“重復(fù)地震”在江西省及鄰區(qū)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)定位精度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

董非非，鄧　輝，鄭　斌，梁　帥

(江西省地震局，南昌　330039)

“重復(fù)地震”在江西省及鄰區(qū)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)定位精度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

董非非，鄧輝，鄭斌，梁帥

(江西省地震局，南昌330039)

摘要：基于江西及鄰區(qū)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)記錄的自2009年以來(lái)的662次地震事件，采用波形互相關(guān)方法計(jì)算得到了267對(duì)重復(fù)地震對(duì)。利用其中至少3個(gè)臺(tái)站記錄到，且各臺(tái)波形互相關(guān)系數(shù)不小于0.8的23對(duì)重復(fù)地震研究了江西省及鄰區(qū)的地震定位精度。結(jié)果顯示：贛南及鄰區(qū)定位精度優(yōu)于贛北及鄰區(qū)，宜春地區(qū)定位精度較差。

關(guān)鍵詞：江西??；重復(fù)地震；波形互相關(guān)；定位精度

0引言

重復(fù)地震研究近年來(lái)受到越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者重視，但目前尚無(wú)統(tǒng)一定義[1]。Schaff和Richard[2]將重復(fù)地震定義為：被至少一個(gè)臺(tái)站記錄到，且波形相關(guān)系數(shù)不小于0.8的地震對(duì)事件，并根據(jù)波形相關(guān)性估算，認(rèn)為絕大多數(shù)重復(fù)地震對(duì)之間的距離不超過(guò)1 km。波形相關(guān)意義的重復(fù)地震通?？啥x為：在地震臺(tái)站記錄的地震事件波形資料中，具有強(qiáng)相關(guān)性的地震對(duì)[3]。本文所指重復(fù)地震均為波形相關(guān)意義的重復(fù)地震。重復(fù)地震對(duì)的特點(diǎn)有：波形高度相似，震級(jí)相近，震源機(jī)制解一致等。以上特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于檢驗(yàn)地下介質(zhì)性質(zhì)變化[4-5]，估算深部斷層滑動(dòng)速率[6-7]，提高和評(píng)估臺(tái)網(wǎng)定位精度等[8-9]。

江西省在大地構(gòu)造分區(qū)上屬于華南活動(dòng)地塊，以北緯28°附近的萍鄉(xiāng)-廣豐斷裂為界，南部歸屬東南沿海地震帶，北部歸屬長(zhǎng)江中游地震帶。1970年以來(lái)，江西省境內(nèi)共發(fā)生4級(jí)以上地震11次，主要集中分布在龍南、尋烏、瑞昌、九江地區(qū)。根據(jù)地震構(gòu)造背景和地震活動(dòng)特征，可將江西省及鄰區(qū)劃分為贛北及鄰區(qū)和贛南及鄰區(qū)2個(gè)研究區(qū)。江西省及鄰區(qū)共有42個(gè)測(cè)震臺(tái)站，本文將利用重復(fù)地震研究，對(duì)2個(gè)研究區(qū)的臺(tái)站定位精度進(jìn)行對(duì)比評(píng)估。該項(xiàng)工作的開(kāi)展將對(duì)指導(dǎo)新建臺(tái)站的布設(shè)，提高江西省臺(tái)網(wǎng)定位的精度等方面有所幫助。

1理論方法及資料選取

識(shí)別重復(fù)地震，主要方法是通過(guò)計(jì)算地震事件波形的互相關(guān)系數(shù)得到[3]：

(1)

江西省測(cè)震臺(tái)網(wǎng)覆蓋全省，共有24個(gè)數(shù)字測(cè)震臺(tái)站，自2007年10月正式投入運(yùn)行?？紤]到所選用地震事件數(shù)據(jù)記錄的完整性、可靠性以及儀器的穩(wěn)定性，根據(jù)研究區(qū)觀測(cè)臺(tái)站以及地震空間分布特點(diǎn)，選用江西省及鄰區(qū)42個(gè)臺(tái)站記錄到的2009年1月至2014年6月的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。本文選取BHZ方向波形資料，為提高計(jì)算精度，波形長(zhǎng)度選擇4倍S-P走時(shí)差[3]，該窗長(zhǎng)基本可以包含P波，S波及尾波的全部波列，同時(shí)避免后續(xù)的噪聲記錄影響互相關(guān)計(jì)算結(jié)果。

考慮到儀器記錄平坦頻帶范圍的差異及環(huán)境噪聲的影響，首先對(duì)波形資料進(jìn)行去傾斜以及去直流分量處理；然后根據(jù)江西省及鄰區(qū)地震波形時(shí)頻特性，選用0.5～10 Hz帶通濾波器對(duì)波形進(jìn)行預(yù)處理。本文將采用Schaff和Richards[2]的定義，假定重復(fù)地震對(duì)之間的距離不超過(guò)1 km，并以此作為臺(tái)網(wǎng)定位精度評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)。若多個(gè)地震之間兩兩相關(guān)，則稱(chēng)為多重地震對(duì)，多重地震對(duì)組間距離定義為兩兩地震對(duì)之間的最大距離。

2計(jì)算結(jié)果及分析

本文所采用的地震數(shù)據(jù)共計(jì)662次，最大地震為2011年9月10日瑞昌—陽(yáng)新M4.6地震，最小地震震級(jí)為ML0.1。計(jì)算結(jié)果共識(shí)別出267個(gè)重復(fù)地震對(duì)：其中組間距離<1 km的58對(duì)；1 km≤組間距離<5 km的173對(duì)；5 km≤組間距離<10 km的28對(duì)；組間距離≥10 km的有8對(duì)，占比約為3%，其中6對(duì)分布在江西宜春地區(qū)，最大距離約為13.3 km。

滿(mǎn)足同時(shí)被2個(gè)及以上的臺(tái)站記錄到，且各臺(tái)波形互相關(guān)系數(shù)不小于0.8的地震對(duì)(簡(jiǎn)稱(chēng)2臺(tái)相關(guān)重復(fù)地震對(duì))有37對(duì)，其中多重地震對(duì)有14組；地震對(duì)組間震級(jí)的最大差值為ML1.2，最小為ML0.0，平均為ML0.5；深度的最大差值為8 km,最小為0.0 km,平均約為2.5 km；地震對(duì)之間最大距離約為12.12 km，最小0.11 km,平均約為2.99 km。同時(shí)被3個(gè)及以上的臺(tái)站記錄到，且各臺(tái)波形互相系數(shù)不小于0.8的地震對(duì)(簡(jiǎn)稱(chēng)3臺(tái)相關(guān)重復(fù)地震對(duì))有23對(duì)，其中多重地震對(duì)有9組；地震對(duì)組間震級(jí)的最大差值為ML1.2，最小為ML0.2，平均為ML0.6；深度的最大差值為8 km,最小為0.0 km,平均約為2.6 km；地震對(duì)之間最大距離約為6.31 km，最小0.11 km,平均約為2.34 km。

為了增加對(duì)江西臺(tái)網(wǎng)定位精度評(píng)判的可靠性，以3臺(tái)相關(guān)重復(fù)地震對(duì)計(jì)算結(jié)果為例，結(jié)合地震區(qū)域分布特點(diǎn)，對(duì)比江西及鄰區(qū)臺(tái)網(wǎng)定位精度，并對(duì)識(shí)別出的部分重復(fù)地震對(duì)的特點(diǎn)進(jìn)行分析討論。

贛北及鄰區(qū)(包括宜春地區(qū))，3臺(tái)相關(guān)重復(fù)地震對(duì)共識(shí)別出16對(duì)，計(jì)算結(jié)果如表1所示。組間距離均大于1 km，最大為6.31 km位于江西宜春地區(qū)。第5～12組地震對(duì)同屬于2011年9月10日瑞昌—陽(yáng)新4.6級(jí)地震余震序列。瑞昌—陽(yáng)新4.6級(jí)地震序列發(fā)生在郯廬斷裂帶與襄樊—廣濟(jì)斷裂帶的交匯區(qū)域(贛西北)附近，根據(jù)GPS觀測(cè)站資料[10]發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域附近擬合值與觀測(cè)值偏差較大，可能說(shuō)明該區(qū)域地下介質(zhì)較為復(fù)雜，非均勻性較強(qiáng)。以贛西北地區(qū)九江臺(tái)(JIJ)記錄的第5組為例(圖1)，可看出此組多重地震對(duì)的直達(dá)波的相似度較高(波形相關(guān)系數(shù)約為0.89)，而尾波部分(方框內(nèi)波形，波形相關(guān)系數(shù)約為0.66)差異較大。對(duì)其他地震對(duì)采用同樣的計(jì)算方法，得到了近似的結(jié)果。這是因?yàn)楦鶕?jù)尾波散射理論[11-12]，認(rèn)為地方震尾波是由于隨機(jī)分布在地球介質(zhì)中的非均勻體對(duì)初始波產(chǎn)生的次生波向后散射疊加的結(jié)果，尾波部分將地下非均勻介質(zhì)體發(fā)生的細(xì)微變化放大并反映了出來(lái)。

表1　贛北地區(qū)3臺(tái)相關(guān)重復(fù)地震

圖1　贛北地區(qū)九江臺(tái)第5組地震對(duì)濾波后波形圖

另外，計(jì)算結(jié)果中發(fā)現(xiàn)滿(mǎn)足單臺(tái)波形互相系數(shù)不小于0.985的地震對(duì)(簡(jiǎn)稱(chēng)單臺(tái)高相關(guān)地震對(duì))有2對(duì)，皆為宜春臺(tái)(YIC)記錄。對(duì)這2對(duì)地震的地震波形文件的NS與EW方向分別計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)也同樣高達(dá)0.98以上(表2)。

表2　宜春?jiǎn)闻_(tái)3方向相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98以上識(shí)別出的相應(yīng)的地震對(duì)

以宜春臺(tái)記錄的第1組地震對(duì)為例：從圖2來(lái)看，雖然時(shí)隔近2年，但是波形幾乎完全一致(波形相關(guān)系數(shù)約為0.99)，說(shuō)明隨著時(shí)間的推移，這組地震對(duì)傳播路徑上的地下介質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。

在東南沿海地震帶而言，贛南及其鄰區(qū)是一個(gè)中強(qiáng)地震多發(fā)區(qū)，區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，主要的控震斷裂帶為石城—尋烏斷裂帶、政和—大埔斷裂帶和全南—尋烏斷裂帶。贛南及鄰區(qū)3臺(tái)相關(guān)重復(fù)地震，共識(shí)別出7對(duì)(表3),識(shí)別出的7對(duì)重復(fù)地震對(duì)中，有6對(duì)組間距離小于1 km，最大組間距離約為1.36 km。

圖2　宜春臺(tái)第3組地震對(duì)濾波后波形對(duì)比圖

序號(hào)發(fā)震時(shí)刻(年-月-日 時(shí):分)緯度/(°N)經(jīng)度/(°E)震級(jí)ML深度/km組間距離/km12010-11-29 06:112012-10-26 07:2025.00925.012115.660115.6671.82.51150.7822011-05-25 17:162011-05-26 08:1624.48824.486116.113116.1052.61.8970.8432013-02-22 17:322013-03-03 17:2025.63325.636113.632113.6402.02.9680.8742013-03-03 17:202013-03-04 20:4625.63625.634113.640113.6362.92.1860.4652013-03-15 01:442013-03-15 02:0125.64725.647113.638113.6432.62.3660.5062013-03-15 11:332013-03-16 23:4125.64425.633113.644113.6383.11.9661.3672014-05-02 07:262014-05-02 07:3325.93725.936114.884114.8842.21.74120.11

以贛南地區(qū)第1組地震對(duì)為例，滿(mǎn)足臺(tái)站記錄的波形資料相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.80以上的臺(tái)站有3個(gè)，分別是尋烏臺(tái)(XUW)、安遠(yuǎn)臺(tái)(ANY)以及萬(wàn)安臺(tái)(WAA)。相比萬(wàn)安臺(tái)，離地震對(duì)距離相對(duì)更近的大余(DAY)，龍南(LON)，會(huì)昌(HUC)，贛州臺(tái)(GAZ)的相關(guān)系數(shù)卻未能達(dá)到0.80。這種現(xiàn)象可能反映了地下介質(zhì)的復(fù)雜性，或者這幾個(gè)臺(tái)站儀器響應(yīng)較差，又或是臺(tái)基不佳；另外，萬(wàn)安臺(tái)離震源位置較遠(yuǎn)，本文所選用的時(shí)間窗長(zhǎng)所截取的地震波形未能包括該臺(tái)此震例的全部尾波波列，造成計(jì)算結(jié)果數(shù)值偏高。

綜上，江西省及鄰區(qū)識(shí)別出3臺(tái)相關(guān)重復(fù)地震對(duì)震中分布(圖3)。其中，贛北區(qū)域3臺(tái)相關(guān)識(shí)別出重復(fù)地震16對(duì)，組內(nèi)距離最大6.31 km,平均約3.05 km。宜春臺(tái)單臺(tái)高相關(guān)識(shí)別出重復(fù)地震2對(duì), 組內(nèi)距離最大3.14 km。贛南區(qū)域3臺(tái)相關(guān)識(shí)別出重復(fù)地震7對(duì)，組內(nèi)距離最大1.36 km，平均約0.7 km。

3結(jié)果與討論

江西省及鄰區(qū)的42個(gè)臺(tái)站，從2009年1月至2014年6月記錄到662次地震數(shù)據(jù)中，共識(shí)別出了267組重復(fù)地震對(duì)：其中符合Schaff和Richards[2]定義的滿(mǎn)足組間距小于1 km的有58對(duì)，占比約為22%；組間距為1～5 km之間的173對(duì)，占比約為65%；組間距為5～10 km的28對(duì)，占比約為10%；組間距大于10 km的有8對(duì)，占比約為3%，其中6對(duì)分布在江西宜春地區(qū)，最大距離約為13.3 km。達(dá)到近震臺(tái)網(wǎng)定位精度5～10 km目標(biāo)[10]的占比97%，未達(dá)標(biāo)的主要集中在江西中部宜春地區(qū)。從3臺(tái)相關(guān)重復(fù)地震計(jì)算結(jié)果來(lái)看，贛南區(qū)域定位精度優(yōu)于贛北區(qū)域，宜春地區(qū)定位精度較差。

可靠的地震事件是評(píng)估臺(tái)網(wǎng)定位精度的關(guān)鍵，重復(fù)地震的應(yīng)用將有利于了解、評(píng)判區(qū)域臺(tái)網(wǎng)的定位能力，并對(duì)合理布設(shè)臺(tái)站起著積極的作用。江西省境內(nèi)自2005年九江—瑞昌5.7級(jí)地震后，ML2.0以上地震主要分布在中部地區(qū)宜春市轄區(qū)，贛州市轄區(qū)和九江市轄區(qū)僅有少數(shù)地震活動(dòng)。目前宜春地區(qū)的定位精度較差，主要是因?yàn)榕_(tái)站較稀疏。因此，合理增加該區(qū)域測(cè)震臺(tái)站的數(shù)目，將是提高江西省地震定位精度的有效方法。

4結(jié)論

本文中，通過(guò)對(duì)江西及鄰區(qū)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)記錄的自2009年以來(lái)的662次地震事件數(shù)據(jù)，采用波形互相關(guān)方法進(jìn)行計(jì)算分析得到了267組重復(fù)地震對(duì)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)波形相關(guān)性估算[2]，假定重復(fù)地震對(duì)之間的距離不超過(guò)1 km，利用識(shí)別出3臺(tái)相關(guān)重復(fù)地震對(duì)的結(jié)果，對(duì)江西省及鄰區(qū)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)定位精度進(jìn)行了推斷，得出：贛南區(qū)域定位精度優(yōu)于贛北區(qū)域，宜春地區(qū)定位精度較差。

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Location Accuracy Estimating of the Digital Seismic Network of Jiangxi Province and Its Adjacent Areas Using Repeating Events

DONG Fei-fei, DENG Hui, ZHENG Bin, LIANG Shuai

(Earthquake administration of Jianxi province, Nanchang 330039, China)

Abstract:On basis of 662 seismic events recorded by the digital seismic network of Jiangxi province and its adjacent areas since 2009, we obtained 267 repeating earthquakes by using waveform cross-correlation method. From the 267 repeating earthquakes, we selected 23 earthquake doubles with waveform correlation coefficient above 0.8 and recorded by not less than 3 stations to estimate the location accuracy of digital seismic network the Jiangxi province and its adjacent areas. The result shows that: the location accuracy of Gannan is better than adjacent areas in northern Jiangxi Province and its neighboring region, the location accuracy of Yichun is not well.

Key words:Jiangxi province; repeating earthquakes; waveform cross-correlation; location accuracy

收稿日期:2015-11-11

基金項(xiàng)目：地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH14030Y);地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH12027)

作者簡(jiǎn)介：董非非(1982—)，女，陜西渭南人，工程師，主要從事地震學(xué)及地震預(yù)測(cè)方法研究．E-mail：agnes516@126.com

中圖分類(lèi)號(hào):P315.73

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1003-1375(2016)02-0073-06

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2016.02.013

董非非，鄧輝，鄭斌，等．“重復(fù)地震”在江西省及鄰區(qū)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)定位精度評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J]．華北地震科學(xué)，2016，34(2):73-78.