Pdif震相在CDSN蘭州地震臺(tái)的記錄特征①

許健生，隗永剛，張淑珍

（1．中國(guó)地震局地球物理所北京地震臺(tái)，北京 100095；2．北京白家疃地球科學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，北京 100095；3．甘肅省地震局蘭州觀象臺(tái)，甘肅蘭州 730046；4．蘭州地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站；甘肅蘭州 730046）

Pdif震相在CDSN蘭州地震臺(tái)的記錄特征①

許健生1，2，隗永剛1，2，張淑珍3，4

（1．中國(guó)地震局地球物理所北京地震臺(tái)，北京 100095；2．北京白家疃地球科學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，北京 100095；3．甘肅省地震局蘭州觀象臺(tái)，甘肅蘭州 730046；4．蘭州地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站；甘肅蘭州 730046）

通過(guò)對(duì)CDSN蘭州地震臺(tái)1990－2000年間31個(gè)極遠(yuǎn)震記錄的分析，得到了Pdif震相在CDSN寬頻帶數(shù)字地震儀上的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征；給出了蘭州地震臺(tái)Pdif震相走時(shí)便查表，以便分析時(shí)查詢比較。所得結(jié)果有助于提高地震速報(bào)能力和積累震相分析經(jīng)驗(yàn)，有助于對(duì)核幔邊界物理性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

遠(yuǎn)震；Pdif震相；記錄特征；蘭州地震臺(tái)；中國(guó)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)（CDSN）

Abstract：The kinematics and dynamics characters of Pdif phase in seismic wave from 31far－teleseism recorded by the broad band digital seismic instruments at CDSN Lanzhou seismic station during 1990－2000are analyzed．The travel table of Pdif wave at CDSN Lanzhou seismic station is offered for analyzing conveniently．The result is very useful to enhance the rapid earthquake information report ability and accumulate seismic phase analysis experience．It is also helpful to understand physics characters of mantle－core border inner the earth．

Key words：Teleseism；Pdif phase；Recording character；Lanzhou seismic station；China digital seismic network

0 引言

繼1936年丹麥地震學(xué)家萊曼首先在地震圖上識(shí)別出了地球幔－核界面的衍射波Pdif以后，從上世紀(jì)80年代起，隨著763長(zhǎng)周期地震儀臺(tái)網(wǎng)在中國(guó)大陸開(kāi)始觀測(cè)，趙榮國(guó)［1］、方家福［2］、郭瑛［3］和唐燕娟等人［4］開(kāi)始用763的記錄來(lái)討論P(yáng)dif震相在中國(guó)大陸地震臺(tái)上的記錄特征，但都是基于763模擬記錄的討論。本文試圖用中國(guó)數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)（簡(jiǎn)稱CDSN，下同）蘭州地震臺(tái)1990－2000年間寬頻帶數(shù)字地震儀記錄到的31個(gè)有Pdif震相的極遠(yuǎn)震記錄，給出Pdif震相在CDSN蘭州地震臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征。

1 資料

本文所用資料均取自CDSN蘭州地震臺(tái)的觀測(cè)記錄，地震參數(shù)均取美國(guó)地震學(xué)合作研究協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱IRIS，下同）發(fā)布的地震目錄，發(fā)震時(shí)間和記錄圖上標(biāo)注的時(shí)間均為世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，見(jiàn)表1。

表1 蘭州地震臺(tái)Pdif震相觀測(cè)數(shù)據(jù)

2 Pdif震相的記錄特征

2．1 Pdif震相的記錄范圍

由表1可見(jiàn)，蘭州地震臺(tái)記錄到的Pdif震相的震中距范圍目前是114．2°～175．7°，在表1中給出的震中距均為IRIS的測(cè)定結(jié)果。震級(jí)為6．0～7．8級(jí)，震源深度為8～635km。震中如圖1所示，主要分布在在墨西哥、秘魯和智利地區(qū)。

2．2 Pdif震相的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

根據(jù)CDSN蘭州地震臺(tái)寬頻帶數(shù)字化儀器的實(shí)際觀測(cè)資料，能將Pdif震相與P震相清楚區(qū)別開(kāi)的震中距約在114．2°～175．7之間，其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征主要有以下幾點(diǎn)：

圖1 地震震中分布和臺(tái)站位置圖Fig．1 Distribution of earthquake epicenters and position of Lanzhou seismic station．

（1）在震中距114．2°以后，Pdif在PKP震相之

前出現(xiàn)的時(shí)間范圍是3分18．3秒至40．1秒。由圖2可看見(jiàn)，隨著距離增大，Pdif與PKP震相之間的時(shí)差越來(lái)越小。Pdif與PKP震相之間的時(shí)差與震中距之間的關(guān)系可擬合為

圖2 PKP－Pdif時(shí)差與震中距的關(guān)系Fig．2 Relationship between the difference times of PKP－Pdif and the epicenter distances．

（2）Pdif在PP震相之前出現(xiàn)的是4分43．9秒至6分41．3秒。由圖3可看見(jiàn)，隨著距離增大，Pdif與PP震相之間的時(shí)差越來(lái)越大。Pdif與PP震相之間的時(shí)差與震中距之間的關(guān)系可擬合為二次關(guān)系式：

式（1）、（2）中時(shí)差T的單位為秒；震中距Δ的單位為度。

圖3 PP－Pdif時(shí)差與震中距的關(guān)系Fig．3 Relationship between the difference times of PP－Pdif and the epicenter distances．

根據(jù)關(guān)系式（1）、（2）可給出蘭州地震臺(tái)Pdif震相走時(shí)便查表（表2），以便分析時(shí)查詢比較。

表2 蘭州地震臺(tái)Pdif震相走時(shí)便查表

（3）由圖2可見(jiàn)，蘭州地震臺(tái)記錄到的Pdif震相與PKP的到時(shí)差直線（虛線）與IASPEI1991地震走時(shí)表［5］給出的Pdif震相與PKP的到時(shí)差直線（實(shí)線）基本平行。144°以后的到時(shí)差也與IASPEI1991地震走時(shí)表給出的到時(shí)差直線的延伸方向基本一致，兩者之間有約19秒左右的系統(tǒng)偏差。

（4）由圖3可見(jiàn)，蘭州地震臺(tái)記錄到的Pdif與PP震相的到時(shí)差曲線與IASPEI1991地震走時(shí)表給出的Pdif與PP震相的到時(shí)差曲線比較吻合，近似于二次曲線。在130°以前兩者基本重合，在130°以后隨著距離的增大差值也逐步增大。但在144°以后其到時(shí)差曲線仍與IASPEI1991地震走時(shí)表給出的到時(shí)差曲線的走向基本一致，兩者之間的系統(tǒng)偏差隨距離的增大而逐漸略有增大。

在圖2和圖3中的空心圓為IASPEI1991地震走時(shí)表給出的PKP、PP與Pdif震相走時(shí)差，實(shí)心圓為蘭州地震臺(tái)記錄到的PKP、PP與Pdif震相的走時(shí)差。

（5）由圖6可見(jiàn)，蘭州地震臺(tái)記錄到的Pdif震相有較明顯的正頻散特性。初至的Pdif震相的前半個(gè)周期明顯小于續(xù)至的后半個(gè)周期。

2．3 Pdif震相的動(dòng)力學(xué)特征

在震中距114．2°～175．7°之間，Pdif震相在CDSN蘭州地震臺(tái)寬頻帶數(shù)字化記錄上的動(dòng)力學(xué)特征主要有以下幾點(diǎn)：

（1）由表1可見(jiàn)，Pdif震相的位移量與周期大小似乎沒(méi)明顯的相關(guān)性；

（2）由表1可見(jiàn)，Pdif震相的周期范圍較寬，約在16．24～38．99s之間；

（3）由表1可見(jiàn)，Pdif震相的周期大小與震中距大小的相關(guān)性不明顯，周期并不隨震中距的增大而增大；

（4）蘭州地震臺(tái)記錄到的Pdif震相的震源深度范圍為8．0～635．0km；

（5）由圖4可見(jiàn)，Pdif震相的周期大小與震源深度似乎有點(diǎn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系，即深度較大時(shí)，周期也較大；

（6）Pdif震相的振動(dòng)次數(shù)與震源深度也似乎有關(guān)，比較圖6中（a）、（b）、（c）各分圖可見(jiàn)，當(dāng)震源較淺的時(shí)候Pdif震相振動(dòng)次數(shù)較多，常伴有尾波相隨，甚至?xí)掷m(xù)若干個(gè)波列，與后續(xù)的PKP震相銜接在一起，而當(dāng)震源較深的時(shí)候Pdif震相振動(dòng)次數(shù)較少，甚至只有一兩次振動(dòng)，此特征似可作為淺源與中、深源地震的一個(gè)判據(jù)；

圖4 Pdif震相的周期與震源深度的關(guān)系Fig．4 Relationship between the periods of Pdif phase and the depths of earthquake source．

（7）對(duì)中深源地震有時(shí)可見(jiàn)清楚的深度震相pPdif和sPdif，如圖6（b）所示，但不知是何原因深度較大的地震反而沒(méi)有深震震相，如圖6（c）所示；

（8）由圖5可見(jiàn)，Pdif震相的位移大小與震級(jí)基本成正比關(guān)系。位移量的范圍在0．030（MS＝6．4）到2．432μm（MS＝7．4）之間。

圖5 Pdif震相的位移量與震級(jí)的關(guān)系Fig．5 Relationship between the displacement of Pdif phase and magnitude．

3 討論與結(jié)語(yǔ)

從1990－2000年蘭州地震臺(tái)極遠(yuǎn)震記錄的分析結(jié)果中初步可以得出以下結(jié)論：

（1）目前，在蘭州地震臺(tái)能將Pdif與PKP震相清楚區(qū)別開(kāi)的震中距在114．2°～175．7°之間，IASPEI1991地震走時(shí)表給出的能記錄到Pdif震相的范圍是100°～144°之間，CDSN蘭州地震臺(tái)的寬頻帶數(shù)字化地震儀大大拓展了Pdif震相的記錄范圍。

（2）圖2和圖3中的虛線是根據(jù)表1中給出的PKP－Pdif和PP－Pdif到時(shí)差值擬合出來(lái)的直線和曲線，是震源深度在8～635．0km不同深度的到時(shí)差值，因?yàn)橘Y料較少?zèng)]按不同深度作詳細(xì)劃分。在圖2和圖3中的實(shí)線是IASPEI1991地震走時(shí)表給出的PKP－Pdif和PP－Pdif在震源深度0km時(shí)的到時(shí)差值。受不同震源深度的影響，實(shí)際觀測(cè)值和IASPEI1991地震走時(shí)表給出的全球平均值有一定的系統(tǒng)偏差和個(gè)別點(diǎn)離散較大是可以理解的。

圖6 不同震源深度的Pdif震相比較Fig．6 Comparison of the Pdif phases among the earthquakes with different source depths．

（3）Pdif震相在SK和763等模擬記錄上的波形多為一個(gè)周期甚至半個(gè)周期的“孤立”波動(dòng)，但在寬頻帶數(shù)字地震儀上卻能記錄到一個(gè)或數(shù)個(gè)很完整的波形。尤其對(duì)淺源地震，還能記錄到若干個(gè)振動(dòng)波列。即使深源地震也能記錄到一個(gè)或多個(gè)完整的波列。

（4）Pdif震相的位移量與震中距和震源深度沒(méi)有明顯的相關(guān)性，這可能與形成Pdif波的幔－核界面的物理性質(zhì)和幾何形狀有關(guān)。已有文獻(xiàn)認(rèn)為幔－核界面凹凸不平，Pdif波沿凹凸不平的幔－核界面?zhèn)鞑ビ锌赡茉斐蒔dif波能量的隨機(jī)“聚焦”，使得Pdif波的位移量隨機(jī)放大。當(dāng)然，凹凸不平的界面也有可能造成Pdif波能量的隨機(jī)"焦散"，使得部分能量隨機(jī)損失，造成Pdif波的位移量變小。另外，振幅衰減除了與震中距有關(guān)外還與傳播路徑上的物理性質(zhì)有關(guān)。Pdif波的位移量與震中距沒(méi)有明顯的統(tǒng)計(jì)關(guān)系是否意味著幔－核界面具有明顯的橫向不均勻性質(zhì)。當(dāng)然，這個(gè)問(wèn)題很復(fù)雜，有待積累更多的資料做進(jìn)一步的探討。

（5）蘭州地震臺(tái)能記錄到Pdif震相的最小震級(jí)約為6．0級(jí)。

（6）蘭州地震臺(tái)記錄到Pdif震相的震源深度范圍為8～635．0km。

（7）蘭州地震臺(tái)寬頻帶數(shù)字化地震儀是我國(guó)第一批建成的9個(gè)數(shù)字化臺(tái)站之一，自從1987年10月通過(guò)驗(yàn)收正式運(yùn)行以來(lái)，以其寬頻帶、大動(dòng)態(tài)、高分辨率等優(yōu)越性，把我國(guó)的地震觀測(cè)水平提高到了一個(gè)新的高度。

［1］ 趙榮國(guó)．中國(guó)763長(zhǎng)周期臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)Δ＝175．6°的幔－核界面衍射波［J］．國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，1987，（3）：14－16．

［2］ 方家福．中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)記錄到震中距大于160度的衍射波［J］．國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，1987，（5）：38．

［3］ 郭英．關(guān)于Δ≥140°的地震衍射波Pdif［J］．地震地磁觀測(cè)與研究，1989，10（4）27－30．

［4］ 唐燕娟．對(duì)P波衍射波Pdif震相記錄范圍的討論［J］．地震地磁觀測(cè)與研究，1997，18（2）：32－36．

［5］ B L N Kennett IASPEI 1991地震走時(shí)表［M］．北京：地震出版社，1993：108－130．

The Recording Characters of Pdif Phase in Seismic Wave at CDSN Lanzhou Seismic Station

XU Jian－sheng1，2，WEI Yong－gang1．2，ZHANG Shu－zheng3，4

（1．Beijing Seismic Station of Institute of Geophysics，China Earthquake Administration，Beijing 100095，China；2．Beijing Baijiatuan Earth Science State Geophysical Observatory，Beijing 100095，China；3．Lanzhou Observatory of Earthquake Administration of Gansu Province，Lanzhou 730046，China；4．Lanzhou State Geophysical Observatory，Lanzhou 730046，China）

P315．31

A

1000－0844（2012）03－0239－06

10．3969／j．issn．1000－0844．2012．03．0239

2011－02－14

科技部“地球物理觀測(cè)資料深度加工及數(shù)字化表達(dá)”項(xiàng)目（2007FY220100）

許健生（1954－），男（漢族），甘肅武威人，研究員，主要從事地震觀測(cè)和臺(tái)站管理．