吴磊
摘要：震源深度的准确测定对地球科学研究具有十分重要的意义。2021年9月16日04时33分在四川泸州市泸县发生Ms6.0地震，且发生一系列余震。该文采用PTD方法和四川、重庆地震台网记录的数据，基于四川2015速度模型，计算了该地震序列的震源深度，得到Ms6.0主震震源深度约为10 km，M≥2.5余震深度为10～15 km。所有震相数据来自中国地震台网中心编目数据库。
关键词：泸县Ms6.0地震 震源深度 四川2015模型 PTD方法
中图分类号：P315 文献标识码：A
The Determination of the Focal Depth of the Ms6.0 Earthquake Sequence in Lu County by the PTD Method
WU Lei
（Chongqing Earthquake Agency， Chongqing， 401147 China）
Abstract： The accurate determination of the focal depth is of great significance to geoscience research. The Ms6.0 earthquake occurred at 04：33 on September 16， 2021 in Lu County， Luzhou， Sichuan， followed by a series of aftershocks. By the PTD method and the date recorded by Sichun and Chongqing Earthquake Networks， based on the Sichuan 2015 velocity model， this paper calculates the focal depth of this earthquake sequence， and obtains the focal depth of the Ms6.0 main earthquake is about 10km and that the focal depth of M≥2.5 aftershocks is 10～15km. All seismic phase data is from the cataloging database of China Earthquake Network Center.
Key Words： Luxian’s Ms6.0 earthquake; Focal depth; Sichuan 2015 velocity model; PTD method
震源深度是分析和研究震源信息的最重要参数之一，测定的难度比较大[1，2]。震源深度的有效测定对天然地震的研究具有极其重要的作用和意义[2，3]。“十五”以来，随着天然地震研究水平及相关配套设施的不断发展，我国地震台网布设的密度正在逐年递增，地震的监测水平也在稳步提高，并且各个省市及地区台网之间的数据得到有效共享，使绝大多数的地震震中都可以被地震台站所覆盖，因此，研究人员可以快速准确地测定震中位置。但是，深度方向不会被地震台覆盖，震源深度的准确测定仍然是地震工作人员亟待解决的难题之一[1-3]。
经过文献查阅与资料调研可知，目前震源深度测定的方法多达几十种，主要分为运动学方法和动力学方法两类，在实际测定时各有所长[4-6]。PTD方法是一种确定性的运动学方法，能够有效快速确定震源的深度。PTD方法能够对各个台站之间的初至到時进行相应的数学变换，得到对应的到时差，从而准确地测定地震震源的深度[7]。大量实际应用发现，PTD方法优点比较多，主要以下5点：（1）莫霍面的速度比较平稳，并且容易计算；
（2）初至Pg、Pn震相的分辨率比较高，两者的组合比较独立，并且测定的深度数据呈高斯分布；
（3）Pg、Pn震相离源射线方向不同，在一定程度上提高深度测定的准确性；
（4）在计算过程中，PTD方法利用了多个台站的到时差数据，有效减少了发震时刻导致的误差；
（5）理论明确，测定效率高，能够有效满足测震台网工作人员的需求[7-9]。该文使用PTD方法，结合四川、重庆地震台网记录的数据，并且根据当地的地壳速度结构特点，对四川省泸州市泸县Ms6.0地震的震源深度进行了有效测定，以期为地震预报、防震减灾提供一定的借鉴。
1 泸县Ms6.0地震简介
经地震台网的测定，在北京时间2021年9月16日04时33分，我国四川省泸州市泸县发生了6.0级地震，该地震的震源深度為10 km，震中位于北纬29.20o，东经105.34o。9月16日14时，共记录到主震及余震32次，其中最大余震为9月16日04时55分19秒发生的Ms2.8级。泸县Ms6.0地震发生之后，省市及地方地震相关单位迅速启动了地震二级应急响应，首先成立了应急小组，然后安排了相应的工作人员迅速赶赴震区，开展地震救援、灾后重建等工作。根据应急小组的调查发现，泸县Ms6.0地震的等震线长轴呈北西西走向；
短轴的长度约为54 km，长轴的距离约为62 km，烈度6度及以上区域的范围达到了2 613 km2，其中极震区的烈度达到了8度，波及的8个地区的城镇及街道，共造成3人死亡、159人受伤。
此次泸县6.0级地震发生在四川重庆边界，是在四川省发生的第二次6级强震（上一次是在2019年6月17日长宁地区发生的Ms6.0级地震），并且也是泸州地区第一次6级地震。另外，此次地震的震中所在地区附近的地震台网具有比较强的监测能力，其中与震中距离最近的台站有四川LZH台和重庆ROC台，距离分别约为37 km、22 km。
2 各台网正式编目结果
以下为台网中心和各省局台网给出的震源深度情况，泸县Ms6.0地震发生后，国内各台网正式编目结果如下：（1）中国地震台网中心根据国家台站波形数据，判定此次地震深度为10 km；
（2）四川地震台网、重庆地震台网、陕西地震台网、浙江地震台网、广东地震台网、江苏地震台网最后测定地震深度均为10 km，湖南和福建地震台网测定深度为15 km，云台地震台网测定深度为12 km，地震震级在Ms6.0～Ms6.1之间差别不大。各台网正式编目结果见表1。以上各个台网的结果差别比较小，如果想要得到更加准确的深度结果，就需要合理的速度模型以及定位方法，尤其是适合地区实际的速度模型[7-9]。
3 四川2015速度模型简介
在使用PTD方法的过程中，地壳速度模型是一个重要的影响因素。震源深度的测定的影响因素主要有震中距离、到时误差、路径、速度模型这4种。自2014年开始，上海市地震局首次与其他各个省的测震台网合作，经过一定时间的研究与分析，完成了区域速度模型的建设，并且进行了大力的推广。目前，我国各个省的台网有了合适的速度模型（通常被称作2015模型）[10]。
该文采用PTD方法是以四川2015速度模型（简称四川模型）为基础，利用该模型与分区速度模型（主要分为AA模型、BB模型两种）对2009—2014年6年之间发生的Ms3.0以上的地震进行Hyposat批处理，四川模型的定位残差为0.48，而AA模型与BB模型的定位残差分别为0.52和0.71。其次，四川模型的水平误差以及深度误差均比较小，并且趋势也十分平稳。另外，四川模型与AA模型的水平误差相差无几，但是后者的深度误差极易出现大量的异常值。经大量研究发现，在使用四川模型时，PTD方法的震相计算结果更加服从高斯分布，因此，四川模型更加符合现实情况，获得的定位结果更准确[10]。
4 初至震相的多种定位方法
优选合适定位方法是获得有效地震数据的基础与保障，从而能够为后续的深度测定提供更加精确的数据。此次研究主要使用MSDP地震分析软件来获得有效的地震初至震相，该软件有以下3种定位方法。
4.1 单纯型法
这种方法是在N维空间中，使用N+1个顶点来组成1个多面体。根据单纯型的定位方法，首先获得N+1个顶点的函数值，然后对这些数值进行对比分析，确定这些顶点的优劣，再重新计算新点，进而使用更优的顶点进行替代，从而获得准确解。
4.2 HYP2000法
这种方法的基本原理是将走时在初值周围进行泰勒展开，然后构建观测方程组进行求解。从具体计算而言，HYP2000法先将观测方程组进行降维运算，并不是直接转化成正规的方程组，而是使用奇异值分解进行方程组的求解，进而获得准确的定位结果。
4.3 Hyposat法
这种方法的基本原理类似于HYP2000法，在定位的初始阶段设置相应的参数，如深度、深度误差等。Hyposat法进行深度计算时还能够使用固定和反演共同参与计算。
该次研究以四川2015速度模型为基础，分别利用MSDP地震分析软件的3种定位方法进行了定位计算，对63个台站的34个初至Pg震相以及63个初至Pn震相进行了重新标定，结果见表2。从表2中可知，单纯法的8.7 km的定位结果比较合理。其次，从表1可知，中国地震台网、四川地震台网、重庆地震台网、陕西地震台网、浙江地震台网、广东地震台网、江苏地震台网的最后测定地震深度均为10 km。与此同时，上述6个台网使用的台站都可以较好地覆盖震中，测定的结果也比较科学、合理。
表2 初至震相的3种定位方法
定位结果
发震时间
纬度
经度
深度
震级Ms
残差
单纯型
04：33：32.4
29.22
105.34
8.7
6.0
0.79
Hyposat
04：33：32.9
29.21
105.32
16.2
6.0
0.59
HYP2000
04：33：31.7
29.20
105.35
18.8
6.0
0.3
由上述的分析可知，此次泸县Ms6.0级地震的初步定位深度范围为8.7～10km。震源深度的测定误差与震中距关系密切，震中距越大，测定误差越大，在某种程度上说明要想获得准确的测定结果必须要有近台参与定位计算。
5 PHD方法测定泸县Ms6.0地震震源深度
在测定泸县Ms6.0地震时，基于四川2015速度模型，使用四川测震台网联网的63个地震台站63个初至Pn震相和34个初至Pg震相，选取4个独立的震源深度结果，其中有效深度4个，主震Ms6.0级地震震源深度为10 km，余震ML3.5、ML3.1的震源深度为10 km、ML2.5深度为15 km。编目数据库读取到四川测震台网的震源深度结果为10 km；
基于四川2015速度模型，对3个余震的震源深度进行计算。计算结果如图1、图2所示。从图1、图2中可知PTD方法计算得到的余震深度为10～15 km。深度结果相差不大，深度的最大值与高斯分布分布的极值耦合较好，并与MSDP下的单纯法、川滇3D定位深度较为接近，所以结果取平均值10 km，深度为（10±2）km较为合适。
6 结论与分析
（1）此次研究分别使用四川、重庆不同地震台站记录的震相数据及各自的地壳速度模型，采用PTD方法得到泸县Ms6.0地震的震源深度为10km，余震ML3.5、ML3.1深度为10 km、ML2.5深度为15 km。余震与采用PTD方法计算得到的深度与台网编目的地震深度一致，所以PTD方法计算得到的泸县Ms6.0主震震源深度为（10±2）km是有一定可信度的。综上所述，在区域测震台网地壳速度模型适合的情况下，PTD方法可比较快速准确地测定震源深度。
（2）地震深度的确定对于分析未来地震所带来的破坏程度以及地震发生趋势且深入调查四川盆地复杂断裂体系及潜在发震构造，开展该区域地震发震机理研究，为当地防震减灾、灾害调查提供科学依据，以减轻地震灾害风险。
参考文献
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