地形起伏对基于地震波形的浅源地震深度反演影响——以2017年9月3日朝鲜M6.3事件为例

震源深度是核试验以及塌陷等浅源地震研究中的关键参数,可以为事件成因分析提供关键信息.然而朝鲜核试验区域地形起伏较大,地形效应可能对震源深度反演的结果造成影响.本文基于理论地震图进行测试,研究了地形起伏对震源深度反演的影响.发现震源深度小于2km时,不考虑地形影响,反演得到的震源深度会系统偏浅0.2km左右.然后利用MDJ2速度结构模型,我们反演了2017年9月3日朝鲜M6.3事件的震源参数,结果显示震源深度约为0.8km.进一步基于带地形的格林函数重新反演了该事件的震源深度,发现在1km处波形拟合结果较好.不同速度模型测试结果显示该事件的震源深度反演误差约为1km.案例研究表明,基于层状均匀速度模型,利用区域地震波形资料反演的震源深度可以为浅源事件成因分析提供关键约束.     

多种方法综合测定河北昌黎ML4.5地震震源深度

利用CAP、TDMT、sPL深度震相等3种方法测定河北昌黎M_L4.5地震震源深度,利用CAP方法反演得到该地震的震源机制解,拟合得到最佳震源深度为4.5 km;利用TDMT方法反演得到拟合震源深度范围为5~6 km;在震中距20~80 km范围内的台站波形数据中,CHL、BDH两个台站识别到sPL震相,基于震源机制解,计算1~16 km深度范围对应的理论波形图,与观测波形比对后得到震源深度为5 km。结果显示,3种方法的深度研究结果基本一致,结合震源尺度以及昌黎M_L3.9地震CAP、sPL计算结果认为,昌黎M_L4.5地震的震源深度应为4~6 km。     

2012年6月24日宁蒗—盐源MS5.7地震震源参数研究

2012年6月24日宁蒗—盐源之间发生MS5.7地震.为了探讨其发震构造,本文首先利用近震宽频带波形记录,基于CrustModel2提供的速度模型,采用“裁剪-粘贴”(CAP,Cut And Paste)方法反演了震源机制解和深度.结果表明,该地震是以正断为主,兼具走滑分量,两个断层节面解的走向/倾角/滑动角分别为189°/59°/-40°和302°/55°/-141°,矩震级为5.3,矩心深度为4 km,采用该区其他速度结构模型得到的震源深度为6 km.通过分析近距离台站LGH的sPL波震相及远震距离澳大利亚台网上记录的sP波深度震相,进一步确认本次地震震源深度为4～8 km,是一次浅源地震.震后2天内的余震分布主要沿北西向分布,结合当地地质构造推断,本次地震可能发生在北西向永宁断裂上.     

多种方法测定广东阳西3.7级地震震源深度

应用CAP和深度震相方法,对2018年3月20日发生在广东阳西的M3.7级地震震源深度进行了测定。首先通过CAP方法反演获得震源机制解,拟合最佳震源深度为12km。然后在震中距100km以内的近台识别出清晰的sPL和PmP、sPmP震相,利用频率-波数(F-K)方法,计算出深度震相在不同深度下的理论地震图,与实际观测波形对比测定震源深度为12km。再利用250~400km震中距范围内台站上识别出的sPn与Pn震相的走时差,测得震源深度12.6km。多种方法的研究结果一致,表明该地震震源深度为12km比较可靠。     

单台sPL震相测定珊溪水库地震震源深度

稀疏台网下的传统走时定位难以确定中小地震的震源深度,而地震波深度震相蕴含着震源深度信息,为确定地震震源深度提供了新的途径。近震深度震相sPL和直达Pg波到时差与震源深度呈线性关系,可用以约束地震震源深度。本文以珊溪水库2014年震群事件为例,利用单台sPL震相测定了地震震源深度。结果表明:震源深度的测定结果与基于水库台网高密度台站下Pg和Sg走时定位Hyposat方法和全波形拟合CAP方法测定的震源深度高度一致,为4—6 km,与区域活动断层探测结果相符。sPL震相的优势震中距为30—50 km,区域台网范围内sPL与Pg的到时差与震源深度的线性关系相对固定,因此利用单台sPL震相即可快速获取可靠的地震震源深度,适用于稀疏台网下的中小地震震源深度的确定,且误差可控制在1—2 km范围内。      

2016年河北尚义M 4.0地震震源深度分析

基于河北数字地震台网宽频带地震记录,采用CAP波形反演法,计算得到2016年6月23日河北尚义M 4.0地震的震源机制和深度,并利用sPL震相进一步测定震源深度。计算结果显示：采用CAP方法反演,得到此次地震震源深度为11 km,采用sPL震相进行测定,得到震源深度为13 km,可见采用2种方法确定的震源深度基本一致,分布范围为11—13 km,表明此次地震发生在上地壳。     

USGS地震目录中4～5级震源深度异常地震可靠性初步研究:以南北地震带若干地震为例

在南北地震带地区,USGS全球地震目录中存在一些震源深度大于30km的地震.这些地震的震源深度是否可靠,对于研究这一地区的孕震机制、岩石圈强度和构造演化等科学问题具有重要意义.本文以南北地震带2012年发生的5个4~5级地震为例,利用区域地震台网的波形数据,基于sPL深度震相、短周期瑞利面波以及CAP等独立方法测定了其震源深度.结果表明:sPL深度震相和CAP方法给出的震源深度比较一致,差别小于2~3km,能够得到比较可靠的震源深度;短周期瑞利面波及其与P波振幅比也确定了地震震源深度较浅的特征.本文研究结果显示:宁夏会宁4.7级、云南富民4.8级和四川会东4.7级地震的震源深度约为8~12km左右,仍为发生于上地壳的地震,USGS地震目录给出的30km甚至更深的震源深度存在明显偏差;对于四川隆昌4.6和4.9级地震,本文给出的震源深度为1~2km,属于极浅源地震,USGS地震目录给出的10km和35km的震源深度结果尚需进一步改进.     

利用sPL震相测定福建仙游M 4.6地震震源深度

选用福建数字地震台网宽频带记录,利用sPL震相测定仙游2013年9月4日M 4.6地震震源深度.基于此次地震的震源机制解,结合本地区的速度模型,利用频率-波数法(F-K方法),先计算出相应震中距上不同深度的格林函数,再进一步得到sPL震相在不同深度上的理论波形;之后根据sPL震相的特点,选用震中距30～50 km范围的宽频带台站记录,经过去仪器响应、滤波、旋转至传播路径后,将其和理论波形进行比对,找出波形最为相似的对应深度.测定结果显示,此次地震深度为12 km左右.     

多方法计算四川炉霍Ms5.3地震震源深度

2011年4月10日四川炉霍发生了Ms5.3地震,为了解不同解算方法对此地震震源深度结果的影响程度,分别采用了CAP波形反演、多台sPn-Pn平均到时差和近震常规定位3种方法求解该次地震的震源深度。结果显示,利用CAP波形反演获得的该地震震源矩心深度约为11 km,采用多台sPn-Pn平均到时差测定的震源初始破裂深度约为12 km,两个结果基本一致,结果应该是可靠的;通过近震常规定位方法计算的震源深度约为18 km,结果的可靠性相对较低;本次地震的震源深度约为11 km,与该区域的优势发震层位比较一致。     

广西苍梧MS5.4地震震源深度

2016年7月31日广西苍梧发生的M_S5. 4地震是广西测震台网自建立以来所记录到的区域内最强地震。不同机构对于此次事件给出的震源深度结果相差较大,例如美国地质调查局(USGS)地震目录显示其深度为24. 5km,而全球矩心矩张量研究中心(Global CMT)测定的深度为15. 6km。为了进一步准确确定广西苍梧地震的震源深度,文中基于区域速度模型,首先利用走时残差全局搜索法初步得到此次地震震源深度及误差范围,然后使用CAP(Cut and Paste)方法反演苍梧地震震源机制,在此基础上,采用Rayleigh波振幅谱和s PL震相方法进一步约束了此次地震的震源深度。研究结果显示:利用走时残差全局搜索法获得的苍梧M_S5. 4地震震源深度及误差范围为(13±3) km,CAP方法反演的深度为10km,Rayleigh波振幅谱测定深度结果为9～10km,s PL震相测定深度结果为10km,最终确定广西苍梧M_S5. 4地震的震源深度约10km,这表明此次事件仍为发生于上地壳的地震。本文结果同时表明,USGS地震目录在研究区的震源深度精度有待提高。     

利用CAP方法和瑞利面波振幅谱联合反演宁强5.3级地震震源深度

2018年9月12日19时6分,陕西省汉中市宁强县发生5.3级地震,不同机构给出的震源深度结果相差较大。为进一步确定宁强5.3级地震的震源深度,基于区域速度模型,首先利用CAP方法反演得到该地震的震源机制解,然后采用瑞利面波振幅谱和CAP深度误差函数联合反演,进一步测定了此次地震的矩心深度。结果显示:CAP方法得到的陕西宁强5.3级地震矩心深度约为12km,瑞利面波振幅谱测定的矩心深度为13km,结合引入的误差函数联合反演,最终确定陕西宁强5.3级地震的矩心深度为13km左右,表明此次地震仍属于发生于上地壳的地震。     

利用sPL震相测定福建顺昌地区地震震源深度

选用福建数字地震台网宽频带记录,利用sPL震相测定顺昌地区2007年至2017年间ML≥3.5地震的震源深度。基于地震的震源机制解,结合本地区的速度模型,利用频率-波数法(F-K方法),先计算出相应震中距上不同深度的格林函数,再进一步得到sPL震相在不同深度上的理论波形;根据sPL震相的特点,选用震中距30~50km范围的宽频带台站记录,经过去仪器响应、滤波、旋转至传播路径后,将其和理论波形进行比对,找出波形最为相似的对应深度。结果显示顺昌地区地震深度为7km左右。     

利用sPn震相计算石嘴山M_L4.4地震震源深度

利用sPn和Pn震相走时差计算的2014年2月28日石嘴山M_L4.4地震的震源深度为7.21±0.277km;分析不同震源深度下民勤台的理论波形与观测波形拟合结果,得到震源深度为7~8km。研究认为,石嘴山M_L4.4地震属于浅源地震,震源浅和沉积层较厚是此次地震震感较强的主要原因。另外,合理选取地震波形数据和震相识别方法,可有效提高s Pn震相测定震源深度的可靠性。为便于应用,本文还给出了宁夏地区地震震源分别位于上地壳和下地壳时sPn和Pn震相走时差与震源深度的对应关系表。     

2004年东乌珠穆沁旗地震震源参数研究

利用波形反演方法, 研究并确定了2004年3月24日发生在内蒙古东乌珠穆沁旗与西乌珠穆沁旗交界处地震的震源机制及深度。 近震波形对震源机制有很好的约束, 而远震体波对于震源深度分辨率很高, 因此综合利用了近震和远震波形数据。 对于近震宽频带波形记录, 用CAP方法反演震源机制解。 利用远震直达P波、 pP波和sP波的到时能较好的确定震源深度。 综合利用近震宽频带波形和远震体波波形记录, 反演得出2004年03月24日地震为逆冲型, 震级为M_W5.3。 其两个节面分别为: 节面I的走向、 倾角、 滑动角分别为147°、 22°、 87°, 节面Ⅱ的走向、 倾角、 滑动角分别为 330°、 68°、 91°; 震源深度为(12±2) km, 是一个典型的浅源上地壳地震。 与前震序列对比, 节面Ⅰ是可能的发震构造。     

阜阳M_S4.3地震震源深度的确定及地震成因分析

2015年3月14日在安徽阜阳地区发生了M_S4.3地震,随后发生3月23日M_s3.6余震.主震造成2人死亡13人受伤.房屋倒塌155间,受损1万多间.主震震级不大,而造成的灾害巨大.本文使用CAP方法反演了两次地震的震源机制解和震源深度,结果显示两次地震的震源机制解和深度一致.主震的机制解节面Ⅰ走向110°,倾角75°,滑动角—10°;节面Ⅱ走向202°,倾角80°,滑动角—164°;矩震级M_w4.3,余震矩震级M_w3.7,反演最佳深度均为3 km.最佳深度时波形拟合相关系数较高,表明反演结果是可靠的.使用sPn和sPL深度震相进一步分析了两次地震的震源深度.结果显示,选取的7个台站的sPn震相与Pn震相的平均到时差为1 s,对应的震源深度为3 km.震中距为36 km的利辛台的sPL震相与Pg震相到时差约为1.1 s,对应震源深度约3~4 km之间.两种深度震相分析的震源深度与CAP方法的结果一致,表明本文给出的阜阳地震震源深度为3 km左右基本是可靠的.本次地震造成较大灾害的原因很可能与地震震源较浅有关.阜阳地区地壳结构相对稳定,地质构造演化形成3 km厚的沉积层,本次地震可能是区域应力作用下发生在沉积层里的一次地震.     

CAP方法反演2014年山东乳山M4.2、M4.0地震震源机制解

选用山东数字地震台网波形资料,利用CAP方法反演乳山2014年1月7日M4.2及4月4日M4.0地震震源机制解。反演结果显示,两次地震均在矩心深度为6 km处获得最佳震源机制解,其节面参数基本一致,属于近走滑型地震。震中附近流动台站的震源距计算表明地震序列震源深度应略小于7 km,与CAP方法反演结果具有一致性,表明地震的主体破裂发生在上地壳。     

广西苍梧M_s5.4级地震震源机制解与震源深度

选取广西、广东和湖南区域测震台网中的14个宽频带数字台站记录的地震波形数据,采用CAP方法计算2016年7月31日广西苍梧M_S5.4级地震的震源机制解和最佳震源深度,反演结果显示:最佳双力偶解为:节面Ⅰ走向340°,倾角19°,滑动角-18°;节面Ⅱ,走向82°,倾角76.5°,滑动角137.6°,矩震级为M_w4.9,最优深度解为9.2 km,与CENC结果基本一致。从宽频带地震记录波形上寻找Pn和s Pn震相并且利用其震相到时差测定震源深度为10.1 km,与CAP结果基本一致,验证了该方法的可行性。     

以和静地震为例分析sPn震相在震源深度测定中的应用

利用新疆台网波形数据,对2012年6月30日新源、和静交界区MS6.6地震以及2012年6月30日和静MS4.2地震波形中sPn震相进行分析。通过sPn震相与Pn震相的到时差,并结合2015年新疆模型和3400走时表模型对两个地震进行震源深度测定。结果表明,采用两个模型得出的震源深度与中国地震台网中心测定深度的误差分别为1.7km与1.5km,2.4km与2.1km,其结果真实可靠。     

sPL震相在九江—瑞昌M_S5.7地震序列震源深度测定中的应用

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9~11km范围内。     

甘青交界地区sPn震相研究及其震源深度计算

通过对甘青交界地区3个M≥4.5级地震震相的分析,认为在震级M≥4.0级,震中距300km~800 km的甘青交界地区地震,青海数字地震台网部分台站可记录到清晰的sPn震相。采用sPnPn平均到时差方法计算2013年2月12日的青海海西5.1级地震震源深度为14.3 km、9月20日青海门源5.1级地震震源深度9.9 km;2014年10月25日甘肃碌曲4.5级地震震源深度15.2 km。为了验证上述计算结果,用CAP法反演上述3个地震矩心深度,误差比国家地震台网给出的震源深度均小于5km。进一步说明sPn-Pn平均到时差在甘青走时模型下,只要能识别出sPn震相,就能快速准确算出震源深度且震源深度误差较小,结果可靠。