地震震源深度定位研究的現(xiàn)狀與展望

鄭勇 謝祖軍

摘要：地震震源深度是地震學(xué)研究中的核心問題之一，準(zhǔn)確確定地震震源深度對于準(zhǔn)確評估地震災(zāi)害、確定地震成因和動(dòng)力學(xué)環(huán)境、判斷余震發(fā)展趨勢和危險(xiǎn)性以及核爆監(jiān)測等多方面具有非常重要的意義，然而地震震源深度定位一直是國際地震學(xué)界一個(gè)難題。針對這些問題，對地震震源定位研究的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展進(jìn)行了分析和總結(jié)。首先，對目前國際和國內(nèi)地震深度定位方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，綜述了目前深度定位的主要思路和方法，主要介紹了走時(shí)定位和波形擬合定位2個(gè)方面。其中，系統(tǒng)介紹了走時(shí)定位中的S-P定位、Pn-Pg定深以及波形反演定深中的偏振定深和振幅定深方法，并分別闡述了這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。由于波形反演中的深度震相方法對地震深度較為敏感，而且對速度模型的依賴性相對較小，因此對深度震相中的sPmP、sPL、sPn，sSn等進(jìn)行了較為全面的介紹和評述，分別就其適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了定量的分析。其次，對速度模型的影響以及地震波速度結(jié)構(gòu)的反演等問題進(jìn)行了簡要的綜述。最后，在此基礎(chǔ)上，對未來深度定位的發(fā)展進(jìn)行了展望，提出綜合多種定位方法和數(shù)據(jù)以及聯(lián)合地震學(xué)和大地測量學(xué)等技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合深度定位，將是未來地震定深以及地震震源性質(zhì)反演的主要方向。

關(guān)鍵詞：深度定位；走時(shí)定位；波形反演；深度震相；聯(lián)合反演

中圖分類號：P3153文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1000-0666（2017）02-0167-09

0引言

地震震源深度定位是地震學(xué)研究中的核心問題之一。準(zhǔn)確地確定地震的震源深度，在以下幾個(gè)方面具有重要的科學(xué)意義：[JP2]

（1）準(zhǔn)確確定地震震源深度是地震災(zāi)害評估的重要依據(jù)。地震災(zāi)害與地震震源深度關(guān)系密切，一般而言，淺源地震災(zāi)害相對較大，而深源地震造成的災(zāi)害相對較小。這也是導(dǎo)致蘆山地震震級不太大，卻造成較大破壞的重要因素之一（Liu et al，2013；Xie et al，2013）。相對而言，深源地震的破壞就小得多，比如在中國東北區(qū)域的深源地震，雖然造成較大面積的震感，但是破壞性相對較小。[JP]

（2）地震震源深度是地震成因的關(guān)鍵性依據(jù)。統(tǒng)計(jì)研究表明，大陸地震絕大多數(shù)發(fā)生在15 km以上的地殼中，這是因?yàn)榈貧さ膹?qiáng)度在不同深度上有較大差異，呈現(xiàn)三明治、Crème brlée或者香蕉切片等模式（Bürgmann，Dresen，2008）。不同的模型對應(yīng)著不同的巖石組成以及動(dòng)力學(xué)環(huán)境。地震通常發(fā)生在脆性區(qū)域到脆性-蠕變性轉(zhuǎn)換的區(qū)域。因此，通過確定地震的震源深度，就能夠在一定程度上了解孕震的深度以及地殼物質(zhì)的組分情況，從而對地震的孕震環(huán)境和地震成因給出定量的依據(jù)。

（3）準(zhǔn)確的地震震源深度信息對于判斷強(qiáng)余震的發(fā)展有重要的指示作用。通常地震的余震與主震的破裂位置有明顯的對應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)余震主要分布在主震破裂區(qū)的周圍，準(zhǔn)確確定主震的震源深度，就能夠在一定程度上推測余震可能的發(fā)生區(qū)域。此外，通過余震深度變化趨勢，對未來強(qiáng)余震的發(fā)展過程也有重要的判斷作用（Zheng et al，2009，2013）。

（4）準(zhǔn)確的地震震源深度也是核爆破監(jiān)測的關(guān)鍵性判定依據(jù)。天然地震大多數(shù)發(fā)生在地下，特別是在巖層內(nèi)，因此，地震震源深度不會(huì)特別淺。相反，核爆一般發(fā)生在地表或者距離地表很近的地下，因此，其深度經(jīng)常是0 km或者非常淺，這時(shí)候，再配合上地震的震源機(jī)制以及波形等其它信息，就能夠較準(zhǔn)確地判定核爆的位置以及性質(zhì)。因此，地震深度的定位在軍事安全上有重要的應(yīng)用價(jià)值。

除此以外，準(zhǔn)確的深度定位還能夠在地震預(yù)警、確定大地震的震源過程、地下礦產(chǎn)資源勘探和頁巖氣的開采等方面起重要作用。因此，準(zhǔn)確地確定地震震源深度，在科學(xué)上以及國民經(jīng)濟(jì)上都有重要的應(yīng)用價(jià)值。

一般而言，地震的三要素（發(fā)震時(shí)刻、震源位置和震級大?。┲?，震源位置和發(fā)震時(shí)刻相對比較容易確定，已經(jīng)能夠較準(zhǔn)確地加以確定，震級確定的準(zhǔn)確度也比較高，目前的主要問題集中在大地震的震級確定上。與之相對，震源深度的確定一直是地震定位中一個(gè)難題。由于臺(tái)站間距通常大于地震的深度，在臺(tái)站分布相對稀疏的情況下，少量的地震水平變化產(chǎn)生的影響就會(huì)大于地震深度產(chǎn)生的誤差。因此，地震深度定位的誤差比水平向大很多，如何準(zhǔn)確地確定地震的深度，依然是地震學(xué)界一個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的問題。因此，它被列入美國近十年的重要研究挑戰(zhàn)之列。

同時(shí)，地震深度定位也是一個(gè)古老的問題，其解決思路就是在給定的速度模型下，利用各種深度定位方法獲得震源深度的過程。從Geiger（1912）提出地震定位的方法以來，地震深度的研究已經(jīng)開展了100多年，取得了長足的進(jìn)步，主要包括兩方面的工作：一是地震深度定位方法的探索，二是速度模型的獲取或更新。因此，本文從地震的定位方法著手，綜述當(dāng)前地震深度定位的現(xiàn)狀，對速度模型的研究進(jìn)行一定闡述，在一定程度上展望地震深度定位的未來發(fā)展方向。

1地震深度定位方法的研究現(xiàn)狀

總體而言，目前國際和國內(nèi)在地震深度定位方法大體上可分為2類，一類是走時(shí)定位法，另一類是波形反演法。下面我們分別從這2個(gè)方面進(jìn)行闡述和分析。

[BT2]11走時(shí)定位法

基于到時(shí)的深度定位法已經(jīng)廣泛被應(yīng)用于國內(nèi)外的定位軟件中，其優(yōu)點(diǎn)是震相到時(shí)簡單、易于拾取，對于近震臺(tái)站分布密集的區(qū)域，精度可以滿足需要。但是，這類方法要求地震臺(tái)間距較小。研究表明，只有當(dāng)最小震中距小于14倍震源深度時(shí)，基于走時(shí)方法確定的震源深度才有較高的精度（Mori，1991）。但是，通常情況下地震發(fā)生在臺(tái)站附近20 km范圍內(nèi)的機(jī)會(huì)并不多，因此淺于15 km的地震震源深度的定位誤差一般較大。利用區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行絕對地震定位的方法，震源深度和發(fā)震時(shí)刻之間存在折衷，不同地震深度引起的地震波到時(shí)變化可以在一定范圍內(nèi)通過改變發(fā)震時(shí)刻進(jìn)行彌補(bǔ)，因此難以確定出準(zhǔn)確的震源深度和發(fā)震時(shí)刻。對于中國大陸地區(qū)而言，東部地區(qū)的震源深度平均在（13±6）km（張國民等，2002）。據(jù)此推算，只有當(dāng)臺(tái)間距達(dá)到18 km左右時(shí)，才能給出較準(zhǔn)確的震源深度。目前，我國東部的地震臺(tái)站平均間距一般大于20 km，在現(xiàn)有的觀測條件下，依據(jù)到時(shí)信息還很難給出精度較高的震源深度。

近年來，針對傳統(tǒng)到時(shí)方法的不足，一些學(xué)者發(fā)展了新的基于到時(shí)的方法。劉春等（2009）提出了一種確定地震震源深度的方法，通過直接在圖上量取出射角來目視判斷地震是否“剛好”位于臺(tái)站的“正”下方，挑選出位于臺(tái)站正下方的地震，在三分量地震記錄中識(shí)別出P波和S波震相，通過P波和S波的到時(shí)差計(jì)算出地震震源深度。此方法使一些剛好發(fā)生在臺(tái)站正下方的地震震源深度的確定問題變得相對簡單，但是，目前在中國地震臺(tái)網(wǎng)分布稀疏的情況下，剛好發(fā)生在臺(tái)站下方的地震并不多，因此，該方法的適用范圍十分有限。

另外，利用S-P到時(shí)差進(jìn)行地震定位（Earthquake Research Institute，1950；Vesiac，1961）的方法思路也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于地震位置的確定研究中。然而，準(zhǔn)確的S-P到時(shí)差同時(shí)依賴于P波和S波的地殼速度模型，由于S波速度模型的可靠性比較低，導(dǎo)致對于地震位置、尤其是地震深度的約束不足。Greensfelder（1965）提出了一種利用同一臺(tái)站記錄到的Pg-Pn波到時(shí)差確定地震深度的方法，并應(yīng)用于美國Nevada地區(qū)的地震深度測定研究中。由于利用了Pg和Pn波出射角的較大差異，為確定地震深度提供了更多約束。然而，利用同一臺(tái)站的Pg和Pn波震相，Pn波作為續(xù)至震相，不易識(shí)別和拾取Pn波的到時(shí)。不僅如此，Greensfelder（1965）的研究還表明，Pg-Pn波到時(shí)差對于所用的地殼和上地幔速度模型非常敏感。朱元清等（1990）提出利用遠(yuǎn)處臺(tái)站的Pn波與近處臺(tái)站的Pg波到時(shí)差Pn-Pg來確定震源深度的方法，發(fā)現(xiàn)在不同速度結(jié)構(gòu)情況下，5 km震源深度會(huì)引起07 s的Pn-Pg到時(shí)差的變化?？紤]到近臺(tái)的Pg波和遠(yuǎn)臺(tái)的Pn波均為初至震相，震相識(shí)別和到時(shí)拾取的準(zhǔn)確度會(huì)明顯提高，也有助于提高地震深度測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

[BT2]12波形反演法

相比地震震相到時(shí)，地震波形則包含更為豐富的信息，如果波形記錄質(zhì)量高、震相清晰，利用地震波形來確定震源深度的方法則可以得到更高精度的震源深度結(jié)果（Wu，Takeo，2004）。常用的波形定深方法有偏振信息法、振幅信息法、深度震相法等。針對不同的震相特征、不同的震中距范圍、不同的波形質(zhì)量可以選擇不同的方法。

（1）偏振信息法

P波偏振（徑向與垂直向振幅比）在一定程度上可以約束地震深度。一般情況下，震中距和深度的比值與P波垂直向和徑向振幅比值密切相關(guān)：震中距一定的情況下，地震越深，P波垂直向振幅與徑向之比越大。該方法的不足是只有在震中距遠(yuǎn)小于震源深度時(shí)，P波偏振才能有效約束震中距和深度的比值，而且受淺層的速度結(jié)構(gòu)影響較大。在速度模型不很準(zhǔn)確時(shí)，利用P波偏振確定震源深度有一定的不確定性，因此該方法只在一定的條件下有效，可以作為其他定深方法的一種補(bǔ)充。

（2）振幅信息法

地震波的振幅與震源深度有直接的關(guān)系，因此，基于振幅的信息，可以為獲取地震深度提供重要的參數(shù)。目前，利用振幅信息研究地震深度主要有以下幾種方式，包括瑞利波振幅譜法、面波體波比法以及Coda強(qiáng)度法等。

瑞利面波的激發(fā)可以表示為（Aki，Richards，1980）：[KH*1]

[JP2]E（ω，φ，h）=[SX（]dr2[]dz[SX）][KG-*4][JB<1|]hMzz+K（ω）r1（h）[Mxxcos2φ+[JP] 2Mxysinφcosφ+Myysin2φ]+i[[SX（]dr1[]dz[SX）][KG-*3][JB<1|]h-

K（ω）r2（h）][Mxzcosφ+Myzsinφ][JY]（1）[KH*1D]

其中，ω為頻率，K為對應(yīng)波數(shù)，φ為方位角，h為震源深度。因此在已有準(zhǔn)確機(jī)制解的情況下，面波的頻譜只與深度相關(guān)，Tsai和Aki（1970）指出影響地震面波頻譜的諸多因素中，與深度相比，地殼厚度、震源參數(shù)、非彈性衰減的影響都較小，因此在得到準(zhǔn)確斷層參數(shù)且破裂長度小于10 km時(shí)，通過頻譜可以得到震源深度。這種方法通過簡正模式的解計(jì)算不同震源深度對應(yīng)的瑞利波振幅譜，根據(jù)瑞利波振幅譜隨震源深度不同而有很大差異這一特征，擬合實(shí)際觀測的瑞利波振幅譜，并與理論圖進(jìn)行比較，從而確定震源深度。

短周期瑞利波的發(fā)育距離與震源深度有關(guān)，典型的發(fā)育距離為震源深度的5倍左右，而瑞利波的發(fā)育可以通過其與S波的比值作為參考，在同一臺(tái)站上瑞利波與S波的振幅比隨震源深度的增加而減小。羅艷等（2010）在確定震源機(jī)制解的基礎(chǔ)上，通過對比理論地震圖和實(shí)際記錄的瑞利波與S波的比值，測定了汶川地震北端一個(gè)余震序列的震源深度。

另外，地震尾波也可以用來對地震深度進(jìn)行研究。一般認(rèn)為尾波是地震波傳播過程中多次反射或折射產(chǎn)生的。由于淺部地殼的不均勻性較強(qiáng)，而且自由地表是較強(qiáng)的反射界面，因此地震波在淺部的散射比較強(qiáng)，Pitarka等（2007）通過數(shù)值計(jì)算研究表明，爆炸源激發(fā)的S波和Lg波在淺部的散射是尾波的主要成因，Lg尾波的強(qiáng)度與震源深度成反比例關(guān)系。根據(jù)這些特征，尾波可以用在淺源地震的深度研究上。

（3）深度震相法

深度震相是一種對震源深度變化特別敏感的震相，可以顯著提高震源深度的測定精度（Langston，1996，1987；Saikia et al，2001；房明山等，1995；張瑞青，吳慶舉，2008）。對于M≥5的地震，可以利用pP，sP來計(jì)算震源深度。對于M<5的地震，可以利用震源深度震相sPL，sPg，sPmP和sPn，以及它們的參考震相PL，Pg，PmP和Pn來測定震源深度。這些震相示意圖如圖1所示。由于不同的深度震相一般有其優(yōu)勢的震中距范圍和適用條件，而且深度震相的振幅較弱，初動(dòng)較為模糊，識(shí)別困難。因此，在常規(guī)地震定位中，使用深度震相快速測定震源深度還存在一定的困難。目前，國際和國內(nèi)的相關(guān)研究集中在以下幾種深度震相上：

波入射到自由地表形成的水平傳播的P波和多次反射、折射波形成的一個(gè)波列。合成地震圖研究表明，sPL具備深度震相的典型特征，其與直達(dá)P波的到時(shí)差，隨震源深度增加而近乎線性增長，且對震中距不敏感，因此可以較好地約束震源深度（崇家軍等，2010）。sPL是在自由地表反射形成的，反射效率受地形起伏、淺部結(jié)構(gòu)影響較大。地形起伏較大情況下，sPL中多次散射成分比重較大，因此波包較寬，易與后續(xù)震相混雜。對于沉積盆地來說，由于淺部地震波速較低，此時(shí)，sPL由多個(gè)震相組合而成，也會(huì)導(dǎo)致sPL波包變寬，同時(shí)直達(dá)P波的波包也變寬，容易形成干擾。因此對于復(fù)雜地形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)域，sPL震相的特征、發(fā)育距離等還需要深入研究。李志偉等（2015）利用該震相以及短周期面波以及CAP等方法，對UGGS目錄中4～5級地震震源深度的可靠性進(jìn)行了分析，取得了良好的效果。

② sPmP 震相

[KG（0.1mm]在地震波的切向分量上，由于沒有 P-SV波的耦合，波形相對簡單，SmS和sSmS震相對更容易辨認(rèn)和適用于震源深度的確定。但是很少有研究利用切向分量的SmS和sSmS震相來確定震源深度，只有少數(shù)研究人員曾使用sSmS做過一些研究（Zhao，Helmberger，1993；Helmberger et al， 1993）。[KG）]研究發(fā)現(xiàn)SmS和sSmS只在高頻下才為清晰的震相，2 s以上的長周期地震波主要是直達(dá)S波和面波成分，尤其在5 s以上的長周期地震圖上SmS以及sSmS的強(qiáng)度比S波或S多次波弱得多。在寬頻帶地震圖上，在結(jié)構(gòu)較為簡單的地區(qū)，在短周期（1 s左右）地震圖上可以觀測到清晰的SmS（謝祖軍等，2012），但是在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū)就很難辨認(rèn)。因此，sSmS只能作為輔助的深度震相，在結(jié)構(gòu)簡單、震源深度較深的情形下適用。

③sPn，sSn震相

早在20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)地震科學(xué)家已經(jīng)開始用sPn震相計(jì)算震源深度，歐美等國家學(xué)者也經(jīng)常使用這一震相。震相sPn是測定近距離淺源地震的震源深度參數(shù)中比較實(shí)用的震相，對于M≥4地震的適應(yīng)性比較好。

國內(nèi)學(xué)者也利用sPn、sSn開展了一些震源深度的研究（房明山等，1995；任克新等，2004；張瑞青，吳慶舉，2008）。sPn的觀測范圍一般為震中距小于1 000 km內(nèi)，在我國西北、西南、華東、華北及東北地區(qū)一些臺(tái)站，能較清楚地記錄到sPn震相。根據(jù)Pn和sPn的走時(shí)方程可知，對一個(gè)特定的地震而言，sPn與Pn的走時(shí)差是一個(gè)常量，與震中距無關(guān)。如果有多臺(tái)數(shù)據(jù)，就可以將Pn對齊后，再進(jìn)行sPn震相的測定。但由于sPn與Pn同屬于首波性質(zhì)，初動(dòng)振幅較微弱，清晰度也不如各種直達(dá)波，如Pg、Sg等，且容易受噪音和尾波的影響，單臺(tái)挑選的可靠性不高，人工識(shí)別較為困難。

④ 遠(yuǎn)震的P+pP/sP震相

M≥5的中強(qiáng)地震，在震中距30°～90°的遠(yuǎn)震地震記錄圖上往往能觀測到較清晰的深度震相pP、sP。通過計(jì)算不同深度的遠(yuǎn)震理論地震圖，并與實(shí)際觀測數(shù)據(jù)對比，使二者的深度震相pP、sP與直達(dá)P波到時(shí)差擬合最好的那個(gè)深度即為所求的震源深度。當(dāng)震中距在30°～90°之間時(shí)，地震波在臺(tái)站端幾乎是垂直入射，P波與pP、sP的走時(shí)差主要受震源深度影響，而震中距對其影響不大。2 km左右的震源深度變化，就能引起pP、sP與P波到時(shí)差明顯的變化。如果深度震相記錄清晰，則這種方法所確定的深度精度可達(dá)到2 km（Engdahl et al，1998；Stein，Wiens，1986）。對于更強(qiáng)的地震（M6+），震源持續(xù)時(shí)間有可能大于深度震相時(shí)間，在此情形下需要通過波形擬合測定深度，目前已經(jīng)發(fā)展了CAPtel，CAPjoint等方法反演遠(yuǎn)震波形、測定震源質(zhì)心深度（Xie et al，2013）。

目前，這些定位方法在科學(xué)研究中已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，很多方法已經(jīng)能夠應(yīng)用在常規(guī)的地震定位上。值得注意的是，這些方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，也存在著一定的局限性。因此，只有根據(jù)不同的定位需要，綜合不同的方法進(jìn)行深度定位，才能得到較好的結(jié)果。

3速度結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀

地震定位本質(zhì)上還是利用地震波在地下介質(zhì)中傳播產(chǎn)生的響應(yīng)信號。因此，無論是地震波到時(shí)定位，還是波形擬合定位，都存在著速度模型的制約問題。如何獲取準(zhǔn)確的速度模型是地震深度研究中另一個(gè)主要的工作。獲取準(zhǔn)確的地殼和上地幔速度模型對于研究震源深度有非常重要的意義。

獲取地殼速度模型的常用方法包括人工地震測深（Li et al，2006）、體波層析成像（Huang，Zhao，2006；Zhao，2009；Tian et al，2009；Li，Hilst，2010）、面波速度成像（Tang，Chen，2008；He et al，2009；Yao et al，2008）及接收函數(shù)方法（Chen et al，2009；葛粲等，2011；Zhou et al，2009）等。人工地震測深可以獲取高精度的地殼分層模型，但是剖面位置分布稀疏，觀測成本相對較高，主要獲取的是P波速度。地震體波和面波層析成像能夠獲取區(qū)域尺度深部的速度結(jié)構(gòu)，但是對淺層特別是地殼部分的敏感度偏低，且分辨率受限于地震的分布。

隨著近些年中國寬頻帶地震臺(tái)網(wǎng)的快速發(fā)展，噪聲成像技術(shù)（Barmin et al，2001；Lin et al，2009）在中國大陸的地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)研究中起著越來越重要的作用。相比傳統(tǒng)的地震波層析成像，噪聲成像方法在確定地殼和上地幔頂部速度結(jié)構(gòu)方面有著突出的優(yōu)勢：首先，背景噪聲的主要頻率集中在周期為3～40 s、周期比較短、正好處于地殼最為敏感的周期上，因此相比于地震面波的信號，噪聲成像的結(jié)果對地殼的結(jié)構(gòu)更為敏感和準(zhǔn)確；其次，噪聲成像采用2個(gè)臺(tái)站之間的相關(guān)性函數(shù)作為經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)，由于臺(tái)站的位置是準(zhǔn)確知道的，因此，從根本上排除了由于震源位置不準(zhǔn)帶來的誤差；第三，由于臺(tái)站的分布可以人為布設(shè)，因此，對于地震分布稀少、方位角分布不均勻的地區(qū)，通過人為布設(shè)臺(tái)站進(jìn)行連續(xù)觀測的方式，能夠獲得這些區(qū)域準(zhǔn)確的速度結(jié)構(gòu)。基于這些優(yōu)點(diǎn)，目前，噪聲成像方法已經(jīng)在研究中國大陸地殼上地幔速度結(jié)構(gòu)的研究中起著重要的作用（Fang et al，2010；Zheng et al，2010a，b，2011；Yang et al，2010，2012；Zhou et al，2012；Shen et al，2016；Lyu et al，2016；Jiang et al，2016）。

與傳統(tǒng)的面波層析成像相似，噪聲成像方法對地殼內(nèi)部界面和Moho面的起伏不是很敏感，而面波反演中Moho面的起伏與地殼速度之間存在著折衷，所以，準(zhǔn)確的地殼厚度和內(nèi)部界面信息對于獲得準(zhǔn)確的地殼速度結(jié)構(gòu)，從而確定準(zhǔn)確的地震深度有較大意義。與面波反演不同，遠(yuǎn)震接收函數(shù)則對界面敏感，對地殼速度相對不太敏感，因此，利用接收函數(shù)可以獲得較為可靠的地殼厚度信息。一些學(xué)者利用接收函數(shù)方法，獲得了華北（Chen et al，2009；葛粲等，2011；Zhou et al，2009）、青藏高原（Zhao et al，2010）等地區(qū)的Moho界面起伏等信息。

4未來的發(fā)展方向

如前所述，地震定位是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的問題，單純用某一種方法很難對所有的地震進(jìn)行精確的定位。因此，未來地震定位的發(fā)展方向，不僅要從地震學(xué)本身的技術(shù)發(fā)展出發(fā)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，還需要引進(jìn)其他學(xué)科的技術(shù)和方法，特別是大地測量學(xué)方法，如InSAR技術(shù)等，多方位、多數(shù)據(jù)的進(jìn)行定位和定深的研究。

[BT2]41利用大地測量學(xué)方法對地震深度的研究

InSAR、GPS等大地測量技術(shù)在近20年得到了革命性的進(jìn)步，在地震學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在震源研究方面，和地震學(xué)方法相結(jié)合，已經(jīng)能夠用于得到地震震源破裂的各種特征（Liu et al，2015a，b，2016，2017；Bürgmann et al，2002），也在中小地震的震源性質(zhì)研究上得到了成功應(yīng)用（Zheng et al，2015；Zheng，Liu，2016）。這些方法可以單獨(dú)反演地震參數(shù)（Wright et al，1999，2004；Massonner，1993），也可以結(jié)合地震波形反演和野外觀測，對地震震源參數(shù)進(jìn)行精確地反演（Delouis et al，2002）。由于淺源地震在地表所產(chǎn)生的形變場較大，且地表位移隨著地震深度和震中距的增加而迅速下降（Dawson et al，2008），可通過地表位移的變化，精確地反演震源深度。因此，該方法特別適合淺源地震的情況。Dawson等（2008）利用InSAR數(shù)據(jù)對發(fā)生在澳大利亞的2個(gè)淺源地震（深度1 km左右）進(jìn)行了研究，其重定位精度達(dá)100 m，并計(jì)算了相應(yīng)的震源深度和震源機(jī)制解，給出了迄今為止應(yīng)用InSAR方法反演得到的最小淺源地震模型，其震級為MW44。因此，InSAR方法可以對5級左右的淺源地震進(jìn)行標(biāo)定，從而配合其他方法獲得參考地震的震源深度。

[BT2]42地震烈度與深度關(guān)系的研究

震源深度是影響地震烈度的重要因素。閻志德和郭履燦（1984）采用1979年之前的57次較大地震的相關(guān)數(shù)據(jù)通過二元線性回歸建立了震級與震中烈度和震源深度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)震源深度對地震烈度有著較明顯的影響。由于歷史地震震源深度數(shù)據(jù)的缺失或者精度不高等問題的存在，在烈度衰減規(guī)律及震中烈度與震源特征參數(shù)關(guān)系的研究過程中，通常都無法準(zhǔn)確考慮震源深度參數(shù)的影響（肖亮，俞言祥，2011；呂堅(jiān)等，2009；孫繼浩，帥向華，2011）。

張建福等（2005）采用2000年以前有震源深度數(shù)據(jù)的75個(gè)震例建立了震中烈度與震級和震源深度的關(guān)系，并考慮震源深度的影響建立了烈度區(qū)面積與震級的關(guān)系，由于采用的震源深度數(shù)據(jù)精度不高，沒有得到較理想的結(jié)果。采用具有較高精度震源深度參數(shù)震例開展相關(guān)研究，建立更合理的地震烈度衰減關(guān)系成為發(fā)展的趨勢。近年來，隨著寬頻帶數(shù)字化地震儀應(yīng)用的愈加廣泛以及不同定位方法的發(fā)展，地震震源深度測定的精度得到了較大的提升，可為考慮震源深度的影響研究地震烈度的衰減規(guī)律以及由歷史宏觀烈度資料推斷歷史地震震源深度提供精度較高的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（周中紅等，2010）。

[BT2]43地幔地震的震相識(shí)別

研究發(fā)現(xiàn)，在地幔部分也有少量的地震發(fā)生。Zhu和Helmberger（1996）通過分布在青藏高原內(nèi)部的11個(gè)寬頻帶地震儀的觀測結(jié)果，利用波形擬合的方法，發(fā)現(xiàn)了3個(gè)地殼之下的地震。相比一般的地震，地殼之下的地震有明顯的不同特點(diǎn)，就是沒有Pn、Sn的存在。因此，在較遠(yuǎn)距離上Sd、Pd波形很尖銳；另外，在一般地震波的SH分量上Sd+SmS波形很清晰，而地幔中的地震波形中Sd+SmS震相缺失。因此，利用這2個(gè)特征，可以較準(zhǔn)確地確定地震是否發(fā)生在地殼之下。雖然地幔內(nèi)部地震比較少，但是意義重大，可以幫助我們認(rèn)識(shí)到大陸碰撞帶等地區(qū)的構(gòu)造和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。因此，地幔地震值得進(jìn)行研究和分析。

[BT2]44結(jié)合多種資料、多種技術(shù)的聯(lián)合

近些年來的地震深度定位的研究發(fā)展，不僅僅局限在地震本身上，在大地測量方向上也得到了長足的進(jìn)展。然而，以往這些研究主要集中在單純一個(gè)領(lǐng)域上，比如大地測量只集中在大地測量上，地震學(xué)只集中在地震學(xué)上，這對深度定位產(chǎn)生了一定的影響和制約。此外，速度結(jié)構(gòu)的研究本身就離不開地震震源性質(zhì)的發(fā)展。因此越來越多的技術(shù)將速度模型和地震位置相結(jié)合，同時(shí)反演地震的位置和速度結(jié)構(gòu)（Zhang，Thurber，2003；Fang，Zhang，2014），從而達(dá)到自洽的結(jié)果。未來的發(fā)展，必然是多種資料、多種技術(shù)的聯(lián)合定位。將地震定位、速度模型同時(shí)研究，結(jié)合InSAR等大地測量資料作為約束，聯(lián)合確定地震的位置和性質(zhì)。

[HTK]對中國地震局科技司的支持，對參與地震公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目“地震震源深度定位方法及應(yīng)用研究—以東部典型地區(qū)為例”的全體項(xiàng)目組成員表示衷心的感謝。

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[WT5HZ][JZ]Abstract[WTB1]

Earthquake focal depth locating is always a key project in seismology Precise focal depth is of critical importance for evaluating seismic hazard，deciphering dynamic mechanism of earthquake generating，estimating aftershock evolution and risk，as well as monitoring nuclear tests However，how to determine an accurate focal depth is always a challenge in seismological studiesAiming at solving these problems，we analyzed and summrized the present status and the future development of earthquake focal depth locating.In this paper we first reviewed the present status of focal depth locating in the world，and made a summary of the frequently-used relocating methods and ideas at present，and introduced two types focal depth relocating ideas：arrival time relocating and waveform modeling methods For these ideas，we systematically described the S-P and the Pn-Pg methods that belongs to arrival time method，and polarization focal depth locating and amplitude focal depth locating that belongs to waveform modeling，and further analyzed the advantages and limitations of these methods Since the depth phase methods are highly sensitive to focal depth，and are relatively free from the uncertainties of crustal models，we mainly reviewed the depth phases of sPmP，sPL，sPn，and sSn，and quantitatively evaluated their availabilities and characteristics Second，we also discussed the effects of crustal velocity model on the reliability of focal depth locating，and reviewed the advancements of seismic tomography techniques over recent years Finally，based on the present status of the progresses on the focal depth locating，and the studies of seismic velocity structures，we proposed an idea of combining multiple datasets and relocating methods，jointly utilizing seismologic and geodetic techniques to relocate focal depth，which should be the major research field in investigating focal depth and source parameters in the near future

[WTHZ]Keywords：[WTB1]focal depth relocating；arrival time locating；waveform modeling；depth phase；joint inversion[LM]