采用LOCSAT和HYPOSAT方法對新疆中深源地震重定位分析①

張 勇， 張 峰， 陳 亮， 趙江濤， 奧斯曼·阿木丁， 邱大瓊

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局 ，新疆 烏魯木齊 830011)

隨著“十五”數(shù)字化測震臺網(wǎng)建成以后，人機交互分析處理系統(tǒng)MSDP成為中國測震臺網(wǎng)采用的主流地震分析處理軟件。為了滿足地震監(jiān)測需要，MSDP進行了多種版本的升級，目前MSDP6.0版本成為主流，該系統(tǒng)嵌入單純型定位法、HYPO2000、LOCSAT、HYPOSAT等多種地震定位方法，這些方法在定位原理上不盡相同，適用性各有差異[1-2]。經(jīng)過多個實驗，發(fā)現(xiàn)LOCSAT和HYPOSAT兩種定位方法更適用于中深源地震，本文中對新疆及周邊地區(qū)已發(fā)生的187個中深源地震分別用LOCSAT和HYPOSAT兩種定位方法進行重新定位，找出適合該地區(qū)中深源地震最佳定位方法。新疆及相鄰地區(qū)的中深源地震是由印度板塊向北擠壓碰撞和西伯利亞地塊向南擠壓而形成近南北向應(yīng)力場所導(dǎo)致的，在此應(yīng)力場作用下，形成了強大的東西向弧形斷裂，所以該區(qū)地震活動頻繁，是研究中深源地震的理想場所[3-7,12-18]。由于這些中深源地震處于板塊推擠、碰撞的前沿，與淺源地震的發(fā)生有著密不可分的關(guān)系，很有可能成為新疆及相鄰地區(qū)地震活躍開始的信號，故研究新疆及相鄰地區(qū)的中深源地震特征意義重大。

1 定位程序和方法

本文中使用HYPOSAT和LOCSAT兩種定位方法對所選區(qū)域中深源地震進行定位，2個定位程序均采用傳統(tǒng)的 Geiger法的基本思路：把走時T在初值(x，y，z)附近作泰勒展開，取一級近似，

(1)

其中，T為實際走時，T′是相應(yīng)于(x，y，z)附近一點(x′，y′，z′)的走時。在此基礎(chǔ)上建立并求解觀測方程組。LOCSAT采用阻尼最小二乘法，即將觀測方程組化成正規(guī)方程組，用主元素消去法求解。沒有加權(quán)，為計算初值。采用水平分層速度模型，但所有臺站均采用同一模型，適用于地方震、近震及遠震的地震定位程序。HYPOSAT先將觀測方程組降維，不化為正規(guī)方程組，直接用奇異值分解最小二乘法方程組。在實際計算中，還采用了多種數(shù)據(jù)加權(quán)[3-4]。

當強震面波限幅，深震面波不發(fā)育時，可用體波 P、PP 等的最大振幅來測定震級，這種用體波的最大振幅測定的震級稱體波震級。體波震級分別有短周期地震儀測定的體波震級mb和長周期地震儀測定的體波震級mB。mb是用周期為1 s的地震體波振幅來量度地震大??；mB是用周期為5 s的地震體波振幅來量度的地震大小。所以，mb和mB是對不同頻段的地震波位移譜分別進行的震級測量，兩者不能混為一談。但兩者都用1956年古登堡提出的體波震級測定公式，

(2)

式中，A是體波P或PP的最大地動位移，單位為μm。T是最大記錄振幅相應(yīng)的周期，單位為s。C是臺站校正值，Q為起算函數(shù)，是對傳播距離上介質(zhì)吸收所作的補償，是震中距和震源深度的函數(shù)Q(Δ，h)[8-11]。

2 定位效果對比分析

本文中對2010～2017年新疆阿克陶、皮山、葉城和塔什庫爾干及境外相鄰地區(qū)M≥3.0的部分中深源地震187個地震，分別LOCSAT和HYPOSAT定位方法，重新進行定位。其中，LOCSAT和HYPOSAT定位方法通過反演確定震源深度，若震源深度為零，則需調(diào)整參數(shù)，進行反復(fù)定位，得到準確定位結(jié)果(圖1～3)。

圖1為震源深度對比圖，其中綠色實線為USGS結(jié)果、藍色實線為HYPOSAT定位結(jié)果、紅色實線為LOCSAT定位結(jié)果。藍色實線和綠色實線吻合度很高，而紅色實線與兩者皆存在差異。所以HYPOSAT定位方法在深度上要好于LOCSAT定位方法。在定位過程中，做了大量的調(diào)整，例如將所有震相清晰的臺站都參加定位，HYPOSAT定位方法要優(yōu)于LOCSAT定位方法，LOCSAT定位出的最大深度誤差最大可達到89 km，而HYPOSAT定位出的最大深度誤差最大僅為32 km；刪除震中距≥500 km的遠臺再用2種方法進行重新定位，發(fā)現(xiàn)兩者的定位結(jié)果最大深度誤差均為30 km，而且大部分的誤差都<10 km。再與USGS結(jié)果比較過程中，發(fā)現(xiàn)USGS有一部分地震定位出的震源深度為0或者僅有幾千米。但從波形特征上看，這些地震明顯為中深源地震，新疆維吾爾自治區(qū)地震局的定位結(jié)果也為此結(jié)論做出支持，所以無法與其進行對比，只能舍棄掉這部分地震，這也說明USGS上的定位結(jié)果并完全可信。

圖2 震級對比圖Fig.2 Magnitude comparison chart

圖3 地震震中分布圖Fig.3 Epicenter distribution

由于所研究目標地震為中深源地震，這些地震大部分面波基本不發(fā)育，所以體波震級mb和mB就顯得尤為重要。本文中所有地震震級均為體波震級，每個地震都經(jīng)初步分析和校核分析2次分析，去除體波表現(xiàn)不好的臺站，盡量減小人為誤差，定位結(jié)果如圖2所示。2種定位方法得到的震級差別很小，但是普遍都比USGS的定位結(jié)果要大，這與國內(nèi)所用的走時表有關(guān)，但主要原因還是USGS的定位所使用的臺站為國際臺站，從包圍的角度和臺站的密度上看，不如本文中所用的臺站好，所以本文中的定位結(jié)果更加可靠。在定位過程中發(fā)現(xiàn)，在相同臺站相同震相的前提下，LOCSAT定位方法的定位速度要比HYPOSAT定位方法快，平均要快3 s左右。但2種定位方法在發(fā)震時刻上差別不大，所以在大震速報上可以先用LCOSAT定位快速上報，再用HYPOSAT精準定位，給出準確結(jié)果，利用這一特點，今后的大震速報及編目工作將會事半功倍。

3 結(jié)論與討論

準確的測定中深源地震的深度非常重要，本文中利用MSDP6.0軟件中的LOCSAT和HYPOSAT兩種定位方法對上述187條地震進行重新定位后發(fā)現(xiàn)，2種方法基本都能滿足此區(qū)域的中深源地震，但對震源深度而言，在參與定位的臺站越多、臺站包圍較好同時選取清晰的后續(xù)震相情況下 ，HYPOSAT定位結(jié)果更準確。

對于中深源地震而言，震級的測定一直是困擾學(xué)術(shù)界的問題。體波傳播速度最快，體波震級通常是最先計算出來的震級，但由于會在8級左右飽和，對較大的地震并非最為適合。而這些中深源地震大多面波不發(fā)育，所以測定的面波震級非常不可信，同時體波震級與面波震級存在的非線性關(guān)系對普通大眾又很難理解，這就給中深源地震震級的測定帶來了很大的難題。LOCSAT和HYPOSAT兩種定位方法對震級的測定上差異不大，在選取參與定位的臺站較少且震中距不是很大的情況下，LOCSAT定位方法的計算速度要優(yōu)于HYPOSAT定位方法。在參與定位臺站的增多以及震中距加大的情況下，HYPOSAT得出的結(jié)果更為準確。利用這點，新疆臺網(wǎng)以后的日常編目工作以及大震速報工作會事半功倍。

新疆及相鄰地區(qū)的中深源地震是由印度板塊向北擠壓碰撞和西伯利亞地塊向南擠壓而形成近南北向應(yīng)力場所致，在此應(yīng)力場作用下，形成了強大的東西向弧形斷裂，整體呈“八”字狀。在“八”字的右半部分，也就是靠近塔里木盆地的斷裂帶自南向北呈現(xiàn)出震源深度由淺變深的趨勢，在塔里木盆地的作用力下，沿著塔里木盆地西緣的地震深度大多在160 km以內(nèi)，反觀“八”字的左半部分的地震，自北向南呈現(xiàn)出震源深度由淺變深的趨勢，大部分震源深度>160 km。在“八”字中間有一條很明顯的俯沖帶，由于俯沖帶對兩側(cè)的俯沖速度和俯沖深度是不同的，同時也有它的走向和傾角等因素的影響，導(dǎo)致“八”字兩側(cè)地震震源深度出現(xiàn)明顯分段性。“八”字左側(cè)地震震源深度大多集中在180 km處，“八字”右側(cè)地震震源深度大多集中在100 km處，這很可能是處在板塊作用力集中的兩個犄角部位。由于本地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，新構(gòu)造運動強烈，地震構(gòu)造發(fā)育，強震活動及其頻繁，這部分中深源地震很可能是即將發(fā)生強震的預(yù)警，所以整理好這部分地震資料，研究其特征尤為重要。