吉林前郭震群b值的深度變化特征分析

張洪艷，盧燕紅，康建紅，張宇，蔡宏雷，高金哲

（吉林省地震局，長春130117）

吉林前郭震群b值的深度變化特征分析

張洪艷，盧燕紅，康建紅，張宇，蔡宏雷，高金哲

（吉林省地震局，長春130117）

對2013年前郭地區(qū)發(fā)生的5.8級震群，聯(lián)合使用固定臺和流動臺臺站資料，整理了2013年10月31日至2015年2月28日期間發(fā)生在前郭震群地區(qū)的地震序列目錄，嚴(yán)格篩選出404次地震事件的P波和S波到時數(shù)據(jù)，應(yīng)用基于MATLAB的Z－MAP軟件分析了地震目錄最小完整性震級1.4，選取震級大于1.4的地震系統(tǒng)地分析了b值隨深度的變化，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)b值隨深度變化有減小的趨勢，具體表現(xiàn)在：地殼的淺部（0～4 km）b值較大，在4～8 km范圍內(nèi)b值逐漸減小，且在8 km深度b值最小，8～10 km深度處b值進一步升高。b值隨深度的這種復(fù)雜變化，表明本區(qū)域的地殼結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)分層比較明顯，這種現(xiàn)象的物理機制可以從介質(zhì)的應(yīng)力狀態(tài)及介質(zhì)性質(zhì)得到較好的解釋，地震較易發(fā)生在地殼介質(zhì)相對均勻，圍巖壓力較高的深度處，推測研究區(qū)域中強震多發(fā)生在4 km以下。

前郭震群；最小完整性震級；b值

張洪艷，盧燕紅，康建紅，等.吉林前郭震群b值的深度變化特征分析[J].華南地震，2015，35（2）：96-99.ZHANG Hongyan，LU Yanhong，KANG Jianhong，et al.Analysis on the Variation of b Value with Depth in Qianguo Earthquake Sequence[J].South china journal of seismology，2015，35（2）：96-99.]

0　引言

由古登堡－里克特[1]提出的震級與頻度的關(guān)系式：log N=a+bm，是地震活動性研究中引用頻度最高的一個經(jīng)驗關(guān)系式，其中b值是地震活動性研究中的一個重要參數(shù)，主要描述震級和頻度關(guān)系式中的比例系數(shù)，代表一定區(qū)域內(nèi)不同大小地震頻數(shù)的比例關(guān)系，與其所對應(yīng)的區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)、地殼破裂強度有關(guān)，不同的地震區(qū)或帶有不同的震級－頻度關(guān)系，即具有不同的b值。

b值的研究歷史較長，在國、內(nèi)外的地震活動性分析中取得的結(jié)果比較豐富[2-6]：既得到了區(qū)域內(nèi)各參數(shù)的變化特征，也取得了各參數(shù)隨介質(zhì)和應(yīng)力的變化情況，同時得到了大量震例的支持，進一步驗證了各參數(shù)在震前、震時、震后的變化。b值既能反映大小地震之間的關(guān)系又能反映不同部位介質(zhì)的應(yīng)力狀態(tài)：在地殼淺部由于地殼介質(zhì)的強烈的非均勻性，加之巖石的圍巖壓力值較低，小震容易發(fā)生，b值較高；震源深度增加，地殼介質(zhì)相對較均勻，同時伴隨著高圍巖壓力，任意初始破裂的形成容易導(dǎo)致大破裂的發(fā)生，從而發(fā)生大地震，b值較低[2]。

2013年吉林省前郭縣先后發(fā)生了5.5、5.0、5.3、5.8、5.0級地震，這5次地震均發(fā)生在NE向扶余-肇東與NNW向查干泡-道字井?dāng)嗔呀粎R部位。10月31日前郭5.5級地震發(fā)生后，吉林省地震局和黑龍江省地震局在前郭和乾安地區(qū)圍繞震中50 km之內(nèi)陸續(xù)布設(shè)9個流動臺，形成了臨時的小型觀測臺陣，對震區(qū)形成了比較好地監(jiān)控。利用省內(nèi)固定臺、流動臺及周邊共享臺站，共同處理此次地震序列，為我們提供了寶貴的波形和震相資料。針對此次震群序列許多地震學(xué)者開展了靜態(tài)庫倫應(yīng)力[7]、尾波Q值[8]、各向異性[9]、震源機制解[10]等相關(guān)研究，為震群趨勢判定提供相關(guān)參考，但尚未開展b值特征分析工作，因此本項目將研究地震活動性參數(shù)b值在前郭地震序列的變化形態(tài)，進一步探查b值與我省松原地區(qū)的地質(zhì)與地體構(gòu)造特征之間的關(guān)系，從而也可為該區(qū)域地震預(yù)測提供相關(guān)數(shù)據(jù)參考。

因此，利用現(xiàn)有的成熟方法，所取得的豐富經(jīng)驗，充分利用本省2013年前郭震群數(shù)據(jù)開展b值研究。為了保證地震目錄的完整性，從而使統(tǒng)計結(jié)果不受資料選取的影響，先獲取最小完整性震級，進而采取最大似然法計算前郭震群b值，研究該區(qū)域b值隨深度的變化特征。

1　資料及方法

本研究使用2013年10月31日至2015年2月28日由吉林省固定臺和流動臺聯(lián)合記錄的前郭震群事件，人工拾取P波和S波到時，將兩部分?jǐn)?shù)據(jù)融合，選擇至少4個臺站記錄、走時殘差±3 s的資料，篩選后的震群事件共404次（圖1）。震群事件主要集中分布在NE向扶余－肇東斷裂帶與NW向查干泡－道字井?dāng)嗔呀粎R處，主要在查干泡－道字井?dāng)嗔褍蓚?cè)擴展，密集區(qū)長軸約28 km，短軸約26 km，呈橢圓形分布，總體呈NW向展布。

圖1　研究區(qū)地震、臺站、構(gòu)造分布圖Fig.1 Distributionmap of earthquakes,seismic stations and faults in study area

鑒于b值的研究價值，本文圍繞b值開展相關(guān)研究，我們利用ZMAP程序包[11]中的相關(guān)功能實現(xiàn)，其中b值是基于最大似然法解獲得[12]：

MC為完整起始震級，為平均震級，e為自然對數(shù)的底數(shù)。

在計算b值時，誤差估計由Shi和Bolt[13]改進的公式求得：

其中n為樣本個數(shù)。

2　地震目錄完整性最小震級

目前，統(tǒng)計分析在地震活動性研究中[14]仍占據(jù)主導(dǎo)地位，那么為了盡量避免統(tǒng)計結(jié)果不受資料選取的影響，地震目錄的完整性是非常重要的，與此同時，對于地震較少的地區(qū)，我們希望能夠充分使用獲取的地震資料，從而保證資料的完整性，如果使用一個統(tǒng)一過高的估計值，可能會導(dǎo)致許多有用的資料被截出。針對一個地震目錄進行系統(tǒng)分析，并給出其最小完整性震級MC的時、空域分布是有實際意義的，特別是對于各種時、空尺度的地震活動性研究。因此，在計算前郭震群過程中，地震目錄的最小完整性震級MC的選取是至關(guān)重要的[4]。

完整起始震級MC的估計非常關(guān)鍵，MC值的計算有多種方法，我們采用Wiemer等人提出的一種正演技術(shù)，對404次地震作擬合計算，得到起始震級計算結(jié)果如圖2所示，在曲率最大處MC值為1.4，因此，選取前郭震群地震目錄的最小完整性震級為1.4。

MC值可以看作是吉林前郭震群發(fā)生地區(qū)的一個臨界震級，表征研究區(qū)域所能監(jiān)測到的最小完整震級，在計算前郭震群b值時，只選擇震級大于和等于1.4級的地震事件。

3　 b值隨深度變化

針對前郭震群整理出的地震到時資料，選取

MC≧1.4的地震事件參與計算，共226次，最終獲得了吉林前郭震群的平均b值為0.523，誤差為±0.04（圖2）。為詳細(xì)分析研究區(qū)b值的空間分布特征，我們將b值在深度上的變化展示出來（圖3）。在深度上，b值隨震源深度增加而逐漸減小，從b值變化曲線可以看出，在地殼的淺部(0～4 km)b值較大，在4～8 km范圍內(nèi)b值逐漸減小，且在8 km深度b值最小。這樣的分布特征與首都圈地區(qū)[5]、江淮地區(qū)[15]、邢臺地區(qū)[16]和美國加州地區(qū)[2]的b值研究結(jié)果具有很好的一致性。

圖2　研究區(qū)MC值及平均b值Fig.2 The MC-value and average b-value of study area

圖3　 b值隨深度的變化Fig.3 The changes of b-value along with the depth

許多研究[17，2]認(rèn)為引起b值變化的因素主要有：物質(zhì)復(fù)雜程度、有效應(yīng)力和溫度等。一般認(rèn)為，高b值是由物質(zhì)復(fù)雜程度的增加而導(dǎo)致的，而b值減小是由有效應(yīng)力增加而引起的，介質(zhì)的復(fù)雜程度與深度和正應(yīng)力增加成反比的觀點普遍存在。由此，b值隨震源深度增加而減小的系統(tǒng)變化背后的物理機制可以從介質(zhì)復(fù)雜程度與應(yīng)力狀態(tài)的變化得到很好的解釋。

Mori等比較系統(tǒng)的研究了美國加州地區(qū)的b值隨深度的變化，認(rèn)為這樣的分布特征可能表明，b值與地殼介質(zhì)復(fù)雜程度及應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān)，在地殼淺部介質(zhì)復(fù)雜，具有強烈的非均勻性，且圍巖壓力值較低，因此具有高b值；隨著震源深度增加，圍巖壓力值增加，地殼物質(zhì)也趨于相對均勻，具有低b值。因此小震多產(chǎn)生于地殼淺部，而大震多發(fā)生于孕震層的底部。

綜合分析本區(qū)域的b值隨深度變化情況，顯示該區(qū)域b值在0～8 km隨深度逐漸減小，在8 km以下b值有所回升，研究區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)分層比較顯著。這樣的分布特征也表明在地殼淺部介質(zhì)復(fù)雜伴隨低圍巖壓力值，因此具有高b值，而隨著深度增加，地震介質(zhì)相對均勻伴隨高圍巖壓力，因此具有低b值。研究區(qū)b值隨震源深度逐漸減少并在4～8 km深度處最為明顯，可能表明該區(qū)域中強震孕震層多集中于4 km以下。

4　結(jié)論

本研究采用2013年10月31日至2015年2月 28日前郭5.8震群地震目錄，計算了前郭震群發(fā)生地區(qū)的b值隨深度的變化情況，獲得一些初步認(rèn)識：在深度上，前郭震群地區(qū)b值隨震源深度增加而逐漸減小，具體表現(xiàn)為為淺層（0～4 km）高b值，中部（4～8 km）b值逐漸減小，至8 km深度處b值最小，8～10 km深度處b值進一步升高。b值隨深度的復(fù)雜變化，表明本區(qū)域的地殼結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)分層比較明顯，研究區(qū)域中強震孕震層多集中于4 km以下。

b值能夠反映介質(zhì)所受應(yīng)力的狀態(tài)和介質(zhì)的均勻程度，而在地震序列b值的分布，則可以幫助我們了解震源區(qū)應(yīng)力變化和介質(zhì)的破裂范圍[6]，此次震群序列中滿足計算條件的地震事件相對較少，震中分布過于集中，吉林前郭地區(qū)b值隨深度的變化較明顯，但在平面上的變化沒有明顯特征，尚有待通過其它的方法、數(shù)據(jù)進一步完善。

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Analysis on the Variation of b Valuew ith Depth in Qianguo Earthquake Sequence

ZHANG Hongyan，LU Yanhong，KANG Jianhong，ZHANG Yu，CAIHonglei，GAO Jinzhe
（Earthquake Administration of Jilin Province，Changchun 130117，China）

Based on the data recorded by themobile observation instruments and digital observation station,the earthquake sequence catalog of Qianguo earthquake swarm area during Oct.31st，2013 and Feb.28th，2015，the arrival data of P and S wave of 404 earthquakes which are strictly screened，the paper analyzes the minimum completemagnitude 1.4 with Z-MAP based on MATLAB，and the variation of b value with depth by using themagnitude greater than 1.4.The results show that the b value is gradually reduced with depth，which is larger in shallow crust（0～4 km），gradually reduceswith depth in 4～8 km，and becomes theminimum value at 8km,while gradually increases in 8～10 km.It is said that the crustal structure in study area is relatively complex and the structure layered ismore obvious.This phenomenon can be explained with medium stress stateand media properties.The earthquake prone-depth is at relatively uniform media and high surrounding rock pressure,most of themedium-strong earthquakes at the study region occurred below 4km

Qianguo earthquake sequence；Minimum complete magnitude；b-value

P315.6

A

1001-8662（2015）02-0096-04

10.13512/j.hndz.2015.02.015

2014-10-10

吉林省地震局合同制科研課題（201521）；中國地震局監(jiān)測、預(yù)測、科研三結(jié)合課題（150704）；測震臺網(wǎng)青年骨干培養(yǎng)專項（20140307）；青年科學(xué)基金項目（41404071）

張洪艷（1979-），女，工程師，主要從事地震編目和地震研究相關(guān)工作.

E-mail：56617347@qq.com.