用CAP方法测定山西地区地震震源深度

张 蕙，梁向军

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

震源深度精确测定作为世界性难题，一直被国内外的专家学者所关注。到目前为止，除测震台网日常定位所用的MSDP交互处理软件测定深度外，还有一些研究学者用精定位方法来重新测定地震的震源深度，取得较好的效果[1-5]，然而这种方法主要是针对地震序列的深度测定的。朱元清[6]提出了一种测定震源深度的方法—PTD方法，殷伟伟等[7-9]、吕睿等[10-11]利用山西台网的震相资料对山西地区的震源深度做相关研究，取得相对可靠的结果。以上方法均是应用人工标注的震相来测定震源深度，而对于3级以上的速报地震，地震部门要进行危险性判定，准确的震源深度显得更加重要。各省级地震台网按照中国地震局的要求，在震后都要求用CAP方法反演震源机制解，这种方法是运用原始波形反演的，震源机制结果在最佳的震源深度处获得[12-16]。

1 CAP方法介绍

CAP方法基本思想是利用近震中体波、面波信息，对Pnl波和面波部分(Sur)给予不同的权重进行反演，分别计算实际记录地震波形和理论地震图的误差函数，在给定参数空间范围内采用格点搜索法进行网格搜索，得到在相对误差最小时的震源机制解和最佳的震源深度[17]。此方法对速度模型和地壳横向变化的依赖性较小，在格林函数和地震位置不是很准确的情况下也能得到较好的结果[18]。该方法对速度模型不太敏感，在反演过程中选用CRUST2.0模型。

2 震源深度结果分析

用CAP方法测得了2009年以来山西及周边地区39次M≥3.0地震的震源深度(见图1、第23页表1)。为便于比较，39次地震包含邻省河北和内蒙古的各两次，其余为省内的沿山西断陷带展布。

图1 用CAP方法测定出39次震源深度的震中分布图Fig.1 The epicenter distribution map of 39 focal depth measured by CAP method

序号发震时间年-月-日T时:分:秒震中纬度(°)震中经度(°)震级M震源深度/km12009-03-28T19:11:2038.90112.934.31522010-01-24T10:36:1135.57110.764.82032010-04-04T21:46:4439.90113.834.6442010-04-07T15:29:5836.33111.703.52152010-06-05T20:58:1138.18112.634.61862011-01-15T12:02:0235.58110.773.51872011-03-07T01:51:3439.01111.764.0782011-04-21T00:15:5436.08112.943.1592011-08-02T19:57:1536.51112.043.718102011-12-24T14:20:2139.46112.793.37112012-03-05T03:38:4241.19114.433.214122012-08-30T00:14:0140.70114.823.18132012-09-17T10:43:4137.57112.373.26142012-11-02T00:09:4435.95111.733.220152012-11-29T08:47:0239.90113.223.07162013-02-22T12:02:0339.89113.823.68172013-04-04T17:42:2435.34111.613.417182013-06-29T05:15:4739.05113.383.09192013-07-09T18:39:1438.63113.023.07202013-11-12T00:15:3739.28112.423.318212014-04-04T23:16:4037.27112.223.521222015-06-02T18:51:4237.81112.543.120232015-06-12T14:40:3341.13114.433.15242015-12-10T13:27:1938.72113.013.120252016-03-12T11:14:0934.93110.834.48262016-03-27T03:58:5135.00110.883.411272016-04-07T04:49:4938.85112.904.120282016-06-23T08:37:3440.96114.194.08292016-07-30T01:50:4141.97112.223.83302016-11-04T03:41:0737.66113.663.016312016-11-18T07:22:5737.71112.553.320322016-12-14T02:45:0936.68111.913.216332016-12-18T11:08:4937.59112.454.118342017-01-02T10:10:0940.76114.153.68352017-01-03T19:41:1137.37114.903.23362017-02-09T00:26:0535.25111.003.311372017-08-23T11:38:4337.49112.423.116382017-09-04T03:05:0337.50114.353.87392017-10-19T09:15:4435.99111.533.020

将39次地震的震源深度按不同深度档分类如表2所示。可以得出，震源深度在0～5 km的有5次，21～25 km的有2次，优势震源深度分布在6～20 km，占82%。在测定结果中，有2次地震的震源深度为3 km，分别是2016年7月30日发生在内蒙古的3.8级地震和2017年1月3日发生在河北的3.8级地震，均属于网缘地震。可见，对于网缘地震，记录的台站不如网内地震包围的好，偏向一侧。虽然有邻省共享台站，但在实际计算过程中很有可能由于信噪比较低或者波形记录的初动不合格等原因被剔除，导致测定的深度可靠性较低。针对这2次地震，结合统一编目的结果，内蒙古地震深度为6 km，与测定结果相差3 km；河北地震深度为17 km，两者相差较多。因此对于网缘地震，在编目和速报时要参考震中所在省份的测定结果。

表2 不同档的震源深度包含地震事件个数统计表Table 2 Statistical table on the number of seismic events at different focal depths

由震源深度等值线图2所示，震源深度分布有一定的规律性。山西北部地区绝大多数地震的震源深度明显较浅，中南部地震的深度值逐渐变深，层次界限较明显，最深的地震分布在临汾、运城一带。

图2 39次地震的震源深度等值线图Fig.2 Focal depth contours of 39 earthquakes

3 CAP测定结果与统一编目结果比较

第24页图3是CAP方法测定的深度结果与全国统一编目的深度结果对比，可以看出，CAP方法测定的深度值稍高于统一编目结果，尤其是第20个序号(2014年)前的地震深度基本集中在5～10 km范围内，这样的测定结果与当时的定位软件和定位方法有关。2014年之后，随着MSDP定位软件的升级与定位方法的优化，特别是2016年开始启用“山西2015地壳速度模型”[7]以后，绝大多数地震用这两种方法测定的深度结果差距逐渐减小，有时会基本接近，说明这两种方法都比较适用于山西地区震源深度的测定。

图3 CAP方法测定结果与统一编目结果对比图Fig.3 Comparison between CAP method and uniform cataloging result

4 结论与讨论

(1) 用CAP方法测定山西及周边地区39次地震的震源深度，从测定结果可以看出，这些地震的震源深度主要集中在6～20 km之间，而且呈现出山西地区震源深度由北至南逐渐变深的趋势。

(2) 将CAP方法测定结果与全国统一编目的结果相比较，自2014年之后，两种方法测定的结果比较接近，尤其是2016年以后用上“山西2015地壳速度模型”以来，大多数地震的深度结果相差不大。考虑到目前使用的MSDP定位软件的单纯型定位方法有时会出现不稳定性，会测出大于30 km的深度值。所以，在日常定位中要用Hypo2000方法定位进行对比。对于速报地震，尤其是M≥4.0的地震，需到野外现场对地震危险性及发震构造进行判定，需要较准确的震源深度，通过该研究分析，建议结合CAP方法测定的结果确定深度。