長春臺不同類型地震的震相特征分析

張 宇，康建紅，張洪艷，鄭國棟，陳 聰

（1.長春地震臺，吉林 長春 130117；2.吉林省地震局，吉林 長春 130117）

0 引言

長春臺屬國家I類基準(zhǔn)臺，是全國36個(gè)常規(guī)速報(bào)臺、24個(gè)國際數(shù)據(jù)資料交換臺之一；同時(shí)也是吉林省地震臺網(wǎng)的子臺。“九五”期間，長春地震臺完成了地震觀測系統(tǒng)的數(shù)字化改造，配備了CTS-1型寬頻帶地震計(jì)和EDAS-24IP型數(shù)采，儀器架設(shè)在山洞擺房內(nèi)，臺基為石炭二疊紀(jì)泥板巖夾變質(zhì)砂巖。長春臺山洞內(nèi)年平均溫度10℃，年平均溫差不超過2℃，日溫差小于0.1℃，山洞內(nèi)設(shè)置多重門防止氣流影響和人為干擾，非常適合CTS-1寬頻帶地震計(jì)運(yùn)行。

CTS-1寬頻帶地震計(jì)是從“八五”期間開始研制的，首先應(yīng)用于國家數(shù)字地震臺網(wǎng)。CTS-1是高靈敏度寬頻帶地震計(jì)，它由3個(gè)獨(dú)立分向傳感器（一個(gè)垂直向、兩個(gè)水平向）一體化安裝組成，在50Hz～120s頻帶內(nèi)對等速度輸入響應(yīng)平坦。儀器具有較低的自身噪聲，動(dòng)態(tài)范圍優(yōu)于140dB，三分向響應(yīng)靈敏度分別為UD向2011.6，EW向1991.6，NS向2053.8（v＊s／m）。地震計(jì)采用力平衡負(fù)反饋系統(tǒng)，傳遞函數(shù)穩(wěn)定。CTS-1型寬頻帶地震計(jì)具有寬頻帶、大動(dòng)態(tài)、高分辨率的特點(diǎn)。

為提高長春臺的地震監(jiān)測能力和全球大震速報(bào)質(zhì)量，我們對長春臺使用CTS-1型地震計(jì)記錄的不同震中距及不同類型地震的波形進(jìn)行分析，對其相同的震相特征進(jìn)行了總結(jié)。

1 資料的選取

使用長春地震臺CTS-1記錄的震中距不同的5個(gè)典型地震波形，以中國地震臺網(wǎng)中心地震目錄中所提供的參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，進(jìn)行震相特征分析。所選地震目錄見表1。

2 震相特征分析

2.1 近震震相特征分析

近震是指震中距小于1000km的地震。近震范圍地震波有直達(dá)波、反射波和首波［1］。不同震中距地震記錄特征也不相同，震中距小于40km的近震只有直達(dá)縱、橫波；震中距40～70km的近震能記錄到直達(dá)縱、橫波和反射縱、橫波，反射波和直達(dá)波的周期相近；隨著震中距的增大，首波將作為第一震相到達(dá)。圖1是2004年03月24日09時(shí)53分內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗ML6.2地震（震中距5.4°，596km），由于震中距較大，首波作為第一震相到達(dá)，短周期面波逐漸發(fā)育，振幅大，占據(jù)記錄圖的主體位置，各波的頻率特性展示的較好。縱波與橫波震相兩兩對應(yīng)出現(xiàn)，主要震相有PN、PB、PG、SN、SB、SG。

表1 地震目錄

圖1 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗ML6.2地震Fig.1 ML6.2 earthquake in East Uzhumuqin of Inner Mongolia

2.2 遠(yuǎn)震震相特征分析

震中距在10～105°的地震稱為遠(yuǎn)震，遠(yuǎn)震初至震相為地幔折射波P，遠(yuǎn)震記錄到的波包括地幔折射波、地表反射波及轉(zhuǎn)換波、核面反射波及轉(zhuǎn)換波、地核穿透波和面波等。當(dāng)震中距在10～16°的時(shí)候，由于地震射線傳播時(shí)受到上地幔低速層影響，高頻波大都被吸收只有低頻成份可以傳播到臺站，此段距離被稱為P、S波的“影區(qū)”，所以P、S震相不發(fā)育，較難辯認(rèn)［2］。圖2是2003年05月26日17時(shí)24分日本本州近海MS7.0地震（震中距13.3°），由于該震中距處在“影區(qū)”，所以S震相很不清晰。

當(dāng)遠(yuǎn)震的震中距達(dá)到30～105°的時(shí)侯，通?？梢宰R別的主要震相有P、S、PP、PPP、PS、SS、SSS、PCP、SCS、PCS、SKS、PCPCP、LQ、LR等。特別要注意的是波的到達(dá)順序隨著震中距的不同會(huì)有變化。圖3是2000年10月25日17時(shí)32分印尼巽他海峽MS7.0地震（震中距53.4°），波形圖中P、S初動(dòng)尖銳，呈脈沖式1至2個(gè)周期；PCS波與S波交替，PCP波也超前了PP波；清晰地記錄了P、AP、PCP、PP、PPP、SCP、PCS、S、SCS震相。

圖2 日本本州近海MS7.0地震Fig.2 MS7.0 earthquake in the offshore of Honshu in Japan

圖3 印尼巽他海峽MS7.0地震Fig.3 MS7.0 earthquake in Sunda Strait of Indonesia

2.3 極遠(yuǎn)震震相特征分析

震中距超過105°就是極遠(yuǎn)震，極遠(yuǎn)震沒有地幔折射波。其初到波分別為衍射波、內(nèi)核穿透波和外核穿透波等［1］。極遠(yuǎn)震的震相也較為豐富，主要震相有Pdiff、PKIKP、PKP1、PKP2、PP、PPP、PKS、SS、SSS、SKS、SKKS、S3KS等。圖4是2001年01月14日01時(shí)33分薩爾瓦多MS8.0地震（震中距115.1°），該震仍然處在核幔分界面造成的“影區(qū)”內(nèi)，雖然震級很大，但初至震相Pdiff比較弱，波形不夠尖銳，振幅只有PP的1／5左右；PP初震相難確定，只能看到其波列，PP-Pdiff到時(shí)為4分52秒；且一個(gè)小時(shí)以后出現(xiàn)面波。記錄的震相很豐富有Pdiff、PKIKP、XPKP、PP、PPP、SKS、SKKS、PS、SS。

2.4 深震震相特征分析

圖4 薩爾瓦多MS8.0地震Fig.4 Salvador MS8.0 earthquake

震源深度小于60km的地震為淺源地震，震源深度大于300km的地震稱為深源地震，介于兩種情況之間的稱為中源地震。隨著震源深度的增大，地震記錄有3個(gè)主要變化：其一是面波的能量由強(qiáng)到弱，逐漸在記錄圖上消失；其二是核面波及深震震相呈現(xiàn)尖銳的脈沖波形，且只持續(xù)1-2個(gè)周期；其三是各震相明顯變得較為尖銳且衰減快［1］。當(dāng)震源深到上地幔低速層之下，則沒有5～16°的“影區(qū)”；SKS波與S波的交替也有所提前。圖5是2002年06月29日01時(shí)19分汪清M7.2地震（震中距3.7°，震源深度540km），特征表現(xiàn)為震相起始尖銳，清晰、衰減快、呈脈沖式，SCS可用于確定深度，面波不發(fā)育，記錄的震相有P、S、SCS。該震雖然震中距沒有超過1000km，但是由于震源在地幔中，臺站所接收到的地震波為地幔折射波，只能用震相有P、S分析定位，而不能用近震分析方法。

圖5 汪清M7.2地震Fig.5 Wangqing M7.2 earthquake

3 討論

（1）長春臺不同類型地震的震相特征：

①近震范圍地震波有直達(dá)波、反射波和首波。不同震中距地震記錄特征也不相同，震中距小于40km的近震只有直達(dá)縱、橫波；震中距40～70km的近震能記錄到直達(dá)縱、橫波和反射縱、橫波，反射波和直達(dá)波的周期相近；隨著震中距的增大，首波將作為第一震相到達(dá)?？v波與橫波震相兩兩對應(yīng)出現(xiàn)。

②遠(yuǎn)震震中距在10～16°的時(shí)候，受到上地幔低速層影響，會(huì)出現(xiàn)為P、S波的“影區(qū)”，P、S震相不發(fā)育，較難辯認(rèn)。極遠(yuǎn)震震中距在105～143°的時(shí)候，處在核幔分界面造成的“影區(qū)”內(nèi)，震相少，且不易識別。

③波的到達(dá)順序隨著震中距的不同會(huì)有變化。39～42°時(shí)，PCS與S交替；45°時(shí)，PCP與PP交替；83°時(shí)，SKS與S交替。

④汪清深震雖然震中距沒有超過1000km，但是由于震源在地幔中，臺站所接收到的地震波為地幔折射波，只能用震相有P、S分析定位，而不能用近震分析方法；用SCS確定深度比較準(zhǔn)確。

（2）長春臺記錄不同類型地震的波形不一樣，震相特征也不一樣，但每個(gè)類型都有各自的顯著特征，這與震源位置、深度、破裂方式等諸多因素有關(guān)，但主要是與傳播路徑上介質(zhì)的吸收有關(guān)［3］。

（3）長春臺CTS-1型地震計(jì)地震震相記錄清晰、豐富，應(yīng)用CTS-1寬頻帶數(shù)字地震儀能有效地提高地震臺的地震監(jiān)測能力和全球大震速報(bào)質(zhì)量。

［1］劉瑞豐，陳會(huì)忠，等.地震學(xué)與地震觀測［M］.北京：地震出版社，2007：169-173.

［2］肖健，等.典型地震波形特征分析［J］.地震地磁觀測與研究，2011，32（5）：135.

［3］陳俊杰，等.長春地震臺寬頻帶數(shù)字地震波形頻譜特性的初步分析［J］.東北地震研究，2006，22（3）：64.