Pdiff震相在短周期的记录特征

胡 伟，王九洋，高银鸿

（大连地震台，辽宁 大连 116012）

0 引言

单台地震分析受到地理位置的限制，分析震相往往具有很大的局限性，对于特定震中距和震源深度的地震，存在记录的盲区。大连地震台属于沿海台站，背景噪声较大，很多微弱的信号被淹没在背景噪声中。改则台位于藏北高原，台基特征与大连台存在显著差异，通过对比大连台和改则台的地震记录特征，一些问题得以显现出来。

国内外学者对于Pdiff震相的研究相对较少，但也取得了一定的共识和成就，如中国台网中心通过宽频带长周期(VLP)数字记录的Pdiff数据进行分析，得到了Pdiff波在地球核幔界面上衍射的运动学特征和《Pdiff波走时表》[1]，这对于研究极远震有着重要的意义。现在我们对于某些国外的大地震了解甚少[2]，在文章阐述的内容中能查到的资料较为稀缺，在嘉峪关地震台记录到的美洲沿岸近海地震中，曾部分说明了Pdiff震相出现的规律及特征[3]。长期以来，Pdiff震相被普遍认为是长周期波[4]。大连台的Pdiff震相记录特征也符合这一传统认识。

随着震源深度的增加，地球横向各向异性趋于减少[5]，因此地震波在短周期上优势明显。如能记录到震源深度较深的Pdiff震相，其记录特征在短周期和长周期上如何体现，就成了一个矛盾的问题。理论上，Pdiff震相的优势震中距是100～110o。对于国内绝大部分台站而言，处于该震中距范围内且具备发生较大地震条件的地区仅有中美洲一带[6]。然而该地区并不具备发生中、深源地震的地质条件[7-8]。改则台到斐济地区Δ≈105o，刚好位于Pdiff震相的优势震中距，且该地区同时存在明显的浅、中、深源地震带，具备观测中、深源Pdiff震相的条件。

本文基于上述认识和条件，对大连台Pdiff震相进行举例说明，并选取改则台记录的部分中、深源Pdiff震相进行对比分析，分析结果表明，Pdiff震相可以在短周期具备良好的响应。

1 前期认知

在中国地震发展史中，大连台扮演着重要角色，观测历史长达百年以上，并保存大量珍贵的历史地震资料，长期的地震观测实践，使大连台积累了丰富的全球地震分析经验与认识。然而由于受到地理条件的限制，大连台仅能在墨西哥至中美洲一带记录到较为经典的Pdiff震相[9]。由于该地区俯冲消减带不发育，不具备发生中、深源强震的构造条件。因此所记录到的Pdiff震相普遍为浅源地震所激发。我国绝大部分台站与大连台的情况相似，均不具备观测到中、深源Pdiff震相的条件。相比之下，改则台到斐济群岛—汤加群岛的距离约为105～115°，刚好是Pdiff震相的优势震中距。同时，该地区俯冲消减带十分发育，浅源、中源、深源均具备发生强烈地震的构造条件。这使得我们观测到中、深源Pdiff震相存在可能。

人们以往普遍认为Pdiff震相应当表现为严格的长周期波，在短周期不存在明显的记录特征。如图1所示，本文选取了大连台记录墨西哥地区Pdiff震相的典型震例。该地震参数如下：发震时间为2003-01-22，10:03:45（北京时间），震中经纬度为103.90oW，18.00oN，震级为M7.5，震源深度为33km。地震参数来自于中国地震台网中心。图1扫描时间为120s。由图1可知，该地震Pdiff震相长周期响应良好，短周期记录上除Pdiff震相之前一处干扰外，无任何明显震相记录特征。上述特征符合以往对Pdiff震相的传统认识。然而在震源深度较深时，改则台记录到了明显的Pdiff震相短周期记录特征，本文将在后面加以详细描述。

图1 2003年1月22日墨西哥地震Pdiff震相(大连台记录)Fig.1 Earthquake Pdiff phase of the Mexico earthquake on January 22, 2003（recorded by Dalian Seismic Station）

2 深源地震分析

改则地震台位于藏北高原亚寒干旱季风气候区，年平均气温-0.2℃，极端最低气温-44.6℃；冬季平均风速4.4m/s，年大风日数200余天；年均降雨量189.6mm；年日照时数3160小时，日照度约为76%；空气中的含氧量仅为海平面的62%。由于改则台特殊的地理位置，使得该台可以记录到同国内绝大部分台站不同的震相特征。改则台到斐济地区Δ≈105o，是Pdiff震相的优势震中距。由于斐济群岛地区复杂的构造条件，当地具备浅源、中源、深源强烈地震的孕震能力。由于我国所处的特殊地理位置，国内仅有西藏、新疆及西部地区台站同时符合观测到中、深源Pdiff震相的震中距和震源深度的条件。

图2为改则台记录的一次斐济群岛地区Pdiff震相的记录特征，该地震参数如下：震发时间为2014-07-21，23:07:51（北京时间），震中经纬度为178.40oW，19.70oS，震级为M6.9，震源深度为610km，地震参数来自于中国地震台网中心。图2扫描时间为120s。由图2可知，改则台记录的Pdiff震相同样表现出明显的长周期记录特征[10]，但同时在短周期也存在明显的响应，且尾波持续时间较长，由图3可知，Pdiff震相的尾波一直持续到PP震相出现。

图2 2014年7月21日斐济地震Pdiff震相(改则台记录)Fig.2 Earthquake Pdiff phase of Fiji earthquake on July 21, 2014（recorded by Gaize Seismic Station）

图3 2014年7月21日斐济地震Pdiff震相PP图(改则台记录)Fig.3 PP map of Pdiff earthquake in Fiji earthquake on July 21, 2014（recorded by Gaize Seismic Station）

为排除单次地震带来的随机性，我们又深入分析了改则台记录的其它符合震中距、震源深度条件的地震，与图2所述地震一并列入表1。由表1可知，改则台记录到Pdiff震相的短周期特征并非单次地震的随机性，而是较为普遍的现象，且出现该现象的震源深度范围较大，由400km至610km均存在该现象，是普遍存在的现象，而不是随机现象。

图1、图2的Pdiff震相记录特征形成了鲜明的对比，充分说明只要符合震中距、震源深度条件，Pdiff震相完全可以呈现明显的短周期记录特征，颠覆了以往的传统认识。

表1 Pdiff震相存在短周期记录特征的地震（改则台记录）

3 结论与展望

由前述可知，受地理条件限制，大连台同国内绝大部分台站一样，不具备观测到中、深源Pdiff震相的条件，所记录的Pdiff震相普遍表现为明显的长周期记录特征，短周期则没有明显震相特征；而改则台同我国极西部地区台站一样，可在斐济群岛—汤加群岛一带记录到中、深源地震的Pdiff震相，此时的Pdiff震相同时具备显著的长周期、短周期记录特征，且在短周期上存在较长的Pdiff震相尾波。这一现象颠覆了以往对该震相记录特征的传统认识，对于进一步探讨古登堡界面精细结构、深源地震孕震机制都具有重要的意义，也对今后的地震观测起到了一定的引导和研究的作用。

我们认为，进一步的工作还可在以下几方面展开：探讨全球其它地区台站记录的符合震中距、震源深度条件的Pdiff震相特征，以进一步排除台基响应的可能；进一步收集数据，建立某一固定震源区由浅源、中源直至深源的Pdiff震相图谱，以期能够建立起Pdiff震相随震源深度变化的规律。