不同方法地震定位结果的对比分析——以腾冲火山区地震为例

杨云存，王华柳，段 毅

(云南省地震局，云南 昆明 657100)

腾冲火山台网自2007年建成投入使用以来，一直使用的是JOPENS/MSDP4.3版本的地震分析软件，且仅采用单纯型法进行火山地震定位，且定位结果与云南省级台网地震目录的震中位置、震源深度、震级等存在一定的差异。选择合适的地震定位方法不仅可以获取更为准确的地震定位结果，还能为相关科研部门提供高精度的数据服务。在发生破坏性地震时，准确的地震定位结果对政府部门快速做出科学应对决策、进行有效的地震应急和救援工作有重要的意义(尹战军等，2016)。为了提高腾冲火山台网在监视防御区内的火山地震定位的精度，本文选用JOPENS/MSDP5.2版分析软件中的单纯型法、自适应演化算法和Loc3dSB(吴建平等，2009；房立华等，2013)法对腾冲火山区地震事件进行重新定位，并将重定位结果与云南省级地震台网地震目录结果进行对比，以期找到更加适合于腾冲火山区地震事件的定位方法。

1 研究范围和方法

本文的研究区为腾冲火山区(24.66°N～25.50°N；98.25°E～98.75°E)，研究事件为2011年至2019年在火山区发生的36个ML≥2.8地震事件。其中ML2.8～2.9地震4次，ML3.0～3.9地震28次，ML4.0～5.6地震4次。

1.1 单纯型定位法

单纯型定位法是一种适用于地方震、近震和远震的定位方法。定位的初始水平位置通过单台S-P和三分极化来确定，或以触发台站的平均值来确定，初始深度可以在全局设置中进行设定。该方法是Nelder等(1965)提出的，其原理是在n维空间中用n+1个顶点构成一个多面体，依据单纯型运算规则(陈贵美等，2009)计算各定点的函数值，然后进行比较确定顶点的优劣；接着计算新顶点，用好的顶点代替坏的顶点，不断改变顶点使单纯型朝着目标最小(残差最小值)方向移动，最终获得准确结果。该程序的优点是计算速度快，适用范围广，缺点是定位结果中没有定位误差值。

1.2 自适应演化算法

自适应演化算法采用遗传算法搜索残差最小的震中位置，每次结果都有一些小的差别。该方法是一种适用于地方震、近震和远震的定位方法。定位结果对初始位置比较敏感，通常需要几个台站的S-P才能确定大致的震源初始位置。

1.3 Loc3dSB定位法

Loc3dSB定位法是一种适用于川滇地区近震定位的程序，该方法采用的速度模型是基于三维速度间断面和三维地壳速度模型，该速度模型考虑了地球扁率、地形起伏和台站高程等因素的影响，适合于川滇地区复杂地质地震构造(管勇等，2017)。

在MSDP5.2版分析软件中常用的近震定位方法主要有三种，其特点和适用范围见表1。

表1 三种定位方法的适用范围和特点

2 结果

2.1 震中分布图

由震中分布图1可以看得出来，自适应演化算法获得的震中位置较单纯型法和Loc3dSB定位法获得的震中位置分布离散，单纯型法和Loc3dSB定位法计算出的震中位置分布较集中。龙川江断裂带附近是2011年腾冲6月20日和8月9日发生的两次中强地震的震中，两次地震属主震—余震型地震，用单纯型法和Loc3dSB定位法得到的震中位置比较接近，成团状分布；而采用自适应演化算法得到的震中位置分布不集中，比较离散。

图1 不同地震定位方法所计算出的震中位置分布

2.2 震级对比

针对选取的36次地震事件，分别使用单纯型法、自适应演化算法和Loc3dSB进行重新定位，因为对于同一地震，三种定位程序所选择的定位台站都相同，所以用三种方法计算出的震级值比较一致。将三种定位方法所得到的震级与云南地震台网中心产出的地震目录震级进行对比，震级偏差在 -0.5～1.1之间,不满足中国地震台网中心对速报震级差需控制在-0.3～0.3的要求(李婷婷等，2018)，主要原因可能是强烈地震发生后，震中附近的一些台站的记录波形出现限幅，SG波振幅量取出现较大误差所致。出现地震震级越大，震级偏差也较大的现象。

2.3 深度分析

据(姜朝松等，1990)研究腾冲火山区火山地震均为浅源地震，震源深度在1～10 km范围内。利用三种定位方法得到的深度结果：单纯型法的震源深度范围在0～13.1 km，自适应演化算法的震源深度范围在2.4～21 km，Loc3dSB的震源深度范围在3.3～14.3 km。且从图2中可以看出，同一地震事件自适应演化算法定位的震源深度值变化范围较其他两种定位方法的深度值变化范围要大得多，而单纯型法和Loc3dSB(川滇3D)定位法的震源深度值比较接近。

图2 不同地震定位方法计算出的深度对比

2.4 残差对比

地震定位残差(即走时均方根残差)是评价地震定位好坏不可缺少的重要参考指标，当完成地震定位后，可以通过残差值检查震相的标注是否合理、台站的数据是否正常，有效保证地震定位结果的准确度(李婷婷等，2018)。通过对36次地震事件重定位的残差均值进行统计：单纯型法的残差分布范围为0.073～0.369 s；自适应演化算法的残差分布范围为0.081～0.268 s，Loc3dSB定位法的残差分布范围为0.043～0.268 s。由此可知，Loc3dSB定位法的残差最小，故其地震定位结果是更加可靠的。

图3 不同地震定位方法残差对比

2.5 空隙角分布

空隙角值的大小会影响地震定位结果的好坏(刘丽等，2007；管勇等，2017)。图4是三种定位方法得到的空隙角对比图，由图可知，单纯型法定位和Loc3dSB定位方法得到的空隙角值比较接近，而自适应演化算法得到的空隙角值却出现了跳跃现象，其原因可能是该方法计算出的震中位置比较离散的缘故。

图4 不同地震定位方法计算出的空隙角对比

2.6 震中偏差对比

由图5可知单纯型法的震中偏差范围为1.78～10.45 km；自适应演化算法的震中偏差为1.45～10.40 km；Loc3dSB定位法的震中偏差范围为2.0～9.3 km。按照震中偏差评判标准：震中偏差≤5 km的地震定位精度为Ⅰ类精度；5 km<震中偏差≤15 km 的地震定位精度为Ⅱ类精度；15 km<震中偏差≤30 km的地震定位精度为Ⅲ类精度；震中偏差>30km的地震定位精度为Ⅳ类精度。由此可见，Loc3dSB定位法得到的地震定位结果精度均属于Ⅰ类精度,其他两种方法得得到的地震定位结果精度有的属于Ⅰ类精度,有的属于Ⅱ类精度。Loc3dSB定位法得到的地震定位结果精度相对较好。

图5 不同地震定位方法震中误差对比

3 结论

通过对三种地震定位方法得到的地震震级、震中位置空间分布、震源深度、定位残差和震中偏差进行对比分析，得出用Loc3dSB定位方法获得的各项指标都优于其他两种定位方法，单纯型法次之，自适应演化算法最差。因此对腾冲火山区地震事件进行定位时，采用Loc3dSB定位方法是最合适的。