王莉嬋,朱元清,李雪英,王 鐸,蔡玲玲,李冬圣,楊 銳

(1.河北省地震局，石家莊 050021；2.上海市地震局，上海 200062；3.唐山市地震局，河北 唐山 063000)

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河北地區(qū)地殼一維速度模型的新近研究

王莉嬋1,朱元清2,李雪英1,王 鐸3,蔡玲玲1,李冬圣1,楊 銳1

(1.河北省地震局，石家莊 050021；2.上海市地震局，上海 200062；3.唐山市地震局，河北 唐山 063000)

為建立更適合河北地區(qū)地震速報(bào)及編目的地殼一維速度模型，收集河北數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)2009年1月至2014年10月定位臺(tái)站數(shù)N≥10，震級(jí)M≥1.0的1 113條地震以及精選的48條地震；利用滑動(dòng)窗擬合、折合走時(shí)等方法及結(jié)合前人研究成果確定一維速度模型中各參數(shù)的范圍，并利用Hyposat批處理程序，對(duì)精選的48條地震進(jìn)行了58 902次組合計(jì)算，對(duì)殘差最小的10組數(shù)據(jù)利用與編目結(jié)果震中位置偏差大小為原則進(jìn)行篩選，由此建立了適應(yīng)河北地區(qū)地震速報(bào)及編目的地殼一維速度新模型；然后利用批處理殘差大小比較、PTD深度定位、爆破檢驗(yàn)、典型地震檢驗(yàn)等方法對(duì)其驗(yàn)證。結(jié)果表明，相較于華南模型，新模型更適用于河北地區(qū)。

速度模型；滑動(dòng)窗擬合；折合走時(shí)；Hyposat批處理

0 引言

河北地區(qū)位于華北地震帶北部，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，東側(cè)為太行山脈，北部為陰山—燕山隆起，中部是冀中平原新生代沉降帶，陰山—燕山隆起與冀中平原新生代沉降帶之間是中、新生帶燕山沉降帶。受地質(zhì)構(gòu)造影響，河北地區(qū)斷裂帶十分發(fā)育，北部有張家口—渤海地震活動(dòng)帶，西部為山西地震帶[1]，中南部地區(qū)地震帶主要分為NNE-NE和NW向2組，其中又以NNE-NE向?yàn)橹鱗2]，特定的地質(zhì)構(gòu)造決定了河北省為地震多發(fā)地區(qū)。根據(jù)近年河北省地震臺(tái)網(wǎng)的數(shù)字觀測(cè)資料可知，河北省大震多發(fā)，中小地震更是相當(dāng)頻繁，密集度高。因此，加強(qiáng)河北地區(qū)地震活動(dòng)觀測(cè)研究具有十分重要意義。

地震活動(dòng)觀測(cè)依賴于測(cè)震臺(tái)網(wǎng)精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而精準(zhǔn)的地震定位不僅與定位臺(tái)站的數(shù)量、分布以及定位軟件、方法等有關(guān)，而且也受到地殼速度模型的制約。目前，河北數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)處理地震時(shí)在用速度模型有2個(gè)——華南速度模型及華北速度模型，前者用于日常編目工作，后者用于地震速報(bào)工作。其中華南模型是范玉蘭等[3]利用華南地區(qū)大量的天然地震和人工爆破資料研究得到的雙層平均地殼模型，與河北地質(zhì)情況不符；后者是中國(guó)地震局地球物理研究所利用唐山和邢臺(tái)老震區(qū)的地震資料計(jì)算所得，不符合河北整體區(qū)域地質(zhì)情況。2種模型的不統(tǒng)一性給河北數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行地震精準(zhǔn)定位帶來(lái)了困難。雖然前人針對(duì)河北地區(qū)地下介質(zhì)速度結(jié)構(gòu)也開展過(guò)很多工作，但是由于河北地質(zhì)情況復(fù)雜，北部山區(qū)與南部平原地區(qū)地殼厚度差異很大。大部分學(xué)者是針對(duì)不同的區(qū)域開展不同的研究：如于利民等[4]、張學(xué)民等[5]均基于深源遠(yuǎn)震體波資料并利用Haskell矩陣傳遞方法計(jì)算理論地震圖，與實(shí)際測(cè)資料擬合對(duì)比，前者得到河北北部部分臺(tái)站下方的速度結(jié)構(gòu)，后者得到陡河、灤縣等臺(tái)站下方的速度模型；張成科等[6]利用地震測(cè)深剖面資料，進(jìn)行射線追蹤走時(shí)擬合計(jì)算，得到了文安、蔚縣等地的一維速度模型；李強(qiáng)等[7]、于湘?zhèn)サ萚8]、王志鑠等[9]通過(guò)層析成像反演方法，利用P波到時(shí)數(shù)據(jù)，得到了華北區(qū)域地殼三維速度結(jié)構(gòu)；王帥軍等[10]利用張家口—渤海構(gòu)造帶的測(cè)震剖面資料，得到鹽山—大興—延慶、北京—懷來(lái)—豐鎮(zhèn)等不同測(cè)震剖面的地下速度結(jié)構(gòu)；田曉峰等人[11]利用廣義反演理論，對(duì)滄縣及唐山地區(qū)的人工地震測(cè)深勘探資料進(jìn)行反演，得到該區(qū)域的速度結(jié)構(gòu)和莫霍面深度；田寶峰等人[12]利用接收函數(shù)方位變化研究方法，進(jìn)行地殼各向異性反演計(jì)算出4個(gè)流動(dòng)臺(tái)站的地下結(jié)構(gòu)；趙博等人[1]利用雙差定位方法分析華北地區(qū)的地震活動(dòng)過(guò)程中，針對(duì)華北東、西部分別給出了2個(gè)不同的速度模型。通過(guò)分析可以看出，以上速度模型結(jié)果或是區(qū)域性的、或是三維速度結(jié)構(gòu)，難以直接應(yīng)用于河北臺(tái)網(wǎng)的實(shí)際工作中。所以為提高河北臺(tái)網(wǎng)地震定位精度，建立一個(gè)符合河北實(shí)際地質(zhì)情況，且可直接應(yīng)用于河北地震臺(tái)網(wǎng)編目和速報(bào)工作的速度模型十分重要，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究思路及方法

本文通過(guò)對(duì)大量地震震相資料進(jìn)行處理分析，建立適用于河北地區(qū)地震速報(bào)及編目的新地殼速度模型。首先，收集河北地震臺(tái)網(wǎng)“十五”數(shù)字化工程項(xiàng)目以來(lái)至本文研究期間的地震目錄及震相資料，利用不同的處理方法判定速度模型中各參數(shù)的變化范圍；其次，基于上述研究成果設(shè)定模型參數(shù)范圍及各個(gè)參數(shù)的變化步長(zhǎng)，利用Hyposat批處理程序，對(duì)選取的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行批處理，根據(jù)結(jié)果殘差大小及震中偏差大小的合理性分析，建立新的速度模型；最后，利用批量定位殘差比較、PTD深度定位、人工爆破數(shù)據(jù)、典型地震事件對(duì)新建立模型進(jìn)行驗(yàn)證，分析新模型的合理性。

1)線性擬合方法

由地震波走時(shí)方程可知，Pg、Pb、Pn3種震相走時(shí)分別為雙曲線和直線，其漸近線斜率或直線斜率即為各震相的擬合速度。所以通過(guò)提取各震相的震中距及走時(shí)數(shù)據(jù)，利用近似走時(shí)方程計(jì)算得到各種震相的擬合速度：

T=Δ/V+b。

(1)

式中：T為震相走時(shí)，V為擬合速度，Δ為震中距，b為常數(shù)。

2)折合走時(shí)方法

Pb、Pn的理論走時(shí)方程為

(2)

(3)

結(jié)合Pn、Pb走時(shí)路徑(圖1)，對(duì)公式(1)、(2)、(3)進(jìn)行探討可知：震相走時(shí)可分為2部分，一部分與震中距及波速相關(guān)(與地震波橫向傳輸距離相關(guān)——Δ/V)；一部分與震中距無(wú)關(guān)(與介質(zhì)厚度、波速、震源深度有關(guān)——b)。所以震相走時(shí)=橫向走時(shí)+豎向走時(shí)(折合走時(shí))，對(duì)公式(1)進(jìn)行變換，得到公式

TZ=T-Δ/V 。

(4)

式中：TZ為折合走時(shí)；T為理論/觀測(cè)震相走時(shí)；Δ為震中距；V為波速。

圖1 Pn、Pb走時(shí)路徑

因?yàn)檎酆献邥r(shí)只與介質(zhì)厚度(康拉德界面或莫霍面深度)、震源深度和波速相關(guān)，所以同一震源深度的情況下，理論折合走時(shí)應(yīng)為常數(shù)值b。本文中利用設(shè)置不同的波速和康拉德界面及莫霍面深度，通過(guò)觀察理論折合走時(shí)與觀測(cè)折合走時(shí)的分布對(duì)速度模型進(jìn)行調(diào)整。

3)Hyposat批處理方法

Hyposat定位方法是基于傳統(tǒng)蓋格基本原理進(jìn)行地震定位的方法[13]，Hyposat批處理軟件通過(guò)調(diào)用MSDP中的Hyposat定位程序，針對(duì)一維速度模型中每個(gè)參數(shù)，設(shè)置各自的參數(shù)范圍以及不同的變化步長(zhǎng)，不斷更改速度模型，對(duì)大量地震數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行Hyposat定位處理，并對(duì)不同模型結(jié)果中的殘差進(jìn)行比較，選擇較為合理的速度模型。

4)PTD方法

PTD方法是朱元清等人[14]提出來(lái)的，是將不同臺(tái)站的初至震相到時(shí)(包括Pg、Pn2種震相)做變換后，根據(jù)Pg與Pn的到時(shí)差組對(duì)計(jì)算地震的震源深度。該方法對(duì)速度模型要求較高，當(dāng)速度模型越接近實(shí)際情況，PTD程序計(jì)算結(jié)果中的有效震相數(shù)量也就越多，且圖形結(jié)果越符合高斯分布。

2 模型中各參數(shù)范圍確定

河北臺(tái)網(wǎng)目前使用的速度模型主要分為上地殼、下地殼以及上地幔頂層等3層結(jié)構(gòu)，包括以下8個(gè)參數(shù)：上地殼Pg波、Sg波速度及康拉德界面(conrad)深度Hcon，下地殼Pb波、Sb波速度及莫霍面(moho)深度Hmoho，莫霍面頂層Pn波、Sn波速度。由于S波是后續(xù)震相，在河北臺(tái)網(wǎng)日常編目中Sn震相數(shù)量很少、Sb震相無(wú)識(shí)別，無(wú)法直接利用Sb、Sn震相進(jìn)行速度求取。本文首先利用P波震相求取一維P波速度模型，在后續(xù)批處理過(guò)程中，利用波速比求得S波速度，并確定最終速度模型。

2.1 數(shù)據(jù)資料選取

統(tǒng)計(jì)了2009年1月1日至2014年10月31日期間，河北省數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)記錄到的臺(tái)站數(shù)N≥10(包括鄰省臺(tái)站)，且M≥1.0的河北省內(nèi)地震(不包括北京、天津)，共計(jì)1 113條。按震級(jí)分類， M1.0～2.0的地震有1 001條，M2.1～3.0的地震有96條，M3.1～4.0的地震有13條，M4.1～5.0的地震有3條。按震相統(tǒng)計(jì)，1 113條地震記錄到32 911個(gè)Pg震相，6 198個(gè)Pn震相，44 279個(gè)Sg震相，632個(gè)Sn震相。

2.2 VPg、VPn范圍的確定

將收集到的1 113條地震資料，提取每個(gè)地震的Pg、Pn震相資料的震中距及走時(shí)，求取不同震相在不同震中距范圍內(nèi)的擬合速度和穩(wěn)定性。針對(duì)Pg、Pn出現(xiàn)震中距不同，分別自50km、150km開始，根據(jù)以下2種情況進(jìn)行滑動(dòng)擬合，分析不同震中距范圍內(nèi)2種震相的速度變化特征。

1)線性擬合

表1VPg、VPn隨震中距增大時(shí)的變化為VPg、VPn以50km為步長(zhǎng)，不斷擴(kuò)大震中距的擬合結(jié)果：①當(dāng)震中距在50～150km范圍內(nèi)，Pg速度最小為6.04km/s，隨著震中距范圍不斷增大，速度也不斷增大，最大達(dá)到6.21km/s，平均速度為6.17km/s。②當(dāng)震中距在150～300km范圍內(nèi)，Pn速度最小為7.96km/s，隨著震中距增大，Pn速度也在不斷增大，最大達(dá)到8.05km/s，平均速度為8.02km/s。

表1 VPg、VPn隨震中距增大時(shí)的變化

2)滑動(dòng)窗擬合

表2為Pg、Pn震相分別以150km、200km為窗口，50km為步長(zhǎng)的震中距變化范圍內(nèi)的變化特征。由表2看出，Pg、Pn震相分別在震中距50～400km、150～500km范圍內(nèi)變化較為穩(wěn)定，即近距離范圍內(nèi)較穩(wěn)定，之后由于震相數(shù)量減少，波動(dòng)較大。針對(duì)不同滑動(dòng)窗的擬合結(jié)果，舍棄數(shù)據(jù)量使用率低于10%的數(shù)據(jù)結(jié)果后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：第1種滑動(dòng)窗結(jié)果中VPg的變化范圍為：6.10～6.38km/s，平均值為6.26km/s，VPn的變化范圍為：7.96～8.16km/s，平均值為8.05km/s；第2種滑動(dòng)窗結(jié)果中VPg的變化范圍為：6.16～6.35km/s，平均值為6.26km/s，VPn的變化范圍為：7.96～8.21km/s，平均值為8.08km/s。結(jié)合線性擬合及滑動(dòng)窗擬合結(jié)果，確定VPg、VPn的變化范圍分別為：6.0～6.4km/s，7.9～8.3km/s。

2.3 VPb范圍的確定

選取河北省內(nèi)M≥2.0，定位過(guò)程中本省所屬臺(tái)站使用率在40%以上，且震中分布能覆蓋全省大部分地區(qū)的地震，共計(jì)48條(圖2a)。其中河北北部的承德地區(qū)選用的地震為震級(jí)M≥1.7，本省臺(tái)站使用率在17%以上(圖2b)。根據(jù)張惠[15]的方法，明確本區(qū)域Pb震相特征(圖3a)，對(duì)選定的48條地震重新進(jìn)行震相標(biāo)定，共標(biāo)定出96個(gè)Pb震相。對(duì)此96個(gè)震相做線性擬合，擬合結(jié)果VPb=6.56km/s(圖3b)。

表2 VPg、VPn在不同震中距內(nèi)的變化

a 研究選用的地震震中分布 b 研究選用的地震射線分布圖2 河北省選用的48條地震震中分布及選用的地震射線分布圖

a 密云臺(tái)Pb震相 b 96個(gè)Pb震相的線性擬合圖3 本區(qū)域典型Pb震相圖與Pb震相擬合結(jié)果

根據(jù)折合走時(shí)理論，即當(dāng)速度參數(shù)合適時(shí)，同一震源深度下，實(shí)際震相應(yīng)均勻分布在理論折合走時(shí)兩側(cè)。統(tǒng)計(jì)歷年地震定位結(jié)果可知，河北地區(qū)的地震震源深度大部分位于5～20km之間，所以本文將折合走時(shí)中的震源深度設(shè)置為5km、10km、15km、20km4個(gè)深度值。基于華南模型、華北模型與擬合結(jié)果中VPb值，利用識(shí)別的96個(gè)Pb震相做折合走時(shí)，不斷調(diào)整VPb大小，當(dāng)VPb=6.68km/s時(shí)，實(shí)際震相均勻?qū)ΨQ的分布在理論折合走時(shí)兩側(cè)，說(shuō)明VPb應(yīng)在6.68km/s左右(圖4c)。結(jié)合華南模型、華北模型以及Pb震相擬合速度結(jié)果和折合走時(shí)調(diào)整結(jié)果，認(rèn)為VPb的變化范圍為：6.5～6.9km/s。

圖4 VPb調(diào)整前后折合走時(shí)

2.4 Hcon、Hmoho范圍的確定

康氏界面深度與莫霍面深度可以利用爆破資料的折合走時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

是以華南模型為基礎(chǔ)，結(jié)合上文中VPb的調(diào)整結(jié)果，對(duì)Hcon、Hmoho進(jìn)行調(diào)整前后的折合走時(shí)。圖4a、4b分別是以爆破震相資料基礎(chǔ)，對(duì)華南模型中Hcon、Hmoho進(jìn)行調(diào)整前后所做的折合走時(shí)；圖4c、4d分別是以48條地震震相資料為基礎(chǔ)，對(duì)華南模型中Hcon、Hmoho進(jìn)行調(diào)整前后所做的折合走時(shí)。通過(guò)對(duì)比可以看出，4幅圖中實(shí)際震相的折合走時(shí)與理論的基本平行，但華南模型的結(jié)果沒(méi)有均勻的分布在理論折合走時(shí)的兩側(cè)，對(duì)Hcon、Hmoho進(jìn)行調(diào)整，Hcon由21km增加為22km，Hmoho由33km增加為35km，調(diào)整后理論與實(shí)際震相的折合走時(shí)分布較為均勻，所以Hcon、Hmoho的范圍分別應(yīng)該在22、35km左右。

根據(jù)查閱文獻(xiàn)可知，由于康拉德界面存在不連續(xù)性，前人針對(duì)其研究較少，所以利用爆破折合走時(shí)及華南模型、華北模型等結(jié)果，將Hcon的參數(shù)變化范圍定為18～23km。

前人針對(duì)莫霍面深度研究較多，其中羅艷等[16]利用接收函數(shù)得到了河北地區(qū)67個(gè)臺(tái)站下方的莫霍面深度，其分布位于30～42km之間，與大多數(shù)研究成果相符，且上文爆破折合走時(shí)結(jié)果正好位于該范圍內(nèi)，故確定河北地區(qū)的Hmoho參數(shù)變化范圍為30～42km。

3 河北區(qū)域一維速度模型建立

根據(jù)一維速度模型中各參數(shù)變化范圍，對(duì)選定的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行Hyposat批處理，根據(jù)Hyposat定位結(jié)果殘差大小，以及與編目結(jié)果震中偏差的大小等來(lái)確立河北區(qū)域最終的速度模型。本次批處理過(guò)程分為2步：首先利用固定的波速比進(jìn)行定位，尋找殘差較小且較為合理的P波速度模型為最優(yōu)；其次，在此模型基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整波速比的方法，確定最終速度模型。

3.1 P波速度模型確立

本次批處理過(guò)程使用的是上文的48條地震，震相數(shù)量分別為：3 206個(gè)Pg震相，1 258個(gè)Pn震相，3 380個(gè)Sg震相，155個(gè)Sn震相，計(jì)算過(guò)程中將波速比固定為理論波速比1.73。

Hyposat批處理過(guò)程分為2步：

第1步，將上文得到的VPg、VPb、VPn、Hcon、Hmoho的變化范圍設(shè)置為批處理各參數(shù)的變化范圍，并對(duì)速度參數(shù)和厚度參數(shù)分別取步長(zhǎng)0.1km/s、1km進(jìn)行網(wǎng)格搜索運(yùn)算，尋找殘差最小的速度模型。以下為第一步的取值范圍及步長(zhǎng)：

VPg取6.00～6.40km/s，步長(zhǎng)為0.1km/s；

VPb取6.50～6.90km/s，步長(zhǎng)為0.1km/s；

VPn取7.90～8.30km/s，步長(zhǎng)為0.1km/s；

Hcon取18～23km，步長(zhǎng)為1km；

Hmoho取30～42km，步長(zhǎng)為1km。

第1步殘差最小的結(jié)果為VPg=6.20km/s、VPb=6.50km/s、VPn=7.90km/s、Hcon=23km、Hmoho=35km，殘差為0.417。

第2步：以第1步結(jié)果為基礎(chǔ)，將速度參數(shù)步長(zhǎng)調(diào)整為0.01km/s，厚度參數(shù)步長(zhǎng)0.5km，各參數(shù)取不同的變化范圍，進(jìn)行進(jìn)一步的批處理：

VPg取6.10～6.25km/s，步長(zhǎng)為0.01km/s；

VPb取6.45～6.60km/s，步長(zhǎng)為0.01km/s；

VPn取7.85～8.00km/s，步長(zhǎng)為0.01km/s；

Hcon取21～24km，步長(zhǎng)為0.5km；

Hmoho取34～36km，步長(zhǎng)為0.5km。

表3為殘差較小的前10組模型和華南模型、華北模型的Hyposat定位結(jié)果以及每組結(jié)果與編目結(jié)果的震中偏差分布。經(jīng)過(guò)比較，可以看出第4組模型雖然殘差略大，但是其震中偏差小于2km的地震條數(shù)最多，為84.8%，平均震中偏差為最小值1.9km，故最終認(rèn)為第4組為最優(yōu)P波速度模型：VPg=6.11km/s，VPb=6.60km/s，VPn=7.96km/s，Hcon=22km，Hmoho=35km。

表3 Hyposat批處理殘差最小的前10組模型

3.2 新模型確立

一般情況下而言，隨著深度的增加，壓力和溫度增大，導(dǎo)致縱波速度增加會(huì)快于橫波速度[17]，因而縱、橫波波速比會(huì)隨深度增加而增大。根據(jù)這一原則，在P波最優(yōu)模型基礎(chǔ)上，以0.01步長(zhǎng)調(diào)整波速比進(jìn)行批處理計(jì)算，利用Sg、Sn震相確立河北新模型，得到殘差最小的3層波速比分別為1.72、1.73、1.76。經(jīng)計(jì)算，本次結(jié)果與編目結(jié)果的震中偏差為1.9km，與P波最優(yōu)模型結(jié)果的震中偏差基本一致，所以最終認(rèn)為表4為河北新模型參數(shù)。

表4 河北2層地殼新模型參數(shù)

4 新模型檢驗(yàn)

4.1 批量定位殘差檢驗(yàn)

批量定位檢驗(yàn)是利用河北新模型對(duì)河北區(qū)域2009年1月至2014年10月M≥2.0的地震進(jìn)行Hyposat批處理定位，并與華南模型、華北模型的Hyposat定位結(jié)果作對(duì)比，以此驗(yàn)證新模型的合理性。

2009年1月至2014年10月河北地區(qū)發(fā)生M≥2.0事件共132次，去除邊界地震以及單臺(tái)記錄地震和爆破、可疑地震事件，本次Hyposat批處理共使用地震條數(shù)為125條。基于3種模型對(duì)125條地震分別進(jìn)行Hyposat批處理定位，并對(duì)3個(gè)結(jié)果進(jìn)行定位殘差對(duì)比。新模型的殘差范圍在0.195～0.846之間，平均殘差為0.420；華南模型的殘差范圍在0.22～1.462，平均殘差為0.589；華北模型的誤差范圍在0.240～1.922之間，平均殘差為0.603。故認(rèn)為新模型優(yōu)于華南模型與華北模型。

4.2 PTD深度定位檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)新模型在河北整個(gè)地區(qū)的適用性，在河北西部、東部、南部、中部4個(gè)地區(qū)分別選取了發(fā)生在張家口、唐山、贊皇、廊坊等地的4個(gè)地震進(jìn)行PTD深度定位檢驗(yàn)(表5，圖6)。由表5看出，新模型的深度略微加大，但較為合理，且新模型的有效震相使用率較華南模型分別提高了36.6%、20.85%、29.57%、35.07%，另外,圖6中符合高斯分布的圖形結(jié)果也證明了新模型定位結(jié)果的可靠，由此證明了新模型在河北地區(qū)的合理性。

表5 4個(gè)地震的PTD處理結(jié)果

圖6 PTD處理的圖形結(jié)果

4.3 人工爆破檢驗(yàn)

中國(guó)地震局地球物理研究所于2007年12月12日03點(diǎn)00分在河北懷來(lái)地區(qū)進(jìn)行科學(xué)探測(cè)爆破，河北省測(cè)震臺(tái)網(wǎng)完整地記錄了此次爆破波形。運(yùn)用MSDP軟件中Hyposat定位方法，針對(duì)河北新模型與原華南模型分別對(duì)此次爆破進(jìn)行定位，通過(guò)定位殘差比較以及2種結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比，分析新模型的有效性。2種模型對(duì)比結(jié)果(表6)顯示，新模型與華南模型的定位結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果震中差分別為1.02km與3.13km，定位精度提高了2km，并且新模型的定位殘差略小于華南模型的殘差。由此證明新模型優(yōu)于華南模型。

表6 懷來(lái)爆破實(shí)測(cè)結(jié)果與華南模型及河北新模型定位結(jié)果比較

4.4 典型地震事件

利用典型地震事件進(jìn)行模型驗(yàn)證過(guò)程中，采用了2種對(duì)比方法：不同模型(河北新模型、華南模型)、同一定位方法對(duì)同一地震進(jìn)行定位；同一模型(河北新模型)、不同定位方法對(duì)同一地震進(jìn)行定位。本文中選擇的典型地震為2009年以來(lái)，河北地區(qū)發(fā)生的最大的2次地震以及天津發(fā)生在下地殼的一次地震：2012年5月28日河北唐山M4.8地震、2014年9月6日河北涿鹿M4.3地震以及2016年5月1日天津北辰區(qū)M2.8地震。

1)不同模型、同一定位方法結(jié)果比較

表7為2012年唐山地震與2014年涿鹿地震基于不同模型(河北新模型、華南模型)，運(yùn)用Hyposat定位方法分別進(jìn)行定位的結(jié)果。從中可以看出，河北新模型較華南模型的定位結(jié)果中，發(fā)震時(shí)刻與震中位置相差不大，但河北新模型的殘差更小。其中，唐山地震與涿鹿地震的新模型定位結(jié)果的震源深度分別為14.3km、15.9km，而李冬圣等[18]針對(duì)這2個(gè)地震的矩張量反演結(jié)果中震源深度分別為11km、14km，二者相近。

表7 唐山、涿鹿地震在河北新模型與華南模型結(jié)果中的比較

2)同一模型、不同定位方法結(jié)果比較

本次對(duì)比選擇的是2013年唐山M4.8地震及2016年天津北辰M2.8地震，根據(jù)上文定位結(jié)果以及地震目錄可知，二者震源分別位于上、下地殼中。根據(jù)波形傳播規(guī)律可知，發(fā)生在下地殼的地震缺少Pb震相，據(jù)此檢查2次地震波形，發(fā)現(xiàn)唐山地震具有明顯的Pb震相，而天津北辰地震則無(wú)，所以也證明2次地震分別發(fā)生在上、下地殼中。基于河北新模型，應(yīng)用Hyposat定位方法及PTD定位方法對(duì)2次地震分別進(jìn)行定位。其中，前者2種方法的定位結(jié)果中，震源深度分別為14.3km、15.0km；后者的2種震源深度結(jié)果分別為26.5km、26.8km。2種定位方法震源深度結(jié)果相近且符合地震波形特征。由此可見(jiàn)，河北新模型定位結(jié)果穩(wěn)定、準(zhǔn)確。

綜合上述結(jié)果，認(rèn)為河北新模型相較于原華南模型在地震定位過(guò)程中殘差更小，精度更高，與河北實(shí)際地質(zhì)情況更為相符。

5 結(jié)論與討論

本文在利用數(shù)字化震相資料建立河北區(qū)域一維速度模型過(guò)程中，主要得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1)通過(guò)滑動(dòng)窗擬合、折合走時(shí)、Hyposat批處理等程序和方法建立河北地區(qū)新的一維速度模型，并利用新舊模型批處理殘差比較、PTD震源深度定位、人工爆破、典型地震等數(shù)據(jù)和方法對(duì)新模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，相較于河北臺(tái)網(wǎng)現(xiàn)用的華南速度模型，新的速度模型定位精度更高，殘差更小。

2)在標(biāo)定Pb震相過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)北部山區(qū)地震的Pb震相較為清晰，東南部平原地區(qū)Pb震相較難識(shí)別，且整體Pb震相并不發(fā)育，由此說(shuō)明河北地區(qū)康拉德界面并不連續(xù)，尤其是東南部地區(qū)，地殼結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

3)在建立河北地區(qū)新模型的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)河北南部平原與北部山區(qū)地質(zhì)構(gòu)造有所差異，其速度模型也應(yīng)不同；且在課題研究過(guò)程中，基于新模型對(duì)唐山地區(qū)部分地震重新做了PTD定位，發(fā)現(xiàn)新模型定位結(jié)果的震源深度較原華南模型結(jié)果偏深，后續(xù)可針對(duì)以上2點(diǎn)做進(jìn)一步研究。

致謝 感謝河北省地震局、上海市地震局以及一維速度模型相關(guān)工作人員提供的支持和幫助；感謝審稿老師提出的寶貴意見(jiàn)及建議。

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Study on One-dimensional Crustal Velocity Model in Hebei Area

WANG Li-chan1,ZHU Yuan-qing2,LI Xue-ying1,WANG Duo3, CAI Ling-ling1,LI Dong-sheng1,YANG Rui1

(1.Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050021,China;2.Earthquake Administration of Shanghai,Shanghai 200062,China;3.Earthquake Administration of Tangshan,Tangshan 063000,China)

In order to establish a more appropriate one-dimensional velocity model for the earthquake quick reporting and compiling catalogue in Hebei Seismometry Network,1113 earthquakes with the positioning station number over 10 and the M magnitude over 1were collected and 48 earthquakes were selected from January 2009 to October 2014.Firstly,the range of parameters in one-dimensional velocity model was got by the methods of the sliding window fitting,the travel time reducing and referring to some previous researches.Secondly,to establish the new model of Hebei by the program of Hyposat Batching with the 48 selected earthquakes for 58902 calculations.The new velocity model was established according to the criterion,that the residual of the calculation was minor and the deviation of epicenter between the calculation and the compiling catalogue was minimum.Thirdly,the new velocity model was examined by the comparison of residual results,the depth positioning by the PTD,the blast events and the typical earthquakes and so on.It was shown that comparing to the South-China mode the new velocity model is more in conformity with the geological feature in Hebei area.

velocity model; sliding window fitting；travel time reducing；Hyposat batching

王莉嬋，朱元清，李雪英,等．河北地區(qū)地殼一維速度模型研究[J]．華北地震科學(xué)，2016，34(4):1-10.

2016-08-12

2014年河北省地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(DZ20150424088)

王莉嬋(1988—)，女，河北石家莊人，助理工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)工作．E-mail：wlc84872583@163.com

P315.2

A

1003-1375(2016)04-0001-10

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.04.001