2. 中国呼和浩特 010010 中国航天科工集团第六研究院601所
2. The 601st Institute, the 6th Academy, China Aerospace and Industry Corporation, Hohhot 010010, China
具有不同振动性质(如纵波和横波)和不同传播路径(如直达波和反射波)的地震波在地震图上的特定标志称为震相(刘瑞丰等,2014)。“震相分析是地震科学的心脏”,是提取地震学数据的主要手段(赵荣国,1999)。2007年中国数字化地震台网建设完成后,各台网台站密度不断加大,地震波形记录更加丰富,积累了大量有价值的数字化地震波形资料。因各地区地震震源不同,地质特征不同,监测设备性能不同,导致最终传输到测震台网的地震事件波形各具特色,存在天然地震与非天然地震区分困难、Pn和Sn震相不明显的问题。同一区域地震在地震波形上具有很多相似特征,因此对所记录的不同区域地震事件进行分区域、分类别分析,总结震相特征规律,找出典型震例,对进一步提高地震速报和编目质量有重要意义。
目前,合肥、江苏、新疆、山西及河北数字地震台网先后对记录的近震震相特征进行分析和总结(冉慧敏等,2013;杨锐等,2016)。内蒙古自治区阿拉善及周边的蒙古等地区地震震相复杂(郝美仙等, 2015, 2016),给地震速报和编目工作增加了难度,而且针对内蒙古自治区内地震震相特征的研究工作较少(郭永霞等,2010)。为此,对内蒙古测震台网2008年以来速报的346次近震记录重新进行统计,分区域、分类别总结震相特征,挑选典型震例,并对研究成果的进一步应用进行尝试和探讨。
1 天然地震分区域特征2008年1月到2017年1月,内蒙古测震台网共速报地震346次,震中分布见图 1。由图 1可见,内蒙古自治区西部的阿拉善地区与东部的呼伦贝尔地区、中部的乌兰察布和锡林郭勒盟地区地震较多,内蒙古周边区域以蒙古国地震记录较多。以上不同区域的地震记录波形各异,但同一区域地震波形记录呈现相似特征。
(1)东部地震——呼伦贝尔地区地震。呼伦贝尔地处内蒙古东北部,属深源地震区,地震波形比较清晰,可识别,除常见Pn、Pg、Sn和Sg震相外,还有PmP和SmS以及深度震相sPn。图 2(a)给出2011年7月22日22:52:57.78呼伦贝尔市陈巴尔虎旗ML 5.2地震波形,可见海拉尔(HLR)和满洲里地震台(MZL)均记录到PmP、SmS震相,虽不易识别,但仿真后可见3—5个清晰的正弦波形。图 2(b)给出2011年7月23日00:34:55.68呼伦贝尔市陈巴尔虎旗ML 3.5地震波形,可见莫尔道嘎台(MDG)开始出现深度震相sPn,到时介于Pn、Pg震相,与Pn到时差固定不变,影响Pg震相的准确识别。
(2)西部地震——阿拉善地区地震。阿拉善地区属于内蒙古地震多发区,震中多在人烟稀少的沙地,地震波形整体较东部地震尖锐、周期大,且Sn震相不易识别,显著特征是面波发育良好。图 3给出2010年6月20日19:03:18.26阿拉善左旗ML 5.6地震波形,可见距震中46.71 km的乌海台(WUH)记录到较为清晰的Pg、Sg震相,距震中211.70 km处出现较清晰的Pn震相。
(3)中部地震。如图 4(a)所示,中部地区的锡林郭勒盟地震震相清晰干净,易识别。但乌兰察布地区的地震Pn、Sn震相不明显,Pg、Sg震相识别难度较大,其后有干扰震相,影响地震速报与编目工作。2016年7月30日01:50:42.03,乌兰察布四子王旗发生ML 4.3地震,地震波形见图 4(b),由图可见,在距震中111.48 km的保合少台(BHS)波形记录中,出现在Pg、Sg后的震相经仿真仍然存在,但无法根据理论到时准确判定震相类别;集宁台(JIN)Pg震相后的突起同样无法确定类别。凉城台(LCH)的Sg震相位置较难识别,易偏向后面振幅最大处,而被错误识别为Sn震相,根据震中距、走时及5.0的残差可识别Sg震相应为图 4(c)所示位置。
蒙古地震频发,地质构造活动强烈,因内蒙古测震台网对该国地震的记录台站包围不好,导致较难准确定位所发生的地震,见图 5。采用单纯型地震定位方法进行地震定位,经常出现Pn震相到时标出后定位深度为0的现象,需改用自适应地震定位方法。如图 6所示,蒙古地震震相清晰可识别,波形周期大,面波发育,主要震相有Pn、Sn、Pg和Sg、Sn震相不明显。
内蒙古测震台网数字波形记录中,具代表性的非天然地震为阿拉善左旗爆破及陕西神木塌陷。图 7给出2016年9月13日19:16:39.97阿拉善左旗ML 3.5爆破,其波形易与天然地震混淆,但具有初动向上、头大、S波较尖锐且衰减较快等非天然地震特征,主要震相为Pg、Sg,Pn、Sn震相不明显,Sg震相比理论震相到时靠前。
陕西神木塌陷具有初动向上、面波发育的特征,较易识别为非天然地震。主要震相为Pg、Sg,Pn、Sn震相不明显,Sg震相到时拾取时同样需要比理论震相靠前,否则定位残差大,波形特征见图 8。
通过对内蒙古测震台网数字化记录的地震波形特征进行分区域研究和总结,挑选典型震例,得到该区域地震波形特征:①东部的呼伦贝尔地区地震可见深度震相sPn。目前,中国对于地震深度的测定和计算尚不理想,而sPn震相在震源深度测定中较为实用,可进一步计算内蒙古东部地区地震的震源深度;②西部的阿拉善地区地震波形整体较东部尖锐、周期大,Sn震相不易识别,面波发育;③中部的锡林郭勒盟地震震相清晰干净、易识别,乌兰察布地区地震的Pn、Sn震相不明显,易将振幅最大处识别为Sg震相,应根据震中距、走时准确识别;④蒙古地震震相周期大、面波发育,因地震台站包围不好,准确定位较难,采用自适应方法定位为宜;⑤阿拉善左旗爆破易与天然地震混淆,震相具有初动向上、头大、S波较尖锐、衰减较快等非天然地震特征;陕西神木塌陷波形面波发育;爆破与塌陷波形的Sg震相需往前分。
以上成果对内蒙古测震台网地震速报、编目工作具有较大指导意义,有助于提高工作人员的震相识别能力,进而提高地震定位精度。此外,本研究产出的典型震例及波形特征可为内蒙古测震台网典型震例库系统(宋晓燕等,2017)提供基础数据。
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