测定震源深度的困难和可能的解决方法

不同意义下的震源深度
• 利用震相到时数据（包括pP-P和sP-P）测定的震源深度可 以认为是地震初始破裂点的深度。
• CMT深度实质上反映的是地震矩张量密度分布的某种矩心 的深度（吴忠良，牟其铎： 现代地震目录，国际地震动 态，1994．(41):1~4）
• 矩张量反演获得的深度体现的是震源的一种矩心，它既不 是震源的几何中心，也不是简单的震源体的“质量”中心 （高原、周蕙兰：中国科学院研究生院学报，Vo1.14 ， No.2，1997）。
• 震相数据：可得到的震相数据种类，震相识别的 正确性，震相到时的读数准确度；
• 震源深度测定方法：能否充分利用可得到的到时 数据，自动处理与人机交互分析；
• 允许的处理时间：地震速报，地震波形的详细分 析；
• 地球（地壳）速度结构。
测定震源深度的固有困难：地震台 网不能三维地包围震源
• 如果把震中位置（地理经纬度λ、φ或在区域台网情况下 相对于台网中心的直角坐标x、y）、震源深度和发震时刻 作为4个参数求解，由于台网并非在三维意义上的包围震 源，使得发震时刻与震源深度这两个参数不独立。
• 不同意义下的震源深度可以相互比较，但不能彼此替代。 • 本报告的讨论限于利用震相到时数据测定的震源深度。
测定震源深度的意义
• 可以帮助我们推断具体地震的成因。 • 可以帮助我们推断地震可能造成的破坏程度和影响范围。 • 是判断地震类型的重要依据。特别是在核爆炸以及其他非
天然地震的鉴别方面，震源深度成为决定性判据之一。 • 有震例表明，在大地震发生之前，未来震中区及邻区出现
对震源深度结果可用性的提示和约束（续）
• 现用的地震定位程序中，一些程序能对震源深度测定能力 进行判断，在不利的情况下限定震源深度，并在输出结果 中予以指出；在可以给出震源深度时，同时给出其误差估 计，如Jopens/msdp中外挂的HYP2000、LocSat和HypoSat。 （JOPENS/MSDP地震台网数据处理及数据库管理软件用户 手册，广东省智源工程抗震科技公司，2007.5 ）
2011年全国测震学科关 键技术专家组工作会议
2011年7月14-15日 上海
测定震源深度的困难与 可能的解决方法
赵仲和 中国地震台网中心
关于震源深度的定义
• 震源：地震发生的位置。 • 震中：震源在地面上的垂直投影。 • 震源深度：震中到震源的深度。
（维基百科http://zh.wikipedia.org/wiki/地震）
• 在线性化求解的情况下，表现为走时空间偏导数矩阵中对 应于震源深度的一列元素都接近于1，而对应于发震时刻 的一列总是为1，这导致矩阵接近奇异，由于到时读数误 差的存在，使迭代不能收敛于正确解
• 在搜索类定位方法中则表现为其目标函数有多个相对极小 值，对应于不同的深度和发震时刻组合，也是由于到时读 数误差的存在，使得目标函数极小值对应的结果并非我们 期望的合理结果。
问题：因地震定位程序不同，地震速报和地震 目录中给出的震源深度可能是“海拔”深度（相对 于青岛外黄海平均海平面）而不是从震中地面算起 的深度。例如，在平均海拔4.5km的藏北高原，震 源深度应该是“海拔”深度+4.5km。HYP2000称， 给出的震源深度是相对参与定位台站的平均平面的 深度（似更合乎震源深度的定义） 。
<=180
DMIN(km) （最近台的震中距） <=focal depth or 5km
<=2x focal depth or 10km
<=50km
（Hypo81BJ，赵仲和，多重模型地震定位程序及其在北京台网的应用，地震 学报，5，2，1983． ）
对震源深度结果可用性的提示和约束（续）
• 一些地震定位程序中给出对定位结果的误差估计，如：基 于线性误差理论得到的协方差矩阵，由此得到给定置信水 平（例如95%）下的误差椭球和/或水平误差和深度误差 估计（赵仲和 牟磊育，地震定位结果中误差描述的标准化（摘要），
深震，对大地震预测具有一定意义。 • 可靠的震源深度是进一步测定其他地震参数（如震源机制
解）的基础，也直接影响如矩张量反演、震源过程反演的 起始点源位置。 • ……..
并非任何条件下都能得到可靠的震源深度
• 地震台网：台网相对于地震事件的几何分布，台 站的噪声水平，台站的地震计配置（频带，动态 范围，灵敏度），时间服务；
对震源深度结果可用性的提示和约束
• 因此，需要一些提示和约束，指出在一些情况下地震定位 程序给出的震源深度是不可用的。
• 例如：《区域台网地震月报目录与地震观测报告编报技术 规范》（1997）规定，地震月报目录中要尽可能地提供震 源深度值, 定位精度在一类以上且有近台记录（△≤5Okm） 的地震必须测定震源深度值,数据表示到个位(单位:公里)。
中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震 学会第十三次学术大会论文集）。
• 在给定台网和给定数据的限定下，如果没有能力给出可靠 的震源深度，则这样给出的深度误差估计会是一个人们无 法接受的大值。这导致如BLOC86（姜燕，1986）及其变 体在实际推广应用时，输出结果仅给出水平误差估计，掩 去了震源深度误差估计，失掉了对震源深度可用性的一个 判断依据。作为弥补措施，结合《编目规范》中的要求给 出深度可用性提示，避免了在地震速报和编目中误用本不 可靠的震源深度测定值。
RMS(s)
ERH(km)
（到时残差均方根） （震源水平误差）
A
<0.15
<=1.0
Bபைடு நூலகம்
<0.30
<=2.5
C
<0.50
<=5.0
D
其他情况
ERZ(km) （震源垂直误差）
<=2.0
<=5.0
台网质量标准
QD
NO
（使用台站个数 ）
A
>=6
B
>=6
C
>=6
D
其他情况
GAP(º) （空隙角）
<=90
<=135
• 上世纪80-90年代，北京台网定位结果输出中，对于不满 足上述要求的地震，给出提示，指出其震源深度“不可 用”，于是在地震目录中该地震的震源深度栏空。
• 在地震定位程序中根据地震定位质量的判别标准，划分地 震的类别，例如下表，以此告知震源深度结果的可靠性。
对定位结果质量的综合描述
定位质量标准
QS