不同方法地震定位結(jié)果的對(duì)比分析
——以騰沖火山區(qū)地震為例

楊云存，王華柳，段 毅

(云南省地震局，云南 昆明 657100)

騰沖火山臺(tái)網(wǎng)自2007年建成投入使用以來，一直使用的是JOPENS/MSDP4.3版本的地震分析軟件，且僅采用單純型法進(jìn)行火山地震定位，且定位結(jié)果與云南省級(jí)臺(tái)網(wǎng)地震目錄的震中位置、震源深度、震級(jí)等存在一定的差異。選擇合適的地震定位方法不僅可以獲取更為準(zhǔn)確的地震定位結(jié)果，還能為相關(guān)科研部門提供高精度的數(shù)據(jù)服務(wù)。在發(fā)生破壞性地震時(shí)，準(zhǔn)確的地震定位結(jié)果對(duì)政府部門快速做出科學(xué)應(yīng)對(duì)決策、進(jìn)行有效的地震應(yīng)急和救援工作有重要的意義(尹戰(zhàn)軍等，2016)。為了提高騰沖火山臺(tái)網(wǎng)在監(jiān)視防御區(qū)內(nèi)的火山地震定位的精度，本文選用JOPENS/MSDP5.2版分析軟件中的單純型法、自適應(yīng)演化算法和Loc3dSB(吳建平等，2009；房立華等，2013)法對(duì)騰沖火山區(qū)地震事件進(jìn)行重新定位，并將重定位結(jié)果與云南省級(jí)地震臺(tái)網(wǎng)地震目錄結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以期找到更加適合于騰沖火山區(qū)地震事件的定位方法。

1 研究范圍和方法

本文的研究區(qū)為騰沖火山區(qū)(24.66°N～25.50°N；98.25°E～98.75°E)，研究事件為2011年至2019年在火山區(qū)發(fā)生的36個(gè)ML≥2.8地震事件。其中ML2.8～2.9地震4次，ML3.0～3.9地震28次，ML4.0～5.6地震4次。

1.1 單純型定位法

單純型定位法是一種適用于地方震、近震和遠(yuǎn)震的定位方法。定位的初始水平位置通過單臺(tái)S-P和三分極化來確定，或以觸發(fā)臺(tái)站的平均值來確定，初始深度可以在全局設(shè)置中進(jìn)行設(shè)定。該方法是Nelder等(1965)提出的，其原理是在n維空間中用n+1個(gè)頂點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)多面體，依據(jù)單純型運(yùn)算規(guī)則(陳貴美等，2009)計(jì)算各定點(diǎn)的函數(shù)值，然后進(jìn)行比較確定頂點(diǎn)的優(yōu)劣；接著計(jì)算新頂點(diǎn)，用好的頂點(diǎn)代替壞的頂點(diǎn)，不斷改變頂點(diǎn)使單純型朝著目標(biāo)最小(殘差最小值)方向移動(dòng)，最終獲得準(zhǔn)確結(jié)果。該程序的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算速度快，適用范圍廣，缺點(diǎn)是定位結(jié)果中沒有定位誤差值。

1.2 自適應(yīng)演化算法

自適應(yīng)演化算法采用遺傳算法搜索殘差最小的震中位置，每次結(jié)果都有一些小的差別。該方法是一種適用于地方震、近震和遠(yuǎn)震的定位方法。定位結(jié)果對(duì)初始位置比較敏感，通常需要幾個(gè)臺(tái)站的S-P才能確定大致的震源初始位置。

1.3 Loc3dSB定位法

Loc3dSB定位法是一種適用于川滇地區(qū)近震定位的程序，該方法采用的速度模型是基于三維速度間斷面和三維地殼速度模型，該速度模型考慮了地球扁率、地形起伏和臺(tái)站高程等因素的影響，適合于川滇地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)地震構(gòu)造(管勇等，2017)。

在MSDP5.2版分析軟件中常用的近震定位方法主要有三種，其特點(diǎn)和適用范圍見表1。

表1 三種定位方法的適用范圍和特點(diǎn)

2 結(jié)果

2.1 震中分布圖

由震中分布圖1可以看得出來，自適應(yīng)演化算法獲得的震中位置較單純型法和Loc3dSB定位法獲得的震中位置分布離散，單純型法和Loc3dSB定位法計(jì)算出的震中位置分布較集中。龍川江斷裂帶附近是2011年騰沖6月20日和8月9日發(fā)生的兩次中強(qiáng)地震的震中，兩次地震屬主震—余震型地震，用單純型法和Loc3dSB定位法得到的震中位置比較接近，成團(tuán)狀分布；而采用自適應(yīng)演化算法得到的震中位置分布不集中，比較離散。

圖1 不同地震定位方法所計(jì)算出的震中位置分布

2.2 震級(jí)對(duì)比

針對(duì)選取的36次地震事件，分別使用單純型法、自適應(yīng)演化算法和Loc3dSB進(jìn)行重新定位，因?yàn)閷?duì)于同一地震，三種定位程序所選擇的定位臺(tái)站都相同，所以用三種方法計(jì)算出的震級(jí)值比較一致。將三種定位方法所得到的震級(jí)與云南地震臺(tái)網(wǎng)中心產(chǎn)出的地震目錄震級(jí)進(jìn)行對(duì)比，震級(jí)偏差在 -0.5～1.1之間,不滿足中國地震臺(tái)網(wǎng)中心對(duì)速報(bào)震級(jí)差需控制在-0.3～0.3的要求(李婷婷等，2018)，主要原因可能是強(qiáng)烈地震發(fā)生后，震中附近的一些臺(tái)站的記錄波形出現(xiàn)限幅，SG波振幅量取出現(xiàn)較大誤差所致。出現(xiàn)地震震級(jí)越大，震級(jí)偏差也較大的現(xiàn)象。

2.3 深度分析

據(jù)(姜朝松等，1990)研究騰沖火山區(qū)火山地震均為淺源地震，震源深度在1～10 km范圍內(nèi)。利用三種定位方法得到的深度結(jié)果：單純型法的震源深度范圍在0～13.1 km，自適應(yīng)演化算法的震源深度范圍在2.4～21 km，Loc3dSB的震源深度范圍在3.3～14.3 km。且從圖2中可以看出，同一地震事件自適應(yīng)演化算法定位的震源深度值變化范圍較其他兩種定位方法的深度值變化范圍要大得多，而單純型法和Loc3dSB(川滇3D)定位法的震源深度值比較接近。

圖2 不同地震定位方法計(jì)算出的深度對(duì)比

2.4 殘差對(duì)比

地震定位殘差(即走時(shí)均方根殘差)是評(píng)價(jià)地震定位好壞不可缺少的重要參考指標(biāo)，當(dāng)完成地震定位后，可以通過殘差值檢查震相的標(biāo)注是否合理、臺(tái)站的數(shù)據(jù)是否正常，有效保證地震定位結(jié)果的準(zhǔn)確度(李婷婷等，2018)。通過對(duì)36次地震事件重定位的殘差均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：單純型法的殘差分布范圍為0.073～0.369 s；自適應(yīng)演化算法的殘差分布范圍為0.081～0.268 s，Loc3dSB定位法的殘差分布范圍為0.043～0.268 s。由此可知，Loc3dSB定位法的殘差最小，故其地震定位結(jié)果是更加可靠的。

圖3 不同地震定位方法殘差對(duì)比

2.5 空隙角分布

空隙角值的大小會(huì)影響地震定位結(jié)果的好壞(劉麗等，2007；管勇等，2017)。圖4是三種定位方法得到的空隙角對(duì)比圖，由圖可知，單純型法定位和Loc3dSB定位方法得到的空隙角值比較接近，而自適應(yīng)演化算法得到的空隙角值卻出現(xiàn)了跳躍現(xiàn)象，其原因可能是該方法計(jì)算出的震中位置比較離散的緣故。

圖4 不同地震定位方法計(jì)算出的空隙角對(duì)比

2.6 震中偏差對(duì)比

由圖5可知單純型法的震中偏差范圍為1.78～10.45 km；自適應(yīng)演化算法的震中偏差為1.45～10.40 km；Loc3dSB定位法的震中偏差范圍為2.0～9.3 km。按照震中偏差評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：震中偏差≤5 km的地震定位精度為Ⅰ類精度；5 km<震中偏差≤15 km 的地震定位精度為Ⅱ類精度；15 km<震中偏差≤30 km的地震定位精度為Ⅲ類精度；震中偏差>30km的地震定位精度為Ⅳ類精度。由此可見，Loc3dSB定位法得到的地震定位結(jié)果精度均屬于Ⅰ類精度,其他兩種方法得得到的地震定位結(jié)果精度有的屬于Ⅰ類精度,有的屬于Ⅱ類精度。Loc3dSB定位法得到的地震定位結(jié)果精度相對(duì)較好。

圖5 不同地震定位方法震中誤差對(duì)比

3 結(jié)論

通過對(duì)三種地震定位方法得到的地震震級(jí)、震中位置空間分布、震源深度、定位殘差和震中偏差進(jìn)行對(duì)比分析，得出用Loc3dSB定位方法獲得的各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于其他兩種定位方法，單純型法次之，自適應(yīng)演化算法最差。因此對(duì)騰沖火山區(qū)地震事件進(jìn)行定位時(shí)，采用Loc3dSB定位方法是最合適的。