2021年圣克鲁斯群岛MS 6.0地震PKPPKP震相识别

2022-10-24白世达李万金

地震地磁观测与研究 2022年4期

陈阳李波白世达李万金

（中国云南 652700 云南省通海地震监测中心站）

0 引言

震相分析是国家测震台一项重要的日常工作，正确分析震相能够有效提高测震资料的利用率，也可以为地震预测工作提供详实可靠的第一手资料。所谓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）。在已有的远震震相分析工作中可见，影区震相方面的研究（李宗芬等，2008）、对疑难震相SKS 的研究（陈翔等，2011）、对衍射波Pdif 的研究（许玉红等，2014）等。震相PKPPKP（另称为P′ P′）是较少见但发育良好的复合震相（陈翔等，2016）。IASP91 走时表提出了该震相在震中距为0°—132°时都可出现，其传播路径如图1 所示。彼得·鲍曼（2006）提出了PKPPKP 震相在震中距约为70°时清晰可见，但是并非在理论震中距内都是可见的。

图1 PKPPKP 震相理论的震中范围和传播路径（彼得·鲍曼，2006）黄色五角星为地震震中；红色三角形为地震台站Fig.1 Theoretical scope of the epicenter and the propagation path of PKPPKP

1 资料选取

据中国地震台网中心测定，2021 年11 月25 日20 时4 分10 秒圣克鲁斯群岛（10.75°S，166.49°E）发生MS6.0 地震，震源深度为39 km。为方便对比分析该地震，所有时间均采用北京时间。利用3 个有人值守国家测震台（个旧地震台、昆明地震台、昭通地震台）和5 个无人值守国家测震台（孟连地震台、富宁地震台、勐腊地震台、镇沅地震台、中甸地震台）的甚宽频带数字地震仪记录波形进行对比分析，总结此次地震的震相分析过程，提出PKPPKP 震相特征，以免误将该震相解释为1 个新地震的P 波。台站信息见表1，台站与此次地震震中分布如图2 所示。8 个测震台的震中距为68.70°—75.10°。

图2 圣克鲁斯群岛MS 6.0 地震震中和8 个地震台站的分布Fig.2 Epicenter of the MS 6.0 earthquake of Santa cruz islands and distribution of 8 stations

表1 台站基本信息Table 1 Basic information of the stations

2 常规震相分析

进行地震震相分析时，首先要从地震的总体波形特征如持续时间、振幅、周期、相位中识别出地震记录的标志性震相，并且在识别震相时，波形信噪比须大于2。下面对个旧地震台地震资料进行分析。分析方法如下。

在此次圣克鲁斯群岛MS6.0 地震的原始波形VBB 上可以判读出纵波P［图3（c）］，该P 波有以下4 个特点：①最先到达；②周期一般为3—5 s；③记录的尖锐程度与震源深度间关系较大；④UD 向清楚，振幅比两水平分量大。之后，可以观测到深度震相pP，pP 震相有以下几个特点：①与P 波相似，在UD 向清楚；②周期略大于P 波的周期；③是 P 波之后1 个较明显的震相；④初动方向与P 波初动方向相反［图3（c）］。虽然pP 震相受前面波形的干扰，但仍可识别，得出tpP-P=13.6 s，因此可以将此次地震判定为浅源地震。在仿真后的SK 仪器上可以识别出清晰的横波S［图3（b）］，得出tS-P=553 s；S 波有以下波形特征：①在P 波之后，是此次地震中第2 组较大的波；②周期大于P 波的周期，约为P 波周期的2 倍，振幅也比P 波的振幅大；③记录形态与地震深度间有一定关系；④在NS 分量或EW 分量都能识别。查询走时表后得出，此次地震发震时刻为20:04:08.3，震中距为70.80°，震源深度43 km，与中国地震台网中心给出的结果相比，所得结果在误差范围内，说明分析正确。根据J-B 走时表，并通过仿真对比，可分析出SKS、SS 震相（图3）。经观察，SKS 有以下特征：①是SV 型波，其2 个水平分量振动的合成方向与P 波的2 个水平分量振动的合成方向一致；②周期比S 波的短，振幅也比S 波的小［图3（b）］。SS 有以下特征：①出现在S 波之后、面波之前，是长周期大振幅的振动；②周期和振幅都比S 波的大；③在2 个水平分量上可以识别，无其它震相的干扰。富宁地震台、勐腊地震台、昆明地震台、昭通地震台、镇沅地震台、孟连地震台、中甸地震台等台站震相分析过程与个旧地震台类似，在此不再赘述，仅将实际分析结果列出（表2；图4—10）。

图3 个旧地震台地震波形记录（a）仿真短周期记录；（b）仿真长周期记录；（c）个旧地震台地震波形局部放大图Fig.3 Seismic waveform record of Geiu station

图4 富宁地震台地震波形记录（a）仿真短周期记录；（b）仿真长周期记录；（c）富宁地震台地震波形局部放大图Fig.4 Seismic waveform record of Funing station

表2 8 个台站常见震相Table 2 Common seismic phases of each station

图5 勐腊地震台地震波形记录（a）仿真短周期记录；（b）仿真长周期记录；（c）勐腊地震台地震波形局部放大图Fig.5 Seismic waveform record of Mengla station

图6 昆明地震台地震波形记录（a）仿真短周期记录；（b）仿真长周期记录；（c）昆明地震台地震波形局部放大图Fig.6 Seismic waveform record of Kunming station

图7 昭通地震台地震波形记录（a）仿真短周期记录；（b）仿真长周期记录；（c）昭通地震台地震波形局部放大图Fig.7 Seismic waveform record of Zhaotong station

图8 镇沅地震台地震波形记录（a）仿真短周期记录；（b）仿真长周期记录；（c）镇沅地震台地震波形局部放大图Fig.8 Seismic waveform record of Zhenyuan station

图9 孟连地震台地震波形记录（a）仿真短周期记录；（b）仿真长周期记录；（c）孟连地震台地震波形局部放大图Fig.9 Seismic waveform record of Menglian station

图10 中甸地震台地震波形记录（a）仿真短周期记录；（b）仿真长周期记录；（c）中甸地震台地震波形局部放大图Fig.10 Seismic waveform record of Zhongdian station

3 PKPPKP 震相分析

在个旧地震台仿真后WWSSN-SP 短周期仪器所记录的波形上P 波到时后28 min5 s处，发现1 个新的较尖锐的波列［图3（c）］，很像另一个地震的P 波，局部放大图如图3（c）所示。但该震相在仿真后的长周期仪器所记录波形上被面波掩盖，故难以识别［图3（b）］。为进一步分析该震相是此次地震的后续震相还是新地震的P 波或干扰等，对另外7 个台站的测震波形资料进行对比分析，发现在通过仿真WWSSN-SP 后的短周期仪器所记录的波形上，在约20 h 43 min处均发现1组新的较尖锐的波列［图3（a），4（a），5（a），6（a），7（a），8（a），9（a），10（a）］，局部放大后其更加明显［图3（c），4（c），5（c），6（c），7（c），8（c），9（c），10（c）］，由于此次地震震中到8个国家测震台震中距差异较大，方位角也有微小差异，但几乎同时出现该波列，故排除了人为干扰的可能，传统J-B 走时表里在震中距约为70°时没有走时将近30 min的震相。首先，假设该波列是1个新地震的P波，通过观察波形发现，该波列具有较大的初动振幅，具备中深源地震P 波的特征，但是在多个台站的波形中均观察不到后续震相。查询美国国家地质调查局与中国地震台网中心的目录，发现该时段也没有其他地震。经查询IASP91 走时表后发现，该波列是此次地震的PKPPKP 震相。该震相是P 波进入外核，在外核内界面反射1 次，进入地幔，到达地表后又反射回地核，再进入地幔后又反射1 次到达地面的波，因此，其实际路径是360 °－震中距。由此说明，实际观测到的走时与传播路径的远近间的关系一致，走时曲线对比如图11 所示。PKPPKP 震相到达个旧地震台的传播路径如图12 所示。该震相具有以下波形特征：①只有在仿真后的短周期仪器垂直向上记录的波形中能够较好地识别；②初动尖锐，振幅较强，接近脉冲；③震相特征与P 波相似，周期大于P 波；④受传播路径的影响，走时与震中距间成反比关系。