SEISMOLOGICAL AND GEOMAGNETIC
OBSERV ATION AND RESEARCH
第39卷 第2期2018年 4月
Vol.39 No. 2Apr. 2018
doi: 10. 3969/j. issn. 1003-3246. 2018. 02. 005
上海东部海域地区
邵永谦 贾思超 孙冬军
（中国上海200062上海市地震局）
摘要 收集2009—2017年上海东部海域地震事件，通过波速拟合、速度稳定性分析及折合走时分析等方 法，得到该区域一维地壳速度结构初始模型。在此基础上，采用Hyposat 定位程序，通过对满足地震精度条件的地震资料进行试错，验证初始模型，最终确定上海东部海域一维地壳速度结构模型。关键词 地壳速度结构模型；
PTD ；折合走时0 引言
上海及其附近地区，历史上被视为少震、弱震区。20世纪70年代以后，地震频度
和强度却有所升高，尤其是上海东部海域，先后发生了1971年12月30日长江口4.9级、1975年9月2日南黄海5.3级、1984年5月21日南黄海6.2级以及1996年11月9日长江口以东海域6.1级等较大地震，上海地区均强烈有感。上海地区的地震危险性主要来自海域地区（林命週等，2009）。
地壳和上地幔速度结构是地震学家关注的热点，也是需密切关注的经典问题。准确的地壳速度结构对于地震定位、震源机制、矩张量反演等研究至关重要。在区域地震台网的日常工作中，震中位置的准确测定和地壳速度结构密切相关。现有的深井测震台站最深能达到地表下500 m 左右，但依旧无法在垂直空间内均匀分布包围震源，因此，在测定地震震源深度时，地壳速度结构的作用尤为突出。
2014—2015年，由上海市地震局牵头，朱元清研究员指导的区域一维地壳速度结构模型建设项目工作组对全国31个区域测震台网收集的地震资料进行波速拟合、速度稳定性分析、折合走时分析，结合以dna复制方向
前爆破测线、重力测探、层析成像等结果，得到每个区域测震台网一维地壳速度结构模型中各层速度和厚度的平均值及波动范围。在此基础上，采用Hyposat 定位程序，在确定的模型各参数上下限范围内，对满足地震精度条件的地震资料进行试错，对各区域得到的地壳速度结构模型进行验证，最终确定中国大陆31个区域测震台网的一维地壳速度结构模型。在此项工作的基础上，对上海东部海域地震事件进行处理，得到上海东部海域一维地壳速度结构模型，对该地区地震精准定位具有重要意义。
作者简介：邵永谦（1988—），男，助理工程师，主要研究方向为地震观测技术基金项目：上海市地震局科技专项（项目编号：2016专2）本文收到日期：2017-05-26
地震地磁观测与研究39卷
341 观测背景
上海东部海域是指南黄海、长江口、杭州湾及其毗邻的东海近海区。在大地构造上，海域主体部分位于华北断块区，而在江山—绍兴断裂以南的小部分地区则归属华南断块区（亦称华夏古陆）。在地震区带划分上，大体以杭州湾南岸一线为界，其北为华北地震区，其南为华南地震区，该海区地跨华北地震区的长江中下游—南黄海地震带和华南地震区的雪峰—武夷山地震带。在新构造分区上，大体以大别山至杭州湾南岸一线为界，其北为华北新构造区，其南为华南新构造区。
上海东部海域地区有中强地震活动，如：1984年5月21日发生的南黄海6.2级地震，1996年11月9日发生的长江口6.1级地震（亦称南黄海6.1级地震）。在长江口以东海域，历史上可能发生过1505年10月9日长江口63/4级地震（林命週等，2009）。在邻近的江苏近海南黄海地区，中强地震频发，最高可达7级，如：1846年8月4日南黄海7级地震。杭州湾及周边地区地震活动水平稍低，近代曾发生1847年和1855年2次长江口5级地震。
上海地震台网对该区域地震定位模型最初采用JB 走时表以及修正的JB 走时表，后采用华东走时表，全国测震台网统一使用广东省地震局研发的JOPENS 系统后，开始采用自带的华南地壳速度结构模型（范玉兰等，1990）。在该模型中，地壳呈现双层结构，以康拉德界面和莫霍界面为界，康拉德界面深21 km ，莫霍界面深33 km 。
2 资料选取与初值模型确立
2.1 资料选取
选取江苏地震台网及相邻省市部分共享地震台站记录的上海东部海域2009—2017年196个编目地震（地震数据从全国统一编目网站下载），其中0.0—0.9级地震2个，1.0—1.9级地震27个，2.0—2.9级地震101个，3.0—3.9级地震56个，4.0—4.9级地震8个，5.0—5.9级地震2个。震源及台站分布见图1，震级分布见图2。
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图1 震源及地震台站分布
Fig.1 Distribution of the earthquakes and seismic stations
35
Pg 和Pn 震相作为输入数据，v Pn 加权平均值分别为6.342 7 km ·s -1和8.376 km ·s -1，波速拟合见图3。120100806040200ጞᔴډ
ڠஜ图2 震级分布
Fig.2 Distribution of magnitude 1201008060402000
100200
氧化锌油300
400500600700
Pg Pn
Pg ᄉឧࢿ˝0.96572
Pn ᄉឧࢿ˝0.88783Pg ᤤᄉ˓ஜ˝1228Pn ᤤᄉ˓ஜ˝870Pb ᤤᄉ˓ஜ˝0v Pg =6.3427v Pn =8.376v Pb =1
ᡋௐ/s ˖ᡯ/km
图3 实际波速拟合
Fig.3 The actual wave velocity fi tting
将地震编目时所使用的华南模型在震源深度为H =5 km 、H =10 km 、H =15 km 、H =20 km 的理论走时曲线，与实际观测的数据点进行比对，察看实际观测数据与华南地壳模型的贴合程度，见图4。
01020304050607080v Pg = 6.01v Pb = 6.88v Pn = 7.98
v Pg = 6.01v Pb = 6.88v Pn = 7.98
v Pg = 6.01v Pb = 6.88v Pn = 7.98
v Pg = 6.01v Pb = 6.88v Pn = 7.98
100
200
300
400
500
600
700800Pg Pb Pn
t /s
00
1020304050607080100200300
400500600(a)
(b)
(c)
(d)
700800Pg Pb Pn
t /s
˖ᡯ/km
001020304050607080100200300400500600700800
Pg Pb Pn
t /s
00
1020304050607080100200300
400500600700800
Pg Pb Pn
t /s
˖ᡯ/km
图4 在不同深度下实际观测数据点与理论走时曲线的对比
（a ）H =5 km ；（b ）H =10 km ；（c ）H =15 km ；（d ）H = 20 km
Fig.4 Comparison of actual observed data with theoretical travel time curves at different depths
地震地磁观测与研究39卷
36在5 km 、10 km 、15 km 、20 km 的深度条件下，Pg 和Pn 波速实际观测数据点和理论走时曲线的对比（图4）显示，多数实际观测数据点在理论走时曲线右侧，说明Pg 与Pn 震相的实际波速应略大于编目模型的理论波速，即上海东部海域地区的Pg 与Pn 震相实际波速大于华南模型值（v Pg = 6.01 km ·s -1，v Pn = 7.98 km ·s -1）。
2.2.2 模型确立。根据波速拟合曲线及不同震源深度下实际观测值与理论走时曲线对比结果（图3，图4），将v Pg 由华南模型的6.01 km ·s -1暂时调至图3中实际观测的Pg 波速拟合值6.34 km ·s -1，上调0.33 km ·s -1；由于实际观测数据中无Pb 震相数据，参考临近江苏省区域一维地壳速度结构模型中的Pb 波速值，将v Pb 由华南模型的6.88 km ·s -1暂时调至与江苏模型相同的6.70 km ·s -1，下调0.18 km ·s -1；v Pn 由华南模型的7.98 km ·s -1暂时调至图3中实际观测的Pn 波速拟合值8.37 km ·s -1，上调0.39 km ·s -1，考虑到海域
地壳厚度应比陆地薄，上下地壳厚度暂时分别调整为19 km 和14 km ，地壳总厚度未作调整。由此得到上海
东部海域地区地壳速度结构初始模型，见表1。但是，
通过不同深度速度理论与实际走时的对比可知，初始模型需进一步调整。
3 模型建立
3.1 波速分段拟合
受到射线路径影响，波速随震中距变化而变化，故需要使用分段方式进行波速拟合，对收集的上海东部海域地区Pg 和Pn 震相数据进行分段拟合的波速稳定性测试。Pg 、Pn 表1 初始模型
Table 1 Initial model 地壳分层速度/km ·s -1
厚度/km 上地壳v Pg
= 6.3419下地壳v Pb = 6.70
14莫霍面v Pn = 8.37图5 Pg 波速分段拟合
（a ）震中距0—400 km ；（b ）震中距300—700 km
Fig.5 Pg wave velocity segmentation fi tting
7060(a)
(b)
5040250—400km ᤳऎ=6.3941200—350km ᤳऎ 6.4173150—300km ᤳऎ=6.4115100—250km ᤳऎ 6.450750—200km ᤳऎ 6.41750—150km ᤳऎ 6.0487
3020100
张培基50
100150200250300350400
˖ᡯ/km
120110100908070805040
550ú700km ᤳऎ=6.1143500ú650km ᤳऎ 6.1334450ú600km ᤳऎ=6.1467400ú550km ᤳऎ 6.1631350ú500km ᤳऎ 6.203300ú450km ᤳऎ 6.3298
300
400
500600˖ᡯ/km
700
t /s
t /s
图6 Pn 波速分段拟合
（a ）震中距100—500 km ；（b ）震中距300—500 km
Fig.6 Pn wave velocity segmentation fi tting
706050350—500km ᤳऎ=8.449350—500km ᤳऎ=8.4828250—400km ᤳऎ=8.492200—350km ᤳऎ=8.5511150—300km ᤳऎ=8.2777100—250km ᤳऎ=8.0642
403020
100
200
(a)
(b)
300
400
500˖ᡯ/km
908070550—700km ᤳऎ=8.2291500—650km ᤳऎ=8.2545450—600km ᤳऎ=8.2767400—550km ᤳऎ=8.3117350—500km ᤳऎ=8.3362300—450km ᤳऎ=8.3839
60504020300
400
500
600
700
˖ᡯ/km
t /s t /s
37
第2期
从图5、图6可见，近距离的Pn 波速明显偏小，低于均值，Pg 波速偏大，高于均值，
说明近距离Pn 、Pg 震相有混淆现象，可见v Pn > 8.30 km ·s -1，在v Pn 约为8.35 km ·s -1时，v Pg 应小于6.30 km ·s -1。
通过对Pg 、Pn 波的分段测试，以求平均值的方法，初步判断上海东部海域地区地震波波速应该是：v Pg = 6.28 km ·s -1，v Pn = 8.34 km ·s -1。3.2 速度确定
依据Pg 、Pn 震相，计算折合走时。
T Z = T L － (Δ /v )
（1）
其中：T Z 为折合走时，T L 为理论走时，Δ为震中距，v 为波速。
3.2.1 v Pg 调整。采用数据调整法和梯度调整法，对v Pg 进行调整，使得v Pg = 6.21 km ·s -1。
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（1）数据调整法。v Pg 和v Pn 的理论走时和实际折合走时分布只是大致平行，而非真正平行，需进行调整，使得波的理论与实际折合走时平行。因此，将v Pg 调整至6.24 km ·s -1。
（2）梯度调整法。受射线路径影响，v Pg 随震中距增大而增大，为使理论与实际折合走时相吻合，对上海东部海域地区初始地壳速度结构模型中v Pg 随震中距Δ的变化进行梯度分析。以v Pg = 0.1 km ·s -1为步长，得到v Pg 梯度变化值，见表2。分析表2可知，v Pg 与Δ并非直线拟合关系。由分段分析得到v Pg 折合走时
分段拟合关系式：当Δ＜330 km 时，T Z =T P -Δ/(v 0 +
aΔ)；当Δ＞330 km 时，T Z = T P -Δ/ v 恒定。在震中距范围为0—330 km 时， v Pg 为梯度值。通
过调整梯度程序中的a 值及v 0值，得到v Pg = v 0 + aΔ(v 0 = 5.92 km ·s -1，a = 0.001 1，Δ为震中距)。 在Δ> 330 km 时，梯度不再适用，将v Pg 值人为调整为6.21 km ·s -1。结果见图7。
表2 v Pg 速度梯度值变化Table 2 v Pg speed gradient changs
序号v Pg /km ·s -1
Δ /km 1 5.840—100
2 5.9100—330
3 6.2330—800
6(a)420-2-4-650100150
200
250
300
˖ᡯ/km
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t /s
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ူa = 0.001 v 0= 5.8；ࠃᬄ a = 0.0011 v 0 = 5.92
350
6(b)420
-2-4-6
400450
500
˖ᡯ/km
ူጲࠃᬄPg ཁ
t /s
˖ᡯᄰСऎઈՋᡋௐ
ူa = 0.001 v 0 = 5.8；ࠃᬄ a = 0 v 0 = 6.21
图7 上海东部海域地区模型v Pg 折合走时曲线
（a ）Δ < 330 km ；（b ）Δ > 330 km
Fig.7 v Pg equivalent time curve of Shanghai eastern sea area model
3.2.2 v Pn 调整。通过调整v Pn 值，使其理论折合走时位于实际折合走时的中间位置；
根据滑动拟合得到v Pn ，当v Pn = 8.04 km ·s -1时，折合走时比较匹配，也与滑动拟合实际情况比较相符。因此，将v Pn 由初始模型的8.37 km ·s -1调至8.04 km ·s -1，
邵永谦等： 上海东部海域地区一维地壳速度结构模型建立
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