呼和浩特基準地震臺極遠震震相記錄特征分析

谷素榮 趙艷紅 王玥 張劍影

（中國呼和浩特 010010 內蒙古自治區(qū)地震局）

0 引言

呼和浩特基準地震臺地處陰山地震構造帶的中段，該地區(qū)基本地形為長條狀，北面為山脈，南面為盆地，分布著多條地震帶和隱伏斷層。呼和浩特以西的第四紀活動斷裂較發(fā)育，尤其是陰山山前張性活動斷裂帶最明顯。該斷裂帶既有垂直錯動又有水平位移，表現為左旋走向滑動，NE 向斷裂表現為右旋走向滑動，NW 向龍首山北緣斷裂為左旋滑動。呼和浩特以東新生代巖漿活動強烈，晚第三紀中新世、上新世和第四紀中更新世時期有多次大面積玄武巖噴溢。

從2002 年4 月開始，呼和浩特基準地震臺所有觀測項目的數字化改造已完成并正式運行。近幾年來，該臺分析精度方面在全國分析報告評比中處于中上等水平。從2017 年起，國家測震臺開始按照AK135 走時表對極遠震波形進行震相分析，但呼和浩特地震臺對極遠震的分析處理仍屬于弱項，不能準確地判斷并識別極遠震初至震相類型及后續(xù)震相，這直接影響到了該臺地震分析資料的產出質量。為此，本文對呼和浩特基準地震臺極遠震的震相特征進行了分析，以期今后能夠提供更可靠、更準確的震相分析資料。

1 極遠震定義

極遠震是震中距我國較遠的地震，一般是指震中距大于或等于 105°，直到 180°的地震。地震波在傳播過程中要通過地殼、地幔和地核，傳播路徑較長，穿透較深，在傳播過程中遇到各種界面將發(fā)生反射和折射，進而形成各種反射波和轉換波，傳播持續(xù)時間較長，震相豐富。極遠震沒有地幔折射波，地核穿透縱波PKP 等為主要震相，它們一般起始波形較尖銳，周期較短；面波發(fā)育，在震中距180°附近，振幅更大。通常PP 波的記錄較好。在寬頻帶記錄上，對于振幅不太大的極遠地震波，其記錄也會疊加一些高頻成分（劉瑞豐等，2014）。

識別極遠震震相之所以困難，主要是由復雜的地球結構和速度分布所致（吳書貴等，2009）。極遠震震相繁多而復雜，并且記錄持續(xù)時間較長，在中長周期地震儀和長周期地震儀上有時記錄持續(xù)達幾小時。

一般情況下，極遠震震相有如下特征：①極遠震震波持續(xù)時間通常大于90 min；面波的最大振幅與初至波之間的到時差大于45 min（劉瑞豐等，2007）；②極遠震初至波的垂直分量記錄較清晰，易于辨認，振幅較大；而水平分量則較微弱，振幅較小；③地震波穿透較深，傳播路程較長，從地殼到內核所經過的界面較多，并且波的種類豐富。遠震體波傳播路徑如圖1 所示。

圖1 遠震體波傳播路徑（彼得·鮑曼，2006）Fig.1 The propagation paths of teleseismic body wave (Bormann，2006)

2 呼和浩特基準地震臺記錄到的極遠震震相一般特征及典型震例

2.1 極遠震震相一般特征

據我國地震臺網記錄，極遠震主要集中在南美洲、中美洲和北美洲的諸多地區(qū)，以及大西洋中部、南部地區(qū)（李惠智等，1998）。呼和浩特基準地震臺記錄到的極遠震主要分布在北美洲的墨西哥等地，中美洲的危地馬拉、洪都拉斯、古巴等地，南美洲的哥倫比亞、秘魯、厄瓜多爾、智利等地。

通過對2010—2020 年呼和浩特基準地震臺極遠震數字觀測記錄進行分析發(fā)現，除了極個別情況外，記錄到的極遠震PKP、PP、SS 等震相均清晰。初動幅度為判斷是否極遠震的重要依據之一，地震發(fā)生后，首先關注的就是初動。根據初動是否尖銳，可粗略地判斷地震震源的深淺；比較初動的周期和幅度可判斷地震震中的遠近。呼和浩特地震臺極遠震震相一般特征如下。

（1）較清楚的震相一般有Pdif、PKPdf、PKP、PP、PS、PKSdf、SKKSac 等，其中，對于PKP 震相，在震中距 100°—120°范圍內、震級大于7.0 級的情況下，中長周期和長周期地震儀才會記錄到較清晰的Pdif 初至震相，其波形表現為起始弱，振幅小，周期較長，波數少，呈正弦波形態(tài)。震中距大于145°之后，隨著震中距的增大，PKP 震相分解成PKPbc、PKPab 震相，PKPbc 震相出現時的震中距為145°—155°，PKPab 震相為145°—180°，PKPbc 震相在PKPab 震相前面時，PKPbc 震相與PP 震相間的到時差大于200 s。

（2）在震中距為 110°— 144°時，能夠觀測到穿透內核的縱波 PKIKP 震相的復雜初至，PKIKP 震相 在短周期記錄中較明顯。

（3）PP 震相往往表現為較強起始的持續(xù)波列，其中的一水平分量也較強，而另一水平分量較弱，垂直向分量較弱。

2.2 典型震例

2.2.1 墨西哥地震。墨西哥地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺110°— 120°，常見震相有Pdif、PKPdf、PP、PS、SS 等。下面以2020 年6 月23 日墨西哥7.4 級地震為例進行詳述。

（1）寬頻帶記錄的震相特征明顯，Pdif 震相為初至震相，起始緩慢，周期約20—30 s，振幅相對較小，衰減較快，波數1—2 個；PKPdf 震相在 215 s 左右出現，振幅較小，變化微弱；PP 震相約出現在 290 s，垂直向特征明顯，起始尖銳，周期長，持續(xù)時間短；PS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期大；SS震相水平向特征明顯，比PS震相更尖銳，振幅也更大（圖2）。

圖2 2020 年6 月23 日墨西哥7.4 級地震寬頻帶記錄震中距Δ：118.2°；深度H：10 kmFig.2 Wideband record of the MexicoM 7.4 earthquake on 23 June 2020(epicenter distanceΔ:118.2°,depthH:10 km)

（2）仿真基式SK 記錄的震相特征也較明顯，尤其是PS 震相的水平向特征更明顯，振幅大，周期長；SS 震相水平向特征也更明顯，比PS 震相更尖銳，振幅也更大（圖3）。

圖3 2020 年6 月23 日墨西哥7.4 級地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：118.2°；深度H：10 kmFig.3 Simulation base on SK record of the MexicoM 7.4 earthquake on 23 June 2020(epicenter distanceΔ:118.2°,depthH:10 km)

2.2.2 古巴南海域地震。古巴南海域地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺115°—130°，常見震相有PKPdf、PP、PS、SS 等。2020 年1 月29 日古巴南海域7.7 級地震的仿真基式SK記錄上震相特征明顯，PKPdf 中心為初至震相，起始緩慢，周期約5 s，振幅相對較小，衰減較快；PP 震相約出現在 130 s，起始緩慢，周期長，持續(xù)時間短。PS 震相水平向特征明顯，振幅小，周期短；SS 震相水平向特征明顯，比PS 更尖銳，振幅大，周期長（圖4）。

圖4 2020 年1 月29 日古巴南海域7.7 級地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：119°；深度H：10 kmFig.4 Simulation Base SK Record of the Cuban South SeaM 7.7 earthquake on 29 January 2020(epicenter distanceΔ:119°,depthH:10 km)

2.2.3 洪都拉斯北地震。洪都拉斯北地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺120°—130°，常見震相有PKPdf、PP、SKSac、Sdif、PS、SS 等。2018 年1 月10 日洪都拉斯北7.6 級地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始緩慢，周期約10 s，振幅相對較小，衰減較快；PP 震相約出現在 80 s，起始緩慢，周期長，持續(xù)時間短。SKSac 震相水平向特征明顯，起始緩慢，振幅較小，周期短；Sdif 震相水平向特征明顯，起始尖銳，振幅較大，周期短；PS 震相水平向特征明顯，振幅小，周期短；SS 震相水平向特征明顯，比PS 震相更尖銳，振幅大，周期長（圖5）。

圖5 2018 年1 月10 日洪都拉斯北7.6 級地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：120°；深度H：10 kmFig.5 Simulation Base SK Record of the Honduras NorthM 7.6 earthquake on 10 January 2018(epicenter distanceΔ:120°,depthH:10 km)

2.2.4 危地馬拉地震。危地馬拉地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺120°—130°，常見震相有PKPdf、PP、SKSac、Sdif、PS、SS 等。2017 年6 月14 日危地馬拉7.1 級地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始緩慢，周期約5 s，振幅相對較小，衰減較快；PP 震相約出現在 90 s，起始尖銳，周期長，持續(xù)時間短。SKSac 震相水平向特征明顯，起始尖銳，振幅較大，周期長；Sdif 震相水平向特征明顯，起始緩慢，振幅較大，周期長；PS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長；SS 震相水平向特征明顯，比PS 震相更尖銳，振幅大，周期長（圖6）。

圖6 2017 年6 月14 日危地馬拉7.1 級地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：120°；深度H：100 kmFig.6 Simulation Base SK Record of the GuatemalaM 7.1 earthquake on 14 June 2017(epicenter distanceΔ:120°,depthH:100 km)

2.2.5 中美洲沿岸地震。中美洲沿岸地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺125°—135°，常見震相有PKPdf、PP、SKSac、PS、SS 等。2016 年11 月25 日中美洲沿岸6.9 級地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始緩慢，周期約5 s，振幅相對較小，衰減較快；PP 震相約出現在100 s，起始尖銳，周期長，持續(xù)時間短。SKSac 震相水平向特征明顯，起始尖銳，振幅較大，周期長；PS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長；SS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長（圖7）。

圖7 2016 年11 月25 日中美洲沿岸6.9 級地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：124°；深度H：30 kmFig.7 Simulation Base SK Record of the Central America CoastM 6.9 earthquake on 25 November 2016(epicenter distanceΔ:124°,depthH:30 km)

2.2.6 厄瓜多爾地震。厄瓜多爾地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺135°—145°，常見震相有PKPdf、PP、SS 等。2016 年4 月17 日厄瓜多爾7.5 級地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始緩慢，周期約10 s，振幅相對較小，衰減較快；PP 震相約出現在 160 s，起始緩慢，周期長，持續(xù)時間短。SS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長（圖8）。

圖8 2016 年4 月17 日厄瓜多爾7.5 級地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：141.2°；深度H：10 kmFig.8 Simulation Based SK Record of the EcuadorM 7.5 earthquake on 17 April 2016(epicenter distanceΔ:141.2°,depthH:10 km)

2.2.7 秘魯地震。秘魯地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺150°—160°，常見震相有PKPdf、PP、SKKSac、SS 等。2018 年1 月14 日秘魯7.2 級地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 為初至震相，起始尖銳，周期約10s，振幅較大，持續(xù)時間較長；PP 震相約出現在230 s，起始尖銳，振幅較大，周期長。SKKSac 震相水平向特征明顯，起始緩慢，振幅較大；SS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長（圖9）。

圖9 2018 年1 月14 日秘魯7.2 級地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：154.3°；深度H：20 kmFig.9 Simulation Based SK Record of the PeruM7.2 earthquake on 14 January 2018(epicenter distanceΔ:154.3°,depthH:20 km)

2.2.8 玻利維亞地震。玻利維亞地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺155°—165°，常見震相有PKPdf、PKPab、PP、pPKPdf、SS 等。2018 年4 月2 日玻利維亞6.8 級地震的仿真基式SK記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始尖銳，周期約5 s，振幅較大，持續(xù)時間較長；PKPab 震相約出現在40 s，振幅大，周期長；pPKPdf 震相約出現在135 s，起始尖銳，振幅相對很大，周期長；PP 震相約出現在260 s，起始尖銳，振幅較大，周期長（圖10）。

圖10 2018 年4 月2 日玻利維亞6.8 級地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：159.3°；深度H：550 kmFig.10 Simulation Base SK Record of the BoliviaM6.8 earthquake on 2 April 2018(epicenter distanceΔ:159.3°,depthH:550 km)

2.2.9 智利地震。智利地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺170°—179°，常見震相有PKPdf、PKPab、PP、SKKSac、SS 等。2016 年12 月25 日智利7.6 級地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始尖銳，周期約30 s，振幅較大，持續(xù)時間較長；PKPab 震相約出現在110 s，起始尖銳，振幅大，周期長；PP 震相約出現在340 s，起始尖銳，振幅較大，周期長。SKKSac 震相水平向特征明顯，起始緩慢，振幅較大，持續(xù)時間短；SS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長（圖11）。

圖11 2016 年12 月25 日智利7.6 級地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：175.3°；深度H：40 kmFig.11 Simulation Based SK Record of the ChileM 7.6 earthquake on 25 September 2016(epicenter distanceΔ:175.3°,depthH:40 km)

3 結束語

通過對呼和浩特地震臺2010—2020 年記錄的極遠震進行分析，得到以下初步結論。

（1）震中距為110°—144°時，Pdif 震相為初至震相，起始緩慢，周期20—30 s，振幅相對較小，衰減較快，波數1—2 個；PP 震相為突出縱波震相，振幅最大且清晰，滯后于初至波Pdif 約 290 s 出現。PKPdf 震相在215 s 左右出現，振幅較小，變化微弱；PS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長；SS 震相水平向特征明顯，比PS 震相更尖銳。

（2）震中距約為 155°時，PKPdf、PKPbc、PKPab 震相同時聚焦生成大振幅 PKP 波列，在垂直向上波列最強。

（3）震中距為 156°—179°時，呼和浩特地震臺記錄到的極遠震主要分布在秘魯、玻利維亞、智利等地，均以中深源地震為主，各類震相具有深源地震震相起始尖銳的特點，振幅大，震相較清晰。