初始震源深度对双差定位结果的影响分析

蔡一川

(四川省地震监测中心，四川成都 610041)

震源深度是描述地震的关键参数之一，对地震学研究具有重要意义。例如，可靠的震源深度有助于更好约束地震事件的震源位置以及发震时刻［1］;余震深度的展布反映主震发震断层的几何形态，可以为探索地震孕育和发生的深部环境提供证据［2］;此外，发震层深度反映了介质的流变性质，是确定发震断层及周围地壳介质脆性—韧性转换的重要指标，一般而言，地震越浅，所造成的破坏越严重［3］。然而，在现代地震目录中，震源深度的精度是个棘手的问题，它几乎已经成为最不准确的参数之一［4］。双差定位法是一种比绝对定位方法精度高的相对定位方法，由于其独特的优势，自Waldhauser于2000年在BSSA上发表了关于双差地震定位算法的文章以来，双差地震定位方法在国内外得到了广泛应用，并取得了很好的效果［5-8］。关于双差定位的使用，Waldhauser等认为，双差算法使用无误差的数据能够完全校正绝对位置，但它的敏感性受到真实数据本身误差的限制［5］。郑钰等针对双差定位程序的应用，对定位中相关参数进行了详细的讨论，并对速度模型的影响进行了分析，但对于初始震源深度对定位深度的影响分析还鲜有报道［8］。在日常地震数据分析处理中我们发现，不同的定位软件得到的定位深度相差还是比较大的，因此有必要在双差定位中对初始震源深度的影响程度进行分析。

1 资料及方法

1.1 观测数据及观测台站

2013年4月20日08时至5月1日00时，四川地震台网中心记录到的芦山地震余震共6 382次。由于四川地震台网中心在进行地震编目时采用了Loc3D，Hypo2000和单纯形三种定位方法，不同定位方法的速度模型和参数又存在差别，因而不同定位方法给出的编目结果可能出现系统偏差。为了获得较为可靠的初始震源位置，本研究仅选用ML≥1.5、记录台站数≥6的1 452条余震，统一采用HypoCenter软件和赵珠等的速度模型进行初始绝对定位［9］。同时，为了便于对初始震源深度对于双差定位结果影响的探讨，选择震源深度在10～15 km范围内的地震进行分析。通过将震源深度减小5 km、增加5 km和直接固定震源深度的方法，采用双差定位法进行重新定位，然后对定位结果进行对比分析。

2013年四川省雅安芦山主震发生后，地震应急流动监测队伍于地震当天就在震源区周围架设流动台站进行地震监测，至4月25日共架设了15个流动地震台站，这些流动台站主要位于主震中50 km半径范围以内，与固定台站并网观测(参见图1)，所构成的地震观测网对余震区形成了较好的方位覆盖，进一步保证了初始地震定位结果的可靠性，初始地震定位结果震中分布参见图2。

图1 本研究所用台站分布

图2 本研究所用地震震中分布

1.2 方法

双差定位方法是一种相对定位方法，其基本原理是，如果两个地震震源之间的距离小于事件到台站的距离，那么就认为震源区和这个台站之间的整个射线路径是几乎相同的，则通过地震事件两两组对的方法在一定程度上消除地壳速度结构横向不均匀性带来的定位影响。双差定位法不仅使用了地震观测报告得到的走时差，还使用了由波形互相关技术得到的两两地震间的P波和S波走时差，通过调节地震对的两个震源位置的矢量差，使剩余残差(或双差)最小。为了符合相似性破裂机制的假设，本文给定事件对之间的最远距离为20 km，给定事件对与台站之间的最远距离为50 km，误差小的P波震相权重为1，误差较大的S波震相权重小于0.5，波形互相关主要选取相对P波到时为-1～4 s的时间窗口，相关系数阈值设定为0.6。这些特定设置在本例的实际应用中很好地降低了干扰，既保留了P波震相较高的相关性，又保证了足够数量的相关数据。

2 结果分析

2.1 通过固定初始震源深度进行地震重定位

利用双差定位方法，对芦山M7.0地震余震震中初始震源深度在10～15 km范围内发生的1 452个地震事件进行重新定位，确定所有地震的初始震源深度为5 km时，得到了1 170个定位结果，成功率为80.6﹪;确定所有地震的初始震源深度为10 km时，得到1 268个重定位结果，成功率为87.3﹪。通过重定位结果发现，将初始震源深度分别固定在5和10 km的情况下，上述两种方法获得的震中位置变化比较小，但震源深度结果却出现了一定的变化。当初始深度固定为5 km时，双差定位法给出的震源深度为3.8～6.3 km，变化幅度约50%;当初始深度固定为10 km时，双差定位法给出的震源深度范围为8.5～13.2 km，变化幅度约48%(参见图3和表1)。当我们将震源深度固定在一定的范围内时，重新定位结果有很好的一致性，因此认为结果是可靠的。

2.2 通过增减初始震源深度进行重定位

选取芦山M7.0地震余震震中初始震源深度在10～15 km范围，利用双差定位方法对1 452个地震事件进行重新定位，在震中位置不变，选取所有地震的初始震源深度均减小5 km时，得到1 283个重定位结果，定位成功率为88.4﹪;选取所有地震的初始震源深度均增加5 km时，得到1 320个重定位结果，定位成功率为90.9﹪。根据重定位结果分析发现，通过增减初始震源深度的方法进行重定位所得到的震中位置变化仍然比较小，但震源深度却出现了系统移动(参见表1)。就是说，将初始震源深度减少5 km后，重定位得到的震源深度就会整体向浅部移动，且深度值由原来10～15 km变为2.5～12 km，深度范围增大了约50%;如果将初始震源深度增加5 km，则重定位得到的震源深度就会整体向深部移动，且深度由原来10～15 km变为13～23 km，深度范围增大了50%，重定位震源深度结果见图4。

图3 双差定位震源深度随固定初始震源深度的变化

图4 双差定位震源深度随初始震源深度增减的变化

表1 双差定位震源深度随初始震源深度的变化情况

3 结论

地震震源深度是地震学中最难准确测定的参数之一，各种定位方法对于震源深度的估计都具有一定程度的不确定性［4］。通过对双差定位方法中初始震源深度对定位结果的影响分析，得出以下几点结论:(1)采用双差定位进行重定位时，只要选用合理参数设置，初始震源深度误差对重定位震中位置的影响比较小，但对重定位震源深度结果却存在一定的影响。(2)通过增加、减小初始震源深度时，重定位震源深度结果会出现系统移动。当初始震源深度减小时，重定位得到的震源深度就会整体向浅部移动;当初始震源深度增加时，重定位得到的震源深度就会整体向深度部移动。(3)无论是采用固定初始震源深度的方法，还是将初始震源深度减小或增加的方法，双差重定位结果的震源深度变化范围均会增大，因此，初始震源深度的确定对重定位震源深度结果的影响不可忽视。

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［4］高原，等.测定震源深度的意义的初步讨论［J］.中国地震，1997，13(4):321-329.

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