利用近震深度震相研究上海浦東M3.2地震震源深度

摘" 要：利用上海地震臺網固定臺站記錄到的事件波形數據，基于深度震相sPL和參考震相P的到時差，通過與理論地震波形進行擬合，對2014年7月10日，上海浦東M3.2地震進行重新測定，結果表明，此次地震震源深度為5 km，與上海測震臺網編目結果給出的9 km相近，并對比Hyposat和CAP定位方法，結果顯示sPL方法與這2種定位結果相差不大，因此能獲得較可靠的震源深度。

關鍵詞：sPL深度震相；震源深度；上海地區；波形數據；參考震相

中圖分類號：P315.7" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：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

震源深度是地震學中的重要參數之一，震源的深度影響到地震災害的程度。例如，2010年和2011年的2次新西蘭地震，地震震級分別為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，高精度的震源深度對于研究地殼流變性、地球動力學過程、災害評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的方法來測定。其中震相到時方法獲取震源深度，其優點是主要震相易于識別，特征明顯，但該方法只有在臺站分布密集、震中距近的情況下才能獲得高精度的震源深度，而對于臺站數量較少的地區，震源深度的精確測定則較為困難[4]。近年來，研究者提出了基于sPL深度震相與P波相對到時差進行測定震源深度的方法，并在臺網稀疏地區中小地震的震源深度測定研究中得到了廣泛應用[5-7]。

上海地震臺網目前由11個市內和3個省外臺站組成，臺站數量較少，同時分布相對稀疏，因此在近震發生后，可以嘗試利用單臺波形數據進行震源深度測定，本文以2014年7月10日上海浦東M3.2地震（北緯29.7°，東經115.4°）為例，通過收集上海地震臺網記錄到的事件波形數據，基于sPL-P到時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" 數據和方法

1.1" sPL深度震相

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

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

1.2" sPL震相測定震源深度

表1是基于Crust1.0速度模型及相關研究結果構建的上海地區地殼速度模型，通過頻率-波數（F-K）方法計算理論地震圖[9]，該方法對頻率和波數分別進行積分，計算包括體波和面波在內的全波形。由于sPL震相在較小震中距范圍內發育，我們選取震中距最近的佘山臺（SSE）和天馬山臺（TMS）2個固定臺站的波形記錄。首先對三分量地震數據進行去傾斜處理和去均值，并旋轉至切向、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。經處理后如圖2所示，在P波初至后1.5 s左右有一個震相，該震相在徑向分量上振幅較強，能量以低頻為主，符合sPL震相的特征。

在識別出sPL深度震相之后，我們將理論和觀測波形作比較，即波形擬合法來測定地震的震源深度。本文分別計算出佘山臺和天馬山臺在不同震源深度下的理論地震波形，然后對理論波形與觀測波形進行對比，可以發現在5 km深度上，sPL與直達P波的到時差擬合最好，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定的重要因素，為了確定速度模型變化對sPL-P到時差的影響，本文基于表1中速度模型，對各層的波速分別增減10%，獲得2個新模型，然后重新計算理論地震圖，并將理論和觀測波形作對比，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，結果顯示：震源深度越淺，不同模型所得到的sPL-P到時差相差越小，但隨著震源深度增加，各模型間sPL-P到時差之間的差距逐漸增大，推測隨著震源深度的增加，深度震相和參考震相的路徑差距導致到時差距變大。對于波速增減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的影響不大[5]，因此，利用深度震相sPL測定震源深度具有一定的可靠性。

2.2" sPL測定震源深度與其他定位結果的比較

為了驗證sPL深度震相測定結果的可靠性，本文利用JOPENS-MSDP軟件的Hyposat定位程序測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，然后在臺站的選取上，利用上海臺網臺站觀測清晰的Pg和Sg震相數據，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，該方法是通過網格搜索方法獲得波形擬合誤差最小的震源機制解和震源深度，由于CAP方法對地殼速度結構的橫向不均勻性不敏感，因此可以較為準確地獲得震源深度[10]。對于此次地震，根據選用的臺站分布情況，對體波和面波部分，分別采用了0.02～0.25 Hz和0.01～0.12 Hz的帶通濾波，權重設為2∶1，速度模型選用本研究采用的一維模型，然后通過網格搜索方法，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方法測定的結果要更偏深，這可能表明震源是由淺層向深部破裂。在結果上來看，本文利用sPL深度震相方法和上述2種方法獲得的深度結果相差不大，表明sPL測定震源深度的結果是較為準確的。

3" 結束語

在臺站分布稀疏的地區，利用單個臺站的波形記錄測定震源深度，可為地震學各種領域研究提供較可靠的震源參數。本文通過sPL深度震相，重新測定上海浦東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），測試了速度模型擾動對震源深度定位的影響，并對比了Hyposat方法和CAP方法獲得的震源深度結果，顯示出sPL測定震源深度具有較好的準確性。

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