呼和浩特基准地震台极远震震相记录特征分析

谷素荣 赵艳红 王玥 张剑影

（中国呼和浩特 010010 内蒙古自治区地震局）

0 引言

呼和浩特基准地震台地处阴山地震构造带的中段，该地区基本地形为长条状，北面为山脉，南面为盆地，分布着多条地震带和隐伏断层。呼和浩特以西的第四纪活动断裂较发育，尤其是阴山山前张性活动断裂带最明显。该断裂带既有垂直错动又有水平位移，表现为左旋走向滑动，NE 向断裂表现为右旋走向滑动，NW 向龙首山北缘断裂为左旋滑动。呼和浩特以东新生代岩浆活动强烈，晚第三纪中新世、上新世和第四纪中更新世时期有多次大面积玄武岩喷溢。

从2002 年4 月开始，呼和浩特基准地震台所有观测项目的数字化改造已完成并正式运行。近几年来，该台分析精度方面在全国分析报告评比中处于中上等水平。从2017 年起，国家测震台开始按照AK135 走时表对极远震波形进行震相分析，但呼和浩特地震台对极远震的分析处理仍属于弱项，不能准确地判断并识别极远震初至震相类型及后续震相，这直接影响到了该台地震分析资料的产出质量。为此，本文对呼和浩特基准地震台极远震的震相特征进行了分析，以期今后能够提供更可靠、更准确的震相分析资料。

1 极远震定义

极远震是震中距我国较远的地震，一般是指震中距大于或等于 105°，直到 180°的地震。地震波在传播过程中要通过地壳、地幔和地核，传播路径较长，穿透较深，在传播过程中遇到各种界面将发生反射和折射，进而形成各种反射波和转换波，传播持续时间较长，震相丰富。极远震没有地幔折射波，地核穿透纵波PKP 等为主要震相，它们一般起始波形较尖锐，周期较短；面波发育，在震中距180°附近，振幅更大。通常PP 波的记录较好。在宽频带记录上，对于振幅不太大的极远地震波，其记录也会叠加一些高频成分（刘瑞丰等，2014）。

识别极远震震相之所以困难，主要是由复杂的地球结构和速度分布所致（吴书贵等，2009）。极远震震相繁多而复杂，并且记录持续时间较长，在中长周期地震仪和长周期地震仪上有时记录持续达几小时。

一般情况下，极远震震相有如下特征：①极远震震波持续时间通常大于90 min；面波的最大振幅与初至波之间的到时差大于45 min（刘瑞丰等，2007）；②极远震初至波的垂直分量记录较清晰，易于辨认，振幅较大；而水平分量则较微弱，振幅较小；③地震波穿透较深，传播路程较长，从地壳到内核所经过的界面较多，并且波的种类丰富。远震体波传播路径如图1 所示。

图1 远震体波传播路径（彼得·鲍曼，2006）Fig.1 The propagation paths of teleseismic body wave (Bormann，2006)

2 呼和浩特基准地震台记录到的极远震震相一般特征及典型震例

2.1 极远震震相一般特征

据我国地震台网记录，极远震主要集中在南美洲、中美洲和北美洲的诸多地区，以及大西洋中部、南部地区（李惠智等，1998）。呼和浩特基准地震台记录到的极远震主要分布在北美洲的墨西哥等地，中美洲的危地马拉、洪都拉斯、古巴等地，南美洲的哥伦比亚、秘鲁、厄瓜多尔、智利等地。

通过对2010—2020 年呼和浩特基准地震台极远震数字观测记录进行分析发现，除了极个别情况外，记录到的极远震PKP、PP、SS 等震相均清晰。初动幅度为判断是否极远震的重要依据之一，地震发生后，首先关注的就是初动。根据初动是否尖锐，可粗略地判断地震震源的深浅；比较初动的周期和幅度可判断地震震中的远近。呼和浩特地震台极远震震相一般特征如下。

（1）较清楚的震相一般有Pdif、PKPdf、PKP、PP、PS、PKSdf、SKKSac 等，其中，对于PKP 震相，在震中距 100°—120°范围内、震级大于7.0 级的情况下，中长周期和长周期地震仪才会记录到较清晰的Pdif 初至震相，其波形表现为起始弱，振幅小，周期较长，波数少，呈正弦波形态。震中距大于145°之后，随着震中距的增大，PKP 震相分解成PKPbc、PKPab 震相，PKPbc 震相出现时的震中距为145°—155°，PKPab 震相为145°—180°，PKPbc 震相在PKPab 震相前面时，PKPbc 震相与PP 震相间的到时差大于200 s。

（2）在震中距为 110°— 144°时，能够观测到穿透内核的纵波 PKIKP 震相的复杂初至，PKIKP 震相 在短周期记录中较明显。

（3）PP 震相往往表现为较强起始的持续波列，其中的一水平分量也较强，而另一水平分量较弱，垂直向分量较弱。

2.2 典型震例

2.2.1 墨西哥地震。墨西哥地区地震震中距呼和浩特地震台110°— 120°，常见震相有Pdif、PKPdf、PP、PS、SS 等。下面以2020 年6 月23 日墨西哥7.4 级地震为例进行详述。

（1）宽频带记录的震相特征明显，Pdif 震相为初至震相，起始缓慢，周期约20—30 s，振幅相对较小，衰减较快，波数1—2 个；PKPdf 震相在 215 s 左右出现，振幅较小，变化微弱；PP 震相约出现在 290 s，垂直向特征明显，起始尖锐，周期长，持续时间短；PS 震相水平向特征明显，振幅大，周期大；SS震相水平向特征明显，比PS震相更尖锐，振幅也更大（图2）。

图2 2020 年6 月23 日墨西哥7.4 级地震宽频带记录震中距Δ：118.2°；深度H：10 kmFig.2 Wideband record of the MexicoM 7.4 earthquake on 23 June 2020(epicenter distanceΔ:118.2°,depthH:10 km)

（2）仿真基式SK 记录的震相特征也较明显，尤其是PS 震相的水平向特征更明显，振幅大，周期长；SS 震相水平向特征也更明显，比PS 震相更尖锐，振幅也更大（图3）。

图3 2020 年6 月23 日墨西哥7.4 级地震仿真基式SK 记录震中距Δ：118.2°；深度H：10 kmFig.3 Simulation base on SK record of the MexicoM 7.4 earthquake on 23 June 2020(epicenter distanceΔ:118.2°,depthH:10 km)

2.2.2 古巴南海域地震。古巴南海域地区地震震中距呼和浩特地震台115°—130°，常见震相有PKPdf、PP、PS、SS 等。2020 年1 月29 日古巴南海域7.7 级地震的仿真基式SK记录上震相特征明显，PKPdf 中心为初至震相，起始缓慢，周期约5 s，振幅相对较小，衰减较快；PP 震相约出现在 130 s，起始缓慢，周期长，持续时间短。PS 震相水平向特征明显，振幅小，周期短；SS 震相水平向特征明显，比PS 更尖锐，振幅大，周期长（图4）。

图4 2020 年1 月29 日古巴南海域7.7 级地震仿真基式SK 记录震中距Δ：119°；深度H：10 kmFig.4 Simulation Base SK Record of the Cuban South SeaM 7.7 earthquake on 29 January 2020(epicenter distanceΔ:119°,depthH:10 km)

2.2.3 洪都拉斯北地震。洪都拉斯北地区地震震中距呼和浩特地震台120°—130°，常见震相有PKPdf、PP、SKSac、Sdif、PS、SS 等。2018 年1 月10 日洪都拉斯北7.6 级地震的仿真基式SK 记录上震相特征明显，PKPdf 震相为初至震相，起始缓慢，周期约10 s，振幅相对较小，衰减较快；PP 震相约出现在 80 s，起始缓慢，周期长，持续时间短。SKSac 震相水平向特征明显，起始缓慢，振幅较小，周期短；Sdif 震相水平向特征明显，起始尖锐，振幅较大，周期短；PS 震相水平向特征明显，振幅小，周期短；SS 震相水平向特征明显，比PS 震相更尖锐，振幅大，周期长（图5）。

图5 2018 年1 月10 日洪都拉斯北7.6 级地震仿真基式SK 记录震中距Δ：120°；深度H：10 kmFig.5 Simulation Base SK Record of the Honduras NorthM 7.6 earthquake on 10 January 2018(epicenter distanceΔ:120°,depthH:10 km)

2.2.4 危地马拉地震。危地马拉地区地震震中距呼和浩特地震台120°—130°，常见震相有PKPdf、PP、SKSac、Sdif、PS、SS 等。2017 年6 月14 日危地马拉7.1 级地震的仿真基式SK 记录上震相特征明显，PKPdf 震相为初至震相，起始缓慢，周期约5 s，振幅相对较小，衰减较快；PP 震相约出现在 90 s，起始尖锐，周期长，持续时间短。SKSac 震相水平向特征明显，起始尖锐，振幅较大，周期长；Sdif 震相水平向特征明显，起始缓慢，振幅较大，周期长；PS 震相水平向特征明显，振幅大，周期长；SS 震相水平向特征明显，比PS 震相更尖锐，振幅大，周期长（图6）。

图6 2017 年6 月14 日危地马拉7.1 级地震仿真基式SK 记录震中距Δ：120°；深度H：100 kmFig.6 Simulation Base SK Record of the GuatemalaM 7.1 earthquake on 14 June 2017(epicenter distanceΔ:120°,depthH:100 km)

2.2.5 中美洲沿岸地震。中美洲沿岸地区地震震中距呼和浩特地震台125°—135°，常见震相有PKPdf、PP、SKSac、PS、SS 等。2016 年11 月25 日中美洲沿岸6.9 级地震的仿真基式SK 记录上震相特征明显，PKPdf 震相为初至震相，起始缓慢，周期约5 s，振幅相对较小，衰减较快；PP 震相约出现在100 s，起始尖锐，周期长，持续时间短。SKSac 震相水平向特征明显，起始尖锐，振幅较大，周期长；PS 震相水平向特征明显，振幅大，周期长；SS 震相水平向特征明显，振幅大，周期长（图7）。

图7 2016 年11 月25 日中美洲沿岸6.9 级地震仿真基式SK 记录震中距Δ：124°；深度H：30 kmFig.7 Simulation Base SK Record of the Central America CoastM 6.9 earthquake on 25 November 2016(epicenter distanceΔ:124°,depthH:30 km)

2.2.6 厄瓜多尔地震。厄瓜多尔地区地震震中距呼和浩特地震台135°—145°，常见震相有PKPdf、PP、SS 等。2016 年4 月17 日厄瓜多尔7.5 级地震的仿真基式SK 记录上震相特征明显，PKPdf 震相为初至震相，起始缓慢，周期约10 s，振幅相对较小，衰减较快；PP 震相约出现在 160 s，起始缓慢，周期长，持续时间短。SS 震相水平向特征明显，振幅大，周期长（图8）。

图8 2016 年4 月17 日厄瓜多尔7.5 级地震仿真基式SK 记录震中距Δ：141.2°；深度H：10 kmFig.8 Simulation Based SK Record of the EcuadorM 7.5 earthquake on 17 April 2016(epicenter distanceΔ:141.2°,depthH:10 km)

2.2.7 秘鲁地震。秘鲁地区地震震中距呼和浩特地震台150°—160°，常见震相有PKPdf、PP、SKKSac、SS 等。2018 年1 月14 日秘鲁7.2 级地震的仿真基式SK 记录上震相特征明显，PKPdf 为初至震相，起始尖锐，周期约10s，振幅较大，持续时间较长；PP 震相约出现在230 s，起始尖锐，振幅较大，周期长。SKKSac 震相水平向特征明显，起始缓慢，振幅较大；SS 震相水平向特征明显，振幅大，周期长（图9）。

图9 2018 年1 月14 日秘鲁7.2 级地震仿真基式SK 记录震中距Δ：154.3°；深度H：20 kmFig.9 Simulation Based SK Record of the PeruM7.2 earthquake on 14 January 2018(epicenter distanceΔ:154.3°,depthH:20 km)

2.2.8 玻利维亚地震。玻利维亚地区地震震中距呼和浩特地震台155°—165°，常见震相有PKPdf、PKPab、PP、pPKPdf、SS 等。2018 年4 月2 日玻利维亚6.8 级地震的仿真基式SK记录上震相特征明显，PKPdf 震相为初至震相，起始尖锐，周期约5 s，振幅较大，持续时间较长；PKPab 震相约出现在40 s，振幅大，周期长；pPKPdf 震相约出现在135 s，起始尖锐，振幅相对很大，周期长；PP 震相约出现在260 s，起始尖锐，振幅较大，周期长（图10）。

图10 2018 年4 月2 日玻利维亚6.8 级地震仿真基式SK 记录震中距Δ：159.3°；深度H：550 kmFig.10 Simulation Base SK Record of the BoliviaM6.8 earthquake on 2 April 2018(epicenter distanceΔ:159.3°,depthH:550 km)

2.2.9 智利地震。智利地区地震震中距呼和浩特地震台170°—179°，常见震相有PKPdf、PKPab、PP、SKKSac、SS 等。2016 年12 月25 日智利7.6 级地震的仿真基式SK 记录上震相特征明显，PKPdf 震相为初至震相，起始尖锐，周期约30 s，振幅较大，持续时间较长；PKPab 震相约出现在110 s，起始尖锐，振幅大，周期长；PP 震相约出现在340 s，起始尖锐，振幅较大，周期长。SKKSac 震相水平向特征明显，起始缓慢，振幅较大，持续时间短；SS 震相水平向特征明显，振幅大，周期长（图11）。

图11 2016 年12 月25 日智利7.6 级地震仿真基式SK 记录震中距Δ：175.3°；深度H：40 kmFig.11 Simulation Based SK Record of the ChileM 7.6 earthquake on 25 September 2016(epicenter distanceΔ:175.3°,depthH:40 km)

3 结束语

通过对呼和浩特地震台2010—2020 年记录的极远震进行分析，得到以下初步结论。

（1）震中距为110°—144°时，Pdif 震相为初至震相，起始缓慢，周期20—30 s，振幅相对较小，衰减较快，波数1—2 个；PP 震相为突出纵波震相，振幅最大且清晰，滞后于初至波Pdif 约 290 s 出现。PKPdf 震相在215 s 左右出现，振幅较小，变化微弱；PS 震相水平向特征明显，振幅大，周期长；SS 震相水平向特征明显，比PS 震相更尖锐。

（2）震中距约为 155°时，PKPdf、PKPbc、PKPab 震相同时聚焦生成大振幅 PKP 波列，在垂直向上波列最强。

（3）震中距为 156°—179°时，呼和浩特地震台记录到的极远震主要分布在秘鲁、玻利维亚、智利等地，均以中深源地震为主，各类震相具有深源地震震相起始尖锐的特点，振幅大，震相较清晰。