贛南地區(qū)地震震源深度計算方法初探

陳浩，曾文敬，肖孟仁，項月文，李傳江

(江西省地震局，江西南昌　330000)

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贛南地區(qū)地震震源深度計算方法初探

陳浩1，曾文敬，肖孟仁，項月文，李傳江

(江西省地震局，江西南昌330000)

摘要：利用PTD方法，即根據(jù)不同震中距上的初至震相，將初至Pn到時做相應(yīng)變換后減去初至Pg，采用二層均勻速度模型，對贛南地區(qū)2008年以來記錄的地震進行震源深度計算。該方法利用了初至震相Pn、Pg易于判讀的優(yōu)點，計算誤差基本控制在3 km內(nèi)，這表明，PTD方法在計算贛南地區(qū)淺源地震的震源深度是可行的。

關(guān)鍵詞：震源深度；PTD方法；Pn波；Pg波；二層均勻速度模型

0引言

震源深度是描述震源的最基本參數(shù)之一，它給出了地震發(fā)生在地球內(nèi)部的具體位置 。目前，震源深度的精度仍是個棘手的問題，在地震目錄中，它幾乎已經(jīng)成為最不準(zhǔn)確的參數(shù)之一。因為地震定位受震相識別的觀測誤差和地殼模型與真實地球波形誤差的雙重影響。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生在臺站附近時，可以利用直達波輔助確定震源深度；而當(dāng)震中距大于50 km時，這種輔助確定震源深度的方法具有很大的不穩(wěn)定性。一些學(xué)者使用深度震相(面反射震相pP和sP)來減小地震波速的不確定性引起對震源深度的計算誤差，以提高測定震源深度的精度[1]，但深度震相的識別較為困難，并且在300 km內(nèi)這種震相的識別也存在諸多問題。

本文采用PTD方法對贛南地區(qū)2008年以來記錄的地震進行震源深度計算。PTD方法是利用不同震中距上的初至震相，將初至Pn到時作相應(yīng)變換后減去初至Pg到時來測定震源深度，從而克服直達波輔助確定震源深度的缺陷[2]。

1研究區(qū)域概況和資料選取

贛南是江西省地震多發(fā)區(qū)，歷史上曾發(fā)生4.8級以上破壞性地震19次。贛南區(qū)域構(gòu)造體系十分復(fù)雜，在構(gòu)造上位于南嶺東西復(fù)雜構(gòu)造帶東段北側(cè)，與武夷 、戴云新華夏系隆起褶帶西緣交結(jié)復(fù)合的地區(qū)，主要可劃分為緯向、贛南山字系、新華夏系、華夏系 、南北向、北西向及旋扭構(gòu)造等7種構(gòu)造體系或構(gòu)造帶 。分別呈現(xiàn)“多”字型、“山”字型、環(huán)狀 、帶狀 、渦輪狀和反“S”狀等 6種扭動構(gòu)造式 (圖1),是值得注意的重要發(fā)震構(gòu)造[3]。本文選取了2008年以來贛南地區(qū)ML2.0級以上地震共計19個，作為深度計算對象，且該系列地震均為淺源地震。

2震源深度計算原理

假設(shè)有一個二層均勻速度模型，如圖2所示。

圖1　贛南構(gòu)造體系及中強地震震中分布簡圖

圖2　二層均勻速度模型

對于各層直達波Pg到時：

當(dāng)0

(1)

當(dāng)H1

(2)

對于各層首波Pn到時：

當(dāng)0

(3)

當(dāng)H1

(4)

對于二層均勻速度模型，其震源在地表時的Pn波的臨界反射到地表d點的震中距：

Δd=2(H1tgI1+H2tgI2)

(5)

其中I滿足：

(6)

對于震中距小于Δd的臺站，根據(jù)公式(1)、(2)計算其直達Pg的走時TPg，然后根據(jù)公式計算在相應(yīng)震源深度條件下，Pn波傳播到臨界d點的走時TPn，用TPn減去TPg就能得到該震中距和震源深度條件下的走時差[6]：

(7)

對于震中距大于Δd的臺站，則有：

(8)

3震源深度實例計算

以2012年4月28日00時41分江西尋烏ML3.7級地震為例，震源深度8 km(來源于“國家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心”)，共篩選35個臺站的初至P波到時。

表1　　　　　　　臺網(wǎng)速度結(jié)構(gòu)

該表中所提供速度參數(shù)是各臺網(wǎng)速度結(jié)構(gòu)根據(jù)中國地震臺網(wǎng)下發(fā)《關(guān)于調(diào)查地震定位相關(guān)基礎(chǔ)資料的通知》，各臺網(wǎng)報上來的速度結(jié)構(gòu)。目前給出的速度結(jié)構(gòu)實際上是一個大范圍的平均結(jié)果，故在實際計算震源深度時，對于不同地區(qū)、不同方向的資料均會帶來誤差。所以對比較少的資料，需要根據(jù)臺站遠近及其資料好壞進行經(jīng)驗性取舍，才可求得較好結(jié)果。

該計算方法已通過Matlab程序(地震深度定位程序)集中實現(xiàn)。通過計算得到江西尋烏ML3.7級地震的震源深度為10 km，與國家臺網(wǎng)的結(jié)果偏差2 km，計算結(jié)果可信。據(jù)此方法分別對贛南地區(qū)其他地震，進行震源深度計算，同國家地震臺網(wǎng)給定的震源深度結(jié)果比較，如表2所示。

表2　　　　　　　震源深度計算結(jié)果對比

從表2 中可以看出，對于贛南地區(qū)的一系列淺震，通過PTD方法計算的震源深度誤差基本控制在3 km以內(nèi)，個別地震由于參與計算的P波震相數(shù)據(jù)較少，造成偏差較大，達到4 km。

4結(jié)論

本文利用不同震中距上的初至震相Pn、Pg波，將初至Pn到時做相應(yīng)變換后減去初至Pg，并采用二層均勻速度模型來計算震源深度。該方法利用了初至震相Pn和Pg易于提取識別的優(yōu)點，又利用了折射波的路徑，能較為有效地測定地震震源深度。通過研究表明，該震源深度計算方法在贛南一系列淺源地震中是可行的，對于構(gòu)建贛南地區(qū)的速度結(jié)構(gòu)模型有一定的應(yīng)用價值。其計算精度受Pn、Pg讀取精度、地殼速度結(jié)構(gòu)模型影響，同時在轉(zhuǎn)換Pn時，盡量使用震中距較近的初至Pn，將有助于提高精度。

雖然現(xiàn)今測定震源深度的方法較多，但各種方法都要涉及走時、波速和地殼模型，所以，開展地震活動地區(qū)結(jié)構(gòu)的精細研究是提高震源深度計算精度的先決條件之一。但最重要的是要有密集區(qū)域臺網(wǎng)包圍震中，至少要有一個震中距小于震源深度的臺站，這樣可以大大提高震源深度的測定精度。

參考文獻：

[1]高原,周蕙蘭，鄭斯華，等.測定震源深度的意義的初步討論[J]. 中國地震，1997, 13(4):321-329.

[2]朱元清,夏從俊.確定震源深度的PTD方法及其應(yīng)用[J]. 地震地磁觀測與研究, 1997, 18(3):21-29.

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[4]張少泉.近震分析[M]．北京:地震出版社, 1978:1-50．

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[6]趙仲和，姜燕，張力群．地震定位程序BLOC及其變體[J]．地震地磁觀測與研究，1993,14(5):6-9.

DISCUSSION ON FOCAL DEPTH CALCULATION FOR EARTHQUAKES IN THE SOUTH OF JIANGXI PROVINCE

CHEN Hao,ZENG Wenjing,XIAO Mengren,XIANG Yuewen,LI Chuanjiang

(Earthquake Administration Of Jiangxi Province,Nanchang 330000,China)

Abstract:The PTD method is used to calculate focal depth for earthquakes in the south of Jiangxi province since 2008,which used two layer velocity models to make a corresponding transformation to phase Pn of different epicentral distances.This method takes advantage of easy recognition of phase Pn and Pg,which controlled calculation error within 3 km.The results show that using PTD method to calculate focal depth for earthquakes in the south of Jiangxi province is feasible.

Key words:Focal depth;PTD method;Phase Pn;Phase Pg;Two layer velocity models

收稿日期：2015-10-20

作者簡介：陳浩(1987—)，男，安徽合肥人，助理工程師，碩士學(xué)位，主要從事地震活動性研究。

中圖分類號：P315.3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-586X(2016)02-0030-04