地震定位方法适用性分析

王承伟，李恩来，王 帅，安祥宇，赵 倩，杨振鹏

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）



地震定位方法适用性分析

王承伟，李恩来，王 帅，安祥宇，赵 倩，杨振鹏

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

摘要：选取辽宁区域三种不同类型的六次地震事件，运用单纯型、Hyposat、HYP2000三种定位方法对其进行重新定位，产出的结果进行对比分析。结果表明，Hyposat方法在定位这三种类型的地震时，残差范围最小最为稳定，定位网内地震时震中差也相对比较小，较适用于内陆地震和矿震的地震定位。

关键词：不同类型地震；定位方法；定位残差；震中差

0　引言

通过辽宁地区不同类型的地震事件，采用Hyposat、单纯型法、HYP2000三种不同的定位程序，研究定位不同类型事件的最佳定位方法。为此，笔者试图对定位方法的适用性的进行一些探讨。使用目前全国通用的MSDP系统地震定位软件，采用MSDP系统单纯型、HYPOSAT、HYP2000 定位方法对内陆地震、矿震、海域地震进行重新定位，使用软件自带的速度模型，产出定位残差及震中位置差，将结果进行对比分析。

辽宁测震台网是由5个国家数字测震台、30个区域数字测震台及2个背景场项目新建台组成的数字地震观测台网。测震台均匀分布在全省各地，平均台站间距70km，中部地区台站分布密集一些。通过中国地震台网中心实时波形数据流服务器接入邻省14个台站。辽宁台网实际的监测能力在大部分地区能控制在ML1.5级，边缘及邻近海域能控制在ML2.0级。同一范围内速报能力大约比监控能力低0.2级。

1　定位方法介绍

1.1单纯型法

Nelder和Mead（1965）提出了单纯型法。该方法是在n维空间中，用n+1个顶点构成一个多面体。依据单纯型运算规则，计算各顶点的函数值，然后进行比较，确定顶点的优劣后接着计算新点，用好的顶点代替坏的顶点，这样不断地改变顶点，使单纯型朝着目标函数最小方向移动，最终获得准确解。下面以二维为例说明单纯型寻优算法。

单纯型改变顶点计算方法有4种，它们分别是反射、扩展、收缩和压缩，图1为二维空间单纯型算法图。为了提高计算效率，使单纯型在空间迅速寻优，Walmsley对Nedlder和Mead的单纯型算法在两个方面进行了改进：（1）求扩展点；Nedlder和Mead方法求扩展点只求一次，而Walmsley的方法是只要在扩展点有改进，就可继续扩展；（2）新点确定。Nedlder和Mead方法是与重心点的函数值比较，而Walmsley的方法是与极大点的函数值比较，这样可避免寻优过程中的振动现象，从而提高寻优速度[1]。

1.2Hyposat

Hyposat 是一个为震源定位而开发的程序包。它利用了走时数据、反方位角（即台站到事件的方位角）值和射线参数值。所考虑的震相是那些包含于IASP91震相类型表中的震相，如果使用地方模型，还包括从康拉德和莫霍不连续界面反射的震相。程序遵循IASPEI标准震相命名工作组所推荐的震相名称。

1.3Hyp2000方法

HYP2000适用于地方震和近震的地震定位和定震级的Fortran程序。该程序是处理一个地震的地震台数据文件（如P波到时和地震图上的振幅和持续时间），得到地震位置和震级。在利用水平分层模型时，采取措施补偿地壳横向不均匀性对走时的影响。

HYP2000定准程序采用传统的Geiger法的基本思路：把走时T在初值(x,y,z)附近作泰勒展开，取一级近似，为：

其中T为实际走时，是相应于（x，y，z）附近一点（x'，y'，z'）的走时。在此基础上建立观测方程组，然后求解观测方程组。算法上，即先将观测方程组降维，不化成正规方程组，直接用奇异值分解最小二乘法方程组，在实际计算中采用多种数据加权。HYP2000可采用分区水平分层速度模型，为每个台站指定不同的速度模型，该方法采用近台初值，并只适用于网内近震及地方震[1]。

2　资料选取及定位结果分析

2.1资料选取

由于辽宁目前暂无本区域自己的速度模型，本文中三种定位方法均使用的是MSDP自带的华南模型，速度模型的不适用也会影响到地震定位的质量，特别是对震源深度有一定的影响，因此本文并未给出震源深度的对比。

表1　华南模型

选用的地震：天然地震包括内陆地震、海域地震和矿震等，本次选用辽宁台站记录到的三种不同类型的六个典型事件，分别使用单纯型法、Hyposat和HYP2000三种定位方法进行定位，将其结果与编目产出结果进行比较，分析这三种定位方法对不同类型地震的适用性。

表2　选用地震

通过用不同定位方法对以上地震进行重新定位，得出各类型地震的最佳定位方法。三种定位震中位置与编目震中位置之间误差计算公式：

式中，Δ为两点单的震中误差，单位为km。（1ϕ、1λ）、（2ϕ、2λ）分别为两者的震中位置的经度和纬度。经过计算得出3种定位结果之间的误差。

表3　单纯型法定位结果

表4　Hyposat定位结果

表5　HYP2000定位结果

2.2参与定位台站分布图

2.3定位结果对比分析

2.3.1单纯型法定位结果对比分析

通过MSDP系统中单纯型法定位程序对6个地震进行重新定位。定位残差方面，单纯型法定位程序对内陆地震和矿震定位效果相当，残差范围为0.3至0.5，对海域地震定位效果较差，残差大于0.7；与编目的震中差，单纯型法在定位内陆地震时震中差均在1km以内，误差最小。

2.3.2Hyposat定位结果对比分析

通过MSDP系统中Hyposat定位程序对6个地震进行重新定位。定位残差方面，Hyposat定位程序对内陆地震、矿震及海域地震定位效果都差不多，残差在0.2至0.7之间，平均残差约为0.5，海域地震残差稍大，但整体残差变化幅度不大；与编目的震中差对比中发现，Hyposat在定位内陆地震时震中差均在在1km以内，误差最小，定位阜新矿震震中差也在1km以内，但定位抚顺矿震震中差稍大，海域地震震中差较大，定位效果不理想。

2.3.3HYP2000定位结果对比分析

通过MSDP系统中HYP2000定位程序对6个地震进行重新定位。定位残差方面，HYP2000定位程序对内陆地震残差约为0.4，阜新矿震定位残差最小约0.15左右，海域地震残差稍大；与编目的震中差对比中发现，HYP2000定位内陆地震和矿震的震中差均在3km以内，海域地震震中差较大，定位效果不理想。

3　结论

（1）在地震定位中，参与定位台站的分布对定位质量有一定的影响，本文选用内陆地震（2015年8月4日辽宁盖州M4.3级地震、2013 年1月23日辽宁灯塔M5.2级地震），位于辽宁中部，台站分布合理且密集，三种定位方法对其重新定位后产出定位结果，定位残差和震中差都比较好，Hyposat和单纯型法最优。

（2）2013年2月27日辽宁阜新M2.6级矿震震中位于辽宁西北部，2014年8月2日辽宁抚顺M2.8级矿震震中位于辽宁中北部，这两位置是省内矿震多发区，三种定位方法中，HYP2000对阜新矿震定位残差最小，震中差也较为理想；Hyposat对抚顺矿震定位残差和震中差都是最小。

（3）辽宁海域地震多发区为大连西偏南的渤海海域，本文选用近期发生在该区域的两个震级较大的地震进行定位分析，分别是2015年7月22日山东龙口海域M4.0级地震和2015年6月29日辽宁大连海域M3.8级地震，三种定位结果对于海域地震定位，HYPOSAT定位残差最小，但三种定位方法的定位质量都不太理想，定位残差和震中差都比较大，主要是由于定位受到台站分布不合理、台站空隙角偏大等因素的影响所导致[2]。

因此认为，Hyposat方法在定位这三种类型的地震时，残差范围最小最为稳定，定位内陆地震时震中差也相对比较小，适用于内陆地震的地震定位。

参考文献：

[1]张炳，汪贵章，戚浩，等.HYP02000与单纯形定位方法对比及作为速报算法的可行性分析[J].地震地磁观测与研究，2012，33（5/6）：13-17.

[2]陈贵美，杨选，刘锦.广东数字地震台网‘十五’系统的几种地震定位方法的定位效果分析[J].华南地震，2009，29（1）：69-78.

APPLICALBILITY ANALYSIS OF SEISMIC LOCATING METHOD

WANG Cheng-wei，LI En-lai，WANG Shuai，AN Xiang-yu，ZHAO Qian，YANG Zheng-peng
（Earthquake Administration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China）

Abstract：Select three different types of six seismic events in Liaoning area,use of simple,Hyposat,HYP2000 three positioning method to relocate,,obtained the result to carry on the analysis.The results show,In the three types of earthquakes,the Hyposat method is the most stable,and the epicenter is relatively small,suitable for inland earthquakes.

Key words：different types of earthquakes;locating method;locating residuals;epicenter difference

作者简介：王承伟（1983-），山东省龙口市人，助理工程师，现主要从事地震监测方面的工作。E-mail:sea0929@163.com

收稿日期：2015-09-21

修订日期：2015-10-11

中图分类号：P315.6

文献标志码：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.01.012

文章编号：1674-8565（2016）01-0069-06