Pdiff震相在短周期的記錄特征

胡 偉，王九洋，高銀鴻

（大連地震臺，遼寧 大連 116012）

0 引言

單臺地震分析受到地理位置的限制，分析震相往往具有很大的局限性，對于特定震中距和震源深度的地震，存在記錄的盲區(qū)。大連地震臺屬于沿海臺站，背景噪聲較大，很多微弱的信號被淹沒在背景噪聲中。改則臺位于藏北高原，臺基特征與大連臺存在顯著差異，通過對比大連臺和改則臺的地震記錄特征，一些問題得以顯現(xiàn)出來。

國內(nèi)外學(xué)者對于Pdiff震相的研究相對較少，但也取得了一定的共識和成就，如中國臺網(wǎng)中心通過寬頻帶長周期(VLP)數(shù)字記錄的Pdiff數(shù)據(jù)進行分析，得到了Pdiff波在地球核幔界面上衍射的運動學(xué)特征和《Pdiff波走時表》[1]，這對于研究極遠震有著重要的意義。現(xiàn)在我們對于某些國外的大地震了解甚少[2]，在文章闡述的內(nèi)容中能查到的資料較為稀缺，在嘉峪關(guān)地震臺記錄到的美洲沿岸近海地震中，曾部分說明了Pdiff震相出現(xiàn)的規(guī)律及特征[3]。長期以來，Pdiff震相被普遍認為是長周期波[4]。大連臺的Pdiff震相記錄特征也符合這一傳統(tǒng)認識。

隨著震源深度的增加，地球橫向各向異性趨于減少[5]，因此地震波在短周期上優(yōu)勢明顯。如能記錄到震源深度較深的Pdiff震相，其記錄特征在短周期和長周期上如何體現(xiàn)，就成了一個矛盾的問題。理論上，Pdiff震相的優(yōu)勢震中距是100～110o。對于國內(nèi)絕大部分臺站而言，處于該震中距范圍內(nèi)且具備發(fā)生較大地震條件的地區(qū)僅有中美洲一帶[6]。然而該地區(qū)并不具備發(fā)生中、深源地震的地質(zhì)條件[7-8]。改則臺到斐濟地區(qū)Δ≈105o，剛好位于Pdiff震相的優(yōu)勢震中距，且該地區(qū)同時存在明顯的淺、中、深源地震帶，具備觀測中、深源Pdiff震相的條件。

本文基于上述認識和條件，對大連臺Pdiff震相進行舉例說明，并選取改則臺記錄的部分中、深源Pdiff震相進行對比分析，分析結(jié)果表明，Pdiff震相可以在短周期具備良好的響應(yīng)。

1 前期認知

在中國地震發(fā)展史中，大連臺扮演著重要角色，觀測歷史長達百年以上，并保存大量珍貴的歷史地震資料，長期的地震觀測實踐，使大連臺積累了豐富的全球地震分析經(jīng)驗與認識。然而由于受到地理條件的限制，大連臺僅能在墨西哥至中美洲一帶記錄到較為經(jīng)典的Pdiff震相[9]。由于該地區(qū)俯沖消減帶不發(fā)育，不具備發(fā)生中、深源強震的構(gòu)造條件。因此所記錄到的Pdiff震相普遍為淺源地震所激發(fā)。我國絕大部分臺站與大連臺的情況相似，均不具備觀測到中、深源Pdiff震相的條件。相比之下，改則臺到斐濟群島—湯加群島的距離約為105～115°，剛好是Pdiff震相的優(yōu)勢震中距。同時，該地區(qū)俯沖消減帶十分發(fā)育，淺源、中源、深源均具備發(fā)生強烈地震的構(gòu)造條件。這使得我們觀測到中、深源Pdiff震相存在可能。

人們以往普遍認為Pdiff震相應(yīng)當表現(xiàn)為嚴格的長周期波，在短周期不存在明顯的記錄特征。如圖1所示，本文選取了大連臺記錄墨西哥地區(qū)Pdiff震相的典型震例。該地震參數(shù)如下：發(fā)震時間為2003-01-22，10:03:45（北京時間），震中經(jīng)緯度為103.90oW，18.00oN，震級為M7.5，震源深度為33km。地震參數(shù)來自于中國地震臺網(wǎng)中心。圖1掃描時間為120s。由圖1可知，該地震Pdiff震相長周期響應(yīng)良好，短周期記錄上除Pdiff震相之前一處干擾外，無任何明顯震相記錄特征。上述特征符合以往對Pdiff震相的傳統(tǒng)認識。然而在震源深度較深時，改則臺記錄到了明顯的Pdiff震相短周期記錄特征，本文將在后面加以詳細描述。

圖1 2003年1月22日墨西哥地震Pdiff震相(大連臺記錄)Fig.1 Earthquake Pdiff phase of the Mexico earthquake on January 22, 2003（recorded by Dalian Seismic Station）

2 深源地震分析

改則地震臺位于藏北高原亞寒干旱季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫-0.2℃，極端最低氣溫-44.6℃；冬季平均風(fēng)速4.4m/s，年大風(fēng)日數(shù)200余天；年均降雨量189.6mm；年日照時數(shù)3160小時，日照度約為76%；空氣中的含氧量僅為海平面的62%。由于改則臺特殊的地理位置，使得該臺可以記錄到同國內(nèi)絕大部分臺站不同的震相特征。改則臺到斐濟地區(qū)Δ≈105o，是Pdiff震相的優(yōu)勢震中距。由于斐濟群島地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造條件，當?shù)鼐邆錅\源、中源、深源強烈地震的孕震能力。由于我國所處的特殊地理位置，國內(nèi)僅有西藏、新疆及西部地區(qū)臺站同時符合觀測到中、深源Pdiff震相的震中距和震源深度的條件。

圖2為改則臺記錄的一次斐濟群島地區(qū)Pdiff震相的記錄特征，該地震參數(shù)如下：震發(fā)時間為2014-07-21，23:07:51（北京時間），震中經(jīng)緯度為178.40oW，19.70oS，震級為M6.9，震源深度為610km，地震參數(shù)來自于中國地震臺網(wǎng)中心。圖2掃描時間為120s。由圖2可知，改則臺記錄的Pdiff震相同樣表現(xiàn)出明顯的長周期記錄特征[10]，但同時在短周期也存在明顯的響應(yīng)，且尾波持續(xù)時間較長，由圖3可知，Pdiff震相的尾波一直持續(xù)到PP震相出現(xiàn)。

圖2 2014年7月21日斐濟地震Pdiff震相(改則臺記錄)Fig.2 Earthquake Pdiff phase of Fiji earthquake on July 21, 2014（recorded by Gaize Seismic Station）

圖3 2014年7月21日斐濟地震Pdiff震相PP圖(改則臺記錄)Fig.3 PP map of Pdiff earthquake in Fiji earthquake on July 21, 2014（recorded by Gaize Seismic Station）

為排除單次地震帶來的隨機性，我們又深入分析了改則臺記錄的其它符合震中距、震源深度條件的地震，與圖2所述地震一并列入表1。由表1可知，改則臺記錄到Pdiff震相的短周期特征并非單次地震的隨機性，而是較為普遍的現(xiàn)象，且出現(xiàn)該現(xiàn)象的震源深度范圍較大，由400km至610km均存在該現(xiàn)象，是普遍存在的現(xiàn)象，而不是隨機現(xiàn)象。

圖1、圖2的Pdiff震相記錄特征形成了鮮明的對比，充分說明只要符合震中距、震源深度條件，Pdiff震相完全可以呈現(xiàn)明顯的短周期記錄特征，顛覆了以往的傳統(tǒng)認識。

表1 Pdiff震相存在短周期記錄特征的地震（改則臺記錄）

3 結(jié)論與展望

由前述可知，受地理條件限制，大連臺同國內(nèi)絕大部分臺站一樣，不具備觀測到中、深源Pdiff震相的條件，所記錄的Pdiff震相普遍表現(xiàn)為明顯的長周期記錄特征，短周期則沒有明顯震相特征；而改則臺同我國極西部地區(qū)臺站一樣，可在斐濟群島—湯加群島一帶記錄到中、深源地震的Pdiff震相，此時的Pdiff震相同時具備顯著的長周期、短周期記錄特征，且在短周期上存在較長的Pdiff震相尾波。這一現(xiàn)象顛覆了以往對該震相記錄特征的傳統(tǒng)認識，對于進一步探討古登堡界面精細結(jié)構(gòu)、深源地震孕震機制都具有重要的意義，也對今后的地震觀測起到了一定的引導(dǎo)和研究的作用。

我們認為，進一步的工作還可在以下幾方面展開：探討全球其它地區(qū)臺站記錄的符合震中距、震源深度條件的Pdiff震相特征，以進一步排除臺基響應(yīng)的可能；進一步收集數(shù)據(jù)，建立某一固定震源區(qū)由淺源、中源直至深源的Pdiff震相圖譜，以期能夠建立起Pdiff震相隨震源深度變化的規(guī)律。