用PTD方法測定瀘縣Ms6.0地震序列的深度

吳磊

摘要：震源深度的準確測定對地球科學研究具有十分重要的意義。2021年9月16日04時33分在四川瀘州市瀘縣發生Ms6.0地震，且發生一系列余震。該文采用PTD方法和四川、重慶地震臺網記錄的數據，基于四川2015速度模型，計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。所有震相數據來自中國地震臺網中心編目數據庫。

關鍵詞：瀘縣Ms6.0地震?震源深度?四川2015模型?PTD方法

中圖分類號：P315???????文獻標識碼：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之一，測定的難度比較大[1，2]。震源深度的有效測定對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配套設施的不斷發展，我國地震臺網布設的密度正在逐年遞增，地震的監測水平也在穩步提高，并且各個省市及地區臺網之間的數據得到有效共享，使絕大多數的地震震中都可以被地震臺站所覆蓋，因此，研究人員可以快速準確地測定震中位置。但是，深度方向不會被地震臺覆蓋，震源深度的準確測定仍然是地震工作人員亟待解決的難題之一[1-3]。

經過文獻查閱與資料調研可知，目前震源深度測定的方法多達幾十種，主要分為運動學方法和動力學方法兩類，在實際測定時各有所長[4-6]。PTD方法是一種確定性的運動學方法，能夠有效快速確定震源的深度。PTD方法能夠對各個臺站之間的初至到時進行相應的數學變換，得到對應的到時差，從而準確地測定地震震源的深度[7]。大量實際應用發現，PTD方法優點比較多，主要以下5點：（1）莫霍面的速度比較平穩，并且容易計算；（2）初至Pg、Pn震相的分辨率比較高，兩者的組合比較獨立，并且測定的深度數據呈高斯分布；（3）Pg、Pn震相離源射線方向不同，在一定程度上提高深度測定的準確性；（4）在計算過程中，PTD方法利用了多個臺站的到時差數據，有效減少了發震時刻導致的誤差；（5）理論明確，測定效率高，能夠有效滿足測震臺網工作人員的需求[7-9]。該文使用PTD方法，結合四川、重慶地震臺網記錄的數據，并且根據當地的地殼速度結構特點，對四川省瀘州市瀘縣Ms6.0地震的震源深度進行了有效測定，以期為地震預報、防震減災提供一定的借鑒。

1?瀘縣Ms6.0地震簡介

經地震臺網的測定，在北京時間2021年9月16日04時33分，我國四川省瀘州市瀘縣發生了6.0級地震，該地震的震源深度為10?km，震中位于北緯29.20o，東經105.34o。9月16日14時，共記錄到主震及余震32次，其中最大余震為9月16日04時55分19秒發生的Ms2.8級。瀘縣Ms6.0地震發生之后，省市及地方地震相關單位迅速啟動了地震二級應急響應，首先成立了應急小組，然后安排了相應的工作人員迅速趕赴震區，開展地震救援、災后重建等工作。根據應急小組的調查發現，瀘縣Ms6.0地震的等震線長軸呈北西西走向；短軸的長度約為54?km，長軸的距離約為62?km，烈度6度及以上區域的范圍達到了2?613?km2，其中極震區的烈度達到了8度，波及的8個地區的城鎮及街道，共造成3人死亡、159人受傷。

此次瀘縣6.0級地震發生在四川重慶邊界，是在四川省發生的第二次6級強震（上一次是在2019年6月17日長寧地區發生的Ms6.0級地震），并且也是瀘州地區第一次6級地震。另外，此次地震的震中所在地區附近的地震臺網具有比較強的監測能力，其中與震中距離最近的臺站有四川LZH臺和重慶ROC臺，距離分別約為37?km、22?km。

2?各臺網正式編目結果

以下為臺網中心和各省局臺網給出的震源深度情況，瀘縣Ms6.0地震發生后，國內各臺網正式編目結果如下：（1）中國地震臺網中心根據國家臺站波形數據，判定此次地震深度為10?km；（2）四川地震臺網、重慶地震臺網、陜西地震臺網、浙江地震臺網、廣東地震臺網、江蘇地震臺網最后測定地震深度均為10?km，湖南和福建地震臺網測定深度為15?km，云臺地震臺網測定深度為12?km，地震震級在Ms6.0～Ms6.1之間差別不大。各臺網正式編目結果見表1。以上各個臺網的結果差別比較小，如果想要得到更加準確的深度結果，就需要合理的速度模型以及定位方法，尤其是適合地區實際的速度模型[7-9]。

3?四川2015速度模型簡介

在使用PTD方法的過程中，地殼速度模型是一個重要的影響因素。震源深度的測定的影響因素主要有震中距離、到時誤差、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省的測震臺網合作，經過一定時間的研究與分析，完成了區域速度模型的建設，并且進行了大力的推廣。目前，我國各個省的臺網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（簡稱四川模型）為基礎，利用該模型與分區速度模型（主要分為AA模型、BB模型兩種）對2009—2014年6年之間發生的Ms3.0以上的地震進行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，并且趨勢也十分平穩。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大量的異常值。經大量研究發現，在使用四川模型時，PTD方法的震相計算結果更加服從高斯分布，因此，四川模型更加符合現實情況，獲得的定位結果更準確[10]。

4?初至震相的多種定位方法

優選合適定位方法是獲得有效地震數據的基礎與保障，從而能夠為后續的深度測定提供更加精確的數據。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個頂點來組成1個多面體。根據單純型的定位方法，首先獲得N+1個頂點的函數值，然后對這些數值進行對比分析，確定這些頂點的優劣，再重新計算新點，進而使用更優的頂點進行替代，從而獲得準確解。

4.2?HYP2000法

這種方法的基本原理是將走時在初值周圍進行泰勒展開，然后構建觀測方程組進行求解。從具體計算而言，HYP2000法先將觀測方程組進行降維運算，并不是直接轉化成正規的方程組，而是使用奇異值分解進行方程組的求解，進而獲得準確的定位結果。

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置相應的參數，如深度、深度誤差等。Hyposat法進行深度計算時還能夠使用固定和反演共同參與計算。

該次研究以四川2015速度模型為基礎，分別利用MSDP地震分析軟件的3種定位方法進行了定位計算，對63個臺站的34個初至Pg震相以及63個初至Pn震相進行了重新標定，結果見表2。從表2中可知，單純法的8.7?km的定位結果比較合理。其次，從表1可知，中國地震臺網、四川地震臺網、重慶地震臺網、陜西地震臺網、浙江地震臺網、廣東地震臺網、江蘇地震臺網的最后測定地震深度均為10?km。與此同時，上述6個臺網使用的臺站都可以較好地覆蓋震中，測定的結果也比較科學、合理。

表2?初至震相的3種定位方法

定位結果

發震時間

緯度

經度

深度

震級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級地震的初步定位深度范圍為8.7～10km。震源深度的測定誤差與震中距關系密切，震中距越大，測定誤差越大，在某種程度上說明要想獲得準確的測定結果必須要有近臺參與定位計算。

5?PHD方法測定瀘縣Ms6.0地震震源深度

在測定瀘縣Ms6.0地震時，基于四川2015速度模型，使用四川測震臺網聯網的63個地震臺站63個初至Pn震相和34個初至Pg震相，選取4個獨立的震源深度結果，其中有效深度4個，主震Ms6.0級地震震源深度為10?km，余震ML3.5、ML3.1的震源深度為10?km、ML2.5深度為15?km。編目數據庫讀取到四川測震臺網的震源深度結果為10?km；基于四川2015速度模型，對3個余震的震源深度進行計算。計算結果如圖1、圖2所示。從圖1、圖2中可知PTD方法計算得到的余震深度為10～15?km。深度結果相差不大，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，所以結果取平均值10 km，深度為（10±2）km較為合適。

6?結論與分析

（1）此次研究分別使用四川、重慶不同地震臺站記錄的震相數據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方法計算得到的深度與臺網編目的地震深度一致，所以PTD方法計算得到的瀘縣Ms6.0主震震源深度為（10±2）km是有一定可信度的。綜上所述，在區域測震臺網地殼速度模型適合的情況下，PTD方法可比較快速準確地測定震源深度。

（2）地震深度的確定對于分析未來地震所帶來的破壞程度以及地震發生趨勢且深入調查四川盆地復雜斷裂體系及潛在發震構造，開展該區域地震發震機理研究，為當地防震減災、災害調查提供科學依據，以減輕地震災害風險。

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