初始震源深度對雙差定位結果的影響分析

蔡一川

(四川省地震監測中心，四川成都 610041)

震源深度是描述地震的關鍵參數之一，對地震學研究具有重要意義。例如，可靠的震源深度有助于更好約束地震事件的震源位置以及發震時刻［1］;余震深度的展布反映主震發震斷層的幾何形態，可以為探索地震孕育和發生的深部環境提供證據［2］;此外，發震層深度反映了介質的流變性質，是確定發震斷層及周圍地殼介質脆性—韌性轉換的重要指標，一般而言，地震越淺，所造成的破壞越嚴重［3］。然而，在現代地震目錄中，震源深度的精度是個棘手的問題，它幾乎已經成為最不準確的參數之一［4］。雙差定位法是一種比絕對定位方法精度高的相對定位方法，由于其獨特的優勢，自Waldhauser于2000年在BSSA上發表了關于雙差地震定位算法的文章以來，雙差地震定位方法在國內外得到了廣泛應用，并取得了很好的效果［5-8］。關于雙差定位的使用，Waldhauser等認為，雙差算法使用無誤差的數據能夠完全校正絕對位置，但它的敏感性受到真實數據本身誤差的限制［5］。鄭鈺等針對雙差定位程序的應用，對定位中相關參數進行了詳細的討論，并對速度模型的影響進行了分析，但對于初始震源深度對定位深度的影響分析還鮮有報道［8］。在日常地震數據分析處理中我們發現，不同的定位軟件得到的定位深度相差還是比較大的，因此有必要在雙差定位中對初始震源深度的影響程度進行分析。

1 資料及方法

1.1 觀測數據及觀測臺站

2013年4月20日08時至5月1日00時，四川地震臺網中心記錄到的蘆山地震余震共6 382次。由于四川地震臺網中心在進行地震編目時采用了Loc3D，Hypo2000和單純形三種定位方法，不同定位方法的速度模型和參數又存在差別，因而不同定位方法給出的編目結果可能出現系統偏差。為了獲得較為可靠的初始震源位置，本研究僅選用ML≥1.5、記錄臺站數≥6的1 452條余震，統一采用HypoCenter軟件和趙珠等的速度模型進行初始絕對定位［9］。同時，為了便于對初始震源深度對于雙差定位結果影響的探討，選擇震源深度在10～15 km范圍內的地震進行分析。通過將震源深度減小5 km、增加5 km和直接固定震源深度的方法，采用雙差定位法進行重新定位，然后對定位結果進行對比分析。

2013年四川省雅安蘆山主震發生后，地震應急流動監測隊伍于地震當天就在震源區周圍架設流動臺站進行地震監測，至4月25日共架設了15個流動地震臺站，這些流動臺站主要位于主震中50 km半徑范圍以內，與固定臺站并網觀測(參見圖1)，所構成的地震觀測網對余震區形成了較好的方位覆蓋，進一步保證了初始地震定位結果的可靠性，初始地震定位結果震中分布參見圖2。

圖1 本研究所用臺站分布

圖2 本研究所用地震震中分布

1.2 方法

雙差定位方法是一種相對定位方法，其基本原理是，如果兩個地震震源之間的距離小于事件到臺站的距離，那么就認為震源區和這個臺站之間的整個射線路徑是幾乎相同的，則通過地震事件兩兩組對的方法在一定程度上消除地殼速度結構橫向不均勻性帶來的定位影響。雙差定位法不僅使用了地震觀測報告得到的走時差，還使用了由波形互相關技術得到的兩兩地震間的P波和S波走時差，通過調節地震對的兩個震源位置的矢量差，使剩余殘差(或雙差)最小。為了符合相似性破裂機制的假設，本文給定事件對之間的最遠距離為20 km，給定事件對與臺站之間的最遠距離為50 km，誤差小的P波震相權重為1，誤差較大的S波震相權重小于0.5，波形互相關主要選取相對P波到時為-1～4 s的時間窗口，相關系數閾值設定為0.6。這些特定設置在本例的實際應用中很好地降低了干擾，既保留了P波震相較高的相關性，又保證了足夠數量的相關數據。

2 結果分析

2.1 通過固定初始震源深度進行地震重定位

利用雙差定位方法，對蘆山M7.0地震余震震中初始震源深度在10～15 km范圍內發生的1 452個地震事件進行重新定位，確定所有地震的初始震源深度為5 km時，得到了1 170個定位結果，成功率為80.6﹪;確定所有地震的初始震源深度為10 km時，得到1 268個重定位結果，成功率為87.3﹪。通過重定位結果發現，將初始震源深度分別固定在5和10 km的情況下，上述兩種方法獲得的震中位置變化比較小，但震源深度結果卻出現了一定的變化。當初始深度固定為5 km時，雙差定位法給出的震源深度為3.8～6.3 km，變化幅度約50%;當初始深度固定為10 km時，雙差定位法給出的震源深度范圍為8.5～13.2 km，變化幅度約48%(參見圖3和表1)。當我們將震源深度固定在一定的范圍內時，重新定位結果有很好的一致性，因此認為結果是可靠的。

2.2 通過增減初始震源深度進行重定位

選取蘆山M7.0地震余震震中初始震源深度在10～15 km范圍，利用雙差定位方法對1 452個地震事件進行重新定位，在震中位置不變，選取所有地震的初始震源深度均減小5 km時，得到1 283個重定位結果，定位成功率為88.4﹪;選取所有地震的初始震源深度均增加5 km時，得到1 320個重定位結果，定位成功率為90.9﹪。根據重定位結果分析發現，通過增減初始震源深度的方法進行重定位所得到的震中位置變化仍然比較小，但震源深度卻出現了系統移動(參見表1)。就是說，將初始震源深度減少5 km后，重定位得到的震源深度就會整體向淺部移動，且深度值由原來10～15 km變為2.5～12 km，深度范圍增大了約50%;如果將初始震源深度增加5 km，則重定位得到的震源深度就會整體向深部移動，且深度由原來10～15 km變為13～23 km，深度范圍增大了50%，重定位震源深度結果見圖4。

圖3 雙差定位震源深度隨固定初始震源深度的變化

圖4 雙差定位震源深度隨初始震源深度增減的變化

表1 雙差定位震源深度隨初始震源深度的變化情況

3 結論

地震震源深度是地震學中最難準確測定的參數之一，各種定位方法對于震源深度的估計都具有一定程度的不確定性［4］。通過對雙差定位方法中初始震源深度對定位結果的影響分析，得出以下幾點結論:(1)采用雙差定位進行重定位時，只要選用合理參數設置，初始震源深度誤差對重定位震中位置的影響比較小，但對重定位震源深度結果卻存在一定的影響。(2)通過增加、減小初始震源深度時，重定位震源深度結果會出現系統移動。當初始震源深度減小時，重定位得到的震源深度就會整體向淺部移動;當初始震源深度增加時，重定位得到的震源深度就會整體向深度部移動。(3)無論是采用固定初始震源深度的方法，還是將初始震源深度減小或增加的方法，雙差重定位結果的震源深度變化范圍均會增大，因此，初始震源深度的確定對重定位震源深度結果的影響不可忽視。

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