利用双差定位方法研究地震震源深度

尹战军，张 帆，郝美仙，王 鑫，安 全，翟 浩

(内蒙古自治区地震局，内蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

地震定位是地震学中最经典、最基本的问题之一[1]。震源深度是描述震源的最基本参数之一，给出地震发生在地球内部的具体位置，对了解地震孕育、发生和发展，以及地震能量集结、释放的活动构造背景都有重要的意义[2]。常用的定位方法有绝对定位法和相对定位法(双差定位法等)，双差定位方法作为相对定位方法中精度较高的一种近年来被广泛应用。

1 定位方法简介

Waldhauser等提出一种比绝对定位方法精度高的相对定位方法—— 双差地震定位法，并对1984—1998年间发生在美国加州北海沃德断层上的地震进行重新定位[3]。双差定位方法的基本原理是，如果两个地震震源之间的距离小于地震事件到台站的距离，则认为震源区和这个台站之间的整个射线路径是几乎相同的，通过地震事件两两组对的方法在一定程度上消除地壳速度结构横向不均匀性带来的定位影响。双差定位法不仅使用地震观测报告得到的走时差，还使用由波形互相关技术得到的两两地震间的P波和S波走时差，通过调节地震对的两个震源位置的矢量差，使剩余残差( 或双差) 最小[4]。双差定位法不需要设主事件，所有地震事件是相对于地震丛集的质心位置来定位[5]。双差定位法利用信号的走时差反演震源位置，能够有效地消除震源至台站共同传播路径效应，受速度模型的影响小[6]。双差定位法适应于比主事件法空间跨度大的地震事件[7]。

2 资料选取

研究选取范围为东经108°～115°、北纬38°～42°，重新定位资料为2008年1月—2015年10月内蒙古测震台网记录的地震波到时。采用双差定位法对内蒙古中部地区的小震进行重新定位之前，对研究区内的小震进行配对，即要求配对的地震事件在一定的空间范围内能够搜索到至少一次地震事件。这个空间范围主要根据研究区内的地震密集程度和所需定位精度来确定，即通常所说的搜索半径。该搜索半径对定位结果有一定的影响：若该值过小，事件簇中能够建立联系的事件对就减少，能够定位的事件数也会随之减少；反之，若该值过大，超出震源区的速度结构异常，便会直接影响定位结果的精度。经计算理论走时、剔除差错数据的筛选，最后得到每个地震至少有6个台记录，震级范围在0.0～6.5级间共939条记录(见第5页图1)。选取台站与地震的间距小于300 km，地震对的间距小于20 km，得到符合双差定位条件的地震共671条(见第5页图2)，重新定位后的均方根残差降为0.176。

3 定位结果分析

利用Waldhauser等提出的双差地震定位法，速度模型采用Crust2.0，对筛选出研究区域的准确地震事件进行重新定位。

图2为重新定位后的671个地震事件的震中分布平面图，可以看出，重新定位后的地震位置更为集中，尤其较密集地震条带上的地震位置变化非常明显，局部的断裂走向可以被重新定位后的地震分布清楚地勾画出来。如和林格尔断裂带附近出现重新定位后的地震表现更为聚集，有利于分析该区断层的活动情况。第5页图3、图4是双差定位法精确定位前后不同震源深度上地震频次图，从图中看出，原始定位的震源深度分布层较为零散，双差精定位后的震源深度多分布在6～10 km范围内，分布形态更接近于正态分布。表明内蒙古中部地区的震源深度较浅，多位于上、中地壳内，以6～10 km范围内的居多。

图1 研究区震中分布图Fig.1 The epicentral distribution of the study area

图2 双差定位法定位前后震中分布图Fig.2 The epicentral distribution after double-difference location

4 结论与讨论

(1) 双差定位方法是一种定位精度比较高的定位方法。在震中位置、震源深度测定方面，比原定位结果有较大改进，即使只用地震目录提供的走时进行定位，也能够得到较常规方法理想的结果。

图3 重新定位前震源深度—地震频次图Fig.3 Focal depth-earthquake frequency diagram before relocation

图4 重新定位后震源深度—地震频次图Fig.4 Focal depth-earthquake frequency diagram after relocation

(2) 重新定位后的结果显示，内蒙古中部地区的孕震层主要分布在6～10 km，即上地壳。这一结果为确定这一地区地壳的发震层厚度和活动地块的下部边界、阐明地震的成因和机制以及地震危险性分析提供一个重要的约束条件。

(3) 震源深度是地震学中最难准确测定的参数之一，各种方法对震源深度的估计都具相当程度的不确定性[2]。该研究通过双差定位方法得出的震源深度分布也是一种探索性的尝试，为有关科研人员开展其他相关工作及科学研究提供参考资料。

[1] 中国地震局监测预报司.实用数字地震分析近震分析[M].北京：地震出版社，2009.

[2] 闫俊岗，王利兵，谭 青，等.初始震源深度对双差地震定位深度的影响分析[J].大地测量与地球动力学,2013(SI):41-44.

[3] 张小涛，吕 坚，马广庆，等.双差地震定位法在邯郸一邢台地区地震精确定位中的初步应用[J].地震研究，2008，31(1)：37-41.

[4] 蔡一川.初始震源深度对双差定位结果的影响分析[J].四川地震,2015(2):2.

[5] 胡秀敏，叶秀薇，刘 锦，等.广东两套数字化地震台网系统双差定位结果的比较[J].华南地震,2009，29(4)：103-107.

[6] 刘劲松，kin-Yip Chun, Gary A.Henderson，等.双差定位法在地震丛集精确定位中的应用[J].地球物理学进展,2007,22(1):137-141.

[7] 赵 博，高 原，石玉涯.用双差定位结果分析华北地区的地震活动[J].地震,2013，33(1)：12-21.