利用近震深度震相研究上海浦東M3.2地震震源深度

摘" 要：利用上海地震臺(tái)網(wǎng)固定臺(tái)站記錄到的事件波形數(shù)據(jù)，基于深度震相sPL和參考震相P的到時(shí)差，通過與理論地震波形進(jìn)行擬合，對(duì)2014年7月10日，上海浦東M3.2地震進(jìn)行重新測(cè)定，結(jié)果表明，此次地震震源深度為5 km，與上海測(cè)震臺(tái)網(wǎng)編目結(jié)果給出的9 km相近，并對(duì)比Hyposat和CAP定位方法，結(jié)果顯示sPL方法與這2種定位結(jié)果相差不大，因此能獲得較可靠的震源深度。

關(guān)鍵詞：sPL深度震相；震源深度；上海地區(qū)；波形數(shù)據(jù)；參考震相

中圖分類號(hào)：P315.7" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）28-00９２-0４

Abstract： Based on the event waveform data recorded by the fixed stations of the Shanghai Seismological Network， and based on the arrival time difference between the depth phase sPL and the reference phase P， the M3.2 earthquake in Pudong， Shanghai on July 10， 2014 is re-determined by fitting with the theoretical seismic waveform. The results show that the focal depth of the earthquake is 5km， which is close to the 9km given by the cataloging result of Shanghai Seismological Network， and the location methods of Hyposat and CAP are compared. The results show that there is little difference between the sPL method and the two positioning results， so a more reliable focal depth can be obtained.

Keywords： sPL depth phase; focal depth; Shanghai area; waveform data; reference phase

震源深度是地震學(xué)中的重要參數(shù)之一，震源的深度影響到地震災(zāi)害的程度。例如，2010年和2011年的2次新西蘭地震，地震震級(jí)分別為Mw7.0和Mw6.1，但由于后者震源深度很淺，所以在地表的烈度相差不大[1-2]。同時(shí)，高精度的震源深度對(duì)于研究地殼流變性、地球動(dòng)力學(xué)過程、災(zāi)害評(píng)估等都具有重要意義[3]。

震源深度通常使用波形擬合或震相到時(shí)的方法來測(cè)定。其中震相到時(shí)方法獲取震源深度，其優(yōu)點(diǎn)是主要震相易于識(shí)別，特征明顯，但該方法只有在臺(tái)站分布密集、震中距近的情況下才能獲得高精度的震源深度，而對(duì)于臺(tái)站數(shù)量較少的地區(qū)，震源深度的精確測(cè)定則較為困難[4]。近年來，研究者提出了基于sPL深度震相與P波相對(duì)到時(shí)差進(jìn)行測(cè)定震源深度的方法，并在臺(tái)網(wǎng)稀疏地區(qū)中小地震的震源深度測(cè)定研究中得到了廣泛應(yīng)用[5-7]。

上海地震臺(tái)網(wǎng)目前由11個(gè)市內(nèi)和3個(gè)省外臺(tái)站組成，臺(tái)站數(shù)量較少，同時(shí)分布相對(duì)稀疏，因此在近震發(fā)生后，可以嘗試?yán)脝闻_(tái)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行震源深度測(cè)定，本文以2014年7月10日上海浦東M3.2地震（北緯29.7°，東經(jīng)115.4°）為例，通過收集上海地震臺(tái)網(wǎng)記錄到的事件波形數(shù)據(jù)，基于sPL-P到時(shí)差和波形擬合的方法，利用sPL近震深度震相獲得了此次地震的震源深度。

1" 數(shù)據(jù)和方法

1.1" sPL深度震相

sPL深度震相一般是指震源發(fā)出的SV波經(jīng)自由表面反射，將其一部分能量轉(zhuǎn)化成為P波，并沿地表傳播（圖1），Aki將其定義為“Surface P-wave”。在實(shí)際情況中，“Surface P-wave”可能還包括多次反射和轉(zhuǎn)換震相，這些震相與地表P波耦合后形成一個(gè)波列，崇加軍等[5]將其定義為sPL。

由于sPL震相與直達(dá)P波的到時(shí)差基本不隨震中距變化，但隨著震源深度變化呈線性關(guān)系，因此在近震中距范圍內(nèi)是確定震源深度的有效手段[5，8]。

1.2" sPL震相測(cè)定震源深度

表1是基于Crust1.0速度模型及相關(guān)研究結(jié)果構(gòu)建的上海地區(qū)地殼速度模型，通過頻率-波數(shù)（F-K）方法計(jì)算理論地震圖[9]，該方法對(duì)頻率和波數(shù)分別進(jìn)行積分，計(jì)算包括體波和面波在內(nèi)的全波形。由于sPL震相在較小震中距范圍內(nèi)發(fā)育，我們選取震中距最近的佘山臺(tái)（SSE）和天馬山臺(tái)（TMS）2個(gè)固定臺(tái)站的波形記錄。首先對(duì)三分量地震數(shù)據(jù)進(jìn)行去傾斜處理和去均值，并旋轉(zhuǎn)至切向、徑向和垂向，然后采用0.05～1 Hz帶通濾波并積分至地表位移。經(jīng)處理后如圖2所示，在P波初至后1.5 s左右有一個(gè)震相，該震相在徑向分量上振幅較強(qiáng)，能量以低頻為主，符合sPL震相的特征。

在識(shí)別出sPL深度震相之后，我們將理論和觀測(cè)波形作比較，即波形擬合法來測(cè)定地震的震源深度。本文分別計(jì)算出佘山臺(tái)和天馬山臺(tái)在不同震源深度下的理論地震波形，然后對(duì)理論波形與觀測(cè)波形進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)在5 km深度上，sPL與直達(dá)P波的到時(shí)差擬合最好，說明此次地震的震源深度在5 km附近，與地震目錄中的結(jié)果相近。

2" 討論

2.1" 速度模型影響

速度模型是影響震源深度測(cè)定的重要因素，為了確定速度模型變化對(duì)sPL-P到時(shí)差的影響，本文基于表1中速度模型，對(duì)各層的波速分別增減10%，獲得2個(gè)新模型，然后重新計(jì)算理論地震圖，并將理論和觀測(cè)波形作對(duì)比，如圖3所示，其中，三角形為模型波速增加10%所得到的震源深度分布，五角星為模型波速減少10%所得到的震源深度分布，方形為本文模型所獲得的震源深度分布，結(jié)果顯示：震源深度越淺，不同模型所得到的sPL-P到時(shí)差相差越小，但隨著震源深度增加，各模型間sPL-P到時(shí)差之間的差距逐漸增大，推測(cè)隨著震源深度的增加，深度震相和參考震相的路徑差距導(dǎo)致到時(shí)差距變大。對(duì)于波速增減10%后得到的新模型，sPL震相分別在震源深度為4 km和6 km時(shí)擬合較好，即造成的震源深度誤差約為1 km，表明該方法受到模型擾動(dòng)的影響不大[5]，因此，利用深度震相sPL測(cè)定震源深度具有一定的可靠性。

2.2" sPL測(cè)定震源深度與其他定位結(jié)果的比較

為了驗(yàn)證sPL深度震相測(cè)定結(jié)果的可靠性，本文利用JOPENS-MSDP軟件的Hyposat定位程序測(cè)定此次地震的震源深度。我們先在MSDP配置中使用了與該研究一致的一維速度模型，然后在臺(tái)站的選取上，利用上海臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站觀測(cè)清晰的Pg和Sg震相數(shù)據(jù)，最終定出的震源深度是7 km。

另外，我們還使用了“裁剪-粘貼”（CAP）方法，該方法是通過網(wǎng)格搜索方法獲得波形擬合誤差最小的震源機(jī)制解和震源深度，由于CAP方法對(duì)地殼速度結(jié)構(gòu)的橫向不均勻性不敏感，因此可以較為準(zhǔn)確地獲得震源深度[10]。對(duì)于此次地震，根據(jù)選用的臺(tái)站分布情況，對(duì)體波和面波部分，分別采用了0.02～0.25 Hz和0.01～0.12 Hz的帶通濾波，權(quán)重設(shè)為2∶1，速度模型選用本研究采用的一維模型，然后通過網(wǎng)格搜索方法，獲得了最佳震源深度為10 km（圖4）。

一般而言，CAP方法獲取的是震源矩心深度，而基于波形到時(shí)方法得到的深度是起始破裂深度，并且CAP方法得出的震源深度比基于波形到時(shí)方法測(cè)定的結(jié)果要更偏深，這可能表明震源是由淺層向深部破裂。在結(jié)果上來看，本文利用sPL深度震相方法和上述2種方法獲得的深度結(jié)果相差不大，表明sPL測(cè)定震源深度的結(jié)果是較為準(zhǔn)確的。

3" 結(jié)束語(yǔ)

在臺(tái)站分布稀疏的地區(qū)，利用單個(gè)臺(tái)站的波形記錄測(cè)定震源深度，可為地震學(xué)各種領(lǐng)域研究提供較可靠的震源參數(shù)。本文通過sPL深度震相，重新測(cè)定上海浦東M3.2地震的震源深度為5 km，與地震目錄給出的深度相近（9 km），測(cè)試了速度模型擾動(dòng)對(duì)震源深度定位的影響，并對(duì)比了Hyposat方法和CAP方法獲得的震源深度結(jié)果，顯示出sPL測(cè)定震源深度具有較好的準(zhǔn)確性。

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