初始震源深度對雙差定位結(jié)果的影響分析

蔡一川

(四川省地震監(jiān)測中心，四川成都 610041)

震源深度是描述地震的關(guān)鍵參數(shù)之一，對地震學(xué)研究具有重要意義。例如，可靠的震源深度有助于更好約束地震事件的震源位置以及發(fā)震時刻［1］;余震深度的展布反映主震發(fā)震斷層的幾何形態(tài)，可以為探索地震孕育和發(fā)生的深部環(huán)境提供證據(jù)［2］;此外，發(fā)震層深度反映了介質(zhì)的流變性質(zhì)，是確定發(fā)震斷層及周圍地殼介質(zhì)脆性—韌性轉(zhuǎn)換的重要指標(biāo)，一般而言，地震越淺，所造成的破壞越嚴(yán)重［3］。然而，在現(xiàn)代地震目錄中，震源深度的精度是個棘手的問題，它幾乎已經(jīng)成為最不準(zhǔn)確的參數(shù)之一［4］。雙差定位法是一種比絕對定位方法精度高的相對定位方法，由于其獨特的優(yōu)勢，自Waldhauser于2000年在BSSA上發(fā)表了關(guān)于雙差地震定位算法的文章以來，雙差地震定位方法在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，并取得了很好的效果［5-8］。關(guān)于雙差定位的使用，Waldhauser等認(rèn)為，雙差算法使用無誤差的數(shù)據(jù)能夠完全校正絕對位置，但它的敏感性受到真實數(shù)據(jù)本身誤差的限制［5］。鄭鈺等針對雙差定位程序的應(yīng)用，對定位中相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的討論，并對速度模型的影響進(jìn)行了分析，但對于初始震源深度對定位深度的影響分析還鮮有報道［8］。在日常地震數(shù)據(jù)分析處理中我們發(fā)現(xiàn)，不同的定位軟件得到的定位深度相差還是比較大的，因此有必要在雙差定位中對初始震源深度的影響程度進(jìn)行分析。

1 資料及方法

1.1 觀測數(shù)據(jù)及觀測臺站

2013年4月20日08時至5月1日00時，四川地震臺網(wǎng)中心記錄到的蘆山地震余震共6 382次。由于四川地震臺網(wǎng)中心在進(jìn)行地震編目時采用了Loc3D，Hypo2000和單純形三種定位方法，不同定位方法的速度模型和參數(shù)又存在差別，因而不同定位方法給出的編目結(jié)果可能出現(xiàn)系統(tǒng)偏差。為了獲得較為可靠的初始震源位置，本研究僅選用ML≥1.5、記錄臺站數(shù)≥6的1 452條余震，統(tǒng)一采用HypoCenter軟件和趙珠等的速度模型進(jìn)行初始絕對定位［9］。同時，為了便于對初始震源深度對于雙差定位結(jié)果影響的探討，選擇震源深度在10～15 km范圍內(nèi)的地震進(jìn)行分析。通過將震源深度減小5 km、增加5 km和直接固定震源深度的方法，采用雙差定位法進(jìn)行重新定位，然后對定位結(jié)果進(jìn)行對比分析。

2013年四川省雅安蘆山主震發(fā)生后，地震應(yīng)急流動監(jiān)測隊伍于地震當(dāng)天就在震源區(qū)周圍架設(shè)流動臺站進(jìn)行地震監(jiān)測，至4月25日共架設(shè)了15個流動地震臺站，這些流動臺站主要位于主震中50 km半徑范圍以內(nèi)，與固定臺站并網(wǎng)觀測(參見圖1)，所構(gòu)成的地震觀測網(wǎng)對余震區(qū)形成了較好的方位覆蓋，進(jìn)一步保證了初始地震定位結(jié)果的可靠性，初始地震定位結(jié)果震中分布參見圖2。

圖1 本研究所用臺站分布

圖2 本研究所用地震震中分布

1.2 方法

雙差定位方法是一種相對定位方法，其基本原理是，如果兩個地震震源之間的距離小于事件到臺站的距離，那么就認(rèn)為震源區(qū)和這個臺站之間的整個射線路徑是幾乎相同的，則通過地震事件兩兩組對的方法在一定程度上消除地殼速度結(jié)構(gòu)橫向不均勻性帶來的定位影響。雙差定位法不僅使用了地震觀測報告得到的走時差，還使用了由波形互相關(guān)技術(shù)得到的兩兩地震間的P波和S波走時差，通過調(diào)節(jié)地震對的兩個震源位置的矢量差，使剩余殘差(或雙差)最小。為了符合相似性破裂機制的假設(shè)，本文給定事件對之間的最遠(yuǎn)距離為20 km，給定事件對與臺站之間的最遠(yuǎn)距離為50 km，誤差小的P波震相權(quán)重為1，誤差較大的S波震相權(quán)重小于0.5，波形互相關(guān)主要選取相對P波到時為-1～4 s的時間窗口，相關(guān)系數(shù)閾值設(shè)定為0.6。這些特定設(shè)置在本例的實際應(yīng)用中很好地降低了干擾，既保留了P波震相較高的相關(guān)性，又保證了足夠數(shù)量的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果分析

2.1 通過固定初始震源深度進(jìn)行地震重定位

利用雙差定位方法，對蘆山M7.0地震余震震中初始震源深度在10～15 km范圍內(nèi)發(fā)生的1 452個地震事件進(jìn)行重新定位，確定所有地震的初始震源深度為5 km時，得到了1 170個定位結(jié)果，成功率為80.6﹪;確定所有地震的初始震源深度為10 km時，得到1 268個重定位結(jié)果，成功率為87.3﹪。通過重定位結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將初始震源深度分別固定在5和10 km的情況下，上述兩種方法獲得的震中位置變化比較小，但震源深度結(jié)果卻出現(xiàn)了一定的變化。當(dāng)初始深度固定為5 km時，雙差定位法給出的震源深度為3.8～6.3 km，變化幅度約50%;當(dāng)初始深度固定為10 km時，雙差定位法給出的震源深度范圍為8.5～13.2 km，變化幅度約48%(參見圖3和表1)。當(dāng)我們將震源深度固定在一定的范圍內(nèi)時，重新定位結(jié)果有很好的一致性，因此認(rèn)為結(jié)果是可靠的。

2.2 通過增減初始震源深度進(jìn)行重定位

選取蘆山M7.0地震余震震中初始震源深度在10～15 km范圍，利用雙差定位方法對1 452個地震事件進(jìn)行重新定位，在震中位置不變，選取所有地震的初始震源深度均減小5 km時，得到1 283個重定位結(jié)果，定位成功率為88.4﹪;選取所有地震的初始震源深度均增加5 km時，得到1 320個重定位結(jié)果，定位成功率為90.9﹪。根據(jù)重定位結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，通過增減初始震源深度的方法進(jìn)行重定位所得到的震中位置變化仍然比較小，但震源深度卻出現(xiàn)了系統(tǒng)移動(參見表1)。就是說，將初始震源深度減少5 km后，重定位得到的震源深度就會整體向淺部移動，且深度值由原來10～15 km變?yōu)?.5～12 km，深度范圍增大了約50%;如果將初始震源深度增加5 km，則重定位得到的震源深度就會整體向深部移動，且深度由原來10～15 km變?yōu)?3～23 km，深度范圍增大了50%，重定位震源深度結(jié)果見圖4。

圖3 雙差定位震源深度隨固定初始震源深度的變化

圖4 雙差定位震源深度隨初始震源深度增減的變化

表1 雙差定位震源深度隨初始震源深度的變化情況

3 結(jié)論

地震震源深度是地震學(xué)中最難準(zhǔn)確測定的參數(shù)之一，各種定位方法對于震源深度的估計都具有一定程度的不確定性［4］。通過對雙差定位方法中初始震源深度對定位結(jié)果的影響分析，得出以下幾點結(jié)論:(1)采用雙差定位進(jìn)行重定位時，只要選用合理參數(shù)設(shè)置，初始震源深度誤差對重定位震中位置的影響比較小，但對重定位震源深度結(jié)果卻存在一定的影響。(2)通過增加、減小初始震源深度時，重定位震源深度結(jié)果會出現(xiàn)系統(tǒng)移動。當(dāng)初始震源深度減小時，重定位得到的震源深度就會整體向淺部移動;當(dāng)初始震源深度增加時，重定位得到的震源深度就會整體向深度部移動。(3)無論是采用固定初始震源深度的方法，還是將初始震源深度減小或增加的方法，雙差重定位結(jié)果的震源深度變化范圍均會增大，因此，初始震源深度的確定對重定位震源深度結(jié)果的影響不可忽視。

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