利用雙差定位方法研究地震震源深度

尹戰(zhàn)軍，張 帆，郝美仙，王 鑫，安 全，翟 浩

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

地震定位是地震學(xué)中最經(jīng)典、最基本的問(wèn)題之一[1]。震源深度是描述震源的最基本參數(shù)之一，給出地震發(fā)生在地球內(nèi)部的具體位置，對(duì)了解地震孕育、發(fā)生和發(fā)展，以及地震能量集結(jié)、釋放的活動(dòng)構(gòu)造背景都有重要的意義[2]。常用的定位方法有絕對(duì)定位法和相對(duì)定位法(雙差定位法等)，雙差定位方法作為相對(duì)定位方法中精度較高的一種近年來(lái)被廣泛應(yīng)用。

1 定位方法簡(jiǎn)介

Waldhauser等提出一種比絕對(duì)定位方法精度高的相對(duì)定位方法—— 雙差地震定位法，并對(duì)1984—1998年間發(fā)生在美國(guó)加州北海沃德斷層上的地震進(jìn)行重新定位[3]。雙差定位方法的基本原理是，如果兩個(gè)地震震源之間的距離小于地震事件到臺(tái)站的距離，則認(rèn)為震源區(qū)和這個(gè)臺(tái)站之間的整個(gè)射線路徑是幾乎相同的，通過(guò)地震事件兩兩組對(duì)的方法在一定程度上消除地殼速度結(jié)構(gòu)橫向不均勻性帶來(lái)的定位影響。雙差定位法不僅使用地震觀測(cè)報(bào)告得到的走時(shí)差，還使用由波形互相關(guān)技術(shù)得到的兩兩地震間的P波和S波走時(shí)差，通過(guò)調(diào)節(jié)地震對(duì)的兩個(gè)震源位置的矢量差，使剩余殘差( 或雙差) 最小[4]。雙差定位法不需要設(shè)主事件，所有地震事件是相對(duì)于地震叢集的質(zhì)心位置來(lái)定位[5]。雙差定位法利用信號(hào)的走時(shí)差反演震源位置，能夠有效地消除震源至臺(tái)站共同傳播路徑效應(yīng)，受速度模型的影響小[6]。雙差定位法適應(yīng)于比主事件法空間跨度大的地震事件[7]。

2 資料選取

研究選取范圍為東經(jīng)108°～115°、北緯38°～42°，重新定位資料為2008年1月—2015年10月內(nèi)蒙古測(cè)震臺(tái)網(wǎng)記錄的地震波到時(shí)。采用雙差定位法對(duì)內(nèi)蒙古中部地區(qū)的小震進(jìn)行重新定位之前，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的小震進(jìn)行配對(duì)，即要求配對(duì)的地震事件在一定的空間范圍內(nèi)能夠搜索到至少一次地震事件。這個(gè)空間范圍主要根據(jù)研究區(qū)內(nèi)的地震密集程度和所需定位精度來(lái)確定，即通常所說(shuō)的搜索半徑。該搜索半徑對(duì)定位結(jié)果有一定的影響：若該值過(guò)小，事件簇中能夠建立聯(lián)系的事件對(duì)就減少，能夠定位的事件數(shù)也會(huì)隨之減少；反之，若該值過(guò)大，超出震源區(qū)的速度結(jié)構(gòu)異常，便會(huì)直接影響定位結(jié)果的精度。經(jīng)計(jì)算理論走時(shí)、剔除差錯(cuò)數(shù)據(jù)的篩選，最后得到每個(gè)地震至少有6個(gè)臺(tái)記錄，震級(jí)范圍在0.0～6.5級(jí)間共939條記錄(見(jiàn)第5頁(yè)圖1)。選取臺(tái)站與地震的間距小于300 km，地震對(duì)的間距小于20 km，得到符合雙差定位條件的地震共671條(見(jiàn)第5頁(yè)圖2)，重新定位后的均方根殘差降為0.176。

3 定位結(jié)果分析

利用Waldhauser等提出的雙差地震定位法，速度模型采用Crust2.0，對(duì)篩選出研究區(qū)域的準(zhǔn)確地震事件進(jìn)行重新定位。

圖2為重新定位后的671個(gè)地震事件的震中分布平面圖，可以看出，重新定位后的地震位置更為集中，尤其較密集地震條帶上的地震位置變化非常明顯，局部的斷裂走向可以被重新定位后的地震分布清楚地勾畫(huà)出來(lái)。如和林格爾斷裂帶附近出現(xiàn)重新定位后的地震表現(xiàn)更為聚集，有利于分析該區(qū)斷層的活動(dòng)情況。第5頁(yè)圖3、圖4是雙差定位法精確定位前后不同震源深度上地震頻次圖，從圖中看出，原始定位的震源深度分布層較為零散，雙差精定位后的震源深度多分布在6～10 km范圍內(nèi)，分布形態(tài)更接近于正態(tài)分布。表明內(nèi)蒙古中部地區(qū)的震源深度較淺，多位于上、中地殼內(nèi)，以6～10 km范圍內(nèi)的居多。

圖1 研究區(qū)震中分布圖Fig.1 The epicentral distribution of the study area

圖2 雙差定位法定位前后震中分布圖Fig.2 The epicentral distribution after double-difference location

4 結(jié)論與討論

(1) 雙差定位方法是一種定位精度比較高的定位方法。在震中位置、震源深度測(cè)定方面，比原定位結(jié)果有較大改進(jìn)，即使只用地震目錄提供的走時(shí)進(jìn)行定位，也能夠得到較常規(guī)方法理想的結(jié)果。

圖3 重新定位前震源深度—地震頻次圖Fig.3 Focal depth-earthquake frequency diagram before relocation

圖4 重新定位后震源深度—地震頻次圖Fig.4 Focal depth-earthquake frequency diagram after relocation

(2) 重新定位后的結(jié)果顯示，內(nèi)蒙古中部地區(qū)的孕震層主要分布在6～10 km，即上地殼。這一結(jié)果為確定這一地區(qū)地殼的發(fā)震層厚度和活動(dòng)地塊的下部邊界、闡明地震的成因和機(jī)制以及地震危險(xiǎn)性分析提供一個(gè)重要的約束條件。

(3) 震源深度是地震學(xué)中最難準(zhǔn)確測(cè)定的參數(shù)之一，各種方法對(duì)震源深度的估計(jì)都具相當(dāng)程度的不確定性[2]。該研究通過(guò)雙差定位方法得出的震源深度分布也是一種探索性的嘗試，為有關(guān)科研人員開(kāi)展其他相關(guān)工作及科學(xué)研究提供參考資料。

[1] 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.實(shí)用數(shù)字地震分析近震分析[M].北京：地震出版社，2009.

[2] 閆俊崗，王利兵，譚 青，等.初始震源深度對(duì)雙差地震定位深度的影響分析[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2013(SI):41-44.

[3] 張小濤，呂 堅(jiān)，馬廣慶，等.雙差地震定位法在邯鄲一邢臺(tái)地區(qū)地震精確定位中的初步應(yīng)用[J].地震研究，2008，31(1)：37-41.

[4] 蔡一川.初始震源深度對(duì)雙差定位結(jié)果的影響分析[J].四川地震,2015(2):2.

[5] 胡秀敏，葉秀薇，劉 錦，等.廣東兩套數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)系統(tǒng)雙差定位結(jié)果的比較[J].華南地震,2009，29(4)：103-107.

[6] 劉勁松，kin-Yip Chun, Gary A.Henderson，等.雙差定位法在地震叢集精確定位中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2007,22(1):137-141.

[7] 趙 博，高 原，石玉涯.用雙差定位結(jié)果分析華北地區(qū)的地震活動(dòng)[J].地震,2013，33(1)：12-21.