2019年河南淅川ML 4.2地震震源深度測定

鄭培玲 付 靖 萬 娜 高家乙 賈漯昭

1）中國鄭州 450016 河南省地震局

2）中國鄭州 450003 河南衛生健康干部學院

0 引言

據中國地震臺網測定，2019 年11 月30 日4 時28 分河南省南陽市淅川縣（32.81°N，111.57°E）發生ML4.2 地震，震源深度7.1 km。此次地震位置與丹江口水庫蓄水以來庫區及周邊地區ML≥4.0 地震震中分布明顯不同，此次地震發生在庫區內部，之前地震均發生在庫岸。

2013 年，丹江口水庫二期工程建成的丹江口水庫專用地震監測臺網投入運行。結合河南省地震觀測臺網已有地震臺站，周邊區域發生的地震震中位置可被準確測定，但震源深度的精度受發震時刻、震中距、地殼速度結構模型、定位方法等因素的制約，采用不同的測定方法和速度模型，甚至不同技術人員進行分析，所得結果往往差異較大。為了更加準確地測定此次地震的震源深度，使用“全國區域一維地殼速度結構模型建設及推廣使用”項目產出的河南一維地殼速度結構模型（朱元清等，2017）（以下簡稱“2015 河南模型”）作為參考模型，分別利用PTD 方法和震源機制CAP 反演方法，重新計算此次地震的震源深度，以期對丹江口水庫后續地震的發生機理研究可提供一定參考依據。

1 數據選取

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

圖1 丹江口水庫及周邊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 震源深度測定

2.1 PTD 方法

2.1.1 原理。PTD 方法是震源深度測定的確定性方法（朱元清等，1990，1997a，1997b；王新嶺等，2004）的簡稱，其基本原理如圖2 所示，將地殼簡化為上、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Sc是Pg和Pn 波走時相同的點，Si、Sj為初至震相波Pg、Pn 的記錄地震臺站，只需將Sj地震臺記錄的實際初至震相Pn 波到時，減去BC段Pn 波的理論走時，就可以轉換得到Si地震臺Pn 波的替代到時。此時，將Sj臺轉換得到的Pn 到時減去Pg 到時，并根據走時差即可求解震源深度。當地震臺站震中距小于Pn波出射臨界點d時，將Sj地震臺記錄的實際初至震相Pn 波到時，減去AC段Pn 波理論走時，即得到虛擬地震臺d的Pn 波到時，減去震中距小于d點的實際地震臺Pg 波到時，并根據地震走時計算公式來求解震源深度。

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

PTD 方法是利用不同臺站記錄波形的初至震相清晰、讀數準確的優點，避免了同一臺站Pn 波與Pg 波模糊不清、地震波序列后繼震相不易讀準的缺點；該方法可利用一個臺站與其他臺站的多個組合同時定出多個震源深度，并采用加權平均方法計算得到最佳震源深度。

2.1.2 測定結果。采用PTD 方法，在給定地殼的厚度范圍內，以1.0 km 為步長計算各深度，利用各臺站的Pn 或Pg 波理論到時，得到理論到時差（朱元清等，1990，1997a），與觀測到時差進行比較，得出誤差均值（表2），取兩者最接近時即誤差小時對應的深度為震源深度。使用初至震相到時，可得到較為準確的Pn 與Pg 波到時差，記錄Pg 和Pn 波到時的臺站數據可兩兩組合，其組合相互獨立，震源深度結果滿足高斯分布，得到此次地震的震源深度為7.2 km（圖3）。

表2 PTD 方法計算淅川ML 4.2 地震震源深度對應誤差均值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）和面波兩部分進行反演，對二者分別賦予不同權重，采用不同頻段濾波后參與震源深度計算。通過理論計算合成波形和真實記錄的誤差函數，利用網格搜索法在相關參數空間中搜索最優解，并給出準確的矩心深度。CAP方法近年來取得廣泛應用（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 測定結果。為減小震源深度誤差對震源機制反演結果的影響，反演過程中采用格點法對震源深度進行搜索，以波形擬合誤差最小的震源深度作為最佳擬合結果。由圖4 可見，各個深度反演得到的震源機制解較為一致，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 結論

此次研究以2015 河南模型作為地殼速度結構參考模型，分別采用PTD 方法和震源機制CAP 反演方法，重新計算2019 年11 月30 日河南淅川ML4.2 地震的震源深度，結果顯示，由PTD 方法測定的震源深度為7.2 km，由CAP 方法反演的矩心深度為7.4 km，二者結果基本一致，與中國地震臺網中心統一編目結果（7.1 km）相差不大。此結果表明，地震監測臺網分布相對較優情況下，采用不同定位方法測定震源深度，結果相差不大。

江蘇省地震局繆發軍提供了PTD 震源深度計算程序，在此表示感謝。