蘇中沿海地區(qū)尾波Qc值特征研究①

楊 云，霍祝青

（1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽 合肥 230026；2.江蘇省地震局，江蘇 南京 210014）

0 引言

在地震波的研究中，對地震尾波的研究近年來受到高度重視［1－3］。地震尾波是由地下介質(zhì)的不均勻性所激發(fā)的，它是介質(zhì)不均勻性的最直接證據(jù)之一。Jeffreys最早將尾波研究用于地震學(xué)。上世紀(jì)60－70年代Aki用散射模型解釋了尾波的形成［4－6］：由于地球介質(zhì)的不均勻性，彈性波在傳播過程中遇到這些不均勻體發(fā)生散射，地震尾波就是臺站記錄到的這些延遲了的散射波。尾波Qc值就是描述地球介質(zhì)非均勻程度的確定性指標(biāo)，其大小及對頻率的依賴程度反映了介質(zhì)的非均勻性和非彈性特征。

目前尾波Qc值衰減特征的研究已經(jīng)取得了一些重要的成果［7－13］很多地震研究工作者利用地方震尾波衰減探索了尾波Qc值在大震前后的變化，以此尋找大震的前兆信息。研究結(jié)果表明，雖然存在地震前尾波Qc值下降的震例，但是在大震前一兩年靠近發(fā)震地點的地區(qū)尾波Qc值出現(xiàn)明顯升高，并且在主震后該地區(qū)尾波Qc值迅速降低是更為普遍的現(xiàn)象。有研究者將該現(xiàn)象總結(jié)為：大震前由于受較強應(yīng)力作用，地殼介質(zhì)特別是韌性層破裂的增加可使尾波Qc值減?。坏R近破裂時由于應(yīng)力增強導(dǎo)致裂隙閉合，Qc值反而增大；大震后由于作用在地殼韌性層的應(yīng)力得到釋放，從而介質(zhì)松弛，致使反映其介質(zhì)衰減特征的尾波Qc減小。

本文利用江蘇蘇中沿海地區(qū)的射陽地震臺和海安地震臺記錄到的2000年至2008年的地震波形資料，采用Sato單次散射模型，計算這兩個臺站100 km范圍內(nèi)的地震尾波Qc值，并對其特征進(jìn)行討論。

1 構(gòu)造背景及資料的選取

蘇中沿海地區(qū)屬于長江中下游－南黃海地震帶，在地質(zhì)構(gòu)造上位于南黃海南部坳陷和勿南沙隆起區(qū)。該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂分布眾多，主要斷裂走向為NEE向，有些斷裂迄今仍活動強烈。在蘇中沿海沿岸發(fā)育有NW向濱海大斷裂，穿經(jīng)南部坳陷和勿南沙隆起區(qū)，研究表明該斷裂具擠壓右旋走滑性質(zhì)，全新世以來有明顯活動，是一條具有發(fā)生破壞性地震條件和能力的活動斷裂。南部坳陷和勿南沙隆起的交界地帶存在一條近東西向的拼茶河斷裂，研究表明它是一條現(xiàn)今活動強烈的孕震構(gòu)造。歷史地震統(tǒng)計表明，蘇中沿海地區(qū)的地震強度和頻度都較高，是江蘇及鄰區(qū)中強地震活動的主體區(qū)域。但是該區(qū)域覆蓋層較厚，地震波記錄中噪聲較大，對數(shù)字地震工作的開展造成了一定的困難。且該地區(qū)的地震臺站較少，可用來開展研究的波形資料也較少。本文選取了臺站周圍100km范圍內(nèi)2000年至2008年的ML2.0以上波形記錄較好的地震，其震中分布如圖1。

2 數(shù)據(jù)分析原理及資料處理

2.1 數(shù)據(jù)分析原理

依據(jù)Sato模型，在一定頻率下尾波振幅與時間的函數(shù)關(guān)系可以表示為

其中AS是S波的最大振幅；AC（t）是流逝時間t附近的尾波均方根振幅；a＝t／tS，tS為S波的流逝時間；K是依賴于時間的傳播因子。K及AC分別由式（2）和（3）給出：

式中AT是所取時間窗內(nèi)地震波均方根；An為P波到達(dá)前適當(dāng)時間段記錄的均方根，用于進(jìn)行地震波的噪聲校正。

式（1）中C（f）是與頻率有關(guān)的影響因子，對相同地震的同一頻率C（f）為常數(shù)，可見F（t）和t－tS之間存在線形關(guān)系，因此可根據(jù)式（1）擬合得到b，b與Qc的關(guān)系式為

圖1 蘇中沿海地區(qū)地震臺站及震中分布圖Fig.1 Distribution of seismic stations and epicenters in the coastal area of central Jiangsu province.

2.2 資料處理

資料處理過程中我們采用朱新運等研制的基于Sato模型的近震S波尾波Qc值求解及分析軟件［14］，對每一條地震記錄的三分向數(shù)字波形進(jìn)行頻譜分析。選用6級巴特沃斯濾波器進(jìn)行濾波處理。為了更好的對尾波Qc值進(jìn)行對比討論，采用固定流逝時間70s，100s和140s分別進(jìn)行計算。圖2給出了典型波形的計算實例。

3 計算結(jié)果及分析

我們利用選取的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得了射陽地震臺和海安地震臺記錄到的每個地震不同流逝時間下的尾波Q0值（頻率為1時的Qc值）（表1，表2）。

表1 射陽地震臺記錄到的地震不同流逝時間下的尾波Q0計算結(jié)果比較

圖2 流逝時間70s尾波Qc計算實例Fig.2 Example of coda Qcvalue with 70slapse time.

表2 海安地震臺記錄到的地震不同流逝時間下的尾波Q0計算結(jié)果比較

由表1和表2的結(jié)果可以看出，對同一地震，流逝時間越大得到的Qc值越大，并且Qc值和地震的震級大小無關(guān)，這和理論計算以及前人的結(jié)果是一致的。在較小流逝時間（70s）條件下尾波Qc值結(jié)果較穩(wěn)定；而在100s和140s流逝時間下尾波Qc值的穩(wěn)定性沒有70s條件下好。其原因可能是：流逝時間越長，涉及散射波波陣面圍成的橢球體的范圍越大，而蘇中沿海地區(qū)與周圍鄰近地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造背景有一定的差異，所以造成了長流逝時間下的尾波Qc值結(jié)果穩(wěn)定性稍差。

研究中我們發(fā)現(xiàn)，不同的流逝時間得到的尾波Qc值絕對值雖然不同，但是隨時間序列分布的變化形態(tài)是基本一致的。以70s流逝時間為例，對兩個臺站得到的尾波Q0作時間序列特征分析：射陽地震臺附近的尾波Q0均值為43.879，η值均值為1.151；海安地震臺附近的尾波Q0均值為59.804，η均值為1.144；表明該地區(qū)屬于尾波Q0低值，對頻率依賴強的地區(qū)。

在射陽地震臺記錄到的地震中（圖3（a）），2006年8月19日和2007年1月26日兩次地震的尾波Q0較高，分別達(dá)到85.06和75.27，其后在2007年5月6日發(fā)生響水ML4.0地震。在海安地震臺記錄到的地震中（圖3（b）），2006年8月10日和2006年9月12日兩次地震的尾波Q0較高，分別達(dá)到93.420和190.453，其后2006年11月份在原地發(fā)生了最大為ML4.1地震的東臺震群活動；并且在主震后尾波Q0值迅速回復(fù)到原先的均值水平。可見在2006年東臺震群和2007年響水地震前該區(qū)域的區(qū)域應(yīng)力場都有一個增強過程，反應(yīng)在尾波Q0值上就是出現(xiàn)明顯增高，并且在地震之后應(yīng)力迅速得到釋放，尾波Q0值回復(fù)到均值水平。

圖3 兩個臺記錄的地震尾波Q0值曲線（流逝時間70s，頻率1Hz）Fig.3 The coda Q0value curves recorded by two stations（lapse time＝70s，1Hz）.

另外我們對相同流逝時間下不同頻率點的Qc值作時間序列特征分析發(fā)現(xiàn)，不同頻率點下的尾波Qc值變化形態(tài)基本相似。

4 結(jié)論和討論

尾波Qc值是通過對尾波衰減特征的研究求取區(qū)域介質(zhì)品質(zhì)因子的一種方法，Q0值的大小反映了地殼介質(zhì)對地震波衰減程度的高低。Qc值對頻率的依賴程度與地殼的均勻程度有關(guān)，依賴性越強，地殼介質(zhì)均勻程度越低，地震活動水平越高。從計算結(jié)果來看，本文研究區(qū)域?qū)儆诘蚎0值且對頻率強依賴地區(qū)。

由不同地震的尾波測量得到的品質(zhì)因子對應(yīng)于不同的地震波射線路徑，品質(zhì)因子的時間變化除了與區(qū)域應(yīng)力場的變化因素有關(guān)之外，還與區(qū)域介質(zhì)的橫向和縱向非彈性程度和散射波波陣面圍成的橢球體的范圍有關(guān)。Q0值和η值的大小反映了地震波在震源和記錄臺站為兩個焦點的散射橢球體范圍內(nèi)介質(zhì)中傳播時的衰減特征。計算過程中不同的流逝時間、震源距對應(yīng)于不同的散射橢球體的體積。為了便于在時間軸上對計算結(jié)果進(jìn)行比較，我們采用了相同的流逝時間結(jié)果做對比。鑒于研究過程中波形資料選取的限制，我們選擇了臺站100km范圍內(nèi)的地震，震中距相對較大，所以固定的流逝時間也較長，分別選取了70s，100s和140s。三種不同的流逝時間計算結(jié)果對比顯示，相同地震的流逝時間選取越長所得到的尾波Q0值越大，和理論計算以及前人的結(jié)果一致；相同的一組地震，不同流逝時間條件下雖然尾波Q0值的絕對值不相同，但是它們隨著時間變化的形態(tài)基本一致。

理論上可以根據(jù)觀測臺站記錄的具有相同或相近射線路經(jīng)的地震波尾波品質(zhì)因子的時間變化動態(tài)特征來探討其與地震孕育過程間的關(guān)系，也有很多研究取得了很好的成果。在本文的研究時段內(nèi)蘇中沿海地區(qū)沒有發(fā)生M5以上破壞性地震，但是2006年11月在江蘇東臺發(fā)生最大震級為ML4.1的震群活動和2007年5月6日在江蘇響水發(fā)生ML4.0地震，屬于本地區(qū)顯著性地震事件，分別距離海安地震臺和射陽地震臺的距離都小于100km。在對兩個臺站得到的尾波Q0值作時間序列特征分析時發(fā)現(xiàn)，在這兩次顯著地震事件前尾波Q0值都出現(xiàn)了明顯增大，并且震后迅速回復(fù)到原均值水平。這個現(xiàn)象對該地區(qū)的中強地震的預(yù)報有一定的意義。目前本地區(qū)的尾波Q0值都處于均值水平，沒有明顯的增大跡象。

本文研究過程中得到浙江省地震局朱新運老師、江蘇省地震局周云好研究員以及張鵬博士的熱情幫助和悉心指導(dǎo)；在波形獲取過程中得到江蘇省地震臺網(wǎng)中心全體同志的大力幫助，在此表示衷心的感謝。

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