sPL震相在九江—瑞昌MS5.7地震序列震源深度测定中的应用

项月文，罗 丽，肖孟仁，汤兰荣，郑 斌

(江西省地震局，南昌 330039)

sPL震相在九江—瑞昌MS5.7地震序列震源深度测定中的应用

项月文，罗 丽，肖孟仁，汤兰荣，郑 斌

(江西省地震局，南昌 330039)

利用近震深度震相sPL的基本特征和九江地震台的波形资料，对2005年11月26日九江—瑞昌MS5.7地震序列ML2.0地震进行了sPL震相分析，得到了该地震序列较为可靠的震源深度分布，并与CAP波形反演、双差定位、sPn震相、Hyposat等方法定位的结果进行了对比。结果表明，sPL震相测定的近震震源深度较为可信，该地震序列的震源深度分布在9～11 km范围内。

sPL震相；震源深度；九江—瑞昌MS5.7地震序列

0 引言

震源深度是描述震源信息的基本参数之一，其分布对地震学研究、地震构造研究、地震活动性评价、地震危险性评估具有重要意义[1-3]。可靠的震源深度还有助于更好地约束地震事件的震源位置以及起始时间[4]。然而震源深度却是目前最难准确测定的震源参数之一。通常用Pg和Sg波走时资料反演震源深度，必须是在台网密集、震中距较小(小于2倍震源深度)的情况下，才能获得较高精度的震源深度。而国内区域台网受观测方式和台站分布等客观条件所限，大多很难满足这一要求。

近年来，近震深度震相(sPg，sPmP和sPn)和CAP波形拟合的研究为确定地震的震源深度提供了一些新的研究思路[5-13]。2010年，崇加军等[14]提出了一种新的近震深度震相sPL，该震相与直达P波的到时差对震中距离不敏感，而随着震源深度的增加几乎呈线性增加，因此可以很好地约束震源深度。

2005年11月26日08时49分，在江西省九江县与瑞昌市交界发生MS5.7地震，这是江西地区有地震记载以来发生的最大地震，其余震活动较为活跃。本文利用九江地震台记录的该地震序列(截止到2006年7月)ML≥2.0的地震波形资料，有针对性地将sPL震相识别出来，并根据其震相特征精确地计算出震源深度，得到了该地震序列较为可靠的震源深度分布。

1 sPL震相的基本特征和走时方程

sPL震相是由从震源出射的SV波向上传播到自由地表附近时发生全反射后形成沿着地表传播的P波(surface P wave，自由地表P波)或者SV波入射到自由地表后形成的多次P波或其散射震相[14]，传播路径如图1所示。在稀疏台网布局情形下，sPL震相对于确定中小地震震源深度比较准确，其基本特征是：一般在较小震中距(即30～50 km附近)发育得较好，在宽频带地震记录中，通常在直达P波之后，S波之前可能观测到，其能量主要集中在径向分量，垂向分量的振幅相对径向要小，切向分量上的振幅很弱，波形具有低频的特性，没有P波尖锐[14]。sPL-P到时差随震中距几乎不变，仅随震源深度的增加几乎呈线性增加，可以用来在近距离范围确定震源深度。由于sPL震相出现距离较近，因而可适用于稀疏台网布局下的较小地震的近台记录。

图1 均匀半空间下sPL震相传播路径示意图

根据均匀半空间模型sPL震相产生的原理[14]，假设P波速度VP已知，VP/VS波速比为α，震源深度为h，则sPL与P的到时差(sPL-P)与震中距Δ的关系可表示为[15]

(1)

若远h2小于Δ2，h2+Δ2的值趋于Δ2，则式⑴可以近似为：

(2)

2 sPL震相在九江—瑞昌MS5.7地震序列中的应用

以九江—瑞昌MS5.7地震序列的波形资料为例，对截止到2006年7月ML≥2.0的地震进行sPL震相分析。由于震区台网布局相对稀疏，离主震最近的只有震中距约25 km的九江地震台，根据sPL震相的基本特征，利用该台站波形记录上的sPL震相确定九江—瑞昌MS5.7地震序列的震源深度是可行的[14]。

为了清晰地观测到sPL震相，我们先将所有原始波形数据进行去倾斜、去均值和扣除仪器响应处理，再将它们从UD-NS-EW分量旋转为Z-R-T分量，在旋转时通过使T分量的P波能量最弱来寻找最佳的旋转角，以避免因水平位置定位误差导致不能获得较好的R和T分量。然后对数据采用1 Hz以下的低通滤波，并将速度记录积分到位移记录。图2给出了地震序列中部分ML≥2.0的地震处理后的三分量波形位移记录，我们可以清晰地观测到sPL震相：出现在直达P波之后，S波之前；R分量振幅比Z分量振幅要强，T分量振幅很弱；其周期明显大于其它体波震相。

R为径向分量(黑色)，T为切向分量(红色)，Z为垂向分量(绿色)

通过对地震序列中78次ML≥2.0地震的处理分析，发现其中59次地震可以观测到清晰的sPL震相，震中距范围从23～43 km，sPL-P到时差基本集中在2.3～3.2 s范围内，图3为59次ML≥2.0地震的sPL-P到时差随发震时间的分布情况。

图3 ML≥2.0余震的实测sPL-P到时差演变图

根据吕坚等[16]给出的九江—瑞昌地区地壳速度模型，取P波速度VP=5.1 km/s，VP/VS波速比α=1.73。根据式(1)计算震源深度h，结果显示九江—瑞昌MS5.7地震序列的震源深度在9～11 km范围内，图4给出了59次ML≥2.0地震的震源深度随发震时间的分布情况。

图4 ML≥2.0余震的实测震源深度演变图

3 震源深度计算结果与其他方法定位结果的比较

吕坚、杨中书、罗丽等[16-18]分别采用CAP波形反演、双差定位、sPn震相测定的方法对九江—瑞昌MS5.7主震和MS4.8余震的震源深度开展过相关研究。2005年11月26日08时49分MS5.7主震，江西台网编目的震源深度结果为9 km，CAP波形反演的震源深度为11 km[16]，双差定位结果为11.9 km[17]，sPn震相测定结果为10.7 km[18]，本文采用sPL震相计算的震源深度为11 km。2005年11月26日12时55分MS4.8余震，江西台网编目的震源深度结果为9 km，CAP波形反演的震源深度为13 km[16]，双差定位结果为12.3 km[17]，本文的结果为9 km。可见，在这2次地震震源深度的测定中，CAP波形反演、双差定位、sPn震相等深度测定方法与本文所采用的sPL震相测定方法具有很好的一致性。

将本文sPL震相测定的地震序列中59次ML≥2.0地震震源深度结果与Hyposat定位(曾文敬等，待发表)和双差定位[17]获得的深度结果进行比较，结果见表1。(1)Hyposat定位结果是通过分析流动台网及部分近距离的固定台数据(11月27日前为固定台网数据)，采用九江—瑞昌地区地壳速度模型[16]计算得到，对比发现除2005年11月26日09时40分ML2.5地震和2005年11月26日16时36分ML2.6地震的结果相差较大外，其他余震事件的震源深度结果与本文的测定结果一致性均很好。(2)双差定位结果是通过分析江西固定台网和范镇流动台的数据，采用江西—瑞昌地震震源区一维地壳速度模型[17]计算得到，对比发现除2005年11月26日16时21分ML3.1地震和2005年12月19日23时38分ML3.4地震外，其他余震事件的结果与本文测定结果均比较接近。以上对比表明用sPL震相确定近震震源深度是可行的，只要能够准确无误地识别出sPL震相，就可以得出较精确的震源深度值。而以上4个余震事件的深度测定结果相差较大，可能是因为台网相对稀疏[17]，或只利用走时定位的结果误差较大所致。

表1 九江—瑞昌MS5.7地震序列目录及深度测定对比表(ML≥2.0)

4 讨论与结论

本文根据近震深度震相sPL的基本特征和九江—瑞昌地区地壳速度模型，对九江—瑞昌MS5.7地震序列ML≥2.0地震(截止到2006年7月)的震源深度进行了测定。结果表明，在地震序列的78次ML≥2.0地震中，九江地震台有59次能记录到清晰的sPL震相，sPL-P到时差基本集中在2.3～3.2 s内，通过计算得到该地震序列的震源深度分布在9～11 km范围内。

在对九江—瑞昌MS5.7地震序列ML≥2.0地震的实际观测中，可以明显观测到：sPL震相出现在直达P波之后，S波之前；径向分量能量明显强于垂向分量，切向分量振幅很弱；以低频成分为主，其周期明显大于其它体波震相，不容易被误认为S波初至。震级越大的地震sPL震相特征越显著，部分ML2.0左右地震因处理后的波形存在失真，较难识别出sPL震相。因此在台网布局相对稀疏的情形下，sPL震相对于确定中小(ML2.0以上)地震震源深度具有较好的应用意义。

通过将sPL震相测定的震源深度与CAP波形反演、双差定位、sPn震相、Hyposat等方法获得的结果进行对比，发现这几种方法测定的震源深度具有较好的一致性，表明利用sPL震相确定中小地震震源深度是可信的。由于本文是直接采用近震深度震相sPL来约束震源深度，提高了对震源深度的分辨率，同时还可以有效避免地震台站记录很少或分布不合理时，震源深度反演不收敛的问题，其测定结果的误差主要来自于sPL震相识别误差和地壳模型误差。在本研究中，地壳速度模型综合了人工地震探测的成果[19-21]，相对较为可靠，总体估算测定结果的误差应该小于3 km。

综上所述，在台网布局相对稀疏的情形下，如果区域台网记录中能够记录到sPL震相，且分析人员能够准确识别该震相，那么只要利用离震源50 km以内且大于2倍震源深度的一个三分量宽频带地震台站的波形记录，就能够测算出较为精确的震源深度，这将有助于提高区域台网震源深度测定的准确性。

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ApplicationofsPLPhaseinFocalDepthDeterminationoftheJiujiang-RuichangMS5.7EarthquakeSequence

XIANG Yue-wen, LUO Li, XIAO Meng-ren, TANG Lan-rong, ZHENG Bin

(Earthquake Administration of Jiangxi Province, Nanchang 330039, China)

In this paper, we selectML≥2.0 aftershocks of the 26 November 2005 Jiujiang-RuichangMS5.7 earthquake sequence recorded on Jiujiang seismostation. According to the characteristics of depth phase sPL, the sPL phase analysis for this earthquakes are conducted. The reliable results of focal depth distributions calculated by sPL phases are given and compared with that obtained by other methods (the CAP method, the method of double-difference location, the method of sPn phase, the Hyposat method, etc). The results show it is feasible by measuring near-field earthquake depth using sPL phase. The earthquake sequence concentrate in the depth range of about 9～11 km.

sPL phase; focal depth; the Jiujiang-RuichangMS5.7 earthquake sequence

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.02.002

2014-04-21

中国地震局地震科技星火计划项目(项目编号：XH12027)

项月文(1983-)，男，工程师，硕士。主要从事地震监测与系统管理工作.E-mail: xyw601@163.com

P315.31

A

1003-1375(2014)02-0007-07