管 勇，吴 朋，范 军，傅 莺，唐 淋,马付红

(四川省地震局，四川 成都 610041)

台站分布对不同方法定位结果的影响程度
——以芦山余震为例

管 勇，吴 朋，范 军，傅 莺，唐 淋,马付红

(四川省地震局，四川 成都 610041)

选取四川测震台网记录的芦山Ms7.0地震余震资料，在保证相同地震台站及相同震相到时的前提下，台站空隙角在25°～320°范围内任意变化，分别采用MSDP中常用的Hyposat、HYP2000、locSAT和单纯形等定位软件，在相同速度模型下进行多次定位，并对定位震中位移误差进行分析，结果表明：震中位移误差随着空隙角的增大而逐步变大，震中位移范围Hyposat为0.2～11.6 km、HYP2000为0.1～9.9 km、locSAT为0.4～11.4 km、单纯形为0.2～14.1 km；LocSAT的震中位移误差整体变化相对平稳，起伏不大，该方法适用于本研究中的所有定位地震；在台站空隙角大于240°时，单纯形的震中位移误差会出现随机突跳现象，该方法不适用于台站空隙角较大的地震定位。

测震台网；台站空隙角； 地震定位； 震中误差

地震定位是地震学中最经典、最基本的研究课题，在地球内部结构、区域地震活动性、地震构造研究中具有不可替代的作用。陈贵美等对广东数字地震台网“十五”系统的几种地震定位方法进行了定位效果比较，结果表明：对于网内地震，单纯形及HYPO2000的定位法结果稍优于HypoSat定位法；对于网缘地震，3种定位程序得到的结果相差不大[1]。在日常工作中，四川测震台网速报和编目人员经常使用MSDP软件中提供的Hyposat、HYP2000、locSAT、单纯形四种定位方法。为提高四川测震台网地震编目和大震速报的工作质量，这里选取四川测震台网记录的芦山Ms7.0地震余震资料，将每个地震的台站空隙角在25°～320°范围内任意变化，采用上述4种定位方法进行重新定位，对定位震中位置误差进行分析，进而探索在四川西部台站分布稀少地区，选取何种定位方法得到的震中位置精度更高。

1 资料和方法

1.1 资料选取

本文选取芦山余震主要是考虑到四川测震台网已有60个固定台站和新架设的35个科考台并网观测，构成的地震观测网对余震区形成了较好的方位覆盖，保证了地震定位结果的可靠性。杨智娴等在汶川MW7.9地震的震源位置与发震时刻的研究中指出[2]，必须克服或尽量减少远台观测对在地震精确定位的局限性，所选台站要能够较好地包围震中，且台站震中距控制在150 km范围内为最佳，才能获得高精度的定位结果。故研究中仅选用了震中距小于150 km的39个台站(见图1)数据进行重新定位。同时，考虑到所选台站要能够较好地包围震中，并位于震中不同方位，便于本课题任意空隙角变化的研究。由于芦山科考台站从2013年6月25日才开始正式观测，故这里把地震事件选取时间设为：2013年6月25日至2014年12月31日。根据中国地震台网中心统一编目的结果，研究范围在(30.0°N～30.5°N，102.8°E～103.3°E)内M≥2.5的余震共有26个，最终选取了仪器运行正常、数据可靠、震相记录清晰的20个余震进行研究。对于其中个别定位残差较大的地震，重新进行了地震震相的拾取，保证了地震观测数据的可靠性，从而确保了重定位结果的准确性。另外，空隙角(gap)定义是指参加定位的各对相邻台站相对于震中的张角当中的最大者。

图1 筛选后的台站和重新定位震中分布

1.2 定位方法和速度模型

HYP2000、Hyposat和LocSAT以盖革法为基础，三个程序都是采用线性化观测方程组和奇异值分解(SVD)最小二乘法(LS)原理。单纯形法是一种直接搜索法，通过在模型空间构造单纯形来逼近目标函数极小点，朝着目标函数最小方向移动，最终获得准确解。采用尽可能接近于真实地球构造的模型可以降低地震定位误差[3]。本文使用Hyposat、HYP2000、locSAT和单纯形四种方法定位时均采用了赵珠等的研究成果：龙门山断裂带P波和S波平均速度模型[4]，见表1。

表1 龙门山断裂带P波和S波平均速度模型

2 结果分析

在保证相同地震台站、相同震相到时数据和相同速度模型的前提下，对上述选取整理好的资料分别采用MSDP中常用的Hyposat、HYP2000、locSAT和单纯形4种定位方法进行重新定位。定位过程中，将每个地震的台站空隙角在25°～320°范围内任意变化，对同一地震设定5次空隙角变化，分别采用4种定位方法定位给出20个不同定位结果，20个所选地震共得到400个不同定位结果，见表2和表3。

2.1 震中参考位置

为了检验上述4种定位方法在进行任意空隙角变化时测定震源参数的差异，首先要对所选地震事件进行精确测定震源参数，将获得高精度的定位结果视为震中真实参考位置。对上述整理好的资料采用MSDP中Loc3D(川滇)重新测定地震的基本参数如表2所示，震中分布如图1所示。此定位方法中采用的模型是基于三维速度间断面和三维速度模型，考虑了地球扁率、地形起伏和台站高程等因素的影响[5，6]，此模型针对川滇地区的地质构造，地下速度结构，符合本区域的特点，是目前四川省地震监测中心使用的主要定位方法。对定位后走时均方根残差进行简单平均得到走时残差为 0.22 s，由于仅选用了震中距小于150 km的台站，保证了重定位结果的准确性。本文把此定位结果视为震中真实参考位置，以此来检验上述空隙角变化下采用MSDP中4种定位方法震中位移误差。

表2 采用Loc3D(川滇)重新测定20个余震的基本参数

2.2 震中位置对比计算方法

按下式分别计算空隙角变化时采用4种定位方法得到的震中位移Di(km)，得到D1、D2、D3、D4见表3和表4，其中下角标1、2、3和4分别表示HYP2000、Hyposat、LocSAT和单纯形，下文同。地球上给定任意两点经纬度后，计算两点间的距离采用以下计算公式。

式中Di为两点间的震中距离，单位为km。(φ1，λ1)表示采用loc3D(川滇)测定的震中参考位置经度和纬度见表2，(φ2，λ2)表示空隙角变化定位得到震中任一经度和纬度见表3和表4。

表3 HYP2000、Hyposat在空隙角25°～320°不断变化时测定参数和震中位移

表4 LocSAT、单纯形空隙角在25°～320°不断变化时测定参数和震中位移

表5 空隙角分5个区域震中平均位

图2 空隙角分区域震中平均位移

2.3 定位结果分析

(1)空隙角分区震中平均位移

(2)震中位移特征

根据表3、表4绘制出空隙角在25°～320°区域变化时震中位移分布(参见图3)。从图3可看出，4种定位方法的整体趋势是震中位移误差随着空隙角变大而逐步加大，有随空隙角增大而增大的趋势；Hyposat的震中位移范围为0.2～11.6 km，HYP2000的震中位移范围为0.1～9.9 km，locSAT的震中位移范围为0.4～11.4 km，单纯形的震中位移范围为0.2～14.1 km；在台站空隙角大于240°时，单纯形的震中位移误差会出现随机突跳现象，最大震中位移可达14.1 km，该方法不适用于台站空隙角较大的地震定位。

图3 空隙角在25°～320°区域变化时震中位移

单纯形法不断寻找极小值，对方位角要求比较高，在台站方位分布不均匀的情况下，在空隙角不断增大的情况下，定位震中位置偏离程度比较大，其定位结果的好坏受台站分布的影响。HYP2000、Hyposat和LocSAT以盖革法为基础，三个程序都是采用线性化观测方程组和奇异值分解(SVD)最小二乘法(LS)，因而总体上有许多共性的方面，自身带有方位角目标函数，对方位角依赖程度不高，即在空隙角不断加大的情况下，震中定位结果偏离程度不大。LocSAT将台阵方位角和地震波到达台阵的视速度也作为地震定位的输入数据，与震相到时数据一起参与定位，适于大区域性的稀疏台网地震定位。LocSAT是一个应用广泛的地震定位程序，这和本文所选取的20个地震采用LocSAT定位方法得出LocSAT的震中位移误差整体变化相对平稳，起伏不大的定位结果是一致的。

(3)定位走时残差

Hyposat、HYP2000、locSAT和单纯形4种定位方法的平均残差分别是0.19 s、0.25 s、0.37 s、0.39 s。 未呈现出任何统计规律，和空隙角变化没有太直接的联系。

3 结论

通过前述4种定位方法对芦山余震的研究表明：震中位移误差随着空隙角变大而逐步加大，Hyposat的震中位移范围为0.2～11.6 km，HYP2000的震中位移范围为0.1～9.9 km，locSAT的震中位移范围为0.4～11.4 km，单纯形的震中位移范围为0.2～14.1 km；在台站空隙角小于120°时，HYP2000和单纯形的定位震中位移误差小于2 km，优于locSAT和Hyposat的定位震中位移误差；在台站空隙角大于240°时，单纯形的震中位移误差会出现随机突跳现象，最大震中位移可达14.1 km，该方法不适用于台站空隙角较大的定位地震；LocSAT的震中位移误差整体变化相对平稳，起伏不大，该方法适用于本研究中的所有定位地震。

[1] 陈贵美, 杨选, 刘锦,等. 广东数字地震台网'十五'系统的几种地震定位方法的定位效果分析[J]. 华南地震, 2009, 29(1):69-78.

[2] 杨智娴, 陈运泰, 苏金蓉,等. 2008年5月12日汶川MW7.9地震的震源位置与发震时刻[J]. 地震学报, 2012, 34(2):127-136.

[3] 测震学原理[M].北京：地震出版社,2015.

[4] 赵珠, 范军, 郑斯华,等. 龙门山断裂带地壳速度结构和震源位置的精确修定[J]. 地震学报, 1997(6):615-622.

[5] 吴建平, 黄媛, 张天中,等. 汶川Ms8.0级地震余震分布及周边区域P波三维速度结构研究[J]. 地球物理学报, 2009, 52(2):320-328.

[6] 房立华, 吴建平, 王未来,等. 四川芦山Ms7.0级地震及其余震序列重定位[J]. 科学通报, 2013(20):1901-1909.

Stations Distribution Influence on Locating Results Calculated by Different Methods——a Case Study of Lushan After-shocks

GUAN Yong, WU Peng, FAN Jun, FU Ying, TANG Lin, MA Fuhong

(Earthquake Administration of Sichuan Province，Sichuan Chengdu 610041, China)

We first collect the data of theM7.0 Lushan After-shocks from Sichuan Seismic Network and then use different location software to test the influence on locating results in the condition of triangle between 25 to 320 degree formed by two seismic stations and the epicenter. The location software we use is HypoSat, Hypo 2000, LocSat and HypoInverse 2000. For the earthquakes occurred in the inner of seismic network, the location results calculated by HypoInverse 2000 and Hypo 2000 are better than that of HypoSat. For the earthquake occurred at the edge of seismic network, three software give out almost same results. 4 software packages use some velocity model. Our results show that the location error increases with the gap angle gradually increasing. The error calculated by HypoSat is from 0.2 to 11.6 km. The error calculated by Hypo 2000 is from 0.1 to 9.9 km. The error calculated by LocSat is from 0.4 to 11.4 km. The error calculated by HypoInverse2000 is from 0.2 to 14.1 km. The overall changes of epicenter location calculated by LocSat are relatively smooth and undulating. All the earthquake location methods are suitable for this study.

seismic network; gap angle; earthquake location; epicenter error; comparative analysis

2016-12-27；

2017-01-13

中国地震局“三结合”课题(162302)和四川省地震局地震科技专项(LY1607)资助

管勇(1972-)，男，四川省荥经县人，工程师，四川省地震局监测中心测震台网部工作，1994 年毕业于防灾技术高等专科学校应用地球物理专业，主要研究方向：地震定位，E-mail：1143200213@qq.com.

P315.63

B

1001-8115(2017)01-0029-05

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.01.007