呼和浩特基準(zhǔn)地震臺(tái)極遠(yuǎn)震震相記錄特征分析

谷素榮 趙艷紅 王玥 張劍影

（中國(guó)呼和浩特 010010 內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局）

0 引言

呼和浩特基準(zhǔn)地震臺(tái)地處陰山地震構(gòu)造帶的中段，該地區(qū)基本地形為長(zhǎng)條狀，北面為山脈，南面為盆地，分布著多條地震帶和隱伏斷層。呼和浩特以西的第四紀(jì)活動(dòng)斷裂較發(fā)育，尤其是陰山山前張性活動(dòng)斷裂帶最明顯。該斷裂帶既有垂直錯(cuò)動(dòng)又有水平位移，表現(xiàn)為左旋走向滑動(dòng)，NE 向斷裂表現(xiàn)為右旋走向滑動(dòng)，NW 向龍首山北緣斷裂為左旋滑動(dòng)。呼和浩特以東新生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，晚第三紀(jì)中新世、上新世和第四紀(jì)中更新世時(shí)期有多次大面積玄武巖噴溢。

從2002 年4 月開始，呼和浩特基準(zhǔn)地震臺(tái)所有觀測(cè)項(xiàng)目的數(shù)字化改造已完成并正式運(yùn)行。近幾年來(lái)，該臺(tái)分析精度方面在全國(guó)分析報(bào)告評(píng)比中處于中上等水平。從2017 年起，國(guó)家測(cè)震臺(tái)開始按照AK135 走時(shí)表對(duì)極遠(yuǎn)震波形進(jìn)行震相分析，但呼和浩特地震臺(tái)對(duì)極遠(yuǎn)震的分析處理仍屬于弱項(xiàng)，不能準(zhǔn)確地判斷并識(shí)別極遠(yuǎn)震初至震相類型及后續(xù)震相，這直接影響到了該臺(tái)地震分析資料的產(chǎn)出質(zhì)量。為此，本文對(duì)呼和浩特基準(zhǔn)地震臺(tái)極遠(yuǎn)震的震相特征進(jìn)行了分析，以期今后能夠提供更可靠、更準(zhǔn)確的震相分析資料。

1 極遠(yuǎn)震定義

極遠(yuǎn)震是震中距我國(guó)較遠(yuǎn)的地震，一般是指震中距大于或等于 105°，直到 180°的地震。地震波在傳播過(guò)程中要通過(guò)地殼、地幔和地核，傳播路徑較長(zhǎng)，穿透較深，在傳播過(guò)程中遇到各種界面將發(fā)生反射和折射，進(jìn)而形成各種反射波和轉(zhuǎn)換波，傳播持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，震相豐富。極遠(yuǎn)震沒(méi)有地幔折射波，地核穿透縱波PKP 等為主要震相，它們一般起始波形較尖銳，周期較短；面波發(fā)育，在震中距180°附近，振幅更大。通常PP 波的記錄較好。在寬頻帶記錄上，對(duì)于振幅不太大的極遠(yuǎn)地震波，其記錄也會(huì)疊加一些高頻成分（劉瑞豐等，2014）。

識(shí)別極遠(yuǎn)震震相之所以困難，主要是由復(fù)雜的地球結(jié)構(gòu)和速度分布所致（吳書貴等，2009）。極遠(yuǎn)震震相繁多而復(fù)雜，并且記錄持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，在中長(zhǎng)周期地震儀和長(zhǎng)周期地震儀上有時(shí)記錄持續(xù)達(dá)幾小時(shí)。

一般情況下，極遠(yuǎn)震震相有如下特征：①極遠(yuǎn)震震波持續(xù)時(shí)間通常大于90 min；面波的最大振幅與初至波之間的到時(shí)差大于45 min（劉瑞豐等，2007）；②極遠(yuǎn)震初至波的垂直分量記錄較清晰，易于辨認(rèn)，振幅較大；而水平分量則較微弱，振幅較??；③地震波穿透較深，傳播路程較長(zhǎng)，從地殼到內(nèi)核所經(jīng)過(guò)的界面較多，并且波的種類豐富。遠(yuǎn)震體波傳播路徑如圖1 所示。

圖1 遠(yuǎn)震體波傳播路徑（彼得·鮑曼，2006）Fig.1 The propagation paths of teleseismic body wave (Bormann，2006)

2 呼和浩特基準(zhǔn)地震臺(tái)記錄到的極遠(yuǎn)震震相一般特征及典型震例

2.1 極遠(yuǎn)震震相一般特征

據(jù)我國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)記錄，極遠(yuǎn)震主要集中在南美洲、中美洲和北美洲的諸多地區(qū)，以及大西洋中部、南部地區(qū)（李惠智等，1998）。呼和浩特基準(zhǔn)地震臺(tái)記錄到的極遠(yuǎn)震主要分布在北美洲的墨西哥等地，中美洲的危地馬拉、洪都拉斯、古巴等地，南美洲的哥倫比亞、秘魯、厄瓜多爾、智利等地。

通過(guò)對(duì)2010—2020 年呼和浩特基準(zhǔn)地震臺(tái)極遠(yuǎn)震數(shù)字觀測(cè)記錄進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，除了極個(gè)別情況外，記錄到的極遠(yuǎn)震PKP、PP、SS 等震相均清晰。初動(dòng)幅度為判斷是否極遠(yuǎn)震的重要依據(jù)之一，地震發(fā)生后，首先關(guān)注的就是初動(dòng)。根據(jù)初動(dòng)是否尖銳，可粗略地判斷地震震源的深淺；比較初動(dòng)的周期和幅度可判斷地震震中的遠(yuǎn)近。呼和浩特地震臺(tái)極遠(yuǎn)震震相一般特征如下。

（1）較清楚的震相一般有Pdif、PKPdf、PKP、PP、PS、PKSdf、SKKSac 等，其中，對(duì)于PKP 震相，在震中距 100°—120°范圍內(nèi)、震級(jí)大于7.0 級(jí)的情況下，中長(zhǎng)周期和長(zhǎng)周期地震儀才會(huì)記錄到較清晰的Pdif 初至震相，其波形表現(xiàn)為起始弱，振幅小，周期較長(zhǎng)，波數(shù)少，呈正弦波形態(tài)。震中距大于145°之后，隨著震中距的增大，PKP 震相分解成PKPbc、PKPab 震相，PKPbc 震相出現(xiàn)時(shí)的震中距為145°—155°，PKPab 震相為145°—180°，PKPbc 震相在PKPab 震相前面時(shí)，PKPbc 震相與PP 震相間的到時(shí)差大于200 s。

（2）在震中距為 110°— 144°時(shí)，能夠觀測(cè)到穿透內(nèi)核的縱波 PKIKP 震相的復(fù)雜初至，PKIKP 震相 在短周期記錄中較明顯。

（3）PP 震相往往表現(xiàn)為較強(qiáng)起始的持續(xù)波列，其中的一水平分量也較強(qiáng)，而另一水平分量較弱，垂直向分量較弱。

2.2 典型震例

2.2.1 墨西哥地震。墨西哥地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺(tái)110°— 120°，常見震相有Pdif、PKPdf、PP、PS、SS 等。下面以2020 年6 月23 日墨西哥7.4 級(jí)地震為例進(jìn)行詳述。

（1）寬頻帶記錄的震相特征明顯，Pdif 震相為初至震相，起始緩慢，周期約20—30 s，振幅相對(duì)較小，衰減較快，波數(shù)1—2 個(gè)；PKPdf 震相在 215 s 左右出現(xiàn)，振幅較小，變化微弱；PP 震相約出現(xiàn)在 290 s，垂直向特征明顯，起始尖銳，周期長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間短；PS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期大；SS震相水平向特征明顯，比PS震相更尖銳，振幅也更大（圖2）。

圖2 2020 年6 月23 日墨西哥7.4 級(jí)地震寬頻帶記錄震中距Δ：118.2°；深度H：10 kmFig.2 Wideband record of the MexicoM 7.4 earthquake on 23 June 2020(epicenter distanceΔ:118.2°,depthH:10 km)

（2）仿真基式SK 記錄的震相特征也較明顯，尤其是PS 震相的水平向特征更明顯，振幅大，周期長(zhǎng)；SS 震相水平向特征也更明顯，比PS 震相更尖銳，振幅也更大（圖3）。

圖3 2020 年6 月23 日墨西哥7.4 級(jí)地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：118.2°；深度H：10 kmFig.3 Simulation base on SK record of the MexicoM 7.4 earthquake on 23 June 2020(epicenter distanceΔ:118.2°,depthH:10 km)

2.2.2 古巴南海域地震。古巴南海域地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺(tái)115°—130°，常見震相有PKPdf、PP、PS、SS 等。2020 年1 月29 日古巴南海域7.7 級(jí)地震的仿真基式SK記錄上震相特征明顯，PKPdf 中心為初至震相，起始緩慢，周期約5 s，振幅相對(duì)較小，衰減較快；PP 震相約出現(xiàn)在 130 s，起始緩慢，周期長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間短。PS 震相水平向特征明顯，振幅小，周期短；SS 震相水平向特征明顯，比PS 更尖銳，振幅大，周期長(zhǎng)（圖4）。

圖4 2020 年1 月29 日古巴南海域7.7 級(jí)地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：119°；深度H：10 kmFig.4 Simulation Base SK Record of the Cuban South SeaM 7.7 earthquake on 29 January 2020(epicenter distanceΔ:119°,depthH:10 km)

2.2.3 洪都拉斯北地震。洪都拉斯北地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺(tái)120°—130°，常見震相有PKPdf、PP、SKSac、Sdif、PS、SS 等。2018 年1 月10 日洪都拉斯北7.6 級(jí)地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始緩慢，周期約10 s，振幅相對(duì)較小，衰減較快；PP 震相約出現(xiàn)在 80 s，起始緩慢，周期長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間短。SKSac 震相水平向特征明顯，起始緩慢，振幅較小，周期短；Sdif 震相水平向特征明顯，起始尖銳，振幅較大，周期短；PS 震相水平向特征明顯，振幅小，周期短；SS 震相水平向特征明顯，比PS 震相更尖銳，振幅大，周期長(zhǎng)（圖5）。

圖5 2018 年1 月10 日洪都拉斯北7.6 級(jí)地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：120°；深度H：10 kmFig.5 Simulation Base SK Record of the Honduras NorthM 7.6 earthquake on 10 January 2018(epicenter distanceΔ:120°,depthH:10 km)

2.2.4 危地馬拉地震。危地馬拉地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺(tái)120°—130°，常見震相有PKPdf、PP、SKSac、Sdif、PS、SS 等。2017 年6 月14 日危地馬拉7.1 級(jí)地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始緩慢，周期約5 s，振幅相對(duì)較小，衰減較快；PP 震相約出現(xiàn)在 90 s，起始尖銳，周期長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間短。SKSac 震相水平向特征明顯，起始尖銳，振幅較大，周期長(zhǎng)；Sdif 震相水平向特征明顯，起始緩慢，振幅較大，周期長(zhǎng)；PS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長(zhǎng)；SS 震相水平向特征明顯，比PS 震相更尖銳，振幅大，周期長(zhǎng)（圖6）。

圖6 2017 年6 月14 日危地馬拉7.1 級(jí)地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：120°；深度H：100 kmFig.6 Simulation Base SK Record of the GuatemalaM 7.1 earthquake on 14 June 2017(epicenter distanceΔ:120°,depthH:100 km)

2.2.5 中美洲沿岸地震。中美洲沿岸地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺(tái)125°—135°，常見震相有PKPdf、PP、SKSac、PS、SS 等。2016 年11 月25 日中美洲沿岸6.9 級(jí)地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始緩慢，周期約5 s，振幅相對(duì)較小，衰減較快；PP 震相約出現(xiàn)在100 s，起始尖銳，周期長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間短。SKSac 震相水平向特征明顯，起始尖銳，振幅較大，周期長(zhǎng)；PS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長(zhǎng)；SS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長(zhǎng)（圖7）。

圖7 2016 年11 月25 日中美洲沿岸6.9 級(jí)地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：124°；深度H：30 kmFig.7 Simulation Base SK Record of the Central America CoastM 6.9 earthquake on 25 November 2016(epicenter distanceΔ:124°,depthH:30 km)

2.2.6 厄瓜多爾地震。厄瓜多爾地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺(tái)135°—145°，常見震相有PKPdf、PP、SS 等。2016 年4 月17 日厄瓜多爾7.5 級(jí)地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始緩慢，周期約10 s，振幅相對(duì)較小，衰減較快；PP 震相約出現(xiàn)在 160 s，起始緩慢，周期長(zhǎng)，持續(xù)時(shí)間短。SS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長(zhǎng)（圖8）。

圖8 2016 年4 月17 日厄瓜多爾7.5 級(jí)地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：141.2°；深度H：10 kmFig.8 Simulation Based SK Record of the EcuadorM 7.5 earthquake on 17 April 2016(epicenter distanceΔ:141.2°,depthH:10 km)

2.2.7 秘魯?shù)卣稹Ｃ佤數(shù)貐^(qū)地震震中距呼和浩特地震臺(tái)150°—160°，常見震相有PKPdf、PP、SKKSac、SS 等。2018 年1 月14 日秘魯7.2 級(jí)地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 為初至震相，起始尖銳，周期約10s，振幅較大，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；PP 震相約出現(xiàn)在230 s，起始尖銳，振幅較大，周期長(zhǎng)。SKKSac 震相水平向特征明顯，起始緩慢，振幅較大；SS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長(zhǎng)（圖9）。

圖9 2018 年1 月14 日秘魯7.2 級(jí)地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：154.3°；深度H：20 kmFig.9 Simulation Based SK Record of the PeruM7.2 earthquake on 14 January 2018(epicenter distanceΔ:154.3°,depthH:20 km)

2.2.8 玻利維亞地震。玻利維亞地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺(tái)155°—165°，常見震相有PKPdf、PKPab、PP、pPKPdf、SS 等。2018 年4 月2 日玻利維亞6.8 級(jí)地震的仿真基式SK記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始尖銳，周期約5 s，振幅較大，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；PKPab 震相約出現(xiàn)在40 s，振幅大，周期長(zhǎng)；pPKPdf 震相約出現(xiàn)在135 s，起始尖銳，振幅相對(duì)很大，周期長(zhǎng)；PP 震相約出現(xiàn)在260 s，起始尖銳，振幅較大，周期長(zhǎng)（圖10）。

圖10 2018 年4 月2 日玻利維亞6.8 級(jí)地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：159.3°；深度H：550 kmFig.10 Simulation Base SK Record of the BoliviaM6.8 earthquake on 2 April 2018(epicenter distanceΔ:159.3°,depthH:550 km)

2.2.9 智利地震。智利地區(qū)地震震中距呼和浩特地震臺(tái)170°—179°，常見震相有PKPdf、PKPab、PP、SKKSac、SS 等。2016 年12 月25 日智利7.6 級(jí)地震的仿真基式SK 記錄上震相特征明顯，PKPdf 震相為初至震相，起始尖銳，周期約30 s，振幅較大，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；PKPab 震相約出現(xiàn)在110 s，起始尖銳，振幅大，周期長(zhǎng)；PP 震相約出現(xiàn)在340 s，起始尖銳，振幅較大，周期長(zhǎng)。SKKSac 震相水平向特征明顯，起始緩慢，振幅較大，持續(xù)時(shí)間短；SS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長(zhǎng)（圖11）。

圖11 2016 年12 月25 日智利7.6 級(jí)地震仿真基式SK 記錄震中距Δ：175.3°；深度H：40 kmFig.11 Simulation Based SK Record of the ChileM 7.6 earthquake on 25 September 2016(epicenter distanceΔ:175.3°,depthH:40 km)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)呼和浩特地震臺(tái)2010—2020 年記錄的極遠(yuǎn)震進(jìn)行分析，得到以下初步結(jié)論。

（1）震中距為110°—144°時(shí)，Pdif 震相為初至震相，起始緩慢，周期20—30 s，振幅相對(duì)較小，衰減較快，波數(shù)1—2 個(gè)；PP 震相為突出縱波震相，振幅最大且清晰，滯后于初至波Pdif 約 290 s 出現(xiàn)。PKPdf 震相在215 s 左右出現(xiàn)，振幅較小，變化微弱；PS 震相水平向特征明顯，振幅大，周期長(zhǎng)；SS 震相水平向特征明顯，比PS 震相更尖銳。

（2）震中距約為 155°時(shí)，PKPdf、PKPbc、PKPab 震相同時(shí)聚焦生成大振幅 PKP 波列，在垂直向上波列最強(qiáng)。

（3）震中距為 156°—179°時(shí)，呼和浩特地震臺(tái)記錄到的極遠(yuǎn)震主要分布在秘魯、玻利維亞、智利等地，均以中深源地震為主，各類震相具有深源地震震相起始尖銳的特點(diǎn)，振幅大，震相較清晰。