利用已知爆破優化河南地震臺網地震定位方法

陳 夢 鄭培玲

（中國鄭州 450018河南省地震局）

0 引言

河南省地震構造探查工程項目于2017年立項，2018年開始實施，其目標是：綜合評價河南省地震危險性，開展重點構造單元殼幔結構深部探測研究，以深地震反射和深地震寬角反射/折射剖面方法為主要手段，揭示河南省深部孕震環境和主要構造特征，查明深淺部構造耦合機制。為此，地震構造探查工程項目在2020年1—5月期間共施行了9次人工爆破，單個炮點藥量為在1.0—2.5 t，平均裝藥量1.9 t。本次人工爆破的目的是為了獲得剖面沿線的地震波速度結構，提高地殼—上地幔深處地層界面反射波的信噪比。

隨著數字化地震觀測技術的迅速發展，地震定位作為地震預測、應急以及震后災害評估等工作的基礎，研究人員對定位的精度也有了更高的要求。以往學者常用已知震源位置和發震時間的可控震源來分析研究地震的定位（Bondár et al，2004；王平等，2006；呂作勇等，2014；黃文輝等，2017；魏婭玲等，2019），從而評估區域地震臺網的地震定位精度。本次研究正好可以利用上述河南省地震構造探查工程項目的9次爆破，對河南地震臺網的地震定位精度進行檢驗，總結出適合河南地區的地震波速度模型和定位方法。

1 研究背景

此次實施人工爆破的目的：一是為了獲得深地震反射剖面沿線的地震波速度結構，提高地殼—上地幔深處地層界面反射波的信噪比，為河南省地震構造探查工程項目提供數據支持；二是檢驗河南省測震臺網的監測能力和地震定位精度，進一步了解河南地區地震波速結構和地殼厚度，檢驗“2015河南模型”走時表有效性。

河南地區測震臺網由1個地震臺網中心、28個區域臺站、31個市縣臺站、3個南陽區域臺站、11個丹江水庫臺站和鄰省6個測震臺網（山東、安徽、河北、山西、湖北、陜西）的31個測震臺站組成，對全省范圍的地震監測能力可達到ML1.5，局部地區可達到ML1.0。

2020年1—5月河南省地震構造探查工程項目共施行9次人工爆破，爆破的炮點均在河南地震臺網的監測能力范圍內，本次研究的數據取自河南區域測震臺網所轄的104個測震臺站，每個爆破事件都被5個以上臺站記錄且震相清晰（圖1）。9次人工爆破的相關數據見表1。利用河南地震臺網記錄到的地震波形分別對這些爆破事件進行震中位置的確定，利用得到的定位結果與爆破點位置進行對比，來檢驗河南地震臺網的定位模型及定位方法。

表1 河南省地震構造探查工程項目爆破點參數Table 1 Blasting point parameters of the Seismic Structure Exploration Project in Henan Province

圖1 河南省數字測震臺網監控能力和爆破點分布Fig.1 Monitoring capability and blasting points of the digital earthquake networks in Henan Province

2 速度模型的對比分析

2.1 速度模型的選擇

準確的速度模型是地震定位、大尺度構造應力場研究、地球動力學研究的基礎性資料。在地震觀測臺站確定的情況下，影響地震定位精度的主要因素包括結構模型的誤差和觀測走時的誤差（陳棋福等，2001；陳惠芳等，2018）。河南地震臺網自“十五”數字化地震觀測網絡建成以來，一直沿用華南走時模型。2014年，由中國地震局監測司組織，測震學科組朱元清研究員牽頭啟動了“全國區域一維速度模型建設工作專項”，河南省地震局賈漯昭和鄭培玲負責河南地區的實用化地殼模型研究工作，根據河南的大量震例，通過區域速度擬合，速度穩定性分析，“折合走時”分析，層析成像等結果建立了“2015河南模型”（朱元清等，2017）。本次研究正好可以利用這9次人工爆破，來檢驗“2015河南模型”和“華南模型”（表2）在河南地區的應用效果。

表2 檢驗用到的地殼模型Table 2 Crustal model used for testing

2.2 結果對比分析

在所用臺站和震相數量相同的前提下，采用MSDP地震定位軟件中的單純型方法，分別使用“華南模型”和“2015河南模型”，對9次人工爆破進行定位，并將定位結果與已知爆破參數進行比較得出震中偏差（圖2）。使用“華南模型”定位的震中位置與爆破點位的平均偏差是1.25 km，使用“2015河南模型”定位的震中位置與爆破點位的平均偏差是0.89 km。在9次人工爆破的震中定位結果中，使用“2015河南模型”的震中偏差均小于使用“華南模型”的震中偏差，也說明了“2015河南模型”更符合河南區域的地質構造情況。

圖2 不同地殼模型的定位震中偏差對比Fig.2 Comparison of epicenter location deviation indifferent crustal models

3 定位方法的對比分析

根據上文中所得出的結論，采用更符合河南區域地質構造情況的“2015河南模型”，運用MSDP地震分析軟件對2020年1—5月河南省地震構造探查工程項目施行的9次人工爆破拾取精確震相Pn、Pg和Sg，分別用單純型、Hyposat和LocSAT這3種定位方法，在定位臺站數量和標注震相相同的前提下對這9次爆破重新進行精確定位，并與已知爆破參數進行比較得出震中偏差（圖3）。

圖3 不同方法定位震中偏差對比Fig.3 Comparisonof epicenter deviation in different location methods

單純型定位的平均偏差為0.89 km，最大差值是1.74 km；Hyposat方法定位的平均偏差為3.84 km，最大差值是6.8 km；LocSAT方法定位的平均偏差2.79 km，最大差值是4.76 km。在以上3種定位方法中，單純型定位方法的平均偏差最小，且9次爆破的定位偏差均小于其他2種方法，故單純型定位方法可作為河南測震臺網地震定位的首選方法。

4 結論

通過對比“2015河南模型”與河南地震臺網原定位模型——“華南模型”，得出如下結論：對于9次人工爆破地震，“2015河南模型”的平均震中偏差是0.89 km，“華南模型”平均震中偏差是1.25 km，“2015河南模型”的定位結果優于“華南模型”定位結果。因此“2015河南模型”更接近河南地區的真實構造情況，可作為提高河南地震臺網定位精度的首選地震定位模型。

在定位臺站數量和標注震相相同的前提下，利用單純型、Hyposat和LocSAT 3種定位方法對9次人工爆破進行重新定位分析，結果表明，單純型定位方法的平均震中距偏差最小，且每次爆破的震中偏差都小于其他2種方法。因此，在河南臺網的地震定位分析中，采用單純型定位方法進行定位可獲得更為可靠的震中位置。

綜上所述認為，在日常地震速報和編目工作中，“2015河南模型”配合單純型定位法可作為河南地震臺網地震定位的首選方法。