2018, Vol. 39
地震波从震源发出直至被地震台站观测仪器记录下来，携带大量的地球内部信息及震源信息，并反映在地震记录图上。震相就是具有不同振动性质和不同传播路径的地震波在地震图上的特定标志（刘瑞丰等，2014）。震相识别与分析是地震学研究的重要课题之一，也是地球内部构造、地震定位、震源机制等一系列研究的基础（赵荣国，1999）。
极远震一般震中距达105°—180°，振动持续时间较长，一般在1 h30 min以上，最大面波与初至震相到时差大于45 min。极远震震相识别与分析，对认识并研究地球核幔结构和重要间断面的性质具有重要意义。国家测震台以往主要依据J—B走时表对极远震进行震相分析，存在以下问题：①极远震初至震相一律用PKP标注，实际上PKP可能代表了Pdif、PKPdf、PKPbc、PKPpre等震相；②J—B走时表涉及的极远震后续震相相对较少，无法依据理论走时信息对实际波形中出现的明显震相进行识别，只能当做未知震相处理；③常不能准确识别地球核幔界面衍射波Pdif。
针对Pdif震相识别困难的问题，部分研究人员总结了该震相在部分地震台站的记录特征（唐燕娟，1997；许健生等，2012；许玉红等，2014）。随着新走时表（Seismological Tables：AK135）和IASPEI标准地震震相表的发布使用，对极远震震相的准确识别变为可能。国家测震台2017年起按照AK135走时表对极远震进行震相分析，从实际工作情况看，准确判断并识别极远震初至震相类型及后续震相，仍是部分研究人员的棘手问题。为此，以西安地震台（下文简称西安台）记录的2001—2018年6级以上极远震为研究对象，分析归纳典型极远震的震相特征，以期提高震相分析水平和测震分析工作质量，为其他地震台站极远震分析工作提供借鉴。
1 台站观测条件及资料选取西安台作为国家测震基准台，是新中国成立后首批建设的10个专业地震台站之一，也是中美合作CDSN观测台站。西安台台基为震旦系片麻状花岗岩，基岩完整，无风化，背景干扰小，放大倍率高，测震条件理想。该台站地处渭河断陷盆地，在地质构造上位于控制渭河断陷盆地南侧边界的秦岭北缘断裂南盘。
从模拟观测到数字记录，西安台已积累大量丰富的地震观测资料。相对西安台地理分布，极远震震中主要分布在北美洲、中美洲、南美洲及大西洋中部和南部，如：北美洲的美国加利福尼亚和墨西哥；中美洲的危地马拉、萨尔瓦多、洪都拉斯、尼加拉瓜、哥斯达黎加、巴拿马、古巴和海地；南美洲北部的哥伦比亚和委内瑞拉，中部的秘鲁和厄瓜多尔，南部的智利和阿根廷；大西洋中部和南部、斯科舍海、南桑威奇群岛、风向群岛等。选取西安台2001—2018年记录的348个6级以上极远震事件波形，分析震相特征。
2 震相特征 2.1 极远震特点极远震的特点是，地震波穿透深度大，传播路程长，从地壳到内核，所经界面多，且波的种类丰富。远震体波传播路径见图 1（图中实线代表P波，虚线代表S波），地震波通过地幔（M）、外核（OC）和内核（IC），理论上可以记录到Pdif、Sdif衍射波和PP、PS、PPP、SS等反射波以及PKP、SKS、SKKS等折射波（刘瑞丰等，2014；中国地震局监测预报司，2017）。
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图 1 远震体波传播路径示意（彼得· 鲍曼，2006） Fig.1 The propagation paths of teleseismic body wave (Bormann, 2006) |
选取西安台2001—2018年记录的348个6级以上极远震事件波形，分析震相特征。限于篇幅，本研究仅挑选13个典型极远震事件进行分析。所选地震事件目录见表 1。
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表 1 西安台记录典型极远震事件目录 Tab.1 Catalogues of typical teleseismic events recorded by Xi'an Seismic Station |
该地区发生的地震距西安台105°—110°，该震中距范围是P波第2个“影区”，也称“核影区”。在此震中距范围内发生的地震，西安台记录的震相较少，且不易识别，需要仿真到长周期地震仪LPSRO上才容易分析，常见震相有Pdif、PP、SKS、PS和SS，其中：Pdif为初至震相，变化微弱，一般在7级以上地震波形中出现，且需仿真到长周期地震仪LPSRO或763才可见。对该区震级相对小的地震进行初至震相识别时，由于垂直向上的反射波PP发育，容易被误认为初至震相，但其较初至震相Pdif传播慢约4 min20 s。该区典型震例见图 2。
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图 2 美国加利福尼亚湾M 7.0地震波形 Fig.2 The waveform of M 7.0 earthquake in the gulf of California, USA |
该地区发生的地震距西安台118°—127°，常见震相有Pdif、PKPdf、PKiKP、PP、PS和SS，个别震例有清晰Sdif震相。在此范围为，Pdif仍为初至震相，起始缓慢，周期约20—30 s，振幅相对较小，衰减较快，波数为1—2个，较PP震相快约4 min55 s—5 min20 s，对于7级以上地震，可在仿真为长周期763记录上清晰识别，甚至在原始记录上清晰可见。PKPdf和PKiKP震相几乎同时出现，形成大振幅，但相比PP震相，其振幅依然较小，变化微弱。由于Pdif波能量较弱，连续性不好，只有在震级较大地震中才可能出现，在此震中距范围内，往往将PKPdf作为初至震相。震级相对小的墨西哥地震，PP波发育，容易误认为初至震相。典型震例见图 3。
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图 3 墨西哥M 7.3地震波形 Fig.3 The waveform of M 7.3 earthquake in Mexico |
该地区发生的地震距西安台约127°，常见震相有Pdif、PKPdf、PKiKP、PP、PKS、Sdif、PKKS和SS。垂直向上的PP波振幅最大，而Pdif波仍为初至震相，只有震级较大时在长周期763记录上才可见，较PP波约快5 min15 s。该Pdif震相表现为一组微弱波列，与常见Pdif震相特征有所区别。PKPdf和PKiKP震相在PP波之前约2 min几乎同时出现，振幅相对较小。对于震级相对较小的地震，PKPdf通常作为初至震相，Sdif震相周期较大，约1—2个振动。典型震例见图 4。
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图 4 洪都拉斯北部海域M 7.6地震波形 Fig.4 The waveform of M 7.6 earthquake in the northern sea area of Honduras |
危地马拉地区发生的地震距西安台约127°，常见震相特征与洪都拉斯发生地震具有相似性，不再赘述。
2.2.4 萨尔瓦多地震该地区发生的地震距西安台约130°，常见震相有Pdif、PKPpre、PKPdf、PP、PKS和SS，有时有清晰震相SKS、SKKS、PS。在此震中距范围内，Pdif仍为初至震相，具其常见震相特征，较PP波约快5 min20 s，对于M 7以上地震，在原始波形记录上无法识别，仿真到长周期地震仪LPSRO或763记录上才可清晰识别。PKPpre震相出现，但并不明显，在PKPdf震相前15 s出现；PKS和SKP震相同时出现并聚焦，在三分向表现突出，呈大振幅；在Pdif震相到时延后约17 min35 s处，存在明显的未知震相i。典型震例见图 5。
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图 5 萨尔瓦多附近海域M 7.2地震波形 Fig.5 The waveform of M 7.2 earthquake in sea area near Salvador |
该地区发生的地震距西安台约132°，常见震相有Pdif、PKPpre、PKPdf、PP、PKS、PS和SS，部分震例SS震相不清晰。在此震中距范围内，Pdif震相在原始波形记录上无法识别，但仍为初至震相，具其常见特征，较PP波约快5 min27 s，需仿真到长周期地震仪LPSRO记录上才可清晰识别。PKPpre在PKPdf震相之前14 s出现，初动缓慢，周期较大，约为PKPdf震相2倍周期。PKS和SKP震相同时出现并聚焦，在三分向呈大振幅现象。存在未知震相i，比Pdif震相延时约17 min40 s出现。对于有一定深度的尼加拉瓜地区地震，M＜7.0，Pdif震相仍较发育，PKPpre震相也较为清晰。典型震例见图 6。
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图 6 尼加拉瓜沿岸近海M 7.0地震波形 Fig.6 The waveform of M 7.0 earthquake in coastal and offshore areas of Nicaragua |
该地区发生的地震距西安台约134°，常见震相有Pdif、PKPpre、PKPdf、PP、PKS和SS。Pdif是初至震相，具有其常见特征，较PP波约快5 min30 s。该区发生的地震Pdif波较发育，对于M 6.7地震，可在长周期763记录上清晰识别，但在原始波形记录上不清晰。PKPpre在PKPdf震相之前20 s出现，初动缓慢，周期较大，约为PKPdf震相2倍周期。在震中距134°附近，PKS和SKP聚焦，在波形上表现突出，振幅较大。存在未知震相i，较Pdif震相延时约17 min40 s出现。典型震例见图 7。
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图 7 哥斯达黎加M 7.9地震波形 Fig.7 The waveform of M 7.9 earthquake in Costa Rica |
该地区发生的地震距西安台138.6°—143.8°，常见震相有Pdif、PKPpre、PKPdf、PP、SKKS、SS。Pdif为初至震相，但不发育，较PP震相快约5 min46 s，仅在M 7.2以上地震出现，且原始波形记录不清晰，需仿真至长周期地震仪LPSRO才可清晰识别。PKPpre出现，但不是特别明显，PKPpre在PKPdf之前6 s出现。PKS和SKP在该震中距范围出现，在波形上呈现大振幅现象，但与130°—134°的地震相比，振幅相对较小，且PKS不容易标识。典型震例见图 8。
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图 8 南桑威奇群岛地区M 7.2地震波形 Fig.8 The waveform of M 7.2 earthquake in the South Sandwich Islands region |
该地区发生地震距西安台震中距范围是140°—144°，常见震相有Pdif、PKPpre、PKPdf、PP、SKKS和SS。Pdif是初至震相，具有Pdif波常见的震相特征，较PP快5 min42 s—5 min50 s。该区发生地震震级M 7.0以上，才可在长周期地震仪LPSRO或763记录上清晰识别，但在原始波形记录上不清晰。PKPpre出现，但不是特别明显，PKPpre在PKPdf前8 s左右出现。PKPdf波在垂直向上发育，较PP波振幅较大。PKS和SKKS震相较清楚。典型震例见图 9。
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图 9 哥伦比亚西岸近海M 7.1地震波形 Fig.9 The waveform of M 7.1 earthquake in the coastal waters of west coast of Columbia |
该地区发生的地震距西安台约145°，常见震相有PKP、PP、SKP、PKS、SKKS和SS。该震中距为PKPdf、PKiKP、PKPbc和PKPab震相交汇区，同时聚焦生成大振幅的PKP波列，无法识别主导震相，通常取PKP作为初至震相。在垂直向上PKP波列最强，PP波不发育，振幅相对较小且不易识别。对于该区发生的M 7.0以上地震，可在长周期763或LPSRO仿真记录上清晰识别Pdif波，但原始波形记录该震相不清晰，较PP震相出现早5 min49 s左右。典型震例见图 10。
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图 10 厄瓜多尔M 7.5地震波形 Fig.10 The waveform of M 7.5 earthquake in Ecuador |
该地区发生的地震距西安台约149°，其中PKPdf为初至震相（垂直向最为清晰震相），后续震相较少，常见SS震相，PP震相不清晰，难以识别。该震中距范围仍处于PKPdf、PKiKP、PKPbc、PKPab震相交汇区，同时聚焦生成大振幅PKP波列。对于该地区发生的地震，即使震级达M 7.8，Pdif震相仍未识别。典型震例见图 11。
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图 11 南极洲斯科舍海M 7.5地震 Fig.11 The waveform of M 7.5 earthquake in Scotia Sea of Antarctica |
该地区发生的地震距西安台约156°—163°，对于浅源的秘鲁地震，该震中距范围内记录的震相较少，常见震相有PKPdf、PP和SS，其中PKPdf为初至震相，因出射角大于85°，波能量几乎垂直向出射，垂直向记录突出，水平向记录较弱。该区深源地震主要分布于秘鲁东北部，具有深源地震特点，深震相较清晰，除具有浅源地震常见震相外，PKPab震相发育，在原始波形或短周期WNSP仿真记录上较清晰，容易识别。典型震例见图 12。
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图 12 秘鲁附近海域M 7.2地震 Fig.12 The waveform of M 7.2 earthquake in sea area near Peru |
该地区发生的地震距西安台约168°—176°，阿根廷地震以中深源地震为主，常见震相有PKPdf及其深震相pPKPdf和sPKPdf、PKPab及其深震相pPKPab和sPKPab、PP、PcPPKP、SKKS和SS，均具有深源地震震相起始尖锐的特点。PKPdf为初至震相，垂直向记录突出，水平向记录较弱，其后续深震相较清楚。PKPab震相清楚、易识别，容易与深震相混淆，PKPab在PKPdf之后1 min9 s—1 min40 s出现。在阿根廷地震波形中，PcPPKP震相容易出现，一般在PKPdf震相之后约8 min25 s—8 min35 s出现。在实际工作中，应依据地震的理论深度进行深震相识别。典型震例见图 13。
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图 13 阿根廷M 7.1地震波形 Fig.13 The waveform of M 7.1 earthquake in Argentina |
该地区发生的地震距西安台约168°—179°，常见震相有PKPdf、PKPab、PP、PcPPKP、SKKS和SS。其中，PKPdf为初至震相，垂直向记录突出，水平向记录较弱；PKPab波发育清晰且易识别，在PKPdf震相之后1 min7 s—1 min48 s出现；PcPPKP一般在PKPdf震相之后约8 min25 s—8 min35 s出现。典型震例见图 14。
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图 14 智利海岸近海M 7.1地震 Fig.14 The waveform of M 7.1 earthquake in coastal waters and offshore of Chile |
通过对2001—2018年西安台记录的极远震记录进行分析，归纳总结各地震区极远震类型及震相特征，得到以下初步认识。
（1）西安台记录到Pdif震相的地震震中距最远可达144.6°，最小震级为M 6.7。Pdif震相起始缓慢微弱，周期约20—30 s，振幅相对较小，衰减较快，波数为1—2个。对于美国加利福尼亚和洪都拉斯地震，Pdif震相与其常见特征有所区别，表现为一组微弱波列，持续时间较短。
（2）在震中距105°—144.6°范围内，西安台记录的极远震初至震相是Pdif，通常需要仿真到长周期地震仪LPSRO、763或中长周期SK记录上才可见，部分震例可在原始波形记录上清晰识别。Pdif波在不同地震区发育程度不同，与震源深度有一定关系，目前震例较少，尚需积累资料进一步分析。
（3）在震中距105°—146°范围内，PKiKP震相周期短，振幅小且变化微弱，在地震波形中难以识别。
（4）在震中距105°—146°范围内，Pdif为初至震相，但能量较弱，连续性不好，在PKPdf成为清晰震相后，通常将PKPdf作为初至震相。但在105°—134°范围内，PP波为突出纵波震相，振幅最大且清晰，滞后于初至波Pdif约4 min20 s—5 min30 s出现，对于震级较小的极远震，Pdif和PKPdf震相不发育，容易将其误认为初至震相。
（5）在震中距130°—141°范围内，西安台记录的极远震会出现先驱波PKPpre，震源有深度，在波形上表现突出。PKPpre通常在PKPdf震相之前20—6 s出现，初动缓慢，周期较大，约为PKPdf震相2倍周期。
（6）在震中距130°—134°范围内，PKS和SKP震相聚焦，在波形上表现突出，振幅较大。在此震中距范围内，极远震记录波形存在未知震相i，在垂直向上表现突出，具有纵波性质，与Pdif震相到时差约17 min40 s。
（7）在震中距145°左右，PKPdf、PKiKP、PKPbc和PKPab震相同时聚焦生成大振幅PKP波列，在垂直向上波列最强，建议日常分析工作使用PKP波表示。
（8）在震中距145°—149°范围内，PP震相不清晰，难以识别。
（9）在震中距156°—179°范围内，西安台记录的极远震主要分布在秘鲁、阿根廷和智利。阿根廷及秘鲁东北部以中深源地震为主，各类震相具有深源地震震相起始尖锐的特点。在此震中距范围内，浅源地震记录震相比较单一，主要有PKPdf、PKPab、PP、PcPPKP、SKKS和SS震相。
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