不知道大家有没有留意,
中国地震台网给出的地震震源深度,
经常出现一个数字:10公里。
比如,在笔者写本文时,
对中国地震台网给出的地震目录截图,
发现10公里震源深度的地震占大多数。
10公里难道是一个神奇的深度?
为什么这些地震都发生在此深度?
不多,不少一公里呢?
一句话:这是由于地震震源深度很难快速地准确测定,10公里更多代表的是其为浅源地震,比如发震深度小于15公里;并不代表其真正起始破裂的深度一定为10公里。
注意:震源深度代表地震起始破裂发生的深度。
那地震震源深度为什么测不准呢?
这本质上是一个地震定位问题,
在数学上属于反问题(反演)。
当地震发生后,我们要快速测定一个地震的发生位置与时间(定位)。
即需要求的是:地震发生的经度、纬度、深度及发震时刻。
现有的资料为:不同位置台站的地震波形及震动到达时间。
在快速的地震定位中,我们只需要到达时间。
4个待求量(经度、纬度、深度及发震时刻),根据初中数学知识,需要至少4个独立的方程,即4个台站的数据。
根据“路程=速度*时间”,我们能很容易的建立方程,联立求解。
看上去很完美,很漂亮,一切都在计算之中,nice。
但这隐含一个重要的前提:我们需要准确知道地下介质的速度,
即地壳中地震波速度的三维分布。
然而,这是非常具有挑战性的。
目前,在大区域尺度,
三维速度模型能做到10公里甚至50公里,都非常不错了。
这直接导致,4个台站对地震定位讲,是不够的。
这是其一。
更重要的是,当没有特别近的台站时(如距震中小于10公里),
震动到达的时间对地震深度信息不敏感,
即震源深度从10公里变到5公里,或者15公里,台站处震动到达时间几乎不会改变。
举例说明,
假设地壳中地震波速度为4000米/秒,
(1)台站到震中距离为50公里
当震源深度为5公里时,震源深度到台站距离为50.2494公里;
当震源深度为10公里时,距离为50.9902公里;
当震源深度为15公里时,距离为52.2015公里。
其分别对应的震动到达时间为:12.5624秒,12.7476秒,13.0504秒。
最大差距不过0.6秒,十分微弱。
要注意,我们在实际波形上读取震动到达时间,也是有不确定性的,
如下图所示。
(2)台站到震中距离为10公里
当震源深度为5公里时,震源深度到台站距离为11.1803公里;
当震源深度为10公里时,距离为14.1421公里;
当震源深度为15公里时,距离为18.0278公里。
其分别对应的震动到达时间为:2.7951秒,3.5355秒,4.5069秒。
最大差距,近2秒了,很大了,nice。
这说明要准确测定地震的震源深度需要近场的台站,比如10公里以内的。
然而,目前我国大陆地震台站的间距,远大于10公里。
综上所述,
两点原因造成:地震震源深度测不准。
(1)地壳速度模型分辨率不够;
(2)更重要的是,缺乏近场台站(如10公里以内),
这导致震动到达时间对深度不敏感。
要想提高地震快速定位精度,
我们一方面需要更多的近场台站;
另一方面也需要更精细的地壳速度模型。
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