利用雙差定位方法研究地震震源深度

尹戰(zhàn)軍，張 帆，郝美仙，王 鑫，安 全，翟 浩

(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

地震定位是地震學中最經(jīng)典、最基本的問題之一[1]。震源深度是描述震源的最基本參數(shù)之一，給出地震發(fā)生在地球內(nèi)部的具體位置，對了解地震孕育、發(fā)生和發(fā)展，以及地震能量集結、釋放的活動構造背景都有重要的意義[2]。常用的定位方法有絕對定位法和相對定位法(雙差定位法等)，雙差定位方法作為相對定位方法中精度較高的一種近年來被廣泛應用。

1 定位方法簡介

Waldhauser等提出一種比絕對定位方法精度高的相對定位方法—— 雙差地震定位法，并對1984—1998年間發(fā)生在美國加州北海沃德斷層上的地震進行重新定位[3]。雙差定位方法的基本原理是，如果兩個地震震源之間的距離小于地震事件到臺站的距離，則認為震源區(qū)和這個臺站之間的整個射線路徑是幾乎相同的，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構橫向不均勻性帶來的定位影響。雙差定位法不僅使用地震觀測報告得到的走時差，還使用由波形互相關技術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[4]。雙差定位法不需要設主事件，所有地震事件是相對于地震叢集的質(zhì)心位置來定位[5]。雙差定位法利用信號的走時差反演震源位置，能夠有效地消除震源至臺站共同傳播路徑效應，受速度模型的影響小[6]。雙差定位法適應于比主事件法空間跨度大的地震事件[7]。

2 資料選取

研究選取范圍為東經(jīng)108°～115°、北緯38°～42°，重新定位資料為2008年1月—2015年10月內(nèi)蒙古測震臺網(wǎng)記錄的地震波到時。采用雙差定位法對內(nèi)蒙古中部地區(qū)的小震進行重新定位之前，對研究區(qū)內(nèi)的小震進行配對，即要求配對的地震事件在一定的空間范圍內(nèi)能夠搜索到至少一次地震事件。這個空間范圍主要根據(jù)研究區(qū)內(nèi)的地震密集程度和所需定位精度來確定，即通常所說的搜索半徑。該搜索半徑對定位結果有一定的影響：若該值過小，事件簇中能夠建立聯(lián)系的事件對就減少，能夠定位的事件數(shù)也會隨之減少；反之，若該值過大，超出震源區(qū)的速度結構異常，便會直接影響定位結果的精度。經(jīng)計算理論走時、剔除差錯數(shù)據(jù)的篩選，最后得到每個地震至少有6個臺記錄，震級范圍在0.0～6.5級間共939條記錄(見第5頁圖1)。選取臺站與地震的間距小于300 km，地震對的間距小于20 km，得到符合雙差定位條件的地震共671條(見第5頁圖2)，重新定位后的均方根殘差降為0.176。

3 定位結果分析

利用Waldhauser等提出的雙差地震定位法，速度模型采用Crust2.0，對篩選出研究區(qū)域的準確地震事件進行重新定位。

圖2為重新定位后的671個地震事件的震中分布平面圖，可以看出，重新定位后的地震位置更為集中，尤其較密集地震條帶上的地震位置變化非常明顯，局部的斷裂走向可以被重新定位后的地震分布清楚地勾畫出來。如和林格爾斷裂帶附近出現(xiàn)重新定位后的地震表現(xiàn)更為聚集，有利于分析該區(qū)斷層的活動情況。第5頁圖3、圖4是雙差定位法精確定位前后不同震源深度上地震頻次圖，從圖中看出，原始定位的震源深度分布層較為零散，雙差精定位后的震源深度多分布在6～10 km范圍內(nèi)，分布形態(tài)更接近于正態(tài)分布。表明內(nèi)蒙古中部地區(qū)的震源深度較淺，多位于上、中地殼內(nèi)，以6～10 km范圍內(nèi)的居多。

圖1 研究區(qū)震中分布圖Fig.1 The epicentral distribution of the study area

圖2 雙差定位法定位前后震中分布圖Fig.2 The epicentral distribution after double-difference location

4 結論與討論

(1) 雙差定位方法是一種定位精度比較高的定位方法。在震中位置、震源深度測定方面，比原定位結果有較大改進，即使只用地震目錄提供的走時進行定位，也能夠得到較常規(guī)方法理想的結果。

圖3 重新定位前震源深度—地震頻次圖Fig.3 Focal depth-earthquake frequency diagram before relocation

圖4 重新定位后震源深度—地震頻次圖Fig.4 Focal depth-earthquake frequency diagram after relocation

(2) 重新定位后的結果顯示，內(nèi)蒙古中部地區(qū)的孕震層主要分布在6～10 km，即上地殼。這一結果為確定這一地區(qū)地殼的發(fā)震層厚度和活動地塊的下部邊界、闡明地震的成因和機制以及地震危險性分析提供一個重要的約束條件。

(3) 震源深度是地震學中最難準確測定的參數(shù)之一，各種方法對震源深度的估計都具相當程度的不確定性[2]。該研究通過雙差定位方法得出的震源深度分布也是一種探索性的嘗試，為有關科研人員開展其他相關工作及科學研究提供參考資料。

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