點(diǎn)d時(shí)，將Sj地震臺(tái)記錄的實(shí)際初至震相Pn 波到時(shí)，減去AC段Pn 波理論走時(shí)，即得到虛擬地震臺(tái)d的Pn 波到時(shí)，減去震中距小于d點(diǎn)的實(shí)際地震臺(tái)Pg 波到時(shí)，并根據(jù)地震走時(shí)計(jì)算公式來(lái)求解震源深度。

圖2 PTD 方法震源深度的測(cè)定原理Fig.2 Measurement principle of the source depth by the PTD method

PTD 方法是利用不同臺(tái)站記錄波形的初至震相清晰、讀數(shù)準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，避免了同一臺(tái)站Pn 波與Pg 波模糊不清、地震波序列后繼震相不易讀準(zhǔn)的缺點(diǎn)；該方法可利用一個(gè)臺(tái)站與其他臺(tái)站的多個(gè)組合同時(shí)定出多個(gè)震源深度，并采用加權(quán)平均方法計(jì)算得到最佳震源深度。

2.1.2 測(cè)定結(jié)果。采用PTD 方法，在給定地殼的厚度范圍內(nèi)，以1.0 km 為步長(zhǎng)計(jì)算各深度，利用各臺(tái)站的Pn 或Pg 波理論到時(shí)，得到理論到時(shí)差（朱元清等，1990，1997a），與觀測(cè)到時(shí)差進(jìn)行比較，得出誤差均值（表2），取兩者最接近時(shí)即誤差小時(shí)對(duì)應(yīng)的深度為震源深度。使用初至震相到時(shí)，可得到較為準(zhǔn)確的Pn 與Pg 波到時(shí)差，記錄Pg 和Pn 波到時(shí)的臺(tái)站數(shù)據(jù)可兩兩組合，其組合相互獨(dú)立，震源深度結(jié)果滿足高斯分布，得到此次地震的震源深度為7.2 km（圖3）。

表2 PTD 方法計(jì)算淅川ML 4.2 地震震源深度對(duì)應(yīng)誤差均值Table 2 The mean error of the source depth of Xichuan ML 4.2 earthquake calculated by PTD method

圖3 PTD 方法計(jì)算淅川ML 4.2 地震震源深度Fig.3 The source depth of Xichuan ML 4.2 earthquake calculated by PTD method

2.2 CAP 反演方法

2.2.1 原理。CAP方法（Zhao et al，1994，1996）在反演過(guò)程中將近震寬頻帶三分向波形分為P波（Pnl）和面波兩部分進(jìn)行反演，對(duì)二者分別賦予不同權(quán)重，采用不同頻段濾波后參與震源深度計(jì)算。通過(guò)理論計(jì)算合成波形和真實(shí)記錄的誤差函數(shù)，利用網(wǎng)格搜索法在相關(guān)參數(shù)空間中搜索最優(yōu)解，并給出準(zhǔn)確的矩心深度。CAP方法近年來(lái)取得廣泛應(yīng)用（鄭勇等，2009；張輝等，2010；李曉峰等，2013；宋美琴等，2013；曲均浩等，2014；鄭培玲等，2017）。

2.2.2 測(cè)定結(jié)果。為減小震源深度誤差對(duì)震源機(jī)制反演結(jié)果的影響，反演過(guò)程中采用格點(diǎn)法對(duì)震源深度進(jìn)行搜索，以波形擬合誤差最小的震源深度作為最佳擬合結(jié)果。由圖4 可見(jiàn)，各個(gè)深度反演得到的震源機(jī)制解較為一致，最佳震源深度為7.4 km。

圖4 誤差隨深度的變化Fig.4 Error varies with depth

3 結(jié)論

此次研究以2015 河南模型作為地殼速度結(jié)構(gòu)參考模型，分別采用PTD 方法和震源機(jī)制CAP 反演方法，重新計(jì)算2019 年11 月30 日河南淅川ML4.2 地震的震源深度，結(jié)果顯示，由PTD 方法測(cè)定的震源深度為7.2 km，由CAP 方法反演的矩心深度為7.4 km，二者結(jié)果基本一致，與中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心統(tǒng)一編目結(jié)果（7.1 km）相差不大。此結(jié)果表明，地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)分布相對(duì)較優(yōu)情況下，采用不同定位方法測(cè)定震源深度，結(jié)果相差不大。

江蘇省地震局繆發(fā)軍提供了PTD 震源深度計(jì)算程序，在此表示感謝。