數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)對(duì)不同區(qū)域地震事件的震中定位研究

陳貴美,劉 錦,劉 軍,邊鵬飛

(1.廣東省地震局,廣州 510070;

2.河北省地震局,石家莊 050022)

數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)對(duì)不同區(qū)域地震事件的震中定位研究

陳貴美1,劉 錦1,劉 軍1,邊鵬飛2

(1.廣東省地震局,廣州 510070;

2.河北省地震局,石家莊 050022)

應(yīng)用廣東數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù),通過對(duì)廣東省周邊50km以外的62次地震重新定位,對(duì)比研究廣東數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件提供的幾種地震定位程序,初步認(rèn)為:中國(guó)東南部、西北部地區(qū)及國(guó)外距廣東地區(qū)較近的位于中國(guó)東南方向的印尼、日本等地區(qū)的地震,3種定位方法均可對(duì)其進(jìn)行定位;而分布在國(guó)外較遠(yuǎn)地區(qū)的地震,用 Hyposat及l(fā)ocSAT定位程序尚可,且locSAT優(yōu)于 Hyposat定位程序,而單純型定位程序幾乎不能用。

地震定位;程序;地震數(shù)據(jù)處理;數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)

0 引言

地震臺(tái)網(wǎng)的主要任務(wù)之一是測(cè)定地震震源位置(這里指空間坐標(biāo)和發(fā)震時(shí)刻)和震級(jí)。而精確可靠的震源位置和震級(jí)數(shù)據(jù)是地震學(xué)和地球內(nèi)部物理學(xué)研究的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù),又是多種地震預(yù)報(bào)方法的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此,不斷增強(qiáng)地震臺(tái)網(wǎng)的地震定位能力是提高地震研究水平的重要環(huán)節(jié)之一[1]。廣東數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)自2000年1月正式投入運(yùn)行以來,觀測(cè)能力不斷增強(qiáng)、計(jì)算機(jī)定位能力不斷提高,“九五”計(jì)劃的數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)共建成16個(gè)數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)。其中短周期地震觀測(cè)儀10個(gè),寬帶地震觀測(cè)儀5個(gè),甚寬帶地震觀測(cè)儀1個(gè),每個(gè)子臺(tái)3個(gè)測(cè)向。遠(yuǎn)震地震參數(shù)測(cè)定方面,使用單臺(tái)定位法、單純型法及自適應(yīng)演算法程序定位;廣東數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)“十五"測(cè)震項(xiàng)目臺(tái)于2007年2月底基本完成設(shè)備安裝調(diào)試,5月底完成試運(yùn)行,6月1日起“十五”臺(tái)網(wǎng)開始考核試運(yùn)行,10月通過中國(guó)地震局驗(yàn)收。廣東數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)是在“十五"地震臺(tái)網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的,并做了必要的調(diào)整以使臺(tái)網(wǎng)的布局更加符合地震觀測(cè)的需要;“十五”建成后的廣東數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)有44個(gè)子臺(tái),其中,寬帶地震觀測(cè)臺(tái)43個(gè),甚寬帶地震觀測(cè)臺(tái)1個(gè),寬帶地震觀測(cè)臺(tái)每個(gè)子臺(tái)3個(gè)分向;甚寬帶地震觀測(cè)臺(tái)的子臺(tái)是6個(gè)分向,與“九五”相比,大大提高了監(jiān)控及觀測(cè)水平[2]。

然而,當(dāng)?shù)卣鸬恼鹬芯喑^10°時(shí),整個(gè)臺(tái)網(wǎng)相對(duì)于震中來說,幾乎只相當(dāng)于一個(gè)點(diǎn),因此對(duì)于地震定位來說是相當(dāng)困難的[3]。基于此,為提高臺(tái)網(wǎng)遠(yuǎn)震定位精度,提高地震臺(tái)網(wǎng)的地震定位能力(指可定位的空間范圍、震級(jí)范圍、測(cè)定地震位置的及時(shí)性(速報(bào))),現(xiàn)今,比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)是建設(shè)一個(gè)具有足夠多個(gè)臺(tái)站并且布局合理的地震臺(tái)網(wǎng)[4]。為此,廣東臺(tái)網(wǎng)接入了臺(tái)灣及周邊幾個(gè)省網(wǎng)的共49個(gè)臺(tái)(臺(tái)灣8個(gè)臺(tái)、海南6個(gè)臺(tái)、廣西12個(gè)臺(tái)、湖南4個(gè)臺(tái)、福建11個(gè)臺(tái)和江西8個(gè)臺(tái))的數(shù)據(jù),與廣東臺(tái)網(wǎng)一起參與地震定位(見圖1)。定位程序采用“十五”測(cè)震軟件JOPENS系統(tǒng),該系統(tǒng)遠(yuǎn)震定位程序主要采用單臺(tái)定位法(本文不研究此法)、單純型法、Hyposat及l(fā)ocSAT幾種定位方法,看幾種定位方法定位遠(yuǎn)震的情況。

1 資料來源與選取

選用廣東“十五”數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)2007.6～2008.6試運(yùn)行期間記錄到的廣東省周邊50km以外(國(guó)內(nèi)外)不同區(qū)域的較強(qiáng)且較為清晰的62次地震,用數(shù)字臺(tái)網(wǎng)的幾種定位軟件,對(duì)其進(jìn)行重新交互分析,并將其結(jié)果與中國(guó)地震局《震情》(以下簡(jiǎn)稱《震情》)返回參數(shù)做比較,分析其定位情況。

圖1 廣東地震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站分布圖

2 幾種地震定位程序的定位方法及特點(diǎn)

廣東數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件提供的可定位遠(yuǎn)震的地震定位程序主要有4個(gè),各定位程序均要求正確判讀震相。

單臺(tái)定位,利用偏振分析,用三分向 P波的一段數(shù)據(jù)計(jì)算方位角,再用S-P來定震中距。

單純形搜索法,利用數(shù)學(xué)的單純型搜索極值的方法,搜索殘差最小的位置,也就是震中。遠(yuǎn)震和近震都可使用(近震較好),一般不能得到可靠深度,沒有定位誤差表示,這種方法在極值附近會(huì)收斂比較慢,適合少參數(shù)的函數(shù)定位。但存在一個(gè)問題是對(duì)初始位置某些時(shí)候會(huì)敏感,特別是沒有S波的定位。

Hyposat,通用定位程序,近遠(yuǎn)震都可用,能給出反演深度,或固定深度反演。全球模型可選iasp91,ak135等。

LocSAT,通用定位程序,用于速報(bào)定位,速度快,近遠(yuǎn)震都可用,能給出反演深度,或固定深度反演。全球模型為aspi91。

3 使用不同地震定位程序定位不同區(qū)域的結(jié)果分析

從圖2來看,本次收錄的地震主要分布在中國(guó)東南部(包括臺(tái)灣、東海、菲律賓及福建),中國(guó)西北部的四川、西藏、新疆等,印尼、日本等地區(qū),本文將按不同區(qū)域地震的幾種定位效果分別進(jìn)行討論。

圖22007 .6～2008.6《震情》結(jié)果的62次地震的震中分布圖

3.1 中國(guó)東南部(包括臺(tái)灣、東海、菲律賓及福建)地區(qū)的地震定位

2007年6月～2008年5月,該地區(qū)共發(fā)生M≥4.0(福建)、M≥5.0級(jí)地震12次,其中包括臺(tái)灣地震9次,東海、福建、菲律賓各1次。

廣東臺(tái)網(wǎng)記錄臺(tái)灣地震,震中距8°～15°為影區(qū)地震,P波和S波初始波形不清晰。記錄到的P波和S波一般較弱;而對(duì)于臺(tái)灣及福建臺(tái)網(wǎng)來說是網(wǎng)內(nèi)或網(wǎng)緣地震[5]。故記錄以上地震,相對(duì)其它遠(yuǎn)震來說,該區(qū)記錄較好,且布局較合理。用“十五”的廣東臺(tái)網(wǎng)子臺(tái)及接入的其它臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)一起,用不同定位程序?qū)?2次地震進(jìn)行重新定位,定位效果由表1可知,除單純型、Hyposat定位各有1個(gè)地震大于1°外,其余全部小于1°。其中單純型定位法<0.1°的有 9次 ,占 75%。

3.2 中國(guó)西北部的四川、西藏、新疆等的地震定位問題

在本文研究的時(shí)間范圍內(nèi),該區(qū)共發(fā)生地震16次。廣東臺(tái)網(wǎng)記錄這一地區(qū)的地震震相較為復(fù)雜,24°～27°的 S波分析困難(西藏地震);而接入鄰省的廣西、湖南臺(tái)網(wǎng)記錄到的震相相對(duì)好些?！笆濉睆V東臺(tái)網(wǎng)幾乎都是寬帶臺(tái),記錄該區(qū)震相也比較好。定位情況見表2。

表1 中國(guó)東南部地區(qū)3種定位程序的震中結(jié)果對(duì)比表

表2 中國(guó)西部地區(qū)3種定位程序的震中結(jié)果對(duì)比表

從表2可知,該區(qū)的地震定位,用單純型及 Hyposat定位程序,定位誤差均小于2°,并且除了有1個(gè)定位誤差大于1°外,其余的均小于1°;Hyposat定位程序的定位誤差均小于1°。說明3種方法均可用于該區(qū)的定位。

3.3 印尼地區(qū)地震的定位

2007年6月～2008年6月,印尼地區(qū)共發(fā)生M≥6.0級(jí)地震19次,廣東數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)也清晰地記錄到這些地震。用臺(tái)網(wǎng)幾種地震定位程序進(jìn)行重新定位,對(duì)定位效果比較如表3。

表3 印尼地區(qū)3種定位程序的震中結(jié)果對(duì)比表

由表3可知,對(duì)于印尼地震,離廣東地區(qū)較近,加之接入了臺(tái)灣地區(qū)及周邊地區(qū)的臺(tái)站,記錄該區(qū)的地震比較好,定位效果也好。用單純型定位法,定位誤差小于1°的有5個(gè),占26%,定位誤差在1°～2°之間的有 8個(gè) ,占 42%,定位誤差在 2°～3°及 3°以外的各有3個(gè),各占16%;Hyposat定位法定位誤差小于 1°的有 6個(gè) ,占 32%,定位誤差在 1°～2°之間的有 8個(gè) ,占 42%,定位誤差在 2°～3°及 3°以外的有2個(gè)及3個(gè),占10%及16%;LocSAT定位法定位誤差小于1°的有5個(gè),占26%,定位誤差在1°～2°之間的有 7個(gè) ,占 37%,定位誤差在 2°～3°及 3°以外的各有3個(gè)及4個(gè),占16%及21%。從以上分析對(duì)比可以看出:3種定位程序定位該地區(qū)的地震結(jié)果相差不大,其中定位誤差在1°～2°之間的地震個(gè)數(shù)占的比例最多,其次是定位誤差小于1°的地震,而定位誤差在2°～3°及3°以外的地震占的較少。

3.4 日本及附近地區(qū)

本次研究的時(shí)間段內(nèi),該地區(qū)的地震較少,只收錄了5個(gè),主要是島弧地區(qū)(千島群島、日本列島)的深源地震,pP波和PP波,sS波和SS波記錄異常,出現(xiàn)在其臨界距離以內(nèi);遠(yuǎn)海地震的反射點(diǎn)在大陸結(jié)構(gòu)地區(qū),PP振幅突出。根據(jù)震相特征判斷地震為淺源地震還是深源地震很重要。由表4知,這5次地震用3種定位方法結(jié)果均可,以locSAT最佳,只有1次 △P>1°,其余 △P<1°,單純型法及 Hyposat法各有2次△P<1°,其余的大于1°。

表4 日本及附近地區(qū)3種定位程序的震中結(jié)果對(duì)比表

3.5 國(guó)外其它地區(qū)

2007年6月～2008年6月,廣東臺(tái)網(wǎng)記錄到較遠(yuǎn)的地震10次,對(duì)這些地震,用locSAT及 Hyposat定位效果較好,從表5可看出,△P>2°的各有5次及4次,其余小于2°。單純型法除了有1次小于1°外,其余震中偏差均較大,說明此方法不適于較遠(yuǎn)的地震定位。

表5 國(guó)外其它地區(qū)3種定位程序的震中結(jié)果對(duì)比表

4 結(jié)論與討論

通過對(duì)2007年6月～2008年6月發(fā)生的62次遠(yuǎn)震地震進(jìn)行重新分析研究、定位處理,初步認(rèn)為:

(1)適合廣東數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)震定位的程序

對(duì)于中國(guó)東南部 (包括臺(tái)灣、東海、菲律賓及福建)地區(qū)、中國(guó)西北部的四川、西藏、新疆等的地震,3種定位程序均可用,其中以單純型定位程序?yàn)樽顑?yōu);對(duì)于印尼及日本地區(qū)地震,3種定位程序也可用,而用 Hyposat及l(fā)ocSAT稍好;國(guó)外其他較遠(yuǎn)地方的地震,用locSAT定位法較好,其次是 Hyposat定位法,單純型幾乎不能用。

用locSAT及 Hyposat定位,只用P頭定位時(shí),P頭清楚的且用臺(tái)站較多的可靠性好。單純型定位,P頭不清楚時(shí),可用偏振方法令地震定位效果更好些;用locSAT定位,臺(tái)站多于10個(gè)臺(tái)效果較好。

(2)地震發(fā)生在臺(tái)網(wǎng)西、西北、西南的地震定位精度誤差、殘差比臺(tái)網(wǎng)東、東北、東南的地震定位精度誤差大些,由于地殼厚度、地下構(gòu)造、地震波傳播速度有差異,而定位程序給出的地殼模型、速度模型很難解決這一問題。

(3)影響地震定位精度的因素是多方面的,如時(shí)間服務(wù)系統(tǒng)是否一致、震相識(shí)別是否正確、震相讀數(shù)誤差、地殼速度模型是否合適、臺(tái)站坐標(biāo)是否精確、臺(tái)站高程走時(shí)是否校正、臺(tái)站布局是否合理、地球曲率影響是否扣除以及定位程序本身計(jì)算引入誤差等[5]。

(4)數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件提供的地震定位程序不能解決深遠(yuǎn)震的定位精度問題。

(5)數(shù)字臺(tái)網(wǎng)使用的地震定位程序定位,在選用參加定位的臺(tái)站時(shí),須考慮臺(tái)站的布局、臺(tái)站時(shí)間服務(wù)系統(tǒng),張角盡可能大,這樣可提高定位精度。

[1] 趙仲和.多重模型地震定位程序及其在北京臺(tái)網(wǎng)的應(yīng)用[J].地震學(xué)報(bào),1983,5(2):242-254.

[2] 呂金水,何曉靈,繆維成.廣東省地震局地球物理觀測(cè)研究回顧及設(shè)想[J].華南地震,2007,27(3)107-110.

[3] 朱元清,趙仲和.提高地震定位精度新方法的研究[J].地震地磁觀測(cè)與研究,1997,18(3):59-67.

[4] 賈慶華,陳貴美.國(guó)內(nèi)5.0級(jí)以上地震數(shù)字記錄波形及震相特征分析[J].華南地震,2004,24(3):57-64.

[5] 陳貴美,楊選,劉錦.廣東數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)“十五”系統(tǒng)的幾種地震定位方法的定位效果分析[J].華南地震,2009,29(1):69-78.

Analysis on Precision of Deferent Earthquake Location Methods in Guangdong Digital Seismic Network

CHEN Gui-mei1,LIU Jin1,LIU Jun1,BIAN Peng-fei2
(1.Earthquake Administration of Guangdong Province,Guangzhou 510070,China;
2.Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050022,China)

Based seismic waveform data of Guangdong digital network,through relocating of 62distant earthquakes over 50km to Guangdong province,the three earthquake locating methods used in Guangdong digital seismic network are contrasted with each other.The result shows that to the earthquakes in eastsouthern China,west-northern China,and earthquakes not far from Guangdong area in Indonesia and Japan,all the three earthquake location methods are effective.As to the earthquakes far from China in abroad,the Hyposat method and locSAT method are also effective,but the simplex location method is out of action.

earthquake location;program;seismic data processing;digital seismic network

P315.72

A

1003-1375(2010)01-0059-06

2009-06-15

中國(guó)地震局2008年度三結(jié)合課題“廣東數(shù)字遙測(cè)地震臺(tái)網(wǎng)震級(jí)偏差研究”

陳貴美(1969-),女(漢族),廣東人,廣東省地震局工程師,主要從事地震監(jiān)測(cè)工作.E-mail:cgmlhb@hotmail.com