地震定位方法適用性分析

王承偉，李恩來，王 帥，安祥宇，趙 倩，楊振鵬

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

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地震定位方法適用性分析

王承偉，李恩來，王 帥，安祥宇，趙 倩，楊振鵬

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

摘要：選取遼寧區域三種不同類型的六次地震事件，運用單純型、Hyposat、HYP2000三種定位方法對其進行重新定位，產出的結果進行對比分析。結果表明，Hyposat方法在定位這三種類型的地震時，殘差范圍最小最為穩定，定位網內地震時震中差也相對比較小，較適用于內陸地震和礦震的地震定位。

關鍵詞：不同類型地震；定位方法；定位殘差；震中差

0　引言

通過遼寧地區不同類型的地震事件，采用Hyposat、單純型法、HYP2000三種不同的定位程序，研究定位不同類型事件的最佳定位方法。為此，筆者試圖對定位方法的適用性的進行一些探討。使用目前全國通用的MSDP系統地震定位軟件，采用MSDP系統單純型、HYPOSAT、HYP2000 定位方法對內陸地震、礦震、海域地震進行重新定位，使用軟件自帶的速度模型，產出定位殘差及震中位置差，將結果進行對比分析。

遼寧測震臺網是由5個國家數字測震臺、30個區域數字測震臺及2個背景場項目新建臺組成的數字地震觀測臺網。測震臺均勻分布在全省各地，平均臺站間距70km，中部地區臺站分布密集一些。通過中國地震臺網中心實時波形數據流服務器接入鄰省14個臺站。遼寧臺網實際的監測能力在大部分地區能控制在ML1.5級，邊緣及鄰近海域能控制在ML2.0級。同一范圍內速報能力大約比監控能力低0.2級。

1　定位方法介紹

1.1單純型法

Nelder和Mead（1965）提出了單純型法。該方法是在n維空間中，用n+1個頂點構成一個多面體。依據單純型運算規則，計算各頂點的函數值，然后進行比較，確定頂點的優劣后接著計算新點，用好的頂點代替壞的頂點，這樣不斷地改變頂點，使單純型朝著目標函數最小方向移動，最終獲得準確解。下面以二維為例說明單純型尋優算法。

單純型改變頂點計算方法有4種，它們分別是反射、擴展、收縮和壓縮，圖1為二維空間單純型算法圖。為了提高計算效率，使單純型在空間迅速尋優，Walmsley對Nedlder和Mead的單純型算法在兩個方面進行了改進：（1）求擴展點；Nedlder和Mead方法求擴展點只求一次，而Walmsley的方法是只要在擴展點有改進，就可繼續擴展；（2）新點確定。Nedlder和Mead方法是與重心點的函數值比較，而Walmsley的方法是與極大點的函數值比較，這樣可避免尋優過程中的振動現象，從而提高尋優速度[1]。

1.2Hyposat

Hyposat 是一個為震源定位而開發的程序包。它利用了走時數據、反方位角（即臺站到事件的方位角）值和射線參數值。所考慮的震相是那些包含于IASP91震相類型表中的震相，如果使用地方模型，還包括從康拉德和莫霍不連續界面反射的震相。程序遵循IASPEI標準震相命名工作組所推薦的震相名稱。

1.3Hyp2000方法

HYP2000適用于地方震和近震的地震定位和定震級的Fortran程序。該程序是處理一個地震的地震臺數據文件（如P波到時和地震圖上的振幅和持續時間），得到地震位置和震級。在利用水平分層模型時，采取措施補償地殼橫向不均勻性對走時的影響。

HYP2000定準程序采用傳統的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，為：

其中T為實際走時，是相應于（x，y，z）附近一點（x'，y'，z'）的走時。在此基礎上建立觀測方程組，然后求解觀測方程組。算法上，即先將觀測方程組降維，不化成正規方程組，直接用奇異值分解最小二乘法方程組，在實際計算中采用多種數據加權。HYP2000可采用分區水平分層速度模型，為每個臺站指定不同的速度模型，該方法采用近臺初值，并只適用于網內近震及地方震[1]。

2　資料選取及定位結果分析

2.1資料選取

由于遼寧目前暫無本區域自己的速度模型，本文中三種定位方法均使用的是MSDP自帶的華南模型，速度模型的不適用也會影響到地震定位的質量，特別是對震源深度有一定的影響，因此本文并未給出震源深度的對比。

表1　華南模型

選用的地震：天然地震包括內陸地震、海域地震和礦震等，本次選用遼寧臺站記錄到的三種不同類型的六個典型事件，分別使用單純型法、Hyposat和HYP2000三種定位方法進行定位，將其結果與編目產出結果進行比較，分析這三種定位方法對不同類型地震的適用性。

表2　選用地震

通過用不同定位方法對以上地震進行重新定位，得出各類型地震的最佳定位方法。三種定位震中位置與編目震中位置之間誤差計算公式：

式中，Δ為兩點單的震中誤差，單位為km。（1?、1λ）、（2?、2λ）分別為兩者的震中位置的經度和緯度。經過計算得出3種定位結果之間的誤差。

表3　單純型法定位結果

表4　Hyposat定位結果

表5　HYP2000定位結果

2.2參與定位臺站分布圖

2.3定位結果對比分析

2.3.1單純型法定位結果對比分析

通過MSDP系統中單純型法定位程序對6個地震進行重新定位。定位殘差方面，單純型法定位程序對內陸地震和礦震定位效果相當，殘差范圍為0.3至0.5，對海域地震定位效果較差，殘差大于0.7；與編目的震中差，單純型法在定位內陸地震時震中差均在1km以內，誤差最小。

2.3.2Hyposat定位結果對比分析

通過MSDP系統中Hyposat定位程序對6個地震進行重新定位。定位殘差方面，Hyposat定位程序對內陸地震、礦震及海域地震定位效果都差不多，殘差在0.2至0.7之間，平均殘差約為0.5，海域地震殘差稍大，但整體殘差變化幅度不大；與編目的震中差對比中發現，Hyposat在定位內陸地震時震中差均在在1km以內，誤差最小，定位阜新礦震震中差也在1km以內，但定位撫順礦震震中差稍大，海域地震震中差較大，定位效果不理想。

2.3.3HYP2000定位結果對比分析

通過MSDP系統中HYP2000定位程序對6個地震進行重新定位。定位殘差方面，HYP2000定位程序對內陸地震殘差約為0.4，阜新礦震定位殘差最小約0.15左右，海域地震殘差稍大；與編目的震中差對比中發現，HYP2000定位內陸地震和礦震的震中差均在3km以內，海域地震震中差較大，定位效果不理想。

3　結論

（1）在地震定位中，參與定位臺站的分布對定位質量有一定的影響，本文選用內陸地震（2015年8月4日遼寧蓋州M4.3級地震、2013 年1月23日遼寧燈塔M5.2級地震），位于遼寧中部，臺站分布合理且密集，三種定位方法對其重新定位后產出定位結果，定位殘差和震中差都比較好，Hyposat和單純型法最優。

（2）2013年2月27日遼寧阜新M2.6級礦震震中位于遼寧西北部，2014年8月2日遼寧撫順M2.8級礦震震中位于遼寧中北部，這兩位置是省內礦震多發區，三種定位方法中，HYP2000對阜新礦震定位殘差最小，震中差也較為理想；Hyposat對撫順礦震定位殘差和震中差都是最小。

（3）遼寧海域地震多發區為大連西偏南的渤海海域，本文選用近期發生在該區域的兩個震級較大的地震進行定位分析，分別是2015年7月22日山東龍口海域M4.0級地震和2015年6月29日遼寧大連海域M3.8級地震，三種定位結果對于海域地震定位，HYPOSAT定位殘差最小，但三種定位方法的定位質量都不太理想，定位殘差和震中差都比較大，主要是由于定位受到臺站分布不合理、臺站空隙角偏大等因素的影響所導致[2]。

因此認為，Hyposat方法在定位這三種類型的地震時，殘差范圍最小最為穩定，定位內陸地震時震中差也相對比較小，適用于內陸地震的地震定位。

參考文獻：

[1]張炳，汪貴章，戚浩，等.HYP02000與單純形定位方法對比及作為速報算法的可行性分析[J].地震地磁觀測與研究，2012，33（5/6）：13-17.

[2]陳貴美，楊選，劉錦.廣東數字地震臺網‘十五’系統的幾種地震定位方法的定位效果分析[J].華南地震，2009，29（1）：69-78.

APPLICALBILITY ANALYSIS OF SEISMIC LOCATING METHOD

WANG Cheng-wei，LI En-lai，WANG Shuai，AN Xiang-yu，ZHAO Qian，YANG Zheng-peng
（Earthquake Administration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China）

Abstract：Select three different types of six seismic events in Liaoning area,use of simple,Hyposat,HYP2000 three positioning method to relocate,,obtained the result to carry on the analysis.The results show,In the three types of earthquakes,the Hyposat method is the most stable,and the epicenter is relatively small,suitable for inland earthquakes.

Key words：different types of earthquakes;locating method;locating residuals;epicenter difference

作者簡介：王承偉（1983-），山東省龍口市人，助理工程師，現主要從事地震監測方面的工作。E-mail:sea0929@163.com

收稿日期：2015-09-21

修訂日期：2015-10-11

中圖分類號：P315.6

文獻標志碼：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.01.012

文章編號：1674-8565（2016）01-0069-06