方位角在单台测定震中时的应用

引言

张家口地区（40°49′N，114°54′E）位于华北北部，所处京西北、晋冀蒙交界，是华北乃至中国大陆东部地震最为活跃的地区之一。本区地质构造复杂，断层活动强烈，研究认识区域内断层活动及历史地震活动特征对能否准确预报示来地震、确定地震震中位置具有极其重要的作用。

一、地质构造背景及断层活动情况

1、燕山断块隆起区

本区为燕山断块隆起区的西部，断块构造隆起区内的构造线和山体走向是西部近东西向，东部逐渐转为北东向，地形上由南向北逐步抬升。据有关历史资料记录，在此断陷带上共发生M≥6级地震共27次，其中7级地震7次。

2、阴山断块隆起区

本区又位于阴山断块隆起区的中部，为北西西向张家口～蓬莱地震构造带的西北段。北西西向张家口～蓬莱断裂带由近20条北西至北西西向断裂组成，是一条对新生代区域地质构造发育起重要控制作用的地壳构造带。断裂带新生代活动由中间向西北和东南部发展，总体表现为左旋走滑性质。断裂带有山西断陷盆地带等几条北东向活动构造带与之交汇，形成北西和北东向两组断裂相互交切的构造组合，出现5个复杂的构造交接段。1625年怀安～天镇6.3级地震和1998年张北6.2级地震均发生在此。

二、研究区域的地震活动分析

1、华北地区

根据C02目录统计，2012年5月～2013年4月，华北地区共发生5.0～5.9级地震3次，4.0～4.9级地震14次，3.0～3.9级地震114次，2.0～2.9 级地震696次，和去年同期相比，2.0～2.9地震明显增多，且发生了3次5级以上地震，也表明地震强度和频次有所增强。

一直以来，环京津唐～渤海地震带唐山断裂都保持着很高的地震活动水平。唐山断裂带是唐山大地震的主控断裂，由一系列互相平行的北北东向的走滑断裂组成；由于在构造表现和运动方式等方面存在明显的差异，基本上可划分为南、北两段。在唐山断裂带，我们发现了很多的相似地震和重复地震，这意味着1976年唐山大地震破裂区现今仍然很脆弱，在稳定的区域构造加载作用下正发生着蠕滑。唐山断裂带作为一条板内断裂带，现已成为一条能够引发重复地震的成熟断裂带。据分析统计，唐山地区2000年—2011年，年均发生1～1.9级地震324次，2～2.9级地震56次，3～3.9级地震6次，4～4.9级地震0.97次，5～5.9级地震0.4次。2012年以来，接连发生了5月28日4.8级、5月29日3.2级、8月26日4.2级，均为有感地震。

从近三年地震震中分布图判定，郯庐断裂带呈活跃态势，在其北段曾发生多次4级以上地震，并伴有3级地震震群活动。山西地震构造带地震活动也依然活跃；2012年以来中北段3级以上地震明显增多；震中空间分布有由南向北迁移的趋势。综上所述，华北地区地震活动呈现逐渐增强态势，预示未来稍长一段时间有发生较大地震的可能。

2、本区及邻区地震活动概况分析

根据中国地震局地球物理研究所C02目录以及Q02快报目录显示，自2012年11月1日至2013年4月30日，本区及邻近地区（39°～42°N； 113°～117°E）共发生0.9级以下地震205次，1.0～1.9级地震258次，2.0～2.9级地震117次，3.0～3.9级地震7次，4.0～4.9地震1次，无5级以上地震发生。和去年同期相比，统计区域3级以下地震次数明显增多， 3.0级以上地震数量略有减少。但与此同时，却发生了张家口市区2012年8月30日M2.9级、张北-沽源交界2012年11月20日M3.3级以及大同-阳原交界2013年2月22日M3.3级三个显著有感地震。进入2013年以来，张家口地区蔚县-涿鹿交界及山西大同-浑源交界ML1.0级左右地震成群出现。以上诸多现有资料表明，本区地震活动也有所增强。

张家口地震台属省级区域台网，国家级测震基本台，实行24小时不间断人工执守监测。首都圈项目以来，随着数字化地震观测的正式运行且迅猛发展，地方政府及相关上级领导部门对地震速报，特别是关乎震后应急救援的地震烈度、地震震中位置等重要参数的精确确定提出了更高要求。如何在地震发生后的尽短时间内为各级部门科学且行之有效地提供准确的地震定位参数，也是地震学应用研究的重要课题之一。震源位置的确定主要依赖于能记录到同一地震的某一地震台网内多台资料交汇确定，而震源位置的精确度则取决于地震台网内监测站点布设的密度，即台网内监测站点布设的越多，利用各站点测定的震源参数交汇确定的震中位置越精准。同时，震源位置的确定还受到监测设备所记录到地震初至纵波（如P波），后续横波（如S波）是否清晰，可用于定位的后续震相是否发育，以及地震在传播过程中所涉及到的传播介质的地质结构等因素的影响。

在实际地震监测工作中，由于我台所属的河北监测台网监测站点布设相对较为分散，当某一被监测区域发生中强或有感地震时，往往处于不同地区的监测台站是不能同时在第一时间接收到地震信号并做出相应反应，从而确定地震参数的。这极大地影响了地震监测部门为省局、国家局以及地方政府等相关部门提供震源信息的速度，从而也极大影响了各级领导部门的灾后应急救援响应，给灾区人民的生命财产安全造成了不可估量的重大损失。此时，利用距离震中最近的监测站点获取的地震信息单台确定震中方位是弥补这一重大不足的唯一方法。

利用单台三分向记录确定震中位置的原理，就是根据纵波初动确定出震中方位角，根据震相到时（走时表等）确定出震中距，根据震中方位角及震中距最终确定震中位置。（当有一个以上监测台站获得了初动清晰的P波、S波震相的准确地震记录时便可使用该方法确定震中位置。）

1、所谓震中方位角是指通过监测台站的子午线与地震台站—震中连线的夹角。在图中由正北按顺时针方向量度，震中方向与子午线间的夹角AZ即为方位角：AZ=arctgAE/AN。其中AE 和AN分别表示P波的东西、北南向初动位移（如遇初动振幅不清楚时，可采用第一或第二个最大振幅判断震中方向和计算位移）。由于地震记录图中P波（初至波）两水平向初动的矢量合正好是地动位移在地面的投影，因此在利用三分向初动方向确定震源方位之后，则可结合P波两平向的初动振幅定出震中方位角。

2、P波的质点振动方向与波射线重合，其位移在入射面内（通过监测站点、震中和震源的铅直面）水平位移与震中方向重合；因此，P波的初动方向能表明震源的方位。P波在两水平方向的初动决定地震波射线的位置，其垂直向的初动决定地震波射线的方向，即当垂直向（垂直位移）初动向上时，地震波射线的方向背向震中；当垂直向（垂直位移）初动向下时，地震波射线的方向指向震中。波的位移方向与震中的关系是由震源性质决定的。震源为断层错动，监测台站1观测到的是压缩波（+）其P波垂直记录向上，即波射线是“离源”（背向震中）运动；另一观测台站观测到同一地震源的膨胀波（-），其P波垂直向初动向下，即波射线为“向源”（即指向震中）运动。

3、由单台记录到的P、S波的到时差作为依据查相关的地震走时表，确定出震中距。

4、在相应比例的地图上确定近震的震中位置。以台站正北方向线为起点，顺时钍旋转方位角度数，得到震中轨迹线；以台站为起点，沿震中轨迹线取震中距长度，即得到震中位置点。

结论

尽管单台方位角确定震中位置在精度上有所偏差，但对中强地震单台快速定位仍然是十分有效的。

参考文献

[1]黄志斌，地震基本参数的测定——《地震学与测震技术》

[2]张诚，测定近震的震源位置——《地震分析基础》

[3]韩孔艳，《张家口—渤海构造带的分段性与地震活动特征研究》