利用sPn震相計(jì)算新源、和靜交界區(qū) MS 6.6地震余震震源深度

閆新義 馮雪玲 趙石柱 金 花

（中國(guó)烏魯木齊 830011 新疆維吾爾自治區(qū)地震局）

0 引言

震源深度是地震事件的重要參數(shù)之一，該參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)定，對(duì)地震事件的震源機(jī)制研究具有重要意義。20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)學(xué)者維琴斯卡婭（吳微微等，2012）首先在近震中觀測(cè)到了sPn震相，隨后其他研究者亦相繼開(kāi)展了利用sPn震相計(jì)算震源深度的研究。80年代以來(lái)，隨著地震數(shù)字觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，理論地震圖和數(shù)字模擬記錄的使用強(qiáng)化了對(duì)sPn震相的分辨能力，從而提高了利用sPn震相法計(jì)算震源深度的精度（魏婭玲等，2013）。張誠(chéng)（1986）對(duì)甘肅地區(qū)的sPn震相進(jìn)行了研究。洪星等（2004）研究了sPn震相地殼內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，測(cè)定了臺(tái)灣地區(qū)9個(gè)4.5級(jí)以上地震事件的震源深度。孫茁等（2014）利用sPn震相對(duì)蘆山MS7.0地震余震震源深度進(jìn)行了研究。呂俊強(qiáng)等（2014）推導(dǎo)了sPn波與Pn波的走時(shí)差與震源深度間的關(guān)系，并對(duì)寧夏永寧2個(gè)地震事件的震源深度進(jìn)行了測(cè)定。荊濤（2015）利用sPn波與Pn波的走時(shí)差重新計(jì)算了沈陽(yáng)地震臺(tái)記錄到的20個(gè)殼內(nèi)近震和26個(gè)營(yíng)口—海城—岫巖地區(qū)近震。在前人研究的基礎(chǔ)上，本文采用sPn震相測(cè)定2012年 新源、和靜交界區(qū)MS6.6地震余震震源深度，并與CAP反演、Hyposat定位、單純型法定位等方法進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證在新源、和靜交界區(qū)采用sPn震相測(cè)定震源深度的可靠性，判斷是否可將其作為測(cè)定該區(qū)域近震震源深度的有效方法。

1 研究事件概況

新源、和靜交界區(qū)位于天山中段，2012年6月30日該地區(qū)發(fā)生MS6.6地震，宏觀震中為43.39°N、84.77°E（圖1）。圖1中震源機(jī)制解地震波形數(shù)據(jù)來(lái)源于新疆地震臺(tái)網(wǎng)，是分析震相到時(shí)后通過(guò)SEIS-CAP震源機(jī)制解反演得出的。

圖1 2012年新源、和靜交界區(qū)MS 6.6地震震源機(jī)制解Fig.1 Focal mechanism solution of 2012 MS 6.6 earthquake in Xinyuan and Hejing border area

在歐亞板塊與印度板塊的擠壓作用下，準(zhǔn)噶爾盆地與塔里木盆地周邊的山體沿山前斷裂向盆地逆沖，在天山南北麓形成大型逆沖推覆構(gòu)造。新源、和靜交界區(qū)MS6.6地震是天山中東段近50年以來(lái)發(fā)生的最大震級(jí)地震，其發(fā)震構(gòu)造是天山內(nèi)部的喀什河斷裂，總體走向?yàn)?90°—310°，傾角50°—80°，斷裂北盤(pán)上升，南盤(pán)下降，屬于走滑逆斷性質(zhì)（唐明帥等，2019）。

2 震源深度計(jì)算方法

截至2012年7月30日，新源、和靜交界區(qū)MS6.6地震共發(fā)生余震524次，其中，MS4.0—4.9地震4次；MS3.0—3.9地震12次；MS2.0—2.9地震73次；MS1.0—1.9地震221次；MS0.0—0.9地震214次（圖2）。根據(jù)sPn震相適用性，取ML＞4.0的10個(gè)余震事件作為研究對(duì)象。以新疆維吾爾自治區(qū)地震局地震臺(tái)網(wǎng)部所使用的“2015新疆模型”（陳向軍等，2018；朱元清等，2017）速度參數(shù)（表1）為基礎(chǔ)，采用雙地殼模型中震源在上、下地殼的2個(gè)計(jì)算公式（荊濤，2015）計(jì)算震源深度。

表1 2015新疆模型速度參數(shù)Table 1 The 2015 Xinjiang velocity model

圖2 2012年6月30日至7月30日新源、和靜交界區(qū)MS 6.6地震M—t圖Fig.2 M-t diagram of 2012 MS 6.6 earthquake in Xinyuan and Hejing border area

式中，v1、v2為上、下地殼P波速度；vs1、vs2為上、下地殼S波速度；v3為Pn波速；h為震源深度，震源在下地殼時(shí)，則震源到上下地殼分界面的距離設(shè)為h1；H為上地殼的厚度；TPn、TsPn為Pn、sPn到時(shí)；Δt為T(mén)sPn與TPn之差。

3 地震臺(tái)站的選擇

為避免地質(zhì)構(gòu)造對(duì)震相產(chǎn)生干擾，將記錄sPn震相的20個(gè)臺(tái)站按所在方位分成4組（圖3）。以余震序列為中心，西南面為第1組，包括AHQ、AKS、BCH、BPM、SMY、WUS、XKR、ZSU等8個(gè)臺(tái)站；北面為第2組，包括ALT、FUY、FUH、HBH、HEF、TAC等6個(gè)臺(tái)站；東面為第3組，包括HYS、MUL、WCW、BTS、YMS等5個(gè)臺(tái)站；東南面為第4組，只有RUQ一個(gè)臺(tái)站。對(duì)于絕大多數(shù)余震事件而言，記錄其sPn震相的臺(tái)站至少在2個(gè)方位，僅部分余震事件在4個(gè)方位都有記錄到sPn震相的臺(tái)站，這最大可能地排除了地質(zhì)構(gòu)造所產(chǎn)生的干擾。

圖3 記錄sPn震相的臺(tái)站分布Fig.3 The distribution of seismic stations that recorded sPn phase

4 研究方法

根據(jù)sPn震相特點(diǎn)和余震震級(jí)的實(shí)際情況，選擇震級(jí)為ML4.1—4.8的余震及震中距為380—1 000 km的臺(tái)站。在對(duì)齊Pn震相到時(shí)的基礎(chǔ)上，利用sPn-Pn到時(shí)差相等的原理對(duì)sPn震相進(jìn)行分析（圖4）。通過(guò)對(duì)各組sPn-Pn到時(shí)差進(jìn)行對(duì)比分析可見(jiàn)（表2），到時(shí)差基本不會(huì)因方位的不同而產(chǎn)生太大變化，總體趨于一致，表明sPn震相僅隨震源深度的變化而變化，在同一個(gè)地震事件中，各個(gè)臺(tái)站sPn-Pn到時(shí)差趨于一致。分析依據(jù)還包括sPn震相在Pn、Pg震相之間，初動(dòng)方向與Pn初動(dòng)方向相反，sPn震相的振幅、周期大于Pn震相等特點(diǎn)（閆新義等，2019），這些震相特點(diǎn)受震源機(jī)制解、傾角、滑動(dòng)角、臺(tái)站方位角及震級(jí)等的影響，表現(xiàn)形式略有差異，這里不作詳述。表3為余震序列震源深度計(jì)算結(jié)果，其中，序號(hào)1、3的2個(gè)地震事件因距上一個(gè)地震太近，震相被干擾，故無(wú)法確定Pn震相和sPn震相。

表3 余震序列震源深度計(jì)算結(jié)果Table 3 The calculation results of the earthquake focal depth

圖4 sPn震相Fig.4 Seismic phase diagram of sPn phase

表2 部分余震事件各組sPn與Pn到時(shí)差Table 2 The time difference of sPn-Pn phase in each group

5 結(jié)果

將所得結(jié)果與CAP反演深度、單純型法定位深度及Hyposat定位深度進(jìn)行對(duì)比。這3種震源深度計(jì)算方法，都是地震研究中的常用方法，其計(jì)算結(jié)果相對(duì)可靠，對(duì)本研究具有參考價(jià)值。其中，CAP反演方法是采用Crust 2.0模型參數(shù)，計(jì)算不同深度理論地震圖，并通過(guò)不同深度結(jié)果反演出最佳深度的；單純型法定位方法是利用數(shù)學(xué)單純型搜索極值的方法搜索殘差最小位置（即震中）的；Hyposat定位方法（殷偉偉等，2017）是采用經(jīng)典的Geiger法，將非線性方程組線性化，再利用奇異值分解最小二乘法求解的。由表3可見(jiàn)，利用sPn震相計(jì)算出的深度與CAP反演深度間一致性更好，只有1個(gè)地震事件深度相差9.2 km，其余地震事件深度平均相差2.2 km，且均不大于3.8 km。利用sPn震相計(jì)算出的深度與Hyposat定位深度間也有較好的一致性，僅1個(gè)地震事件深度相差9.4 km，其余地震事件深度差值平均為2.9 km。利用sPn震相計(jì)算出的深度與單純型法定位深度相比，其間的一致性不如CAP反演深度與Hyposat定位深度，深度最大相差12.8 km，平均相差 7.4 km。這是由于單純型法對(duì)設(shè)定的初始深度依賴較大，這導(dǎo)致其定位深度較于其它深度結(jié)果稍有偏差。綜上所述，雖然利用sPn震相計(jì)算的深度與單純型形法定位深度稍有偏差，但與CAP反演深度、Hyposat定位深度間一致性較好，故認(rèn)為利用sPn震相所計(jì)算的震源深度可靠，可將其作為震源深度的研究方法之一。

6 討論與結(jié)論

利用sPn震相計(jì)算的震源深度與CAP反演、單純型法定位及Hyposat定位所得深度進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，利用sPn震相計(jì)算出的震源深度與CAP反演方法得到的震源深度間有較好的一致性；與Hyposat定位方法得到的震源深度間一致性次之；單純型法對(duì)設(shè)定的初始深度依賴較大，由該方法得到的震源深度一致性較其他2種方法略差?？傮w看來(lái)，采用sPn震相計(jì)算震源深度適用于新源、和靜地區(qū)。

與本文所述其他3種震源深度計(jì)算方法相比，采用sPn震相計(jì)算震源深度具有不受震中距影響的優(yōu)點(diǎn)。理論上，即使只有1個(gè)地震臺(tái)站記錄到地震波形，在可確定sPn震相的情況下也能得出震源深度，因此，該方法對(duì)于臺(tái)站較少、記錄地震為偏震的情況較適用。但該方法也有不足之處，如當(dāng)震級(jí)較小時(shí)（MS＜3.0），較遠(yuǎn)臺(tái)站信噪比較低，不易拾取sPn震相；而震級(jí)較大時(shí)（MS＞6.5），震源破裂過(guò)程較復(fù)雜，也不易拾取sPn震相。不同速度模型也會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大影響；波形質(zhì)量不佳，2個(gè)地震發(fā)震時(shí)刻較近，對(duì)Pn、sPn震相的拾取亦都有影響。今后，應(yīng)盡量彌補(bǔ)sPn震相的不足，強(qiáng)化其優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步發(fā)揮其適用性較強(qiáng)且具有廣泛性的特點(diǎn)。