桂林台影区地震震相特征分析与定位方法研究

毛世榕，苏梅艳，蒋志峰

（桂林地震台，广西 桂林 541004）

桂林台影区地震震相特征分析与定位方法研究

毛世榕，苏梅艳，蒋志峰

（桂林地震台，广西 桂林 541004）

毛世榕，苏梅艳，蒋志峰.桂林台影区地震震相特征分析与定位方法研究[J].华南地震，2016，36（1）：59-68.[MAO Shirong，SU Meiyan，JIANG Zhifeng.A Research on Seismic Phase Characteristics and Positioning Method of Shadow Seismic at Guilin Seismic Station[J].South china journal of seismology，2016，36（1）：59-68.]

通过对2011～2013年的34个影区地震震例进行分析，总结了桂林台影区地震各个震相特征，并运用震相特征对影区地震进行分析定位，有效提高了桂林台对影区地震进行定位分析的精度和效率，对日后进行大震速报和日常分析具有借鉴意义。

影区地震；震相特征；桂林地震台

0 引言

由于上地幔低速层的存在，当P、S波射入低速层时，根据波的折射定律，地震波的方向将靠近法线，从而导致地震波传播方向向下偏移，最终导致地表难以记录到P、S波，形成P、S波的“影区”。文献[1]指出，影区的主要影响范围是10°～17°的浅源地震，特征是P、S波记录到的振幅不清晰或无记录。

桂林地震台作为I类基本台，承担了多年的大震速报任务，是非常重要的国家级地震台站。而中强以上地震频繁发生的四川、云南、西藏、台湾、缅甸等地恰好位于桂林台监测的影区范围内，导致桂林台记录到这些地区发生的中强地震的P、S震相波形不清晰，难以辨认，从而影响了地震速报的速度和定位的精度。因此，对影区地震震相特征进行分析总结，为日后进行影区地震分析提供依据，将会有效提高影区地震定位的精度和效率，并且可以丰富地震观测报告的震相数据，具有重要意义。

1 资料选取

桂林地震台位于桂林市尧山风景区，距离市中心约9 km，基岩为泥盆系灰岩，地震计为CTS-1E甚宽频带地震计。本文从2011年至2013年中国地震台网的地震目录中，选出与台站相距7°～ 16°、M≥4.5级，波形记录清晰的34个地震事件，总结震相特征，并与我台实际记录到的地震事件进行对比分析，应用于对影区地震进行定位。表1为本文所选用的34个地震事件，图1为各地震事件的震中分布图。

表1 本文所选用的地震事件Table 1 The seismic events used in this paper

（转下表）

（接表1）

图1 34个地震事件震中分布图Fig.1 The epicenters distribution map of the 34 seismic events

2 影区震相特征分析

2.1 P波震相特征

由于波的散射作用，影区地震的P波仍然可以被记录到。我台记录到的影区地震的P波呈现以下特征：

（1）11°～13°范围是P波受影区影响最大的区域，该区域内地震的P波初动较弱，较难辨认，该区域主要包括四川、中缅交界地区、台湾-琉球地区等，而云南、甘肃、青海、菲律宾、黄河等地区的P波初动则相对清晰。

（2）震源深度越深，P波受影区影响越小。当震源深度超过80 km，P波不受影区影响，初动清晰易辩。

（3）在影区范围内，P波波速几乎不受震中距和震中所处区域影响，浅源地震P波波速为7.3 ～ 7.9 km/s，均值为7.7 km/s。随着震源加深，P波波速会略微增加，当深度超过200 km后，P波波速为7.9～8.1 km/s，均值为8.0 km/s。

（4）在短周期仿真上，四川、云南方向地震的P波周期较小，主要在0.9～1.0 s，其它地区的P波周期主要在1.1 s左右，可作为区分四川、云南方向地震的一个重要特征。

（5）P波持续3～5个波数，在影区内，震中距和震源深度对P波周期和持续长度均没有明显影响。

在分析影区地震时，由于P波初动微弱，因此需要根据P波周期特点，在短周期仿真记录上，找到周期在0.9～1.2 s、持续3个周期以上的波形，从而确定P波位置。图2是2013年5月30日菲律宾吕宋岛5.0级地震的波形。该地震震中距为12.2°，受影区影响P波初动振幅较弱，因此利用P波周期特点找到初动位置，该地震P波周期为1.1s，持续3个波数。

2.2 PP波震相特征

PP波是P波在地表的一次反射波，是远震中常见的震相。在我台记录到的影区地震中PP波具有以下特征：

（1）震中距大于10.5°，震源深度小于30 km的影区地震可以观测到PP波，如果震中距小于10.5°或震源大于30 km，PP波将被P波或者sP波淹没，我台记录到PP波的最小震中距为10.6°

（2）PP波是P波的反射波，其周期与中长周期P波的周期相近，在2～4 s，我台记录到的PP波平均波速为7.3 km/s。

（3）PP波在水平向上有明显波形，其振幅小于垂直向振幅。

（4）PP波初动弱，随后振幅快速增大，持续1～3个波数。

（5）由于影区地震震中距小于40°，因此PP波初动方向并不一定与P波初动方向相反。

PP波的辨别主要依靠在确定P波、震中距和震源深度后，根据走时表查找PP波走时，再依靠波形的周期和振幅特征进行精确定位。需要注意的是，由于浅源地震的PP波与sP波很接近，因此在分析PP波时，需要注意与sP波在周期上的区别。图3是2013年7月21日甘肃省6.7级地震波形，震中距为10.6°，震源深度15 km。从图中可以看出PP波的周期与P波相同为2.0 s，而由于震源浅，因此sP波与PP波出现位置较接近，利用两个波形的震相特征可以有效区分。

图2 菲律宾吕宋岛地震波形Fig.2 The waveform of the Luzon earthquake

2.3 S波震相特征

S波与P波受影区影响相似，并且同样由于波的散射作用，可以收到微弱的S波。我台记录的影区地震S波具有以下特征：

（1）S波受影区影响主要在10°～14°，在该区域内S波振幅微弱无法辨识。

（2）震源深度越深S波受影区影响越小，当震源深度超过80 km时，S波震相清晰易辩。

（3）浅源影区地震S波波速为4.1～4.4 km/s，均值为4.3 km/s，震源深度加深，S波波速略微提升，深度超过200 km后，波速为4.5 km/s。

由于影区对S波影响较大，且在10°～14°难以辨识，因此S波并不适合作为地震定位的主要震相，在进行分析时通常是根据震中距查走时表来确定粗略的参考位置。

2.4 SS波震相特征

SS波是S波在地表进行一次反射后形成的波，由于其能量大的特点，常用于地幔结构研究。我台记录的影区地震SS波具有以下特征：

（1）我台观测到SS波的最小震中距为9°，小于9°的地震由于SS波距离S波近，被淹没在S波之中。

（2）SS波周期与S波相近，是中长周期P波周期两倍左右，其周期随震中距增加而增大，随震源深度加深而减小，我台观测到的周期在7～12 s。

（3）在影区范围中，当震源深度超过100 km后，SS波距离S波过近而被淹没。

（4）SS波不受影区影响，有明显的振幅，特别是菲律宾地区地震的SS波震相比其它地区震相更为清晰。

（5）SS波初动弱，1～2个波后振幅增大明显，平均波速为4.1 km/s。

图3 甘肃地震波形Fig.3 The waveform of the Gansu earthquake

SS波由于其不受影区影响的特点，可用来替代S波进行地震定位。但是由于影区地震S波微弱，SS波容易被错分为S波，使得震中距增加2?左右，造成偏差，因此在分析SS波时需要注意。图4是2012年6月16日菲律宾6.0级地震波形，震中距13.0°，震源深度28 km。该地震受影区影响，S波无法辨别，但是SS波却比较清晰，可用于地震定位。

图4 菲律宾地震波形Fig.4 The waveform of Philippines earthqauke

2.5 M2波震相特征

M2波是大陆架结构地壳内地震特有的波形，我台记录到的M2波震相特征如下：

（1）只有台湾地区的浅源地震可以记录到M2波形。

（2）M2波平均波速为4.0 km/s，周期为5～10 s，持续4～8个波数。

（3）M2波波形呈现两种形状，一部分波顶呈现圆滑的纺锤形，另一部分则是尖齿形。

（4）M2波的记录主要在垂直向，水平向记录较弱，且相位滞后。

M2波形由于振幅大、周期长，具有易于分辨的震相，因此在对台湾地区影区地震进行分析时，可以替代S波进行定位分析。需要注意的是，对于9°～10°的台湾地震，并非所有地震都能分出S波，容易将M2误分为S，造成定位误差，所以分析时需要参考其他震相。图5是2013年10月31日台湾6.8级地震波形，震中距10.2°，S波受影区影响无法辨别，但是可以依靠M2波和SS波进行定位。

图5 台湾地震波形Fig.5 The waveform of Taiwan earthquake

2.6 sP波震相特征

sP波是上行（出射角在±45°范围内）S波在震中附近地表的转换波，由于该波到时随震源深度变化明显，是用来计算震源深度的重要震相。我台记录的sP波震相具有以下特征：

（1）sP波周期与S波和SS波周期相近，约为中长周期P波的两倍左右，周期随震中距增加而增大，随震源深度加深而减小，我台观测到的周期在5～10 s。

（2）sP波在垂直向上振幅比水平向振幅强，但是浅源地震sP波会与PP波部分重叠，因此部分地震水平向上sP波记录比较明显。

（3）浅源地震sP波持续时间较短，通常只有1～2个波数，随着震源深度增加，波数增多，当震源深度超过100 km后，sP波的持续波数为3～4个。

（4）不同方向或地区记录到的sP波特征无明显区别。

由于我台对影区地震未能记录到pP、PcP、ScP、PcS、ScS等用于测定震源深度的震相，因此计算影区地震深度主要依靠sP波进行。图6是2012年8月8日琉球群岛5.0级地震波形，震中距13.5°，深度130 km。该地震的sP波的水平向记录较垂直向清晰。

2.7 Li波震相特征

Li波是LQ波在玄武岩层的导波，是一种常见的短周期面波。我台记录到的Li波震相具有以下特征：

（1）Li波是SH型波，起始振幅明显，水平向记录的振幅大于垂直向。

（2）我台记录的Li波平均波速为3.9 km/s，持续2～4个波数，记录的最深深度为60 km。

（3）由于我台不同方向地区的地形差异较大，导致各方向Li波周期有较大不同，西北方向四川、云南、青海等地区Li波周期较小，在5～7 s；正西方向缅甸地区的Li波周期较大，在10～11 s；正东方向台湾、琉球等地区Li波的周期为6～9 s，波形通常接在M2震相后方，会受到M2震相尾波干扰；东南方向菲律宾地区为海洋形地壳，短周期面波无法通过，无Li波记录。

Li波是我台常见的短周期面波，由于其速度快于其他面波，Li波总是以面波首波出现，容易辨别。

图6 琉球群岛地震波形Fig.6 The waveform of Ryukyu earthquake

2.8 Lg波震相特征

Lg波可分为Lg1和Lg2，是复杂的地壳导波，不光包含了LQ波在花岗岩中的导波，还包含了S波多次反射后形成的波列以及SV和P波的散射波。我台记录的Lg波震相具有以下特征：

（1）Lg波在三分向上都有清晰的初动和波列记录，其水平向记录到的振幅大于垂直向的振幅，Lg2波振幅大于Lg1波。

（2）Lg波初动尖锐，多数呈脉冲状，容易辨别。

（3）Lg1波平均波速为3.6 km/s，Lg2波平均波速为3.4 km/s，最深记录深度和Li波相同为60 km。

（4）由于我台各方向的地壳结构不同，记录到的Lg波波形差异也较大，西北方向四川、云南、青海等地区Lg波周期较小，在4 s左右，持续1～2个波数；正西方向缅甸地区的Lg波周期较大，通常在6～8 s，持续3～4个波数；正东方向台湾、琉球地区Lg波周期为5～7 s，持续3～4个波数；东南方向菲律宾地区由于是海洋地壳，无法记录到Lg波。

Lg波与Li波相同，都是我台记录到的影区地震中常见的短周期面波，由于其速度慢于Li波，在波形图上处于Li波之后，LQ波之前。图7是2012年7月29日缅甸5.4级地震，震中距14.8°，震源深度60 km，图中Li波和Lg波均清晰易辩。在分析Li波和Lg波时需要注意台湾地区地震，该区域地震的M2波形常常叠加在Li波和Lg1波上，对这两个波形的辨别造成一定干扰。

图7 缅甸地震波形Fig.7 The waveform of Myanmar earthquake

2.9 Rg波震相特征

Rg波是大陆地区LR波的短周期基阶波。我台记录的Rg波震相具有以下特征：

（1）Rg波在垂直向上的振幅大于水平向振幅，初动振幅明显，多呈现脉冲形。

（2）Rg波平均波速为3.0 km/s，记录的最深深度为27 km。

（3）Rg波周期随震中距增加而增加在6～13 s，持续2～5个波数，呈现反频散。

（4）我台记录到的不同方向的Rg波无明显差异，东南方向菲律宾地区由于属于海洋型地壳，无Rg波记录。

由于Rg波的出现条件与震源深度密切相关，因此可以说只要有Rg波，则震源深度小于30 km，可以用于初算浅源地震的深度。

3 实例分析

利用上文总结出的影区地震震相特征，进行震相识别，再结合不同震相的速度，对影区地震进行定位，将有效提高定位的精度。利用波数和到时差计算震中距的公式为：

式（1）中X是用来进行震中距计算的震相，VP是P波平均波速，TP是P波到时，TX是所选用震相的到时，μ是P波平均波速与所选用震相平均波速的比值。

（1）2011年2月1日台湾5.4级地震。地震发震时刻：08:16:28.3，震中位于北纬24.2°，东经121.8°，震级5.4级，震中距10.4°，震源深度10 km。图8是本地震的波形图，该地震震中位于受影区影响较大的区域，从地震波形图中无法分辨出S波和SS波，因此可以利用M2等5个短周期面波震相进行定位。

各震相的到时差分别为sP-P:6.6 s，M2-P: 130.3 s，Li -P:132.9 s，Lg1 -P:186.8 s，Lg2 -P: 204.2 s，Rg-P:238.5 s，带入公式（1）算得震中距结果为M2：10.6°，Li：9.9°，Lg1：10.3°，Lg2：11.1°，Rg：10.6°，平均震中距为10.5°，再用sP计算震源深度为15 km，与中国地震台网中心给出的最终结果对比震中距误差为0.1°，震源深度误差为5 km。

图8 台湾地震波形Fig.8 The waveform of Taiwan earthquake

（2）2013年1月18日四川5.5级地震。地震发震时刻：12:42:50.1，震中位于北纬31.0°，东经99.4°，震级5.5级，震中距11.2°，震源深度15 km。图9是本地震的波形图，该地震震中位于受影区影响较大的区域，地震波形图S波振幅微弱，初动难以辨别，因此可以利用SS等5个震相进行定位。

各震相的到时差分别为sP-P:6.7 s，SS-P: 136.4 s，Li -P:170.8 s，Lg1 -P:198.6 s，Lg2 -P: 216.4 s，Rg-P:229.2 s，带入公式（1）算得震中距结果为SS:10.8°，Li:12.2°，Lg1:12.1°，Lg2:11.9°，Rg:10.1°，平均震中距为11.4°，再用sP计算震源深度为17 km，与中国地震台网中心给出的最终结果对比震中距误差为0.2°，震源深度误差为2 km。

（3）2012年10月7日菲律宾吕宋岛5.1级地震。地震发震时刻：03:14:22.4，震中位于北纬18.7°，东经121.0°，震级5.1级，震中距11.3°，震源深度22 km。图10是本地震的波形图，该地震受影区影响，无S波记录，并且由于震中地区属于海洋型地壳，使得短周期面波无法通过，因此只能用SS波进行地震定位。

图9 四川地震波形Fig.9 The waveform of Sichuan earthquake

各震相的到时差分别为sP-P:8.4 s，SS-P: 139.7 s，带入公式（1）算得震中距结果为11.1°，再用sP计算震源深度为22 km，与中国地震台网中心给出的最终结果对比震中距误差为0.2°，震源深度误差为0 km。虽然利用单一震相进行定位存在一定误差，但是也可以实现对东南方向菲律宾地区的影区地震进行定位。

图10 吕宋岛地震波形Fig.10 The waveform of Luzon earthquake

4 结语

综合以上分析，本文得出以下结论：

（1）我台记录到的影区地震按照震相先后顺序可以记录到P、sP、PP、S、SS、M2、Li、Lg1、Lg2、Rg等震相，对东部台站常见的πg波未有记录。

（2）我台不同方向地层结构不同，导致记录到的短周期面波特征差异较大，西北方向的Li、 Lg等短周期面波的周期较小，持续波数少；正西方向缅甸地区Li、Lg波周期较大，持续波数较多；正东方向Li、Lg波的周期和持续波数介于西北方向和正西方向缅甸地之间。这些特征的差异，可以用于初步确定震中区域。

（3）东南方向菲律宾地区属于海洋型地壳，无短周期面波记录，因此在进行影区地震定位时只能使用SS波一个震相，存在一定程度误差。

（4）我台未记录到影区地震的核面反射波，因此在进行震源深度计算时只能利用sP波进行，对未记录到sP波的地震只能根据记录到短周期面波的类型进行估算。

（5）运用单一的后续震相与P波进行定位误差较大，因此结合多震相进行定位，可以有效降低定位误差。

（6）每个台站地层结构、地震计、基岩各有不同，因此我台总结出的震相特征和其它台站对应震相的特征会存在差异，因此需要不断总结，相互交流。

本文只讨论了10°～17°影区地震的震相特征和地震定位，由于震例缺乏，对于105°～128°的地核影区未进行深入研究。

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A Research on Seismic Phase Characteristics and Positioning Method of Shadow Seismic at Guilin Seismic Station

MAO Shirong，SU Meiyan，JIANG Zhifeng
（Guilin Seismic Station，Guilin 541004，China）

Based on analysis of the 34 earthquake cases in shadow zone from 2011 to 2013, this article summarized various seismic phase characteristics of the shadow seismic at Guilin seismic station, and did the positioning analysis for shadow seismic by seismic phase characteristics, which will effectively improve the precision and efficiency of positioning of the shadow seismic at Guilin station, and has the reference significance for earthquake quick report and daily analysis in the future.

Shadow seismic；Seismic phase characteristics；Guilin Seismic station

P315.730.2

A

1001-8662（2016）01-0059-10

10.13512/j.hndz.2016.01.009

2015-03-16

桂林地震台影区地震震相分析及参数测定（编号20140003）

毛世榕（1984-），男，助理工程师，从事地震监测工作.

E-mail：232529840@qq.com.