為什么不少地震“發(fā)生”在10公里深度？

不知道大家有沒有留意，

中國地震臺(tái)網(wǎng)給出的地震震源深度，

經(jīng)常出現(xiàn)一個(gè)數(shù)字：10公里。

比如，在筆者寫本文時(shí)，

對(duì)中國地震臺(tái)網(wǎng)給出的地震目錄截圖，

發(fā)現(xiàn)10公里震源深度的地震占大多數(shù)。

10公里難道是一個(gè)神奇的深度？

為什么這些地震都發(fā)生在此深度？

不多，不少一公里呢？

一句話：這是由于地震震源深度很難快速地準(zhǔn)確測(cè)定，10公里更多代表的是其為淺源地震，比如發(fā)震深度小于15公里；并不代表其真正起始破裂的深度一定為10公里。

注意：震源深度代表地震起始破裂發(fā)生的深度。

那地震震源深度為什么測(cè)不準(zhǔn)呢？

這本質(zhì)上是一個(gè)地震定位問題，

在數(shù)學(xué)上屬于反問題（反演）。

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，我們要快速測(cè)定一個(gè)地震的發(fā)生位置與時(shí)間（定位）。

即需要求的是：地震發(fā)生的經(jīng)度、緯度、深度及發(fā)震時(shí)刻。

現(xiàn)有的資料為：不同位置臺(tái)站的地震波形及震動(dòng)到達(dá)時(shí)間。

在快速的地震定位中，我們只需要到達(dá)時(shí)間。

4個(gè)待求量（經(jīng)度、緯度、深度及發(fā)震時(shí)刻），根據(jù)初中數(shù)學(xué)知識(shí)，需要至少4個(gè)獨(dú)立的方程，即4個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)。

根據(jù)“路程=速度*時(shí)間”，我們能很容易的建立方程，聯(lián)立求解。

看上去很完美，很漂亮，一切都在計(jì)算之中，nice。

但這隱含一個(gè)重要的前提：我們需要準(zhǔn)確知道地下介質(zhì)的速度，

即地殼中地震波速度的三維分布。

然而，這是非常具有挑戰(zhàn)性的。

目前，在大區(qū)域尺度，

三維速度模型能做到10公里甚至50公里，都非常不錯(cuò)了。

這直接導(dǎo)致，4個(gè)臺(tái)站對(duì)地震定位講，是不夠的。

這是其一。

更重要的是，當(dāng)沒有特別近的臺(tái)站時(shí)（如距震中小于10公里），

震動(dòng)到達(dá)的時(shí)間對(duì)地震深度信息不敏感，

即震源深度從10公里變到5公里，或者15公里，臺(tái)站處震動(dòng)到達(dá)時(shí)間幾乎不會(huì)改變。

舉例說明，

假設(shè)地殼中地震波速度為4000米/秒,

（1）臺(tái)站到震中距離為50公里

當(dāng)震源深度為5公里時(shí)，震源深度到臺(tái)站距離為50.2494公里；

當(dāng)震源深度為10公里時(shí)，距離為50.9902公里；

當(dāng)震源深度為15公里時(shí)，距離為52.2015公里。

其分別對(duì)應(yīng)的震動(dòng)到達(dá)時(shí)間為：12.5624秒，12.7476秒，13.0504秒。

最大差距不過0.6秒，十分微弱。

要注意，我們?cè)趯?shí)際波形上讀取震動(dòng)到達(dá)時(shí)間，也是有不確定性的，

如下圖所示。

（2）臺(tái)站到震中距離為10公里

當(dāng)震源深度為5公里時(shí)，震源深度到臺(tái)站距離為11.1803公里；

當(dāng)震源深度為10公里時(shí)，距離為14.1421公里；

當(dāng)震源深度為15公里時(shí)，距離為18.0278公里。

其分別對(duì)應(yīng)的震動(dòng)到達(dá)時(shí)間為：2.7951秒，3.5355秒，4.5069秒。

最大差距，近2秒了，很大了，nice。

這說明要準(zhǔn)確測(cè)定地震的震源深度需要近場(chǎng)的臺(tái)站，比如10公里以內(nèi)的。

然而，目前我國大陸地震臺(tái)站的間距，遠(yuǎn)大于10公里。

綜上所述，

兩點(diǎn)原因造成：地震震源深度測(cè)不準(zhǔn)。

（1）地殼速度模型分辨率不夠；

（2）更重要的是，缺乏近場(chǎng)臺(tái)站（如10公里以內(nèi)），

這導(dǎo)致震動(dòng)到達(dá)時(shí)間對(duì)深度不敏感。

要想提高地震快速定位精度，

我們一方面需要更多的近場(chǎng)臺(tái)站；

另一方面也需要更精細(xì)的地殼速度模型。