Pdif波在中國CDSN臺站的運動學特征①

許健生，隗永剛，張淑珍

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

0 引言

1936年丹麥女地震學家萊曼首先在地震圖上識別出了地球核幔界面上傳播的衍射波Pdif。1940年由英國地震學家杰弗里斯和澳大利亞地震學家布倫用1930－1940年的觀測資料給出了地震波在地球內(nèi)部傳播的走時表（簡稱J－B表，下同），給出了震中距105°～130°，震源深度33～794km的Pdif波走時。1991年國際地震學和地球內(nèi)部物理學聯(lián)合會（簡稱IASPEI）用1964－1987年的觀測資料給出了《IASPEI1991地震波走時表》（簡稱IASPEI1991表，下同），該走時表給出了震中距100°～144°，震源深度分別在0、100、300和600km的Pdif波走時表。

在中國大陸雖然從上個世紀50年代就有SK型等中長周期地震儀開始觀測，但國內(nèi)鮮有文獻討論Pdif波的運動學特征。直到20世紀80年代隨著763長周期地震儀臺網(wǎng)在中國大陸開始觀測，趙榮國［1］、郭瑛［2］和唐燕娟等［3］開始討論 Pdif波在北京和其它地震臺763長周期地震儀器上的記錄特征（模擬記錄），但都沒給出Pdif波在震中距100°～180°間的完整走時表。從1983年起中國地震局與美國地質(zhì)調(diào)查局合作陸續(xù)建成了中國數(shù)字地震臺網(wǎng)（簡稱CDSN，下同）的11個數(shù)字化地震臺。CDSN臺站的數(shù)字地震儀具有寬頻帶、大動態(tài)范圍和高線性度等優(yōu)越性。CDSN臺站位置如圖1所示，臺站情況見表1。本文使用CDSN臺站1990－2012年間記錄到的124個極遠震資料進行分析處理，研究Pdif震相的運動學特征，并給出比IASPEI1991表范圍擴展的Pdif走時表。

1 資料

所用資料全部來自CDSN臺站在1990－2012年間記錄到的124個極遠震寬頻帶數(shù)字記錄，地震參數(shù)取自美國地震學合作研究協(xié)會（簡稱IRIS，下同）發(fā)布的地震目錄。發(fā)震時間和地震圖上標注的時間均為世界標準時。所用地震目錄見表2。

表2中給出的震中距為IRIS的測定結(jié)果，可見目前CDSN臺站記錄Pdif波的震中距范圍是100．0°～179．0°。震級范圍為6．0～8．8級，震源深度范圍為4．0～631．3km。震中主要分布在中美洲和南美洲的墨西哥、秘魯和智利等地區(qū)（圖1）。

表1 CDSN臺站信息和觀測數(shù)據(jù)情況Table 1 The information of Pdif wawe and CDSN stations

圖1 CDSN臺站位置和震中分布圖Fig．1 Distribution of earthquake epicenters and CDSN stations

表2 地震目錄Table 2 The catalogue of used earthquakes

續(xù)表2

續(xù)表2

2 Pdif波的運動學特征

許健生等用CDSN北京地震臺（1990－2008年）和CDSN蘭州地震臺（1990－2000年）的觀測資料給出了Pdif波在這兩個臺站的記錄特征，并得到了Pdif波在101．9°～175．7°間的PKP－Pdif和PP－Pdif的到時差與震中距的關(guān)系［4－5］。

本文用CDSN11個臺的觀測資料給出了在h≤100km、100＜h≤300km和300＜h≤631．3km的不同震源深度上Pdif波在100．0°～179．0°間的運動學特征和相應的走時表（表3）。

表3 Pdif波走時表Table 3 The table of travel－time of Pdif wave

2．1 淺源地震的Pdif波的運動學特征

為了和IASPEI1991地震走時表給出的h＝100 km時的Pdif波走時特征做對比，本文選取了104個h≤100km的數(shù)據(jù)，給出了震中距在100．0°～179．0°間Pdif波的運動學特征。

（1）由圖2見，Pdif波的走時與震中距有很好的線形關(guān)系，與IASPEI1991地震走時表［6］給出的Pdif走時直線（虛線）基本平行，但有系統(tǒng)的差異。這種差異反映了中國大陸局部速度模型與全球平均速度模型之間存在系統(tǒng)差異。在震中距100°時的差值為11．2s，在震中距144°時的差值為17．0s。Pdif波走時與震中距的關(guān)系可擬合為

式中T的單位為秒，Δ的單位為度。

圖2 Pdif波走時與震中距的關(guān)系Fig．2 The relation between travel time of Pdif wave and epicenter distance

（2）當震中距Δ＞100°以后，Pdif在PKP之前出現(xiàn)的時間范圍是4min10．7s～29．8s之間。由圖3可見，隨著距離增大，Pdif與PKP的時差越來越小。Pdif與PKP時差與震中距之間的關(guān)系可擬合為

（3）Pdif在PP震相之前出現(xiàn)的時間范圍是4 min05．4s～6min42．0s之間。由圖4可見，隨著震中距增大Pdif與PP之間的時差越來越大。Pdif與PP之間的時差與震中距之間的關(guān)系可擬合為

圖3 PKP－Pdif時差與震中距的關(guān)系Fig．3 The relation between difference time of PKP－Pdif and epicenter distance

（4）由圖3可見，CDSN臺站觀測到的Pdif波的到時與PKP的到時差在震中距100°～180°間有很好的線性關(guān)系，這可能是因為PKP波的射線路徑主要在地核內(nèi)，傳播路徑上介質(zhì)的一致性較好。

（5）由圖4可見，CDSN臺站觀測到的Pdif波到時與PP波的到時差與震中距的關(guān)系在震中距100．0°～179．0°間可擬合為二次曲線，這可能是因為PP波的射線路徑主要在地幔內(nèi)，傳播路徑上介質(zhì)的一致性較差，是非線形關(guān)系。

圖4 PP－Pdif時差與震中距的關(guān)系Fig．4 The relation between difference time of PP－Pdifand epicenter distance

2．2 深源地震的Pdif波的運動學特征

為了研究震源深度對Pdif波走時的影響，便于和IASPEI1991地震走時表給出的h＝300km和h＝600km時的Pdif波走時特征做對比研究，本文選取了12個震中距在108．6°～178．7°間，震源深度在100km＜h≤300km間，和8個震中距在138．0°～173．0°間的數(shù)據(jù)，給出了不同震源深度的Pdif波運動學特征。

（1）由表3可見，在震源深度100km＜h≤300 km和300km＞h≤631．5km時，Pdif波的走時與震中距有很好的線性關(guān)系，與IASPEI1991地震走時表給出的h＝300km和h＝600km時Pdif波的走時直線基本平行，在震中距100°時的差值分別為19．5s和5．7s，在震中距144°時的差值分別為26．0s和9．8s。

不同震源深度的Pdif波走時與震中距的關(guān)系可擬合為

（2）由表3可見，在100km＜h≤300km和300km＞h≤631．5km時，Pdif與PKP的時差隨著震中距的增大在逐漸縮小。Pdif與PKP時差與震中距之間的關(guān)系可擬合為

（3）由表3可見，在100km＜h≤300km和300km＞h≤631．5km時，Pdif與PP的時差關(guān)系可擬合為

（4）對于有一定震源深度的地震常可觀測到P、S波在震中附近的反射波pP、sP在幔核界面上衍射形成的pPdif和sPdif波，pPdif－Pdif和sPdif－Pdif的時差分別與pP－P和sP－P的時差相等。

圖5給出了烏魯木齊臺、西安臺和昆明臺在不同震中距記錄到同一深度地震的pPdif波的典型記錄。

3 結(jié)論

通過對1990－2012年CDSN11個臺記錄到的Pdif波的運動學特征分析，可以得出以下結(jié)論：

圖5 3個臺站的2007年11月29日MS7．4背風群島地震的pPdif記錄（h＝147．5km，EPC：N14．97°，W61．26°）Fig．5 The pPdif wave seismographs of windward islands earthquake with MS7．4recorded by three stations

（1）目前Pdif波在CDSN臺站的記錄范圍為100．0°～179．0°，震級為6．0～8．8級，震源深度為4～631．3km。與J－B表和IASPEI1991表相比，CDSN臺站的寬頻帶數(shù)字地震儀大大拓展了Pdif震相的記錄范圍。

（2）本文給出的不同震源深度的《Pdif波走時表》是對《IASPEI1991地震走時表》的有益補充?！禤dif波走時表》與《IASPEI1991地震走時表》有系統(tǒng)的差異，這種差異反映了中國大陸局部速度模型與全球平均速度模型之間存在系統(tǒng)差異。

（3）震源深度對Pdif與PKP時差的影響隨距離的增大逐漸減小。

（4）震源深度對Pdif與PP時差的影響在140°時最大，在震中距100°和180°時最小。

（5）深震衍射波pPdif和sPdif波與Pdif波的時差pPdif－Pdif和sPdif－Pdif分別與pP－P和sP－P的時差相等，與pP－P和sP－P一樣可作為測定震源深度的參數(shù)。

致謝：本文的數(shù)據(jù)處理和震相標注均由黑龍江省地震局和躍時高級工程師提供的“CDSN地震臺站分析軟件”完成，在此深表謝意。

（References）

［1］ 趙榮國．中國763長周期臺網(wǎng)觀測Δ＝175．6°的幔－核界面衍射波［J］．國際地震動態(tài)，1987，（3）：14－16．

ZHAO Rong－guo．Waves Diffracted at the Mantle－core Bound－ary Were Observed by Type－763Long－period Seismograph Network of China［J］．Recent Developments in World Seismology，1987，（3）：14－16．（in Chinese）

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

GUO Ying．On Diffracted Wave Pdif forΔ≥140°［J］．Seismological and Geomagnetic Observation and Research，1989．10（4）：27－30．（in Chinese）

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

TANG Yan－juan．A Discussion on Recorded Distance for Diffraction Wave Pdif of Wave P［J］．Seismological and Geomagnetic Observation and Research，1997．18（2）：32－36．（in Chinese）

［4］ 許健生，隗永剛，張淑珍．Pdif震相的記錄特征［J］．地震地磁觀測與研究，2011．32（4）：115－121．

XU Jian－sheng，WEI Yong－gang，ZHANG Shu－zhen．The Recording Character of Pdif Phase［J］．Seismological and Geomagnetic Observation and Research，2011．32（4）：115－121．（in Chinese）

［5］ 許健生，隗永剛，張淑珍．Pdif震相在CDSN蘭州地震臺的記錄特征［J］．西北地震學報，2012．34（3）：239－244．

XU Jian－sheng，WEI Yong－gang，ZHANG Shu－zhen．The Recording Characters of Pdif Phase in Seismic Wave at CDSN Lanzhou Seismic Station［J］．Northwester Seismological Journal，2012．34（3）：239－244．（in Chinese）

［6］ B L N Kennett．IASPEI 1991地震走時表［M］．北京：地震出版社，1993：108－130．

B L N Kennett．IASPEI 1991Seismological Tables［M］．Beijing；Seismological Press，1993：108－130．（in Chinese）