2019年河南淅川ML 4.2地震震源深度测定

郑培玲 付 靖 万 娜 高家乙 贾漯昭

1）中国郑州 450016 河南省地震局

2）中国郑州 450003 河南卫生健康干部学院

0 引言

据中国地震台网测定，2019 年11 月30 日4 时28 分河南省南阳市淅川县（32.81°N，111.57°E）发生ML4.2 地震，震源深度7.1 km。此次地震位置与丹江口水库蓄水以来库区及周边地区ML≥4.0 地震震中分布明显不同，此次地震发生在库区内部，之前地震均发生在库岸。

2013 年，丹江口水库二期工程建成的丹江口水库专用地震监测台网投入运行。结合河南省地震观测台网已有地震台站，周边区域发生的地震震中位置可被准确测定，但震源深度的精度受发震时刻、震中距、地壳速度结构模型、定位方法等因素的制约，采用不同的测定方法和速度模型，甚至不同技术人员进行分析，所得结果往往差异较大。为了更加准确地测定此次地震的震源深度，使用“全国区域一维地壳速度结构模型建设及推广使用”项目产出的河南一维地壳速度结构模型（朱元清等，2017）（以下简称“2015 河南模型”）作为参考模型，分别利用PTD 方法和震源机制CAP 反演方法，重新计算此次地震的震源深度，以期对丹江口水库后续地震的发生机理研究可提供一定参考依据。

1 数据选取

2019 年11 月30 日4 时28 分河南淅川发生ML4.2 地震（图1），震中距400 km 范围内约32 个地震台站记录到清晰、完整的波形。人工拾取此次地震的体波震相走时（Pg/Pn，Sg/Sn），采用“2015 河南模型”（表1），利用PTD 方法和CAP 反演方法，计算震源深度。

图1 丹江口水库及周边ML ≥4.0 地震震中分布Fig.1 The distribution map of the earthquake epicenter above ML 4.0 which happened around Danjiang reservoir and vicinities

表1 2015 河南模型Table 1 2015 Henan model

2 震源深度测定

2.1 PTD 方法

2.1.1 原理。PTD 方法是震源深度测定的确定性方法（朱元清等，1990，1997a，1997b；王新岭等，2004）的简称，其基本原理如图2 所示，将地壳简化为上、下地壳两层均匀模型，其中E 为震中，O 为震源，h为震源深度，Si、Sj表示地震台站，v1、v2表示第1、2 层波的传播速度，H1、H2表示第1、2 层厚度，vn为波在莫霍界面的传播速度。假设Sc是Pg和Pn 波走时相同的点，Si、Sj为初至震相波Pg、Pn 的记录地震台站，只需将Sj地震台记录的实际初至震相Pn 波到时，减去BC段Pn 波的理论走时，就可以转换得到Si地震台Pn 波的替代到时。此时，将Sj台转换得到的Pn 到时减去Pg 到时，并根据走时差即可求解震源深度。当地震台站震中距小于Pn波出射临界点d时，将Sj地震台记录的实际初至震相Pn 波到时，减去AC段Pn 波理论走时，即得到虚拟地震台d的Pn 波到时，减去震中距小于d点的实际地震台Pg 波到时，并根据地震走时计算公式来求解震源深度。

图2 PTD 方法震源深度的测定原理Fig.2 Measurement principle of the source depth by the PTD method

PTD 方法是利用不同台站记录波形的初至震相清晰、读数准确的优点，避免了同一台站Pn 波与Pg 波模糊不清、地震波序列后继震相不易读准的缺点；该方法可利用一个台站与其他台站的多个组合同时定出多个震源深度，并采用加权平均方法计算得到最佳震源深度。

2.1.2 测定结果。采用PTD 方法，在给定地壳的厚度范围内，以1.0 km 为步长计算各深度，利用各台站的Pn 或Pg 波理论到时，得到理论到时差（朱元清等，1990，1997a），与观测到时差进行比较，得出误差均值（表2），取两者最接近时即误差小时对应的深度为震源深度。使用初至震相到时，可得到较为准确的Pn 与Pg 波到时差，记录Pg 和Pn 波到时的台站数据可两两组合，其组合相互独立，震源深度结果满足高斯分布，得到此次地震的震源深度为7.2 km（图3）。

表2 PTD 方法计算淅川ML 4.2 地震震源深度对应误差均值Table 2 The mean error of the source depth of Xichuan ML 4.2 earthquake calculated by PTD method

图3 PTD 方法计算淅川ML 4.2 地震震源深度Fig.3 The source depth of Xichuan ML 4.2 earthquake calculated by PTD method

2.2 CAP 反演方法

2.2.1 原理。CAP方法（Zhao et al，1994，1996）在反演过程中将近震宽频带三分向波形分为P波（Pnl）和面波两部分进行反演，对二者分别赋予不同权重，采用不同频段滤波后参与震源深度计算。通过理论计算合成波形和真实记录的误差函数，利用网格搜索法在相关参数空间中搜索最优解，并给出准确的矩心深度。CAP方法近年来取得广泛应用（郑勇等，2009；张辉等，2010；李晓峰等，2013；宋美琴等，2013；曲均浩等，2014；郑培玲等，2017）。

2.2.2 测定结果。为减小震源深度误差对震源机制反演结果的影响，反演过程中采用格点法对震源深度进行搜索，以波形拟合误差最小的震源深度作为最佳拟合结果。由图4 可见，各个深度反演得到的震源机制解较为一致，最佳震源深度为7.4 km。

图4 误差随深度的变化Fig.4 Error varies with depth

3 结论

此次研究以2015 河南模型作为地壳速度结构参考模型，分别采用PTD 方法和震源机制CAP 反演方法，重新计算2019 年11 月30 日河南淅川ML4.2 地震的震源深度，结果显示，由PTD 方法测定的震源深度为7.2 km，由CAP 方法反演的矩心深度为7.4 km，二者结果基本一致，与中国地震台网中心统一编目结果（7.1 km）相差不大。此结果表明，地震监测台网分布相对较优情况下，采用不同定位方法测定震源深度，结果相差不大。

江苏省地震局缪发军提供了PTD 震源深度计算程序，在此表示感谢。