衰減、場地響應(yīng)等地震波傳播信息綜合研究

朱新運(yùn)

1）中國地震局地球物理研究所，北京100081

2）浙江省地震局，杭州310013

衰減、場地響應(yīng)等地震波傳播信息綜合研究

朱新運(yùn)1，2）

1）中國地震局地球物理研究所，北京100081

2）浙江省地震局，杭州310013

地震激發(fā)的波，經(jīng)過傳播路徑、儀器、場地等因素的調(diào)制作用成為臺站地震記錄，即臺站記錄是震源、路徑、儀器、場地等多種因素的耦合，而基于地震記錄研究震源信息、路徑衰減、場地響應(yīng)等則是逆向的解耦過程?；诘卣饘W(xué)理論、通過各種計(jì)算技術(shù)，從地震波形資料中解析出關(guān)于地震震源力學(xué)參數(shù)、地震波傳播介質(zhì)及臺站場地響應(yīng)信息是地震研究的重要內(nèi)容，也是認(rèn)識地震孕育、發(fā)生、發(fā)展過程，了解地震孕育背景構(gòu)造特征等的有效途徑。本文在地震學(xué)前沿理論方法的基礎(chǔ)上使用最新計(jì)算機(jī)技術(shù)開展了以下3個(gè)方面的工作。

本文第一部分，在逆向雙臺譜比法的基礎(chǔ)上，提出了基于譜比法的地震波衰減與場地響應(yīng)聯(lián)合反演方法。與逆向雙臺譜比法相比，該方法對數(shù)據(jù)條件限制降低，增加了可用數(shù)據(jù)量，除了能獲得地震波衰減參數(shù)外，還同時(shí)獲得了場地響應(yīng)參數(shù)。使用該方法，選取首都圈臺站記錄的同區(qū)域小震資料，評估首都圈臺站場地響應(yīng)，計(jì)算相應(yīng)研究區(qū)地震波衰減參數(shù)。研究表明，在1～6Hz頻率范圍內(nèi)，基巖臺場地響應(yīng)小、平坦且穩(wěn)定，土層臺對低頻率波放大作用高于對高頻率波的放大作用，地震波衰減參數(shù)與區(qū)域地震活動(dòng)性相關(guān)。同樣使用該方法，選取浙江省區(qū)域地震臺網(wǎng)臺站記錄的臺灣地震波形資料，評估浙江省丘陵地帶基巖臺站場地響應(yīng)，計(jì)算了穿越臺灣海峽較單一路徑Lg波的衰減參數(shù)，通過區(qū)域地震記錄震級偏離情況對該研究場地響應(yīng)結(jié)果的可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn)。

第二部分基于弱散射的尾波理論開展地震波尾波衰減研究。文章詳細(xì)闡述了基于Aki模型及Sato模型的尾波衰減參數(shù)計(jì)算的原理方法，定量分析了不同濾波器及相關(guān)性能、地震波噪聲、數(shù)據(jù)采樣、尾波流逝時(shí)間等對計(jì)算結(jié)果的影響。根據(jù)計(jì)算特點(diǎn)，針對Aki模型在數(shù)據(jù)采樣方面提出了動(dòng)態(tài)采樣方法，針對Sato模型提出了最佳線形段自動(dòng)判斷算法。研究表明，利用動(dòng)態(tài)采樣代替固定窗長的靜態(tài)采樣方法，在擬合數(shù)據(jù)段較短的情況下，結(jié)果更穩(wěn)定。

利用浙江、寧夏及首都圈臺網(wǎng)近年來記錄的數(shù)字地震波資料，研究相應(yīng)地區(qū)地震波尾波衰減特征，并結(jié)合地震活動(dòng)情況，研究了地震波衰減參數(shù)與區(qū)域地震活動(dòng)的關(guān)系，對研究結(jié)果的可靠性進(jìn)行了論證。研究發(fā)現(xiàn)，Q0的大小除了與射線穿過區(qū)域的地震活動(dòng)性、地震地質(zhì)條件有關(guān)外，還與臺站位置所處的局部地形及地震地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)。地震活動(dòng)程度越高、地震波衰減越快，衰減參數(shù)Q0值越小。研究中，我們發(fā)現(xiàn)地震波衰減參數(shù)Q0與η具有負(fù)相關(guān)關(guān)系。小震序列對相應(yīng)區(qū)域介質(zhì)衰減的影響表現(xiàn)為，衰減參數(shù)η趨勢性降低，而Q0不具有趨勢性特征。

根據(jù)數(shù)據(jù)條件，使用基于Sato模型計(jì)算的衰減參數(shù)Q0構(gòu)建區(qū)域衰減參數(shù)圖像，分析華北區(qū)域歷史大震活動(dòng)與衰減參數(shù)圖像的關(guān)系，結(jié)果表明，研究區(qū)MS7以上地震均發(fā)生在低Q0區(qū)或Q0高梯度遞變區(qū)。

第三部分為綜合研究部分。在這一部分，使用浙江珊溪水庫地震序列波形資料，開展了地震定位、小震震源參數(shù)、地震波衰減、綜合斷層面解等研究。在地震定位方面提出了在虛波走時(shí)方程基礎(chǔ)上的遺傳算法定位，由此得到的定位結(jié)果與浙江省臺網(wǎng)用hypo81方法定位結(jié)果相比，走時(shí)殘差大幅降低，定位質(zhì)量明顯提高。

基于虛波走時(shí)方程，將非線性方程線性化，求解獲得震源位置及虛波速度初值，之后計(jì)算初始走時(shí)殘差，由走時(shí)殘差的標(biāo)準(zhǔn)偏差的2倍計(jì)算在經(jīng)度、緯度、深度及虛波速度產(chǎn)生的最大誤差，構(gòu)造遺傳種群，利用遺傳算法進(jìn)行二次定位，獲得地震定位的最終結(jié)果。利用該方法，對浙江珊溪水庫震群進(jìn)行重新定位，結(jié)果表明：地震基本上集中發(fā)生在一個(gè)近乎垂直的北西向的斷層面內(nèi)，斷層面走向136°，傾角87°。小震綜合面解獲得的結(jié)果與定位結(jié)果基本一致；震源深度平均4.7km，最大深度9.5km，最淺1.7km，地震震中呈北西向狹窄條帶分布，沿北西方向地震震源深度趨勢性增大，在條帶西北端有大約3.5km的地震不連續(xù)空段；利用Borun模型計(jì)算的小震震源參數(shù)結(jié)果表明，該震群地震震源參數(shù)沒有表現(xiàn)出明顯有別于構(gòu)造地震的特征，地震應(yīng)力降多在0.33MPa左右，平均應(yīng)力降為0.88MPa，根據(jù)應(yīng)力降空間分布的情況判斷，該地震條帶西北端地震活動(dòng)不連續(xù)段處于應(yīng)力降低值區(qū)。

根據(jù)數(shù)據(jù)處理要求，本研究自主開發(fā)了界面友好、功能完善，數(shù)據(jù)輸入、輸出及參數(shù)配置操作方便實(shí)用的數(shù)字地震波處理軟件，軟件運(yùn)行節(jié)省內(nèi)存、速度快、流程可控。

衰減參數(shù)；場地響應(yīng)；聯(lián)合反演；遺傳算法

（作者電子信箱，朱新運(yùn)：zhuxinyun＠126.com）

P315.3＋1；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.01.012