采用LOCSAT和HYPOSAT方法对新疆中深源地震重定位分析①

张 勇， 张 峰， 陈 亮， 赵江涛， 奥斯曼·阿木丁， 邱大琼

(新疆维吾尔自治区地震局 ，新疆 乌鲁木齐 830011)

随着“十五”数字化测震台网建成以后，人机交互分析处理系统MSDP成为中国测震台网采用的主流地震分析处理软件。为了满足地震监测需要，MSDP进行了多种版本的升级，目前MSDP6.0版本成为主流，该系统嵌入单纯型定位法、HYPO2000、LOCSAT、HYPOSAT等多种地震定位方法，这些方法在定位原理上不尽相同，适用性各有差异[1-2]。经过多个实验，发现LOCSAT和HYPOSAT两种定位方法更适用于中深源地震，本文中对新疆及周边地区已发生的187个中深源地震分别用LOCSAT和HYPOSAT两种定位方法进行重新定位，找出适合该地区中深源地震最佳定位方法。新疆及相邻地区的中深源地震是由印度板块向北挤压碰撞和西伯利亚地块向南挤压而形成近南北向应力场所导致的，在此应力场作用下，形成了强大的东西向弧形断裂，所以该区地震活动频繁，是研究中深源地震的理想场所[3-7,12-18]。由于这些中深源地震处于板块推挤、碰撞的前沿，与浅源地震的发生有着密不可分的关系，很有可能成为新疆及相邻地区地震活跃开始的信号，故研究新疆及相邻地区的中深源地震特征意义重大。

1 定位程序和方法

本文中使用HYPOSAT和LOCSAT两种定位方法对所选区域中深源地震进行定位，2个定位程序均采用传统的 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，

(1)

其中，T为实际走时，T′是相应于(x，y，z)附近一点(x′，y′，z′)的走时。在此基础上建立并求解观测方程组。LOCSAT采用阻尼最小二乘法，即将观测方程组化成正规方程组，用主元素消去法求解。没有加权，为计算初值。采用水平分层速度模型，但所有台站均采用同一模型，适用于地方震、近震及远震的地震定位程序。HYPOSAT先将观测方程组降维，不化为正规方程组，直接用奇异值分解最小二乘法方程组。在实际计算中，还采用了多种数据加权[3-4]。

当强震面波限幅，深震面波不发育时，可用体波 P、PP 等的最大振幅来测定震级，这种用体波的最大振幅测定的震级称体波震级。体波震级分别有短周期地震仪测定的体波震级mb和长周期地震仪测定的体波震级mB。mb是用周期为1 s的地震体波振幅来量度地震大小；mB是用周期为5 s的地震体波振幅来量度的地震大小。所以，mb和mB是对不同频段的地震波位移谱分别进行的震级测量，两者不能混为一谈。但两者都用1956年古登堡提出的体波震级测定公式，

(2)

式中，A是体波P或PP的最大地动位移，单位为μm。T是最大记录振幅相应的周期，单位为s。C是台站校正值，Q为起算函数，是对传播距离上介质吸收所作的补偿，是震中距和震源深度的函数Q(Δ，h)[8-11]。

2 定位效果对比分析

本文中对2010～2017年新疆阿克陶、皮山、叶城和塔什库尔干及境外相邻地区M≥3.0的部分中深源地震187个地震，分别LOCSAT和HYPOSAT定位方法，重新进行定位。其中，LOCSAT和HYPOSAT定位方法通过反演确定震源深度，若震源深度为零，则需调整参数，进行反复定位，得到准确定位结果(图1～3)。

图1为震源深度对比图，其中绿色实线为USGS结果、蓝色实线为HYPOSAT定位结果、红色实线为LOCSAT定位结果。蓝色实线和绿色实线吻合度很高，而红色实线与两者皆存在差异。所以HYPOSAT定位方法在深度上要好于LOCSAT定位方法。在定位过程中，做了大量的调整，例如将所有震相清晰的台站都参加定位，HYPOSAT定位方法要优于LOCSAT定位方法，LOCSAT定位出的最大深度误差最大可达到89 km，而HYPOSAT定位出的最大深度误差最大仅为32 km；删除震中距≥500 km的远台再用2种方法进行重新定位，发现两者的定位结果最大深度误差均为30 km，而且大部分的误差都<10 km。再与USGS结果比较过程中，发现USGS有一部分地震定位出的震源深度为0或者仅有几千米。但从波形特征上看，这些地震明显为中深源地震，新疆维吾尔自治区地震局的定位结果也为此结论做出支持，所以无法与其进行对比，只能舍弃掉这部分地震，这也说明USGS上的定位结果并完全可信。

图2 震级对比图Fig.2 Magnitude comparison chart

图3 地震震中分布图Fig.3 Epicenter distribution

由于所研究目标地震为中深源地震，这些地震大部分面波基本不发育，所以体波震级mb和mB就显得尤为重要。本文中所有地震震级均为体波震级，每个地震都经初步分析和校核分析2次分析，去除体波表现不好的台站，尽量减小人为误差，定位结果如图2所示。2种定位方法得到的震级差别很小，但是普遍都比USGS的定位结果要大，这与国内所用的走时表有关，但主要原因还是USGS的定位所使用的台站为国际台站，从包围的角度和台站的密度上看，不如本文中所用的台站好，所以本文中的定位结果更加可靠。在定位过程中发现，在相同台站相同震相的前提下，LOCSAT定位方法的定位速度要比HYPOSAT定位方法快，平均要快3 s左右。但2种定位方法在发震时刻上差别不大，所以在大震速报上可以先用LCOSAT定位快速上报，再用HYPOSAT精准定位，给出准确结果，利用这一特点，今后的大震速报及编目工作将会事半功倍。

3 结论与讨论

准确的测定中深源地震的深度非常重要，本文中利用MSDP6.0软件中的LOCSAT和HYPOSAT两种定位方法对上述187条地震进行重新定位后发现，2种方法基本都能满足此区域的中深源地震，但对震源深度而言，在参与定位的台站越多、台站包围较好同时选取清晰的后续震相情况下 ，HYPOSAT定位结果更准确。

对于中深源地震而言，震级的测定一直是困扰学术界的问题。体波传播速度最快，体波震级通常是最先计算出来的震级，但由于会在8级左右饱和，对较大的地震并非最为适合。而这些中深源地震大多面波不发育，所以测定的面波震级非常不可信，同时体波震级与面波震级存在的非线性关系对普通大众又很难理解，这就给中深源地震震级的测定带来了很大的难题。LOCSAT和HYPOSAT两种定位方法对震级的测定上差异不大，在选取参与定位的台站较少且震中距不是很大的情况下，LOCSAT定位方法的计算速度要优于HYPOSAT定位方法。在参与定位台站的增多以及震中距加大的情况下，HYPOSAT得出的结果更为准确。利用这点，新疆台网以后的日常编目工作以及大震速报工作会事半功倍。

新疆及相邻地区的中深源地震是由印度板块向北挤压碰撞和西伯利亚地块向南挤压而形成近南北向应力场所致，在此应力场作用下，形成了强大的东西向弧形断裂，整体呈“八”字状。在“八”字的右半部分，也就是靠近塔里木盆地的断裂带自南向北呈现出震源深度由浅变深的趋势，在塔里木盆地的作用力下，沿着塔里木盆地西缘的地震深度大多在160 km以内，反观“八”字的左半部分的地震，自北向南呈现出震源深度由浅变深的趋势，大部分震源深度>160 km。在“八”字中间有一条很明显的俯冲带，由于俯冲带对两侧的俯冲速度和俯冲深度是不同的，同时也有它的走向和倾角等因素的影响，导致“八”字两侧地震震源深度出现明显分段性。“八”字左侧地震震源深度大多集中在180 km处，“八字”右侧地震震源深度大多集中在100 km处，这很可能是处在板块作用力集中的两个犄角部位。由于本地区地质结构复杂，新构造运动强烈，地震构造发育，强震活动及其频繁，这部分中深源地震很可能是即将发生强震的预警，所以整理好这部分地震资料，研究其特征尤为重要。