用PTD方法測(cè)定瀘縣Ms6.0地震序列的深度

吳磊

摘要：震源深度的準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)地球科學(xué)研究具有十分重要的意義。2021年9月16日04時(shí)33分在四川瀘州市瀘縣發(fā)生Ms6.0地震，且發(fā)生一系列余震。該文采用PTD方法和四川、重慶地震臺(tái)網(wǎng)記錄的數(shù)據(jù)，基于四川2015速度模型，計(jì)算了該地震序列的震源深度，得到Ms6.0主震震源深度約為10?km，M≥2.5余震深度為10～15?km。所有震相數(shù)據(jù)來自中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心編目數(shù)據(jù)庫。

關(guān)鍵詞：瀘縣Ms6.0地震?震源深度?四川2015模型?PTD方法

中圖分類號(hào)：P315???????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

The?Determination?of?the?Focal?Depth?of?the?Ms6.0?Earthquake?Sequence?in?Lu?County?by?the?PTD?Method

WU?Lei

（Chongqing?Earthquake?Agency，?Chongqing，?401147?China）

Abstract：?The?accurate?determination?of?the?focal?depth?is?of?great?significance?to?geoscience?research.?The?Ms6.0?earthquake?occurred?at?04：33?on?September?16，?2021?in?Lu?County，?Luzhou，?Sichuan，?followed?by?a?series?of?aftershocks.?By?the?PTD?method?and?the?date?recorded?by?Sichun?and?Chongqing?Earthquake?Networks，?based?on?the?Sichuan?2015?velocity?model，?this?paper?calculates?the?focal?depth?of?this?earthquake?sequence，?and?obtains?the?focal?depth?of?the?Ms6.0?main?earthquake?is?about?10km?and?that?the?focal?depth?of?M≥2.5?aftershocks?is?10～15km.?All?seismic?phase?data?is?from?the?cataloging?database?of?China?Earthquake?Network?Center.

Key?Words：?Luxian’s?Ms6.0?earthquake;?Focal?depth;?Sichuan?2015?velocity?model;?PTD?method

震源深度是分析和研究震源信息的最重要參數(shù)之一，測(cè)定的難度比較大[1，2]。震源深度的有效測(cè)定對(duì)天然地震的研究具有極其重要的作用和意義[2，3]。“十五”以來，隨著天然地震研究水平及相關(guān)配套設(shè)施的不斷發(fā)展，我國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)布設(shè)的密度正在逐年遞增，地震的監(jiān)測(cè)水平也在穩(wěn)步提高，并且各個(gè)省市及地區(qū)臺(tái)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)得到有效共享，使絕大多數(shù)的地震震中都可以被地震臺(tái)站所覆蓋，因此，研究人員可以快速準(zhǔn)確地測(cè)定震中位置。但是，深度方向不會(huì)被地震臺(tái)覆蓋，震源深度的準(zhǔn)確測(cè)定仍然是地震工作人員亟待解決的難題之一[1-3]。

經(jīng)過文獻(xiàn)查閱與資料調(diào)研可知，目前震源深度測(cè)定的方法多達(dá)幾十種，主要分為運(yùn)動(dòng)學(xué)方法和動(dòng)力學(xué)方法兩類，在實(shí)際測(cè)定時(shí)各有所長(zhǎng)[4-6]。PTD方法是一種確定性的運(yùn)動(dòng)學(xué)方法，能夠有效快速確定震源的深度。PTD方法能夠?qū)Ω鱾€(gè)臺(tái)站之間的初至到時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)變換，得到對(duì)應(yīng)的到時(shí)差，從而準(zhǔn)確地測(cè)定地震震源的深度[7]。大量實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，PTD方法優(yōu)點(diǎn)比較多，主要以下5點(diǎn)：（1）莫霍面的速度比較平穩(wěn)，并且容易計(jì)算；（2）初至Pg、Pn震相的分辨率比較高，兩者的組合比較獨(dú)立，并且測(cè)定的深度數(shù)據(jù)呈高斯分布；（3）Pg、Pn震相離源射線方向不同，在一定程度上提高深度測(cè)定的準(zhǔn)確性；（4）在計(jì)算過程中，PTD方法利用了多個(gè)臺(tái)站的到時(shí)差數(shù)據(jù)，有效減少了發(fā)震時(shí)刻導(dǎo)致的誤差；（5）理論明確，測(cè)定效率高，能夠有效滿足測(cè)震臺(tái)網(wǎng)工作人員的需求[7-9]。該文使用PTD方法，結(jié)合四川、重慶地震臺(tái)網(wǎng)記錄的數(shù)據(jù)，并且根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡貧に俣冉Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)四川省瀘州市瀘縣Ms6.0地震的震源深度進(jìn)行了有效測(cè)定，以期為地震預(yù)報(bào)、防震減災(zāi)提供一定的借鑒。

1?瀘縣Ms6.0地震簡(jiǎn)介

經(jīng)地震臺(tái)網(wǎng)的測(cè)定，在北京時(shí)間2021年9月16日04時(shí)33分，我國(guó)四川省瀘州市瀘縣發(fā)生了6.0級(jí)地震，該地震的震源深度為10?km，震中位于北緯29.20o，東經(jīng)105.34o。9月16日14時(shí)，共記錄到主震及余震32次，其中最大余震為9月16日04時(shí)55分19秒發(fā)生的Ms2.8級(jí)。瀘縣Ms6.0地震發(fā)生之后，省市及地方地震相關(guān)單位迅速啟動(dòng)了地震二級(jí)應(yīng)急響應(yīng)，首先成立了應(yīng)急小組，然后安排了相應(yīng)的工作人員迅速趕赴震區(qū)，開展地震救援、災(zāi)后重建等工作。根據(jù)應(yīng)急小組的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瀘縣Ms6.0地震的等震線長(zhǎng)軸呈北西西走向；短軸的長(zhǎng)度約為54?km，長(zhǎng)軸的距離約為62?km，烈度6度及以上區(qū)域的范圍達(dá)到了2?613?km2，其中極震區(qū)的烈度達(dá)到了8度，波及的8個(gè)地區(qū)的城鎮(zhèn)及街道，共造成3人死亡、159人受傷。

此次瀘縣6.0級(jí)地震發(fā)生在四川重慶邊界，是在四川省發(fā)生的第二次6級(jí)強(qiáng)震（上一次是在2019年6月17日長(zhǎng)寧地區(qū)發(fā)生的Ms6.0級(jí)地震），并且也是瀘州地區(qū)第一次6級(jí)地震。另外，此次地震的震中所在地區(qū)附近的地震臺(tái)網(wǎng)具有比較強(qiáng)的監(jiān)測(cè)能力，其中與震中距離最近的臺(tái)站有四川LZH臺(tái)和重慶ROC臺(tái)，距離分別約為37?km、22?km。

2?各臺(tái)網(wǎng)正式編目結(jié)果

以下為臺(tái)網(wǎng)中心和各省局臺(tái)網(wǎng)給出的震源深度情況，瀘縣Ms6.0地震發(fā)生后，國(guó)內(nèi)各臺(tái)網(wǎng)正式編目結(jié)果如下：（1）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心根據(jù)國(guó)家臺(tái)站波形數(shù)據(jù)，判定此次地震深度為10?km；（2）四川地震臺(tái)網(wǎng)、重慶地震臺(tái)網(wǎng)、陜西地震臺(tái)網(wǎng)、浙江地震臺(tái)網(wǎng)、廣東地震臺(tái)網(wǎng)、江蘇地震臺(tái)網(wǎng)最后測(cè)定地震深度均為10?km，湖南和福建地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定深度為15?km，云臺(tái)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定深度為12?km，地震震級(jí)在Ms6.0～Ms6.1之間差別不大。各臺(tái)網(wǎng)正式編目結(jié)果見表1。以上各個(gè)臺(tái)網(wǎng)的結(jié)果差別比較小，如果想要得到更加準(zhǔn)確的深度結(jié)果，就需要合理的速度模型以及定位方法，尤其是適合地區(qū)實(shí)際的速度模型[7-9]。

3?四川2015速度模型簡(jiǎn)介

在使用PTD方法的過程中，地殼速度模型是一個(gè)重要的影響因素。震源深度的測(cè)定的影響因素主要有震中距離、到時(shí)誤差、路徑、速度模型這4種。自2014年開始，上海市地震局首次與其他各個(gè)省的測(cè)震臺(tái)網(wǎng)合作，經(jīng)過一定時(shí)間的研究與分析，完成了區(qū)域速度模型的建設(shè)，并且進(jìn)行了大力的推廣。目前，我國(guó)各個(gè)省的臺(tái)網(wǎng)有了合適的速度模型（通常被稱作2015模型）[10]。

該文采用PTD方法是以四川2015速度模型（簡(jiǎn)稱四川模型）為基礎(chǔ)，利用該模型與分區(qū)速度模型（主要分為AA模型、BB模型兩種）對(duì)2009—2014年6年之間發(fā)生的Ms3.0以上的地震進(jìn)行Hyposat批處理，四川模型的定位殘差為0.48，而AA模型與BB模型的定位殘差分別為0.52和0.71。其次，四川模型的水平誤差以及深度誤差均比較小，并且趨勢(shì)也十分平穩(wěn)。另外，四川模型與AA模型的水平誤差相差無幾，但是后者的深度誤差極易出現(xiàn)大量的異常值。經(jīng)大量研究發(fā)現(xiàn)，在使用四川模型時(shí)，PTD方法的震相計(jì)算結(jié)果更加服從高斯分布，因此，四川模型更加符合現(xiàn)實(shí)情況，獲得的定位結(jié)果更準(zhǔn)確[10]。

4?初至震相的多種定位方法

優(yōu)選合適定位方法是獲得有效地震數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)與保障，從而能夠?yàn)楹罄m(xù)的深度測(cè)定提供更加精確的數(shù)據(jù)。此次研究主要使用MSDP地震分析軟件來獲得有效的地震初至震相，該軟件有以下3種定位方法。

4.1?單純型法

這種方法是在N維空間中，使用N+1個(gè)頂點(diǎn)來組成1個(gè)多面體。根據(jù)單純型的定位方法，首先獲得N+1個(gè)頂點(diǎn)的函數(shù)值，然后對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，確定這些頂點(diǎn)的優(yōu)劣，再重新計(jì)算新點(diǎn)，進(jìn)而使用更優(yōu)的頂點(diǎn)進(jìn)行替代，從而獲得準(zhǔn)確解。

4.2?HYP2000法

這種方法的基本原理是將走時(shí)在初值周圍進(jìn)行泰勒展開，然后構(gòu)建觀測(cè)方程組進(jìn)行求解。從具體計(jì)算而言，HYP2000法先將觀測(cè)方程組進(jìn)行降維運(yùn)算，并不是直接轉(zhuǎn)化成正規(guī)的方程組，而是使用奇異值分解進(jìn)行方程組的求解，進(jìn)而獲得準(zhǔn)確的定位結(jié)果。

4.3?Hyposat法

這種方法的基本原理類似于HYP2000法，在定位的初始階段設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，如深度、深度誤差等。Hyposat法進(jìn)行深度計(jì)算時(shí)還能夠使用固定和反演共同參與計(jì)算。

該次研究以四川2015速度模型為基礎(chǔ)，分別利用MSDP地震分析軟件的3種定位方法進(jìn)行了定位計(jì)算，對(duì)63個(gè)臺(tái)站的34個(gè)初至Pg震相以及63個(gè)初至Pn震相進(jìn)行了重新標(biāo)定，結(jié)果見表2。從表2中可知，單純法的8.7?km的定位結(jié)果比較合理。其次，從表1可知，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)、四川地震臺(tái)網(wǎng)、重慶地震臺(tái)網(wǎng)、陜西地震臺(tái)網(wǎng)、浙江地震臺(tái)網(wǎng)、廣東地震臺(tái)網(wǎng)、江蘇地震臺(tái)網(wǎng)的最后測(cè)定地震深度均為10?km。與此同時(shí)，上述6個(gè)臺(tái)網(wǎng)使用的臺(tái)站都可以較好地覆蓋震中，測(cè)定的結(jié)果也比較科學(xué)、合理。

表2?初至震相的3種定位方法

定位結(jié)果

發(fā)震時(shí)間

緯度

經(jīng)度

深度

震級(jí)Ms

殘差

單純型

04：33：32.4

29.22

105.34

8.7

6.0

0.79

Hyposat

04：33：32.9

29.21

105.32

16.2

6.0

0.59

HYP2000

04：33：31.7

29.20

105.35

18.8

6.0

0.3

由上述的分析可知，此次瀘縣Ms6.0級(jí)地震的初步定位深度范圍為8.7～10km。震源深度的測(cè)定誤差與震中距關(guān)系密切，震中距越大，測(cè)定誤差越大，在某種程度上說明要想獲得準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果必須要有近臺(tái)參與定位計(jì)算。

5?PHD方法測(cè)定瀘縣Ms6.0地震震源深度

在測(cè)定瀘縣Ms6.0地震時(shí)，基于四川2015速度模型，使用四川測(cè)震臺(tái)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的63個(gè)地震臺(tái)站63個(gè)初至Pn震相和34個(gè)初至Pg震相，選取4個(gè)獨(dú)立的震源深度結(jié)果，其中有效深度4個(gè)，主震Ms6.0級(jí)地震震源深度為10?km，余震ML3.5、ML3.1的震源深度為10?km、ML2.5深度為15?km。編目數(shù)據(jù)庫讀取到四川測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的震源深度結(jié)果為10?km；基于四川2015速度模型，對(duì)3個(gè)余震的震源深度進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如圖1、圖2所示。從圖1、圖2中可知PTD方法計(jì)算得到的余震深度為10～15?km。深度結(jié)果相差不大，深度的最大值與高斯分布分布的極值耦合較好，并與MSDP下的單純法、川滇3D定位深度較為接近，所以結(jié)果取平均值10 km，深度為（10±2）km較為合適。

6?結(jié)論與分析

（1）此次研究分別使用四川、重慶不同地震臺(tái)站記錄的震相數(shù)據(jù)及各自的地殼速度模型，采用PTD方法得到瀘縣Ms6.0地震的震源深度為10km，余震ML3.5、ML3.1深度為10?km、ML2.5深度為15?km。余震與采用PTD方法計(jì)算得到的深度與臺(tái)網(wǎng)編目的地震深度一致，所以PTD方法計(jì)算得到的瀘縣Ms6.0主震震源深度為（10±2）km是有一定可信度的。綜上所述，在區(qū)域測(cè)震臺(tái)網(wǎng)地殼速度模型適合的情況下，PTD方法可比較快速準(zhǔn)確地測(cè)定震源深度。

（2）地震深度的確定對(duì)于分析未來地震所帶來的破壞程度以及地震發(fā)生趨勢(shì)且深入調(diào)查四川盆地復(fù)雜斷裂體系及潛在發(fā)震構(gòu)造，開展該區(qū)域地震發(fā)震機(jī)理研究，為當(dāng)?shù)胤勒饻p災(zāi)、災(zāi)害調(diào)查提供科學(xué)依據(jù)，以減輕地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

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