云南魯?shù)?.5級地震序列的譜振幅相關(guān)系數(shù)變化特征*

黃 浩，付 虹，王培玲，馬玉虎

(1.青海省地震局，青海西寧810001;2.云南省地震局，云南昆明650224)

0 引言

據(jù)中國地震臺網(wǎng)中心測定，北京時間2014年8月3日16時3分，在云南省昭通市魯?shù)榭h龍頭山鎮(zhèn)發(fā)生 MS6.5地震，震中位置 (27.1°N，103.3°E)，震源深度12 km。截至9月9日，震區(qū)共記錄到68次ML≥3.0余震，其中ML3.0～3.9地震63次，ML4.0～4.9地震5次，沒有發(fā)生ML≥5余震。

魯?shù)?.5級地震極震區(qū)烈度達到Ⅸ度，地震序列為主震—余震型，主震之后沒有發(fā)生更大地震，最大余震為MS4.4。余震震級偏低、中強余震次數(shù)少，是否意味著震源區(qū)仍存在發(fā)生強余震的可能?在余震活動相對減弱的情況下，利用震源機制一致性來研究這一問題也許可以有些幫助。

已有震例研究表明 (陳颙，1978;Wiemer，Wyss，2002;趙英萍等，2004;王俊國，刁桂苓，2005)，震源機制一致性可用來判斷未來是否會發(fā)生更大地震。然而，由于受到臺站方位分布和密度的限制，很難精確求解中小地震的震源機制解，因此中小地震震源機制一致性方面的研究還比較少。

Lund和B?evarsson(2002)提出微震體波譜振幅相關(guān)分析法，該方法可以不直接求解震源機制，而利用譜振幅的相關(guān)程度來描述震源機制的一致性。崔子健等 (2012)利用譜振幅相關(guān)分析法研究了發(fā)生在云南的幾個小震群序列，結(jié)果表明強震前的小震群序列的譜振幅相關(guān)系數(shù)較大，而一般性小震群序列的譜振幅相關(guān)系數(shù)較小，獲得了與理論推測相符合的結(jié)果。黃浩和付虹(2014)應用譜振幅相關(guān)分析法研究了6個發(fā)生在滇西地區(qū)不同類型的地震序列，結(jié)果表明前震序列的譜振幅相關(guān)系數(shù)較高，但譜振幅相關(guān)系數(shù)較高的不一定是前震序列。雖然譜振幅相關(guān)分析法在云南地區(qū)初步應用的結(jié)果有所不同，但還應積累更多的震例進行深入研究。本文采用譜振幅相關(guān)分析法，計算了魯?shù)榈卣鹦蛄械淖V振幅相關(guān)系數(shù)，并對其變化特征進行了分析。

1 譜振幅相關(guān)分析法

譜振幅相關(guān)分析法要求參與計算的地震擁有近似的射線路徑以扣除傳播路徑效應，因此適用于時間和空間上叢集發(fā)生的小震群。崔子健等(2012)已對譜振幅相關(guān)分析法進行過詳細的描述，本文只做簡要介紹。臺站記錄的位移譜Uij(f)可表示為

式中，Uij(f)為臺站j記錄的地震的位移譜;f為頻率;Pij(f)為臺站j至地震i之間的傳播路徑效應;Si(f)為地震i包含輻射圖型因子的震源譜;L'j(f)為臺站j的局部場地效應;Nj(f)為臺站j的噪聲;Ij(f)為臺站j的儀器響應;Wj(f)為臺站j的自由表面效應。

在去除噪聲、儀器響應、臺站場地效應和傳播路徑效應后，若震源機制相同，則兩次地震的位移譜的相對大小只與譜振幅的相對大小有關(guān)。因此，可計算兩次地震的譜振幅相關(guān)系數(shù)來描述震源機制的相似程度。

譜 振 幅 相 關(guān) 系 數(shù) rxy(Lund，B?evarsson，2002)可表示為

式中，xjl、yjl分別為地震x和y的分量的譜振幅的對數(shù)值;分別為xjl與yjl的平均值;l取值1～5，分別表示P波的徑向、垂向分量與S波的徑向、切向、垂向分量;n為參與計算的臺站數(shù)量。

計算每次地震和地震序列中發(fā)生在它前面的所有地震的相關(guān)系數(shù)，取平均后，代表這次地震與前面所有地震譜振幅的相關(guān)程度，這樣就可得到整個序列的譜振幅相關(guān)系數(shù)。

計算過程按以下步驟進行:①收集魯?shù)榈卣鹦蛄械臄?shù)字波形;② 把波形的水平分量旋轉(zhuǎn)為徑向和切向分量，并采用延遲時間窗方法 (Chael，1987;黃玉龍等，2003)計算其位移譜;③利用Atkinson和Mereu(1992)方法反演魯?shù)檎饏^(qū)的Q值，QP=35.5f0.831、QS=53.2f0.872;④ 采用多臺多事件聯(lián)合反演臺站的場地響應 (Moya，Jorge，2000);⑤利用經(jīng)過噪聲、儀器響應、傳播路徑及場地響應校正的譜振幅，計算魯?shù)榈卣鹦蛄械淖V振幅相關(guān)系數(shù)。圖1為本文使用的昭通臺記錄的一次地震波形及其位移譜，圖中，Z、R、T分別表示垂向、徑向、切向分量;PZ、PR分別表示P波垂向和徑向分量的位移譜;SZ、SR、ST分別表示S波垂向、徑向和切向分量的位移譜。

2 地震序列資料及計算結(jié)果

2.1 地震序列資料

魯?shù)榈卣鸢l(fā)生后，截至9月9日，震源區(qū)共發(fā)生ML≥3.0地震64次。剔除部分信噪比較差或受主震影響較大的余震，本文選取了48次ML≥3.0地震計算了魯?shù)樾蛄械淖V振幅相關(guān)系數(shù) (圖2)。

圖1 昭通臺記錄的一次地震的波形 (a)及其位移譜 (b)Fig.1 Waveform of a earthquake recorded by Zhaotong Station(a)，and its displacement spectra(b)

2.2 結(jié)果分析

采用昭通臺 (ZAT)、巧家臺 (QIJ)、普格臺(PGE)、雷波臺 (LBO)、東川臺 (DOC)5個地震臺記錄的48個ML≥3.0的波形資料計算了魯?shù)榈卣鹦蛄械淖V振幅相關(guān)系數(shù)，其相關(guān)系數(shù)值在0.77～0.83之間變化，平均值0.82。

雖然譜振幅相關(guān)系數(shù)的變化范圍不大，但具有明顯的起伏過程 (圖3)。從相關(guān)系數(shù)隨時間變化的特點來看，大致可以以8月11日為界將譜振幅相關(guān)系數(shù)的變化過程劃分為兩個階段，第一階段相關(guān)系數(shù)波動較大 (圖3a)，第二階段相關(guān)系數(shù)保持平穩(wěn) (圖3b)。雖然兩個階段的相關(guān)系數(shù)均值同為0.82，但第一階段相關(guān)系數(shù)變化更明顯，且多數(shù)MS≥4.0余震發(fā)生在第一階段，因此本文重點分析第一階段的譜振幅相關(guān)系數(shù)變化特征。

第一階段譜振幅相關(guān)系數(shù)隨時間變化的形態(tài)比較豐富 (圖3a)，可以劃分為4個變化過程，即:①主震后3小時內(nèi)，相關(guān)系數(shù)自0.81下降至0.77;②8月3日19時至8月4日5時，相關(guān)系數(shù)自整個序列的最小值0.77上升至最大值0.83;③8月4日5時至8月5日8時，相關(guān)系數(shù)總體呈下降過程;④8月5日8時至8月11日，相關(guān)系數(shù)緩慢上升至平均值并保持穩(wěn)定。

譜振幅相關(guān)系數(shù)在主震后3小時內(nèi)快速下降至最小值0.77，表明主震后震源機制一致性在短時間內(nèi)有所降低。在第二個變化過程中，譜振幅相關(guān)系數(shù)持續(xù)升高，從序列最小值0.77上升為序列最大值0.83。在此期間，震源區(qū)相繼發(fā)生了4次4級余震，表明這段時間震源機制表現(xiàn)出趨于一致的現(xiàn)象。在第三個變化過程中，譜振幅相關(guān)系數(shù)既有下降也有上升，但總體表現(xiàn)為下降，說明這一時段的震源機制一致性有所降低。在第四個變化過程中，譜振幅相關(guān)系數(shù)在緩慢上升后表現(xiàn)平穩(wěn)，表明震源機制一致性程度趨于穩(wěn)定。

圖2 魯?shù)镸 L≥3.0地震序列和周圍臺站分布Fig.2 Distribution of Ludian M L≥3.0 earthquake sequence and their surrounding stations

圖3 魯?shù)榈卣鹦蛄械南嚓P(guān)系數(shù)及震級—時間圖Fig.3 The correlation coefficient of spectral amplitude and M-t plot of Ludian earthquake sequence

3 結(jié)論與討論

魯?shù)榈卣鹦蛄械淖V振幅相關(guān)系數(shù)可以大致以8月11日為界劃分為兩個階段，第一階段相關(guān)系數(shù)變化多樣，第二階段相關(guān)系數(shù)保持穩(wěn)定。第一階段可根據(jù)變化特征不同，劃分為4個變化過程，其中4次4級余震發(fā)生在第二個變化過程。在第二個變化過程中，相關(guān)系數(shù)持續(xù)升高、上升幅度最大，說明這段時間震源機制表現(xiàn)出趨于一致的現(xiàn)象。

魯?shù)榈卣鹦蛄械淖V振幅相關(guān)系數(shù)較高，但至今沒有發(fā)生更大地震。崔子健等 (2012)的研究結(jié)果表明，強震前的小震群序列和一般性小震群序列的譜振幅相關(guān)系數(shù)差異較大;黃浩和付虹(2014)對滇西地區(qū)的6個地震序列進行譜振幅相關(guān)分析后認為，前震序列的譜振幅相關(guān)系數(shù)較高，但譜振幅相關(guān)系數(shù)較高的序列不一定是前震序列。因此據(jù)以往震例，魯?shù)榈卣鹦蛄械淖V振幅相關(guān)系數(shù)較高，只能說明區(qū)域應力水平較高，不能判定該序列不會發(fā)生較大地震，也不能說明其后還有較大地震發(fā)生。目前，譜振幅相關(guān)分析法的應用還不多，需要積累更多的震例進行驗證。

當譜振幅相關(guān)系數(shù)較高時，區(qū)域應力水平較高，震源區(qū)及其附近地區(qū)繼續(xù)發(fā)生MS≥5.0地震的可能性相對較大。8月11日以后，相關(guān)系數(shù)仍穩(wěn)定在0.82左右，雖然在震源區(qū)沒有發(fā)生更大地震，但8月17日在距主震震中110 km的永善縣發(fā)生了MS5.0地震。這與2008年3月21日盈江MS5.2和2011年3月10日盈江MS5.8地震序列譜振幅相關(guān)系數(shù)較高，其后在附近地區(qū)發(fā)生MS≥5.0地震的現(xiàn)象類似。

云南省數(shù)字地震臺網(wǎng)為本文提供了相關(guān)資料，云南省地震預報中心劉自鳳和孫楠在收集資料過程中提供了許多幫助，審者提出了寶貴意見，在此表示衷心的感謝!

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