温联星研究组
 
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本研究组提出一种确定震源深度的新方法

2014-02-26

地震定位是地震学中最基本的问题之一,震源深度确定又是其最困难确定的。人们通常使用地震波P、S震相的走时来确定震源深度,但是走时非常依赖所提供的速度模型;另外,震中位置、震源深度和发震时刻都会在走时中互相平衡。在震中距较大的情况下,走时对震源深度的约束较差。一种很有效的办法就是加入深度震相(如:pP, sS等)来约束震源深度。但是,由于地下结构的不均匀性,深度震相往往淹没在地震波散射波里,其提取又是一个问题。全世界大多地震发生在板内地壳中,这些浅源地震直接影响到对人们的生活。因此精确确定这些地震的深度有着极其重要的意义,但是目前的方法仍存在很大问题。有没有一种简单的方法来提取这些地震的深度信息,进而确定其震源深度呢?

  最近,中国科学技术大学地震与地球内部物理实验室博士生张淼、硕士生田冬冬和导师温联星教授在此方面获得突破。我们提出了一种利用多台站自相关叠加的方法来确定震源的深度(图1)。利用地震波自相关来提取微弱的震源深度信号,对多台站自相关波形进行叠加来加强这一信号,进而精确获得震源深度。我们分别从地震波切向分量的尾波和主波中提取到了一致的震源深度信息。在尾波时间段,将多台站的尾波自相关叠加,提取出两倍的地表与震源间的走时信息,以此确定出震源深度;在主波时间段,利用下行的莫霍反射波SmS和上行经地表和莫霍反射的sSmS间的干涉,将其自相关波形对可能的震源深度按照理论的sSmS-SmS的走时差进行矫正叠加,能量最大的位置即确定为地震深度。数值模拟验证了这两种情况的可行性。另外,我们将这种方法应用到日本岛中的一个实际地震(图2a),利用尾波和主波得到了一致的震源深度(图2b、图3)。这种方法只依赖地壳的平均剪切波速度,但其对结果的影响并不大,比如:在假设平均地壳速度有10%的误差的情况下,得到震源深度误差也仅在1 km之内。

图1 多台站自相关叠加的示意图。a)为尾波情况,b)为主波情况。红色五角星代表地震,蓝色三角形代表台站,灰色圆点代表地壳中的散射体,线段表示地震波的路径。

图1 多台站自相关叠加的示意图。a)为尾波情况,b)为主波情况。红色五角星代表地震,蓝色三角形代表台站,灰色圆点代表地壳中的散射体,线段表示地震波的路径。

图 2 a)位于日本岛中部的一个地震例子。黑色五角星代表地震位置,三角形代表所用的台站,其颜色代表不同的震中距(等半径圆标注)。b)在不同震中距情况下的尾波自相关叠加结果,红色虚线标注为所得到的两倍震源深度走时(对应震源深度6.4 km)。

图 2 a)位于日本岛中部的一个地震例子。黑色五角星代表地震位置,三角形代表所用的台站,其颜色代表不同的震中距(等半径圆标注)。b)在不同震中距情况下的尾波自相关叠加结果,红色虚线标注为所得到的两倍震源深度走时(对应震源深度6.4 km)。

 图 3 多台站自相关叠加在主波情况下的结果。a)蓝色圆点对应于能量最大处(确定的震源深度为6.4 km)。b)黑色波形为主波的自相关波形,蓝色曲线对应于a)的O点矫正曲线。

图 3 多台站自相关叠加在主波情况下的结果。a)蓝色圆点对应于能量最大处(确定的震源深度为6.4 km)。b)黑色波形为主波的自相关波形,蓝色曲线对应于a)的O点矫正曲线。

上述研究结果已发表在国际知名地学期刊Geophysical Journal International(Zhang, M., Tian, D. and Wen, L., A new method for earthquake depth determination: stacking multiple-station autocorrelograms. Geophysical Journal International, 2014, doi: 10.1093/gji/ggu044)。

在线链接:http://gji.oxfordjournals.org/content/early/2014/02/25/gji.ggu044.full

作者通讯方式:zhmiao@mail.ustc.edu.cn

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