河南濮陽(yáng)地殼深度的計(jì)算

李守勇，孫 晴

（河北省地震局邯鄲中心地震臺(tái)，河北 邯鄲 056001）

0 引言

河南濮陽(yáng)地處冀魯豫交界，聊考斷裂帶的北段，地震活動(dòng)較為集中，多發(fā)生在地殼內(nèi)，因此，了解此處的地殼深度對(duì)探討該處的地震有深刻的意義。地殼深度相對(duì)來講尺度比較大，過去常規(guī)的測(cè)定方法一般是通過人工爆破利用反射波來測(cè)定，由于爆破源在地表，很難較準(zhǔn)確地計(jì)算出，而天然地震由于發(fā)生在地殼當(dāng)中，消除了自由表面的影響，利用地震波的傳播理論，能較好地計(jì)算地殼深度。文中利用天然地震的記錄反射波，根據(jù)波動(dòng)理論參數(shù)來計(jì)算地殼深度。莫霍面是地殼與上地幔的分界線，由于地殼的巨大速度梯度而使地震波在莫霍面上產(chǎn)生反射與全反射，運(yùn)用地震波的波動(dòng)理論和記錄到的反射波參數(shù)來計(jì)算地殼深度。

1 原理

在距離震中80～120km的臺(tái)站極易記錄到地震的反射波［1］，有的地方地殼分為兩層，而有的地方不很明顯，研究中采用簡(jiǎn)化模型，將地殼設(shè)定為介質(zhì)均勻的一層。由于華北地區(qū)地震都發(fā)生在地殼之內(nèi)，其地震波傳播路徑由圖1所示。

圖1中，S代表臺(tái)站，Δ為震中距，E為震中位置，H為地殼深度，h為震源深度，O為震源位置，O′為SA的延長(zhǎng)線與EO延長(zhǎng)線的交點(diǎn)，即震源O在莫霍面的鏡像位置，該處的P波速度參照文獻(xiàn)［2］為已知。通過地震定位，能知道震源深度h和震中位置E，根據(jù)臺(tái)站的位置和震中位置可以知道震中距Δ，因此，由式（1）就可計(jì)算出地殼深度。

2 資料的選取與計(jì)算

河南省濮陽(yáng)地區(qū)為邯鄲地震臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)的地區(qū)之一，本次研究選取該地區(qū)10個(gè)反射波記錄比較清楚的地震事件。為提高精度，采用離震中較近的清豐、浚縣、梁山、聊城4個(gè)臺(tái)站的資料進(jìn)行定位，其位置和地震震中如第34頁(yè)圖2所示。最近的臺(tái)站是清豐臺(tái)，距震中約40km；浚縣臺(tái)距震中約96km，在所記錄的地震反射波形中最為清楚（見圖3），本次研究選用該臺(tái)P波的反射波參數(shù)來計(jì)算地殼深度。由于單純型定位方法在極值附近收斂比較慢，適合少參數(shù)的函數(shù)［3］，因此，研究中采用單純型定位法。計(jì)算地殼深度所需的參數(shù)如第34頁(yè)表1所示。在計(jì)算中，用1度表示長(zhǎng)度111km，參閱文獻(xiàn)［2］，選用P波反射波的速度為6.13km／s。

3 分析與討論

用反射波來計(jì)算的是反射點(diǎn)處地殼的深度，震中位置只是近似表示，采用10個(gè)小震的反射波資料來計(jì)算小區(qū)域的地殼深度，用其平均值來大致估算其平均深度。從圖2中可以看出，河南濮陽(yáng)地區(qū)的地殼深度為30km（Mapsis圖層），其外圍的地殼深度為32km，研究得出的平均地殼深度為30.9km，由此看出，該結(jié)果與前人利用其他技術(shù)獲取的結(jié)果比較接近。

表1 地震的反射波參數(shù)、震中位置及計(jì)算結(jié)果Table.1 The reflected wave parameters，epicenters of the earthquakes and the calculated results

圖2 華北地區(qū)地殼深度分布Fig.2 Seismic waveform in Puyang，Henan

圖3 河南省濮陽(yáng)地區(qū)地震波形Fig.3 Crustal depth in North of China

震源深度是極難測(cè)定的［4－5］，其誤差主要來源于地殼模型、震相識(shí)別、拾震器參數(shù)的誤差等，且其相互間的關(guān)系是非線性的，不可避免。為降低誤差的影響，研究時(shí)采用近臺(tái)記錄比較好的臺(tái)站資料，運(yùn)用單純型定位法。

選取10個(gè)地震的定位都是Ⅰ類精度，在走時(shí)殘差為0.1s，Vp＝6.0km／s時(shí)，Ⅰ類定位深度精度的誤差為0.5km［6］，由此估算，研究得到地殼深度的計(jì)算誤差也約為0.5km。

4 結(jié)論

地殼作為地球的最外面一層，雖然相比地球的半徑深度很小，但地震能量的85%是淺源地震，而淺源地震大部分在地殼中發(fā)生［7］，因此，對(duì)地殼深度的了解是對(duì)地震更進(jìn)一步研究不可或缺的先決條件。河南濮陽(yáng)地區(qū)地震地質(zhì)條件復(fù)雜，研究計(jì)算得出該處的地殼深度為30.9km，對(duì)該區(qū)地震研究有積極的作用。

［1］中國(guó)科學(xué)院地球物理研究所.近震分析［M］.北京：地震出版社，1978.

［2］林 眉，王洪水，冀東普，等.莒縣—郯城地區(qū)地殼厚度的測(cè)定［J］.華北地震科學(xué)，2010（3）：36－38.

［3］段 剛.JOPENS系統(tǒng)單純型定位方法定位中國(guó)臺(tái)灣地震精度分析［J］.地震地磁觀測(cè)與研究，2009（2）：127－131.

［4］高 原，周惠蘭，鄭斯華，等.測(cè)定震源深度的意義的初步討論［J］.中國(guó)地震，1999（4）：321－329.

［5］蘇莉華，趙 暉，李 源，等.河南地震臺(tái)網(wǎng)中定位方法對(duì)比及分析［J］.高原地震，2012（2）：66－70.

［6］張晁軍，張曉東，苗春蘭，等.近震震源深度測(cè)定精度的理論誤差分析［J］.中國(guó)地震，2010（2）：156－163.

［7］陳運(yùn)泰，顧浩鼎.震源理論基礎(chǔ)［M］.北京：國(guó)家地震局地球物理研究所，1990.