测定震源深度的困难和可能的解决方法.ppt

测定震源深度的困难与 可能的解决方法赵仲和 中国地震台网中心2011年全国测震学科关键 技术专家组工作会议2011年7月14-15日 上海关于震源深度的定义• 震源：地震发生的位置 • 震中：震源在地面上的垂直投影 • 震源深度：震中到震源的深度 （维基百科http://zh.wikipedia.org/wiki/地震）问题：因地震定位程序不同，地震速报和地震 目录中给出的震源深度可能是“海拔”深度（相对于 青岛外黄海平均海平面）而不是从震中地面算起的 深度例如，在平均海拔4.5km的藏北高原，震源 深度应该是“海拔”深度+4.5kmHYP2000称，给出 的震源深度是相对参与定位台站的平均平面的深度 （似更合乎震源深度的定义） 不同意义下的震源深度• 利用震相到时数据（包括pP-P和sP-P）测定的震源深度可 以认为是地震初始破裂点的深度 • CMT深度实质上反映的是地震矩张量密度分布的某种矩心 的深度（吴忠良，牟其铎： 现代地震目录，国际地震动态 ，1994．(41):1~4）• 矩张量反演获得的深度体现的是震源的一种矩心，它既不 是震源的几何中心，也不是简单的震源体的“质量”中心（ 高原、周蕙兰：中国科学院研究生院学报，Vo1.14 ，No.2 ，1997）。

• 不同意义下的震源深度可以相互比较，但不能彼此替代 • 本报告的讨论限于利用震相到时数据测定的震源深度测定震源深度的意义• 可以帮助我们推断具体地震的成因 • 可以帮助我们推断地震可能造成的破坏程度和影响范围 • 是判断地震类型的重要依据特别是在核爆炸以及其他非 天然地震的鉴别方面，震源深度成为决定性判据之一 • 有震例表明，在大地震发生之前，未来震中区及邻区出现 深震，对大地震预测具有一定意义 • 可靠的震源深度是进一步测定其他地震参数（如震源机制 解）的基础，也直接影响如矩张量反演、震源过程反演的 起始点源位置 • ……并非任何条件下都能得到可靠的震源深度• 地震台网：台网相对于地震事件的几何分布，台 站的噪声水平，台站的地震计配置（频带，动态 范围，灵敏度），时间服务； • 震相数据：可得到的震相数据种类，震相识别的 正确性，震相到时的读数准确度； • 震源深度测定方法：能否充分利用可得到的到时 数据，自动处理与人机交互分析； • 允许的处理时间：地震速报，地震波形的详细分 析； • 地球（地壳）速度结构测定震源深度的固有困难：地震台 网不能三维地包围震源• 如果把震中位置（地理经纬度λ、φ或在区域台网情况下相 对于台网中心的直角坐标x、y）、震源深度和发震时刻作 为4个参数求解，由于台网并非在三维意义上的包围震源 ，使得发震时刻与震源深度这两个参数不独立。

• 性化求解的情况下，表现为走时空间偏导数矩阵中对 应于震源深度的一列元素都接近于1，而对应于发震时刻 的一列总是为1，这导致矩阵接近奇异，由于到时读数误 差的存在，使迭代不能收敛于正确解 • 在搜索类定位方法中则表现为其目标函数有多个相对极小 值，对应于不同的深度和发震时刻组合，也是由于到时读 数误差的存在，使得目标函数极小值对应的结果并非我们 期望的合理结果对震源深度结果可用性的提示和约束• 因此，需要一些提示和约束，指出在一些情况下地震定位 程序给出的震源深度是不可用的 • 例如：《区域台网地震月报目录与地震观测报告编报技术 规范》（1997）规定，地震月报目录中要尽可能地提供震 源深度值, 定位精度在一类以上且有近台记录（△≤5Okm ）的地震必须测定震源深度值,数据表示到个位(单位:公里) • 上世纪80-90年代，北京台网定位结果输出中，对于不满 足上述要求的地震，给出提示，指出其震源深度“不可用” ，于是在地震目录中该地震的震源深度栏空 • 在地震定位程序中根据地震定位质量的判别标准，划分地 震的类别，例如下表，以此告知震源深度结果的可靠性定位质量标准台网质量标准 QDNO （使用台站个数 ）GAP(º) （空隙角）DMIN(km) （最近台的震中距） A>=6=6=65的情况下，震中距30-90°的台站可 记录到远震波形，从而可读取远震深度震 相。

如果震源有一定深度的话，有经验的 分析人员可以在单台记录上读取pP和/或sP 基于地震波形分析的震源深度测定利用理论（合成）地震图与记录地震图的拟合， 识别区域的深度震相和远震的深度震相，并得到 震源深度例如： • 马树田（Sutian Ma），2010， Focal Depth Determination for Moderate and Small Earthquakes by Modeling Regional Depth Phases sPg, sPmP, and sPn，BSSA 100(3):1073~1088; • 罗艳, 倪四道等，一个发生在沉积盖层里的破坏性 地震: 2010年1月31日四川遂宁-重庆潼南地震，科 学通报Vol.56,No.2:147~152,2011)深度12km和方位236°在震中距0.3°-2.0°产生的合成波形波形编号等于以度 为单位的震中距乘以100各道波形以初始震相对齐（Ma，2010，图2）以一个地震源模型和一个爆炸源模型产生的合成波形（分别为波形CRLO/130– CRLO/150和波形EXPL/140–EXPL/150），以及由一个小地震（1995年9月12日 mN3.7,west Quebec) 产生的在CRLO台记录P波部分。

波形CRLO/EHZ） CRLO/130是震中距2.10°、方位角283°、深度13km产生的EXPL/140是在深度 14.0km产生的波形CRLO/EHZ是由该小地震产生的P波部分对该地震建模的 震源深度是14.5kmMa，2010，图8）合成地震图方法的准备• 马树田（Ma，2010）为产生合成地震图，作了以下准备 ：为产生合成地震图，需要地壳模型、地震位置、震源机 制和震源深度对于较小地震，震源时间函数不重要，取 三角形作为震源时间函数因为震源机制不决定震相的到 时，而地壳结构决定到时，所以在产生合成的区域深度震 相时地壳结构是关键因素Ma所研究地区的地震震源机 制大多为逆冲型，故取一个逆冲型震源机制作为预设震源 机制因为区域深度震相在位移记录上更易于鉴别，故合 成位移波形该文中合成的和观测的都是垂直分量 • 评论：该方法值得一试，有助于加深对一个地区区域深度 震相的认识，进而在常规处理中利用这些震相数据理清测定震源深度的时间因素n 把地震速报作为一个渐进过程： • 自动速报：1~3分钟 • 人机结合的即时速报：10分，12分，15分 • 人机结合的速报修订：30分，1小时，或更长n 改善地震编目中的震源深度测定 • 用足够多的时间进行修定 n 对特定地震和特定地震序列的“精”定位，特别是震源深度 。

• “精”定位需要更多的时间基于常规产出的到时数据所进 行的“快速响应”批量地震定位不能算是真正意义的“精定 位”在这一认识的基础上设计速报震源 深度的流程1 当有4个或更多近台（震中距5），利用远 台判定震源深度范围（看面波相对于横波的发育程度）， 识别远震深度震相，并以深度震相测定震源深度或判定为 地壳内地震 4 如地震不够大，则需利用后续震相对开发新一代地震定位软件的期望• 吸收借鉴前人的经验，包括人工处理时代的经验， 实现通用最优化算法与地震定位特殊方法（如多震 相）的有机结合； • 人机交互和自动读取后续震相的算法（S、sPn、sP ）（单台垂直分量，单台３分量，多台震相追踪， 多台波形叠 加 ）； • 不满足于固定震源深度的地震速报（人机结合）； • 给出对震源深度测定结果的误差估计； • 提高使用复杂地球速度模型（包括台站校正值）的 能力谢谢各位。