2021年圣克魯斯群島MS 6.0地震PKPPKP震相識(shí)別

陳 陽 李 波 白世達(dá) 李萬金

（中國云南 652700 云南省通海地震監(jiān)測中心站）

0 引言

震相分析是國家測震臺(tái)一項(xiàng)重要的日常工作，正確分析震相能夠有效提高測震資料的利用率，也可以為地震預(yù)測工作提供詳實(shí)可靠的第一手資料。所謂震相就是具有不同振動(dòng)性質(zhì)和不同傳播路徑的地震波在地震圖上的特定標(biāo)志（劉瑞豐等，2014）。在已有的遠(yuǎn)震震相分析工作中可見，影區(qū)震相方面的研究（李宗芬等，2008）、對疑難震相SKS 的研究（陳翔等，2011）、對衍射波Pdif 的研究（許玉紅等，2014）等。震相PKPPKP（另稱為P′ P′）是較少見但發(fā)育良好的復(fù)合震相（陳翔等，2016）。IASP91 走時(shí)表提出了該震相在震中距為0°—132°時(shí)都可出現(xiàn)，其傳播路徑如圖1 所示。彼得·鮑曼（2006）提出了PKPPKP 震相在震中距約為70°時(shí)清晰可見，但是并非在理論震中距內(nèi)都是可見的。

圖1 PKPPKP 震相理論的震中范圍和傳播路徑（彼得·鮑曼，2006）黃色五角星為地震震中；紅色三角形為地震臺(tái)站Fig.1 Theoretical scope of the epicenter and the propagation path of PKPPKP

1 資料選取

據(jù)中國地震臺(tái)網(wǎng)中心測定，2021 年11 月25 日20 時(shí)4 分10 秒圣克魯斯群島（10.75°S，166.49°E）發(fā)生MS6.0 地震，震源深度為39 km。為方便對比分析該地震，所有時(shí)間均采用北京時(shí)間。利用3 個(gè)有人值守國家測震臺(tái)（個(gè)舊地震臺(tái)、昆明地震臺(tái)、昭通地震臺(tái)）和5 個(gè)無人值守國家測震臺(tái)（孟連地震臺(tái)、富寧地震臺(tái)、勐臘地震臺(tái)、鎮(zhèn)沅地震臺(tái)、中甸地震臺(tái)）的甚寬頻帶數(shù)字地震儀記錄波形進(jìn)行對比分析，總結(jié)此次地震的震相分析過程，提出PKPPKP 震相特征，以免誤將該震相解釋為1 個(gè)新地震的P 波。臺(tái)站信息見表1，臺(tái)站與此次地震震中分布如圖2 所示。8 個(gè)測震臺(tái)的震中距為68.70°—75.10°。

圖2 圣克魯斯群島MS 6.0 地震震中和8 個(gè)地震臺(tái)站的分布Fig.2 Epicenter of the MS 6.0 earthquake of Santa cruz islands and distribution of 8 stations

表1 臺(tái)站基本信息Table 1 Basic information of the stations

2 常規(guī)震相分析

進(jìn)行地震震相分析時(shí)，首先要從地震的總體波形特征如持續(xù)時(shí)間、振幅、周期、相位中識(shí)別出地震記錄的標(biāo)志性震相，并且在識(shí)別震相時(shí)，波形信噪比須大于2。下面對個(gè)舊地震臺(tái)地震資料進(jìn)行分析。分析方法如下。

在此次圣克魯斯群島MS6.0 地震的原始波形VBB 上可以判讀出縱波P［圖3（c）］，該P(yáng) 波有以下4 個(gè)特點(diǎn)：①最先到達(dá)；②周期一般為3—5 s；③記錄的尖銳程度與震源深度間關(guān)系較大；④UD 向清楚，振幅比兩水平分量大。之后，可以觀測到深度震相pP，pP 震相有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①與P 波相似，在UD 向清楚；②周期略大于P 波的周期；③是 P 波之后1 個(gè)較明顯的震相；④初動(dòng)方向與P 波初動(dòng)方向相反［圖3（c）］。雖然pP 震相受前面波形的干擾，但仍可識(shí)別，得出tpP-P=13.6 s，因此可以將此次地震判定為淺源地震。在仿真后的SK 儀器上可以識(shí)別出清晰的橫波S［圖3（b）］，得出tS-P=553 s；S 波有以下波形特征：①在P 波之后，是此次地震中第2 組較大的波；②周期大于P 波的周期，約為P 波周期的2 倍，振幅也比P 波的振幅大；③記錄形態(tài)與地震深度間有一定關(guān)系；④在NS 分量或EW 分量都能識(shí)別。查詢走時(shí)表后得出，此次地震發(fā)震時(shí)刻為20:04:08.3，震中距為70.80°，震源深度43 km，與中國地震臺(tái)網(wǎng)中心給出的結(jié)果相比，所得結(jié)果在誤差范圍內(nèi)，說明分析正確。根據(jù)J-B 走時(shí)表，并通過仿真對比，可分析出SKS、SS 震相（圖3）。經(jīng)觀察，SKS 有以下特征：①是SV 型波，其2 個(gè)水平分量振動(dòng)的合成方向與P 波的2 個(gè)水平分量振動(dòng)的合成方向一致；②周期比S 波的短，振幅也比S 波的?。蹐D3（b）］。SS 有以下特征：①出現(xiàn)在S 波之后、面波之前，是長周期大振幅的振動(dòng)；②周期和振幅都比S 波的大；③在2 個(gè)水平分量上可以識(shí)別，無其它震相的干擾。富寧地震臺(tái)、勐臘地震臺(tái)、昆明地震臺(tái)、昭通地震臺(tái)、鎮(zhèn)沅地震臺(tái)、孟連地震臺(tái)、中甸地震臺(tái)等臺(tái)站震相分析過程與個(gè)舊地震臺(tái)類似，在此不再贅述，僅將實(shí)際分析結(jié)果列出（表2；圖4—10）。

圖3 個(gè)舊地震臺(tái)地震波形記錄（a）仿真短周期記錄；（b）仿真長周期記錄；（c）個(gè)舊地震臺(tái)地震波形局部放大圖Fig.3 Seismic waveform record of Geiu station

圖4 富寧地震臺(tái)地震波形記錄（a）仿真短周期記錄；（b）仿真長周期記錄；（c）富寧地震臺(tái)地震波形局部放大圖Fig.4 Seismic waveform record of Funing station

表2 8 個(gè)臺(tái)站常見震相Table 2 Common seismic phases of each station

圖5 勐臘地震臺(tái)地震波形記錄（a）仿真短周期記錄；（b）仿真長周期記錄；（c）勐臘地震臺(tái)地震波形局部放大圖Fig.5 Seismic waveform record of Mengla station

圖6 昆明地震臺(tái)地震波形記錄（a）仿真短周期記錄；（b）仿真長周期記錄；（c）昆明地震臺(tái)地震波形局部放大圖Fig.6 Seismic waveform record of Kunming station

圖7 昭通地震臺(tái)地震波形記錄（a）仿真短周期記錄；（b）仿真長周期記錄；（c）昭通地震臺(tái)地震波形局部放大圖Fig.7 Seismic waveform record of Zhaotong station

圖8 鎮(zhèn)沅地震臺(tái)地震波形記錄（a）仿真短周期記錄；（b）仿真長周期記錄；（c）鎮(zhèn)沅地震臺(tái)地震波形局部放大圖Fig.8 Seismic waveform record of Zhenyuan station

圖9 孟連地震臺(tái)地震波形記錄（a）仿真短周期記錄；（b）仿真長周期記錄；（c）孟連地震臺(tái)地震波形局部放大圖Fig.9 Seismic waveform record of Menglian station

圖10 中甸地震臺(tái)地震波形記錄（a）仿真短周期記錄；（b）仿真長周期記錄；（c）中甸地震臺(tái)地震波形局部放大圖Fig.10 Seismic waveform record of Zhongdian station

3 PKPPKP 震相分析

在個(gè)舊地震臺(tái)仿真后WWSSN-SP 短周期儀器所記錄的波形上P 波到時(shí)后28 min5 s處，發(fā)現(xiàn)1 個(gè)新的較尖銳的波列［圖3（c）］，很像另一個(gè)地震的P 波，局部放大圖如圖3（c）所示。但該震相在仿真后的長周期儀器所記錄波形上被面波掩蓋，故難以識(shí)別［圖3（b）］。為進(jìn)一步分析該震相是此次地震的后續(xù)震相還是新地震的P 波或干擾等，對另外7 個(gè)臺(tái)站的測震波形資料進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)在通過仿真WWSSN-SP 后的短周期儀器所記錄的波形上，在約20 h 43 min處均發(fā)現(xiàn)1組新的較尖銳的波列［圖3（a），4（a），5（a），6（a），7（a），8（a），9（a），10（a）］，局部放大后其更加明顯［圖3（c），4（c），5（c），6（c），7（c），8（c），9（c），10（c）］，由于此次地震震中到8個(gè)國家測震臺(tái)震中距差異較大，方位角也有微小差異，但幾乎同時(shí)出現(xiàn)該波列，故排除了人為干擾的可能，傳統(tǒng)J-B 走時(shí)表里在震中距約為70°時(shí)沒有走時(shí)將近30 min的震相。首先，假設(shè)該波列是1個(gè)新地震的P波，通過觀察波形發(fā)現(xiàn)，該波列具有較大的初動(dòng)振幅，具備中深源地震P 波的特征，但是在多個(gè)臺(tái)站的波形中均觀察不到后續(xù)震相。查詢美國國家地質(zhì)調(diào)查局與中國地震臺(tái)網(wǎng)中心的目錄，發(fā)現(xiàn)該時(shí)段也沒有其他地震。經(jīng)查詢IASP91 走時(shí)表后發(fā)現(xiàn)，該波列是此次地震的PKPPKP 震相。該震相是P 波進(jìn)入外核，在外核內(nèi)界面反射1 次，進(jìn)入地幔，到達(dá)地表后又反射回地核，再進(jìn)入地幔后又反射1 次到達(dá)地面的波，因此，其實(shí)際路徑是360 °－震中距。由此說明，實(shí)際觀測到的走時(shí)與傳播路徑的遠(yuǎn)近間的關(guān)系一致，走時(shí)曲線對比如圖11 所示。PKPPKP 震相到達(dá)個(gè)舊地震臺(tái)的傳播路徑如圖12 所示。該震相具有以下波形特征：①只有在仿真后的短周期儀器垂直向上記錄的波形中能夠較好地識(shí)別；②初動(dòng)尖銳，振幅較強(qiáng)，接近脈沖；③震相特征與P 波相似，周期大于P 波；④受傳播路徑的影響，走時(shí)與震中距間成反比關(guān)系。

圖11 PKPPKP 震相理論走時(shí)、實(shí)際走時(shí)h=39 kmFig.11 Theoretical and real travel time of PKPPKP wave

圖12 PKPPKP 震相到達(dá)個(gè)舊地震臺(tái)的路徑Fig.12 The raypath of PKPPKP seismic phase to the Gejiu station

4 結(jié)論

（1）PKPPKP 震相是在與震源相同半球內(nèi)從自由表面1 次返射回臺(tái)站的PKP 波。

（2）本研究中記錄到圣克魯斯群島MS6.0地震波形的8個(gè)臺(tái)站，均觀測到PKPPKP震相，其震中距為68°—76°，而且在仿真的模擬短周期地震儀垂直向上波形較顯著。

（3）PKPPKP 震相在P 波后約30 min 到達(dá)，在某些情況下可能被錯(cuò)誤地解釋成新的P 波。因此，在分析震中距約為70°的遠(yuǎn)震時(shí)要特別注意，多個(gè)臺(tái)站對比觀測較容易確定PKPPKP 震相。

（4）如果在PKPPKP 震相的到時(shí)之前記錄到地震或干擾，該震相就會(huì)受到干擾而難以識(shí)別。

（5）由此震例還發(fā)現(xiàn)，有時(shí)在原始波形上可辨認(rèn)深度震相pP。

感謝昆明地震中心站提供昆明5 個(gè)地震臺(tái)站地震數(shù)據(jù)，感謝昭通地震中心站提供昭通地震臺(tái)數(shù)據(jù)，感謝昆明地震中心站鄧存華工程師提供分析軟件。