Pdif波在中国CDSN台站的运动学特征①

许健生，隗永刚，张淑珍

（1．中国地震局地球物理所北京地震台，北京 100095；2．北京白家疃地球科学国家野外科学观测研究站，北京 100095；3．甘肃省地震局兰州观象台，甘肃兰州 730046；4．兰州地球物理国家野外科学观测研究站，甘肃 兰州 730046）

0 引言

1936年丹麦女地震学家莱曼首先在地震图上识别出了地球核幔界面上传播的衍射波Pdif。1940年由英国地震学家杰弗里斯和澳大利亚地震学家布伦用1930－1940年的观测资料给出了地震波在地球内部传播的走时表（简称J－B表，下同），给出了震中距105°～130°，震源深度33～794km的Pdif波走时。1991年国际地震学和地球内部物理学联合会（简称IASPEI）用1964－1987年的观测资料给出了《IASPEI1991地震波走时表》（简称IASPEI1991表，下同），该走时表给出了震中距100°～144°，震源深度分别在0、100、300和600km的Pdif波走时表。

在中国大陆虽然从上个世纪50年代就有SK型等中长周期地震仪开始观测，但国内鲜有文献讨论Pdif波的运动学特征。直到20世纪80年代随着763长周期地震仪台网在中国大陆开始观测，赵荣国［1］、郭瑛［2］和唐燕娟等［3］开始讨论 Pdif波在北京和其它地震台763长周期地震仪器上的记录特征（模拟记录），但都没给出Pdif波在震中距100°～180°间的完整走时表。从1983年起中国地震局与美国地质调查局合作陆续建成了中国数字地震台网（简称CDSN，下同）的11个数字化地震台。CDSN台站的数字地震仪具有宽频带、大动态范围和高线性度等优越性。CDSN台站位置如图1所示，台站情况见表1。本文使用CDSN台站1990－2012年间记录到的124个极远震资料进行分析处理，研究Pdif震相的运动学特征，并给出比IASPEI1991表范围扩展的Pdif走时表。

1 资料

所用资料全部来自CDSN台站在1990－2012年间记录到的124个极远震宽频带数字记录，地震参数取自美国地震学合作研究协会（简称IRIS，下同）发布的地震目录。发震时间和地震图上标注的时间均为世界标准时。所用地震目录见表2。

表2中给出的震中距为IRIS的测定结果，可见目前CDSN台站记录Pdif波的震中距范围是100．0°～179．0°。震级范围为6．0～8．8级，震源深度范围为4．0～631．3km。震中主要分布在中美洲和南美洲的墨西哥、秘鲁和智利等地区（图1）。

表1 CDSN台站信息和观测数据情况Table 1 The information of Pdif wawe and CDSN stations

图1 CDSN台站位置和震中分布图Fig．1 Distribution of earthquake epicenters and CDSN stations

表2 地震目录Table 2 The catalogue of used earthquakes

续表2

续表2

2 Pdif波的运动学特征

许健生等用CDSN北京地震台（1990－2008年）和CDSN兰州地震台（1990－2000年）的观测资料给出了Pdif波在这两个台站的记录特征，并得到了Pdif波在101．9°～175．7°间的PKP－Pdif和PP－Pdif的到时差与震中距的关系［4－5］。

本文用CDSN11个台的观测资料给出了在h≤100km、100＜h≤300km和300＜h≤631．3km的不同震源深度上Pdif波在100．0°～179．0°间的运动学特征和相应的走时表（表3）。

表3 Pdif波走时表Table 3 The table of travel－time of Pdif wave

2．1 浅源地震的Pdif波的运动学特征

为了和IASPEI1991地震走时表给出的h＝100 km时的Pdif波走时特征做对比，本文选取了104个h≤100km的数据，给出了震中距在100．0°～179．0°间Pdif波的运动学特征。

（1）由图2见，Pdif波的走时与震中距有很好的线形关系，与IASPEI1991地震走时表［6］给出的Pdif走时直线（虚线）基本平行，但有系统的差异。这种差异反映了中国大陆局部速度模型与全球平均速度模型之间存在系统差异。在震中距100°时的差值为11．2s，在震中距144°时的差值为17．0s。Pdif波走时与震中距的关系可拟合为

式中T的单位为秒，Δ的单位为度。

图2 Pdif波走时与震中距的关系Fig．2 The relation between travel time of Pdif wave and epicenter distance

（2）当震中距Δ＞100°以后，Pdif在PKP之前出现的时间范围是4min10．7s～29．8s之间。由图3可见，随着距离增大，Pdif与PKP的时差越来越小。Pdif与PKP时差与震中距之间的关系可拟合为

（3）Pdif在PP震相之前出现的时间范围是4 min05．4s～6min42．0s之间。由图4可见，随着震中距增大Pdif与PP之间的时差越来越大。Pdif与PP之间的时差与震中距之间的关系可拟合为

图3 PKP－Pdif时差与震中距的关系Fig．3 The relation between difference time of PKP－Pdif and epicenter distance

（4）由图3可见，CDSN台站观测到的Pdif波的到时与PKP的到时差在震中距100°～180°间有很好的线性关系，这可能是因为PKP波的射线路径主要在地核内，传播路径上介质的一致性较好。

（5）由图4可见，CDSN台站观测到的Pdif波到时与PP波的到时差与震中距的关系在震中距100．0°～179．0°间可拟合为二次曲线，这可能是因为PP波的射线路径主要在地幔内，传播路径上介质的一致性较差，是非线形关系。

图4 PP－Pdif时差与震中距的关系Fig．4 The relation between difference time of PP－Pdifand epicenter distance

2．2 深源地震的Pdif波的运动学特征

为了研究震源深度对Pdif波走时的影响，便于和IASPEI1991地震走时表给出的h＝300km和h＝600km时的Pdif波走时特征做对比研究，本文选取了12个震中距在108．6°～178．7°间，震源深度在100km＜h≤300km间，和8个震中距在138．0°～173．0°间的数据，给出了不同震源深度的Pdif波运动学特征。

（1）由表3可见，在震源深度100km＜h≤300 km和300km＞h≤631．5km时，Pdif波的走时与震中距有很好的线性关系，与IASPEI1991地震走时表给出的h＝300km和h＝600km时Pdif波的走时直线基本平行，在震中距100°时的差值分别为19．5s和5．7s，在震中距144°时的差值分别为26．0s和9．8s。

不同震源深度的Pdif波走时与震中距的关系可拟合为

（2）由表3可见，在100km＜h≤300km和300km＞h≤631．5km时，Pdif与PKP的时差随着震中距的增大在逐渐缩小。Pdif与PKP时差与震中距之间的关系可拟合为

（3）由表3可见，在100km＜h≤300km和300km＞h≤631．5km时，Pdif与PP的时差关系可拟合为

（4）对于有一定震源深度的地震常可观测到P、S波在震中附近的反射波pP、sP在幔核界面上衍射形成的pPdif和sPdif波，pPdif－Pdif和sPdif－Pdif的时差分别与pP－P和sP－P的时差相等。

图5给出了乌鲁木齐台、西安台和昆明台在不同震中距记录到同一深度地震的pPdif波的典型记录。

3 结论

通过对1990－2012年CDSN11个台记录到的Pdif波的运动学特征分析，可以得出以下结论：

图5 3个台站的2007年11月29日MS7．4背风群岛地震的pPdif记录（h＝147．5km，EPC：N14．97°，W61．26°）Fig．5 The pPdif wave seismographs of windward islands earthquake with MS7．4recorded by three stations

（1）目前Pdif波在CDSN台站的记录范围为100．0°～179．0°，震级为6．0～8．8级，震源深度为4～631．3km。与J－B表和IASPEI1991表相比，CDSN台站的宽频带数字地震仪大大拓展了Pdif震相的记录范围。

（2）本文给出的不同震源深度的《Pdif波走时表》是对《IASPEI1991地震走时表》的有益补充。《Pdif波走时表》与《IASPEI1991地震走时表》有系统的差异，这种差异反映了中国大陆局部速度模型与全球平均速度模型之间存在系统差异。

（3）震源深度对Pdif与PKP时差的影响随距离的增大逐渐减小。

（4）震源深度对Pdif与PP时差的影响在140°时最大，在震中距100°和180°时最小。

（5）深震衍射波pPdif和sPdif波与Pdif波的时差pPdif－Pdif和sPdif－Pdif分别与pP－P和sP－P的时差相等，与pP－P和sP－P一样可作为测定震源深度的参数。

致谢：本文的数据处理和震相标注均由黑龙江省地震局和跃时高级工程师提供的“CDSN地震台站分析软件”完成，在此深表谢意。

（References）

［1］ 赵荣国．中国763长周期台网观测Δ＝175．6°的幔－核界面衍射波［J］．国际地震动态，1987，（3）：14－16．

ZHAO Rong－guo．Waves Diffracted at the Mantle－core Bound－ary Were Observed by Type－763Long－period Seismograph Network of China［J］．Recent Developments in World Seismology，1987，（3）：14－16．（in Chinese）

［2］ 郭瑛．关于Δ≥140°的地震衍射波Pdif［J］．地震地磁观测与研究，1989．10（4）：27－30．

GUO Ying．On Diffracted Wave Pdif forΔ≥140°［J］．Seismological and Geomagnetic Observation and Research，1989．10（4）：27－30．（in Chinese）

［3］ 唐燕娟．对P波衍射波Pdif震相记录范围的讨论［J］．地震地磁观测与研究，1997．18（2）：32－36．

TANG Yan－juan．A Discussion on Recorded Distance for Diffraction Wave Pdif of Wave P［J］．Seismological and Geomagnetic Observation and Research，1997．18（2）：32－36．（in Chinese）

［4］ 许健生，隗永刚，张淑珍．Pdif震相的记录特征［J］．地震地磁观测与研究，2011．32（4）：115－121．

XU Jian－sheng，WEI Yong－gang，ZHANG Shu－zhen．The Recording Character of Pdif Phase［J］．Seismological and Geomagnetic Observation and Research，2011．32（4）：115－121．（in Chinese）

［5］ 许健生，隗永刚，张淑珍．Pdif震相在CDSN兰州地震台的记录特征［J］．西北地震学报，2012．34（3）：239－244．

XU Jian－sheng，WEI Yong－gang，ZHANG Shu－zhen．The Recording Characters of Pdif Phase in Seismic Wave at CDSN Lanzhou Seismic Station［J］．Northwester Seismological Journal，2012．34（3）：239－244．（in Chinese）

［6］ B L N Kennett．IASPEI 1991地震走时表［M］．北京：地震出版社，1993：108－130．

B L N Kennett．IASPEI 1991Seismological Tables［M］．Beijing；Seismological Press，1993：108－130．（in Chinese）