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可怕的地震定位误差: 热度 7 liangguanghe1 2014-10-10 12:41; 可怕的地震定位误差 The terrible earthquake positioning error 梁光河据中国地震局：2014年10月7日21时49分云南省普洱市景谷傣族彝族自治县（北纬23.4度，东经100.5度）发生Ms 6.6级地震，震源深度5千米。而美国地质调查局（USGS）给出的信息是这样的：位置23.386°N 100.487°E，震级Mw 6.0级，震源深度10.9km。 http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usb000sjim#summary 请注意这两个权威机构给出的本次地震的定位差异巨大。相对深度误差可达100%（以中国地震局给出的深度为基准）。实际上，每次中国发生地震，美国USGS给出的地震水平位置和深度与中国地震局都存在差异，以水平方向差异为例，差异小时候为数公里，差异大时候可达上百公里。如2014年2月12日于田地震，美国USGS给出的震中位置与我国给出的位置相差20多公里（下图）。美国权威机构对地震的定位就准确吗？针对2008年5月12日汶川地震，美国USGS和哈福大学（Global CMT)分别给出了定位，结果见下图，他们给出的震源机制解—震中位置相差约100公里。由于对地震成因认识的缺憾，科学家对地震震中的定义往往能使普通大众很迷惑。地震的破裂通常从一个点（起始震中）开始，然后沿着断层面向外扩展直至终止。科学家还可以根据地表破裂和余震特征定义一个计算出来的矩震中。还有根据整个地震断裂带的位错量进行加权平均所得到地震的质心震中。也就是说，对同一个地震科学家可以给出不同的震中和震源参数，即便这样对震源的准确定位目前还做不到（无论水平方向还是深度方向通常会存在数公里至数十公里的误差）。这里我们不讨论这两个权威机构谁对谁错，更不讨论地震是否能预报和预测，让我们疑惑的是：面对已经发生了的地震，仅仅对其在哪里地震？仍然存在很大的不确定性。由此作者想到的是：部分地球物理学家根据天然地震进行地球深部的层析成像误差有多大，而他们从来没有探讨和研究过：如果地震震源本身的定位就存在较大误差，会对他们的结果造成多大影响，他们是否还能得到误差小于1%的地震波速度反演结果？他们得到的板块俯冲结果到底有多大价值？本人虽然大学学习的专业就是地震勘探，但从来不敢相信那些利用天然地震所得到的花花绿绿的层析成像结果。而不少地质学家还信以为真，在这些层析成像剖面上进行地质解释。（注：该方法还存在震相的识别、波的干涉、走时拾取、随机干扰、初始模型建立、各向异性、反演方法等等诸多问题。还要注意不同地震勘探方法的分辨率和精度，参见：谈谈地震勘探的分辨率和精度）。这也使我们深入思考一个问题，在当今地震仪器非常先进精确的情况下，这种对地震震中的定位仍存在如此巨大误差，那么数十年前，地震仪器远比今天落后，那时候如何能把一个地区的地震震中都精确地定位到贝尼奥夫带上？关于地震的震级概念有朋友提请注意，这个问题比较专业和复杂（感兴趣的朋友可参阅相关文献），由于历史的原因，地震震级的度量存在矩震级（Mw）与里氏震级（ML）、面波震级（Ms）及体波震级（mb）。中国政府采用面波震级（Ms），而美国采用矩震级（Mw）。他们之间的对应和换算关系如下图中的红色和绿色线条所示。对于2014年10月7日21时49分云南省普洱市景谷傣族彝族自治县发生的Ms 6.6级地震，如果按照中国的Ms震级转化为Mw矩震级大约相当于 Mw6.7 ，这与美国公布的 Mw6.0 差异巨大，能量差异大约 20倍，也就是说能量误差2000% 。因此地球物理学家一定要实事求是，告知公众我们的测量还存在很大不确定性和误差，不要误导大众和其他专业的科学家。众多的实例说明，大地震往往是多个群震事件组成的，而且都是隐爆过程。因此难以准确定位震源及触发时间，因为有多个震源一起震（非同步）。其误差的根源是“不是单个震源”。阅读下面链接中的文章也许会改变您很多看法：探密地球 http://blog.sciencenet.cn/u/liangguanghe1; 个人分类: 杂文|9960 次阅读|15 个评论

谈谈地震勘探的分辨率和精度: 热度 2 liangguanghe1 2014-6-10 14:49; 谈谈地震勘探的分辨率和精度 The resolution and accuracy of the seismic exploration 梁光河在地球科学研究中，地质学家往往需要使用地球物理勘探方法来说明问题，比如板块构造和海底扩张假说的支持者就经常使用地震层析成像的结果来说明这些假说是正确的。但隔行如隔山，部分地质学家也许并不是十分清楚地球物理学中各种方法都有一个分辨率和精度的限制。比如在大地构造学研究中常用的地震勘探方法大致分 3 类：（ 1 ）反射波地震勘探方法：利用人工爆炸震源激发的地震反射波得到地下结构和分层信息。这种方法在工程地质和石油勘探及煤田勘探中得到了广泛应用，分辨率和精度最高。（ 2 ）天然源接收函数方法：利用天然地震远震 P 波波形的垂直分量对径向分量和切向分量做反褶积后得到的时间序列，代表台站下方远震的平面波响应，是研究深部结构的有效方法。（ 3 ）传统的天然源层析成像方法：利用天然地震激发的地震波，使用类似医学 CT 层析成像的方法，对地下进行地震波速度成像。医学 CT 可以做 360 度扫描，但天然源层析成像无法取得这种信息，而且台站分布稀疏，因此其分辨率和精度很低。当然最新的阵列array观测会有很大改进，这里暂不讨论。这 3 种方法的精度各不相同，分辨率（包括垂向分辨率和水平分辨率）也有很大差异。深反射波地震勘探，其垂向分辨率在浅层可以达到十米左右，在深层可以达到百米左右；而水平分辨率取决于菲涅耳带宽度和接收点距，通常也能达到数百米到数公里尺度。天然源接收函数方法，其垂向分辨率浅层往往可达到公里级别，深层可以达到数十公里，水平分辨率也能达到数十公里级别。新的研究成果已经把层析图像的水平由分辨率为 3000Km 提高到 2000Km 或者 1000Km ，垂直分辨率为 250Km 提高到近地表的 70-80Km 和 500Km 深处的 300Km （滕吉文等， 2004 ）。以上只是给出了各种方法在探测地质分界面（波阻抗界面）方面的分辨能力。那么这三种方法的精度如何呢？精度和分辨率往往呈正相关。这里说的精度要统一到对地震波层速度的反演来讲。反射波法通常在资料质量好的情况下对层速度反演的误差约为 5% 左右，而接收函数法应该大于 5% ，层析成像方法应该远大于 5% 。三种常用地震勘探的分辨率和精度分析表方法/分辨率垂直分辨率 (km) 水平分辨率 (km) 地震波层速度误差反射波法 0.01km-0.1km 0.1km-1km 5% 接收函数法 1km-10km 10km 左右 5% 层析成像法 100Km-300km 1000km 5% 也就是说，这 3 种地震勘探方法，其分辨率和精度应该相差数量级。层析成像法最低，而反射波法最高。目前对海底扩张和板块俯冲的证据基本上都用的是层析成像方法。可以想象，如此低的分辨率和精度，所得到的结果有多大意义。参考文献：滕吉文，张中杰，白武明等，2004，岩石圈物理学，北京.科学出版社，P565; 个人分类: 海底扩张|11845 次阅读|3 个评论

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