2013年云南洱源M_S5.5地震序列不同地震觀測臺網(wǎng)地震定位結果對比分析

李濤 付虹峰 姜金鐘 徐興倩

摘要：基于云南地震臺網(wǎng)和“喜瑪拉雅計劃”臺陣探測項目流動臺陣所記錄到的波形資料，分3種情況對2013年云南洱源MS5.5地震進行重新定位：第一種僅利用云南地震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)進行定位，第二種僅利用流動臺陣數(shù)據(jù)進行定位，第三種是綜合云南地震臺網(wǎng)和流動臺陣數(shù)據(jù)，并結合波形互相關雙差定位法進行定位。研究結果顯示：在水平方向上，這3種情況得到的地震震中優(yōu)勢分布方向大致相同，與喬后一維西斷裂NNW走向一致，但后2種情況所得到震中分布更集中，呈現(xiàn)的條帶狀更明顯；在深度分布方面，后2種情況得到的震源深度比僅用云南地震臺網(wǎng)資料進行雙差定位得到的深度淺，且更加集中；在殘差方面，結合波形互相關的雙差定位法得到的震源位置估算誤差在EW向、NS向、UD向最小。這表明臺站密度更大，布局更合理，得到的定位結果誤差明顯降低，無論在水平方向還是深度方向分布都更為集中。

關鍵詞：雙差定位；波形互相關；云南地震臺網(wǎng)；流動臺陣；洱源地震序列

中圖分類號：P315.6 文獻標識碼：A 文章編號：1000-0666（2018）01-0055-090引言

高精度的地震定位可以更好地揭示地震序列的空間分布特征，探討地震與斷裂構造之間的關系和地震成因。Waldhauser和Ellsworth（2000）提出了一種定位精度相對較高的相對定位方法——雙差地震定位法，該方法對一定空間范圍內的地震進行組對，再使用地震對的走時差進行定位，這在很大程度上消除了介質橫向不均勻造成的路徑效應，從而獲得較高精度的相對空間位置分布，因此已得到廣泛應用（Waldhauser et al，2001，2002，2004；楊智嫻等，2003，2004a，b；李志海等，2004；Oka-da et al，2005；王小平等，2005；黃媛等，2006；馮建剛，2008；朱艾斕等，2008；陳翰林等，2009；劉文邦等，2011；房立華等，2011）。

2013年3月3日13時41分15秒，云南省大理州洱源縣發(fā)生了MS5.5地震，之后于4月17日再次發(fā)生MS5.0地震。對于此次地震，云南地震臺網(wǎng)記錄到大量觀測數(shù)據(jù)，為深入研究該區(qū)域的構造環(huán)境提供了重要條件。此外，由中國地震局地球物理研究所承擔的“喜馬拉雅計劃”臺陣探測一期項目在云南省地區(qū)布設的流動臺站（以下簡稱流動臺陣）也記錄到了此次地震序列。本文基于2套臺網(wǎng)記錄的地震波形資料，首先對2013年洱源地震序列分別進行雙差定位，在此基礎上，綜合云南地震臺網(wǎng)和流動臺陣的資料，并結合波形互相關進行重新定位，討論3種情況下定位結果之間的差異。

1 地震序列概況

2013年3月3日。時52分16秒，云南省大理州洱源縣（26.16°N，99.97°E）發(fā)生了ML3.6地震，隨后形成序列活動，并于同日13時41分15秒以及4月17日9時45分56秒分別發(fā)生MS5.5和MS5.0地震。該地震序列共造成了云南洱源、云龍、漾濞等地60000余人受災，20多人受傷，2500多間房屋不同程度的受損。

截至2013年5月31日，云南地震臺網(wǎng)共記錄到該序列地震共1300多次（包括單臺276次），其中ML0.0～0.9地震837次，ML1.0～1.9地震423次，ML2.0～2.9地震78次，ML3.0～3.9地震16次，ML4.0～4.9地震1次，M，，5.0～5.9地震2次（圖1）。

2 資料與速度模型選取

2.1 資料選取

由于受臺陣觀測資料的限制，本文僅選取了2013年3月3日至4月30日發(fā)生的298次ML≥1.0交切地震進行重新定位，其中，ML1.0～ML1.9地震227次，ML2.0～ML2.9地震58次，ML3.0～ML3.9地震10次，ML4.0～ML4.9地震1次，ML5.0～ML5.9地震2次。重新定位所用臺站的震中距均在300km以內（圖2），其中，云南地震臺網(wǎng)固定臺站32個，震中距最小的是EYA臺，約為30km，流動臺陣100個，震中距最小的是雙漳臺，約為15km。

雙差定位時，需給定P波和S波的權重值。P波震相為初至波，讀數(shù)精度較高，而S波震相不易識別，加之人為因素的影響，使得其到時的讀取精度比P波震相要低，所以在實際操作過程中對P波和S波賦予不同的權重值。本文選取的震相均為300km以內的近震震相，數(shù)據(jù)相對可靠，因此設定P波和S波的權重值分別為1.0和0.8。在挑選地震時，保證每個地震至少有4個震相記錄，地震對之間的最大距離為10km，地震對使用的最大震相對的數(shù)目為20，事件對與臺站間的最大距離參數(shù)（MAXDIST）為200km。

2.2 速度模型

黃媛等（2006）認為雙差定位雖然可以在一定程度上消除路徑效應，但仍需要可靠的速度結構作為參數(shù)。本研究所采用的分層速度模型參考了胡鴻翔等（1986）的爆破地震研究結果。該模型共分為5層，各層速度如表1所示，波速比VP/VS的值根據(jù)李永華等（2009）利用洱源臺接收函數(shù)H-k方法得到的結果，設為1.75。

3 洱源序列定位結果

3.1 云南地震臺網(wǎng)雙差定位結果

計算時采用共軛梯度法求解方程，并進行2輪迭代，第一輪的8次迭代由地震的初始位置和先驗權重開始，第二輪的7次迭代采用標準差的5倍作為截斷值，通過反復迭代，舍去殘差大于截斷值的震相數(shù)據(jù)，并用上一次迭代的結果更新震源位置、殘差和偏導數(shù)矩陣，每次迭代得到的殘差作為下一次迭代的加權函數(shù)，直到得到穩(wěn)定的解。

基于以上計算，使用雙差定位法對298次地震進行精確定位后，得到了263次事件的定位結果，為原始選取地震的88%。圖3為重新定位前后的地震震中分布圖，從圖中可以看到，該地震序列發(fā)生于維西一喬后斷裂的左側，余震的分布整體沿NNW向展布，與維西一喬后斷裂的走向一致。重新定位后，外圍地震向內收斂，震中分布更加集中，優(yōu)勢分布更為明顯。

為分析地震深度分布情況，將地震震源深度沿緯度和經(jīng)度方向進行投影，所得結果見圖4。其中圖4a、b為云南地震臺網(wǎng)原始定位震源深度分布，圖4c、d為雙差定位后的震源深度分布。通過對比可以看出，雙差定位后地震震源深度明顯收斂。為了更加清楚，做了重新定位前后的地震震源深度分布直方圖（圖5）。從圖5a中可以看出，重新定位前，震源深度分布較為零散，分布在2～14km的范圍內，以5～12km最多，而雙差定位后，深度集中分布在6～10km范圍內，形成明顯的優(yōu)勢分布層（圖5b）。這與趙小艷和付虹（2014）的研究結果相同。

重新定位后，走時殘差均方根由原來的0.21s降為0.05s，震源位置的平均估算誤差（2倍標準差）在IEW向為0.262km，NS向為0.294km，UD向為0.375kmo圖6為EW向、NS向、UD向誤差統(tǒng)計結果，90%以上地震誤差在100～400m。

3.2 流動臺陣雙差定位結果

三維速度模型下的雙差定位方法數(shù)值實驗顯示，臺網(wǎng)布局、震相識別誤差以及所使用的一維速度模型等因素均對雙差定位結果有一定的影響；另外，雙差定位方法所使用的初始地震目錄對最終定位結果也有很大的影響（閆俊崗等，2013），因此用密集臺站得到的觀測報告所給出的精定位結果應該比云南地震臺網(wǎng)給出的結果可信度要高?！跋柴R拉雅計劃”臺陣探測項目在云南省地區(qū)布設的密集流動臺站，為2013年3月洱源地震序列的精確定位提供了重要條件，也為深入研究該區(qū)域地震地質環(huán)境提供了可能。由于數(shù)據(jù)量大，為了方便與臺網(wǎng)定位結果進行比較，所使用地震事件與臺網(wǎng)精確定位所用事件相同。

計算時采用共軛梯度法求解方程，進行2輪迭代，每輪進行8次，直到得到穩(wěn)定的解。通過計算最終得到了280次事件的定位結果，為原始選取地震的93.3%。圖7為重新定位前后的地震震中分布圖，對比云南地震臺網(wǎng)定位結果（圖3）可以看出，兩者得到的震中分布格局大致相同，這說明云南地震臺網(wǎng)初始定位結果是較為可靠的。

將地震震源深度沿緯度和經(jīng)度方向進行投影，得到結果見圖8。作重新定位前后的地震震源深度分布直方圖（圖9），從圖8、9中可以看出，重新定位前，震源深度分散在4～18km，主要分布在5～11km，雙差定位后，深度明顯收斂，主要分布在5～8km，其中以6～8km最具優(yōu)勢。

重新定位后，走時殘差均方根由0.197。降為0.05s，震源位置的平均估算誤差（2倍標準差）在EW向為0.226km，NS向為0.236km，UD向為0.24km。圖10為EW向、NS向、UD向誤差統(tǒng)計結果，可以看出90%以上地震誤差分布在150～300m。

3.3 結合波形互相關的雙差定位結果

鑒于人工拾取到時震相較多依賴于工作人員的經(jīng)驗，難免會出現(xiàn)偏差甚至誤標的情況，通過波形互相關技術對P波震相到時進行校正，可以獲取更加準確的到時數(shù)據(jù)，進而很大程度上解決傳統(tǒng)方法中速度結構不夠準確造成地震定位的矢量分散問題，使定位精度高達幾十米甚至幾米，因此在國內外都得到了廣泛的運用。如在對北加州Hayward斷層區(qū)域的地震定位（Waldhauser，Ellsworth，2000），對2偽8年汶川地震（黃媛，2006）等研究中，波形互相關方法都顯示出其可行性和優(yōu)越性。本文綜合了前文中所使用的云南地震臺網(wǎng)和流動臺陣的波形數(shù)據(jù)，并利用結合波形互相關的雙差定位法對序列進行重新定位，得到了270次事件的定位結果，為原始選取地震的90.6%（圖11）。重新定位后的序列NNW向優(yōu)勢分布明顯，與維西一喬后斷裂走向一致，分布特征與使用流動臺陣數(shù)據(jù)得到的結果（圖7b）基本相同。

將地震震源深度沿緯度和經(jīng)度方向進行投影，得到震源深度分布結果如圖12所示，另作震源深度分布直方圖（圖13）。從圖13中可以看出重新定位后，地震震源深度主要分布在6～10km，其中又以7～9km最為明顯。

重新定位后，走時殘差均方根由原來的0.185。降為0.043”震源位置的平均估算誤差（2倍標準差）在EW向為0，118km，NS向為0.141km，UD向為0.214km。圖10為EW向，NS向，UD向誤差統(tǒng)計結果，可以看出EW向，NS向誤差85%以上集中在50～150m，UD向誤差主要集中在100～300m。

4 結論和討論

基于云南地震臺網(wǎng)和流動臺陣的資料，分3種情況對2013年洱源MS5.5地震序列進行了雙差定位，結果顯示：

（1）重定位前后，在水平方向上地震均分布在維西一喬后斷裂的左側，且優(yōu)勢分布方向與維西一喬后斷裂的走向一致，為NNW向。但用流動臺陣資料進行雙差定位并綜合云南地震臺網(wǎng)和流動臺陣資料，結合波形互相關方法得到的震中分布相比僅用云南地震臺網(wǎng)得到的震中分布更為集中，優(yōu)勢分布方向更明顯。

（2）對于相同的地震目錄，用云南地震臺網(wǎng)資料進行雙差定位得到的定位事件是263個，為原始選取地震的88%；用流動臺陣資料得到的定位事件是280次，為原始選取地震的93.3%；綜合云南地震臺網(wǎng)和流動臺陣資料，并結合波形互相關雙差定位法得到的定位事件是270次，為原始選取地震的90.6%。

（3）震源深度投影顯示，云南地震臺網(wǎng)定位震源深度主要分布在6～10km，流動臺陣定位結果85%以上集中在6～8km，結合波形互相關的雙差定位法得到的震源深度主要是7～9km，后兩者的震源深度相對前者較淺，且更加集中。這說明近臺記錄參與聯(lián)合反演更有利于震源深度的確定。

（4）用云南地震臺網(wǎng)資料進行雙差定位，走時殘差均方根由原來的0.21s降為0.05s，震源位置平均估算誤差在EW向、NS向、UD向分別為0.262km、0.294km、0.375km，90%以上分布在100～400m；用臺陣資料進行雙差定位，走時殘差均方根由原來的0.197s降為0.05s，震源位置平均估算誤差在EW向、NS向、UD向分別為0.226km、0.236km、0.24km，90%以上分布在150～300m；結合波形互相關雙差定位法進行定位，走時殘差均方根由原來的0.185s降為0.043s，震源位置平均估算誤差在EW向、NS向、UD向分別為0.118km、0.141km、0.214km，85%以上集中在50～150m，UD向主要集中在100～300m。第3種情況的定位誤差相比前兩種情況明顯降低，說明定位效果最好。

綜合以上分析認為：近臺記錄的增加，密集的臺站分布，并結合波形互相關技術進行雙差定位，得到的地震震中分布更為集中，優(yōu)勢方向更為明顯，且測定誤差無論在水平方向還是垂直方向都顯著降低，這為提高該區(qū)震情的判斷及掌握斷層活動情況提供了基礎。

感謝中國地震局地球物理研究所“中國地震科學探測臺陣數(shù)據(jù)中心”為本研究提供地震波形數(shù)據(jù)。

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