四川不同區(qū)域定位方法和速度模型選取對定位結果的影響

李興泉，吳 朋，唐 淋

(四川省地震局,四川 成都 610041)

四川省位于我國西南部，地勢西高東低，由西北向東南傾斜，地跨青藏高原、橫斷山脈、秦巴山地、四川盆地等幾大地貌單元，地形復雜多樣。以龍門山—大涼山一線為界，東部為四川盆地及盆緣山地，西部為川西高原及川西南山地，區(qū)域內地質構造復雜多樣，為了得到更好的定位結果常根據(jù)區(qū)域特點選取合適的速度模型進行定位。研究地震定位方法和提高地震定位精度，一直是地震工作的重要課題，并對于研究諸如地震活動構造、地球內部結構、震源的幾何構造等此類地震學中的基本問題有著重要意義。本文收集了2013年-2015年四川不同區(qū)域MS≥3的地震并重新拾取震相，挑選出滿足一定條件的21個地震，在不同的速度模型下選取不同的定位方法進行重新定位，統(tǒng)計定位結果并進行對比,地震定位方法和速度模型的選取，直接影響定位結果的精度，四川地區(qū)橫跨區(qū)域廣且地殼結構差異較大，工作中會根據(jù)區(qū)域選取合適的速度模型進行定位，以期得到更好的定位結果。

1 地震序列的重新定位

1.1 臺站分布和數(shù)據(jù)

收集四川省地震監(jiān)測中心記錄到的原始地震波形數(shù)據(jù)，為了保證原始資料的可靠性，對已選的資料進一步精選，選取臺網中儀器運行正常、數(shù)據(jù)可靠、記錄清晰的地震臺記錄數(shù)據(jù)，舍棄了個別異常數(shù)據(jù)。此外，根據(jù)條件(臺站數(shù)≥20、最大空隙角≤50°、震源深度是最近臺站的震中距的2倍、垂直定位誤差為2 km、水平定位誤差為0.15 km)挑選出2013年—2015年四川不同區(qū)域MS≥3的21個地震(參見圖1)。其中川西高原11個地震、四川盆地5個地震和涼山州5個地震，針對每個地震記錄的具體情況，綜合考慮最大空隙角、近臺距離、遠臺距離、定位臺數(shù)各因素，選取臺站分布相對合理的定位臺站。

1.2 定位方法

圖1 選取地震分布圖

Hypo2000方法由Klein(2002)開發(fā)，用于地震監(jiān)測臺網地方震、近震的定位；HYPOSAT方法由Schweitzer(2001)開發(fā)，用于地方震、近震和遠震的定位。Hypo2000和HYPOSAT定位程序都是采用傳統(tǒng)的Geiger法，其基本思路是把走時在初值附近作泰勒展開,取一級近似公式，在此基礎上建立觀測方程組，然后求解觀測方程組。二者在具體計算方法上相同，即先將觀測方程組降維轉化成正規(guī)方程組，直接用奇異值分解最小二乘法求解條件方程組，在實際計算中還采用了多種數(shù)據(jù)加權。Hypo2000可采用分區(qū)水平分層速度模型，為每個臺站指定不同的速度模型，HYPOSAT可采用全球模型ISAP91，AK135等或者水平分層速度模型，二者均采用近臺初值。二者不同點在于，Hypo2000只適用于網內近震及地方震，而HYPOSAT不僅適用于近震，對遠震甚至極遠震定位也有相對好的效果(陳桂美，2009)。

1.3 速度模型

1987年，趙珠將四川地區(qū)分為A、B兩個區(qū)，通過臺站原始記錄資料，得出四川東部盆地和西部高原不同的地殼上地幔分層速度模型(參見圖2a)(趙珠，1987)，此模型在四川省臺網地震定位工作，得到了較好的地震定位結果。2013年4月以后，使用的是JOPENS5.2地震分析軟件，使用的速度模型是專門為四川和云南設計的川滇三維走時表(參見圖2b)。

圖2 四川常用速度模型

速度/(km/s)深度/km上地殼(Vp1,H1)5.9528下地殼(Vp1,H2)6.3555上地幔(Moho面之下)8.05

2015年根據(jù)折合走時重新校訂的四川區(qū)域模型——四川區(qū)域一維速度模型。目前，已對多個常用模型進行了對比驗證，得到了很好的對比結果。一維速度模型速度值使用擬合得到的速度值，Vp1為5.95 km/s，Vp2為6.35 km/s，Vpn為8.05 km/s。康氏界面與莫霍界面的深度則參考分區(qū)速度模型，選取為AA模型和BB模型的中間值，為28 km和55 km，具體可見表1。

2 定位結果與分析

臺站分布好壞是影響地震定位結果可靠性的重要指標，合理的臺站分布取決于最大空隙角、最近臺的震中距、最遠臺的震中距和參加定位臺站數(shù)(趙英萍，2006)。本文通過Hypo2000(一維速度模型)、Hypo2000(趙珠速度模型)、HYPOSAT(一維速度模型)和川滇三維速度模型四種組合分別對川西高原、四川盆地和涼山地區(qū)三個區(qū)域的21個地震進行重新定位分析，統(tǒng)計不同組合方式下定位結果的差異。統(tǒng)計數(shù)據(jù)結果如表2所示，從圖3和圖4中可以看出四種組合下定位結果的震源深度和總殘差均在允許的誤差范圍內。在相同臺站包圍的情況下，震源深度分布方面，四種組合定位結果差異不大；定位殘差方面，川滇3D定位三個區(qū)域的定位殘差分布均勻穩(wěn)定，定位殘差在0.2～0.4 s之間，Hypo2000(趙珠模型)和Hypo2000(一維速度模型)的組合在三個區(qū)域定位結果中震源深度分布和殘差分布趨勢一致，并在川西高原和涼山區(qū)域定位殘差最小，HYPOSAT(一維速度模型)定位結果相對較差，其中殘差分布總體相對其他三種組合較高。

表2 不同組合地震定位參數(shù)對比

影響地震定位精度的因素很多，如地震空間位置、地下速度結構、臺網密度、臺站分布、震相、測震臺站周圍的地殼特性參數(shù)及到時讀數(shù)精度等因素影響(季愛東，2011)。根據(jù)《區(qū)域臺網地震月報目錄與地震觀測報告編目技術規(guī)范》定位精度可劃分為：Ⅰ類：震中誤差≤5 km；Ⅱ類：5 km<震中誤差≤15 km ；Ⅱ類：15 km<震中誤差≤30 km；Ⅳ類：震中誤差>30 km?，F(xiàn)以川滇3D的定位結果為基準，在不考慮GPS測量誤差的前提下，其它三種組合與川滇3D的數(shù)據(jù)相比較，最大誤差96.2 km，除2014年7月30日地震定位誤差偏大，定位結果整體相對較好。

圖3 四種組合定位結果震源深度分布圖

圖4 四種組合定位結果殘差分布曲線圖

圖5 與川滇3D定位結果震中誤差曲線

HYPO2000(趙珠模型)HYPO2000(一維速度模型)HYPOSAT(一維速度模型)1198.5419851048.7242361717.1920391185.98098802668.45722493433.6211296234.155462011.6760382826.9145871934.204718595.1399131298.61696531194.467861298.6169653741.23811780662.22726251177.0628121177.0628121765.594218827.626091403345.3678751482.476236741.23811781630.7238591033.877463825.1602716953.2731029532.95705361253.279294444.7428707896.7265604896.72656042247.266221904.7530156904.7530156301.5843385300.62484846764.059093306.8733331111110150.31242421653.436666150.3124242447.9254481194.4678612986.1696531778.9714832520.20967560.6288011037.7333651185.9809881778.9714831048.7242362097.4484734194.8969464194.8969462097.4484736741.798663

定位臺站的選取是影響地震定位結果可靠性的一個非常主要的因素，也是現(xiàn)實可改進的因素，因此為了提高定位精度，盡量選擇合理的臺站分布，使所選地震基本被周圍觀測臺站包圍，且臺站構成的網形合理。此外，在地震定位中，并不是參與地震定位的臺站越多越好，近臺和遠臺的聯(lián)合使用，可獲得更為精確的定位結果(張?zhí)熘遥?007)。

在定位臺站和震相數(shù)據(jù)相同的情況下，HYPO2000(一維速度模型)、HYPO2000(趙珠速度模型)、HYPOSAT(一維速度模型)三種組合的定位結果略有差異，從圖5和表3可以看出2014-07-30和2014-05-09地震定位中HYPO2000(趙珠速度模型)和HYPO2000(一維速度模型)組合的定位誤差較大，這可能是定位臺站相對于震中的分布起到了主要的作用，圖6a和圖6b可以看出臺站分布并不合理，可知臺站分布對一維速度模型和HYPO2000定位方法定位結果影響較大，尤其對一維速度模型影響明顯。2014-10-20地震事件HYPOSAT(一維速度模型)定位震中誤差較大，通過定位臺站分布圖6c可知參與定位臺站分布比較均勻，但參與定位的近臺較少。

3 結論

結合工作常用地震定位方法和速度模型選取方式，采用不同組合方式對川西高原、四川盆地和涼山地區(qū)三個區(qū)域精選出來的21個地震(2013—2015年四川不同區(qū)域MS≥3的)進行了重新定位，從定位結果的震源深度、殘差、震中誤差三個方面，闡述了定位結果了差異情況。結果表明，在不同區(qū)域的定位中，定位方法和速度模型的選取會造成定位結果差異。提高定位精度，不僅要選擇合適的速度模型和定位方法，還要盡量選擇合理的臺站分布。此外，在地震定位中，并不是參與地震定位的臺站越多越好，近臺和遠臺的聯(lián)合使用，可獲得更為精確的定位結果。

圖6 定位臺站分布