劉長生魏曉紅

1）中國合肥 230026 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

2）中國哈爾濱 150090 黑龍江省地震局

3）中國黑龍江 163414 大慶市地震臺

大慶林甸縣M5.1地震序列尾波Qc值特征研究

劉長生1），2）魏曉紅3）

1）中國合肥 230026 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

2）中國哈爾濱 150090 黑龍江省地震局

3）中國黑龍江 163414 大慶市地震臺

基于Sato 單次散射模型，利用黑龍江省大慶數(shù)字化測震臺網(wǎng)近場數(shù)字地震波形記錄資料，分析計算2005年7月25日大慶林甸M5.1地震后地殼介質(zhì)的尾波Qc值變化，擬合Qc值與頻率之間的依賴關(guān)系，為Qc=36.58±8.67f（0.9787±0.0837）。對大慶地區(qū)2005年7月至2006年2月的余震序列尾波Qc值變化特征進行分析，結(jié)果表明，主震后該序列尾波Qc值發(fā)生顯著變化。

Sato模型；尾波流逝時間；地震序列；尾波Qc值

0 引言

在對地震波的研究中，尾波研究是一個重要領(lǐng)域，地震尾波是由地下介質(zhì)的不均勻性所激發(fā)的，是介質(zhì)不均勻性的直接證據(jù)之一。20世紀60—70年代，Aki（1969）發(fā)表了尾波散射理論，Aki和Chouet（1975）用簡單的單次散射模型解釋了S波尾波的振幅衰減現(xiàn)象。尾波Qc值是描述尾波衰減的重要物理量，反映了震源和周圍介質(zhì)的平均性質(zhì)，能較有效地消除震源輻射花樣和單一路徑的影響。多項研究結(jié)果（錢曉東等，2004；王勤彩等，2004；王偉君等，2004；李白基等，2000；李白基等，2004）顯示，地震活動平靜的地區(qū)是Qc值高的地區(qū)，而地震活動頻繁的地區(qū)Qc值較低。

2005年7月25日在黑龍江省大慶市林甸縣發(fā)生 5.1級中強地震，隨后數(shù)天內(nèi)又發(fā)生了近百條余震。大慶地震臺網(wǎng)的10余個子臺記錄了大量數(shù)字資料 ，本文主要利用架設(shè)在距震中最近的慶新地震臺的數(shù)字記錄資料，研究單臺近場尾波 值得變化特征，探尋近場震源介質(zhì)衰減特征。

1 數(shù)據(jù)資料及分析方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

根據(jù)黑龍江省地震臺網(wǎng)測定，大慶市林甸縣M 5.1地震的主震基本參數(shù)：發(fā)震時刻為北京時間2005年7月25日23時43分34秒，震中位置46°54′N，125°00′E，震源深度15 km，震級M 5.1，震中烈度Ⅵ度，Ⅵ度區(qū)等震線長軸呈近南北向。7月25日23點57分發(fā)生M 3.5最大余震。截至2006年2月15日，共發(fā)生余震百余條，其中可定位的M ＞1.0地震31條，這在黑龍江省弱震區(qū)并不多見，表明大慶林甸地震具有顯著的主震—余震型序列特征。林甸M 5.1地震主震及余震主要沿大安—德都斷裂分布，主要震害分布范圍的長軸方向為近南北向，綜合林甸M 5.1地震主震的震源機制解，確認此次林甸縣M 5.1地震的發(fā)震斷層為大安—德都斷裂，輔助斷層為濱州斷層。

選取架設(shè)在距離主震震中最近慶新地震臺的數(shù)字化記錄資料。慶新臺為井下擺，臺基巖性為泥巖，儀器型號為JD-2型記錄儀，TDE-324CI型數(shù)據(jù)采集器。尾波分析采用波形清晰、尾波持續(xù)時間長且不飽和的數(shù)字地震資料。

1.2 尾波處理方法

目前在地震預(yù)測中，國內(nèi)外普遍使用單次散射模型來進行尾波Qc值計算。在本研究中所用的地震大部分震級偏小，地震記錄長度較短，適合采用Sato模型進行尾波Qc值計算。

利用Sato模型求解地方震S波Qc值，在一定頻率下，尾波振幅與時間的函數(shù)關(guān)系可表示為

式中，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，K（a）及Ac（t）分別由式（2）、式（3）給出，K（a）是依賴于時間的傳播因子。

AT為所取時間窗內(nèi)地震波平均振幅，An為P波到達前適當(dāng)時間段的地震波平均振幅，用以進行地震波的噪聲校正。

a=tS，其中tS為S波到時，t為從地震發(fā)震時刻起計算的尾波流逝時間，C（f）是與頻率f有關(guān)的影響因子，對相同地震的同一頻率，C（f）為常數(shù)，擬合F（t）與（t - tS）的線性關(guān)系，得到斜率b，即可得到該頻率點的Qc，最后由各個頻率點的Qc值，擬合出Qc（f）=Q0fη。b與Q的關(guān)系由式（4）給出

對于不同的頻率，根據(jù)F（t）和（t-tS）的曲線求出斜率b，即可得到該頻率的Qc，擬合得出Qc=Q0×fη。

尾波Qc（f）值反映了以源—臺為焦點的半橢球體積內(nèi)的介質(zhì)平均狀態(tài)。為便于分析同一深度范圍內(nèi)介質(zhì)的變化情況，計算時對同一臺站記錄到的不同地震所取尾波流逝時間應(yīng)盡量一致，本研究尾波采樣的流逝時間為t=60 s，可以避免不同尾波流逝時間使采樣深度出現(xiàn)不同的情況。

2 尾波值特征分析

本研究采用朱新運（2005）研制的基于Sato模型的近震S波尾波Q值求解及分析軟件，對慶新臺記錄的東西向波形進行頻譜分析。尾波振幅從2倍的S波走時開始采樣，尾波窗的截斷時間，取信噪比為2作為截斷標(biāo)準(zhǔn)，對4 Hz到18 Hz之間的頻率段進行分析處理，濾波器為6級巴特沃斯濾波器，對濾波后的數(shù)據(jù)從S波到時開始，取窗長2 s、步長0.5 s 滑動，計算不同時間點的平均振幅。同時，為保持結(jié)果線性擬合的穩(wěn)定性，所截取的尾波窗長不能太短，研究采用尾波起算時間起始于2倍S波走時，背景噪聲取P波初動前2 s的平均信號，當(dāng)采樣信號的能量密度小于1.5倍的背景噪聲能量密度時終止采樣。干擾背景振幅以初始P波到達前的平靜背景為參考。

采用該方法計算，共挑選大慶林甸地震序列28次ML＞1.0余震，見表1和圖1。計算每一條記錄的Qc值，結(jié)果顯示值普遍偏低，最高值為63.1，最低值為25.7，均值為37.5。Qc值的變化基本不受震級大小影響，只受尾波流逝時間影響，而流逝時間的大小，反映了橢球區(qū)域的大小和深度（朱新運等，2006）。對每條記錄的東西信道數(shù)據(jù)以4—18 Hz頻率點為中心頻率點，計算15個頻率點數(shù)據(jù)，擬合平均Qc與對應(yīng)頻率之間的關(guān)系，其擬合的平均結(jié)果為Qc=36.58±8.67f（0.9787±0.0837）。當(dāng)頻率為1時，Q0為36.58±8.67，為低Qc值，地下介質(zhì)均勻程度低，地震波經(jīng)過時能量損耗大、衰減快，本地區(qū)為活動強烈地區(qū)。

表1 林甸地震事件及尾波Qc值Table 1 The seismic events and their Qcvalues of coda wave

3 區(qū)域地震構(gòu)造分析

大慶市林甸縣M 5.1地震位于松遼盆地北端。松遼盆地是由東部的依舒斷裂和西部的嫩江斷裂共同控制而形成的中生代斷線盆地。歷史資料記載，松遼盆地地震構(gòu)造區(qū)是東北地震區(qū)中強地震多發(fā)區(qū)，沿北西向的第二松花江斷裂兩側(cè)曾經(jīng)發(fā)生1119年吉林前郭縣6?級地震、2006年乾安M 5.0地震和2013年吉林松原的5個震級M ＞5.0地震震群。

已有研究（王健，2009）表明：①震區(qū)通常為斷裂交匯區(qū)，并且交匯的斷裂帶大部分在晚更新世或中更新世發(fā)生過構(gòu)造活動。某些特殊構(gòu)造的特殊部位（如交匯點、斷裂點、拐點等），地震活動性較強，易發(fā)生地震；②震區(qū)多發(fā)生在不均衡構(gòu)造活動下的地層抬升或下降不統(tǒng)一的第四紀斷陷盆地；③大型或次級地震網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點是地震位置高發(fā)位置，發(fā)生地震的頻度和級別均較大，據(jù)統(tǒng)計，6.0級左右地震的震中位置多位于地震網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，且具有2組大規(guī)模斷裂相交于區(qū)內(nèi)（大安—德都斷裂和濱州斷裂），林甸M 5.1地震發(fā)生在這兩個斷裂交匯部位。南部第二松花江斷裂帶為大規(guī)模構(gòu)造活動的地震帶，自西向東先后與嫩江斷裂、大安—德都及扶余—肇東斷裂交匯，而交匯部位往往是地震活動頻繁區(qū)域。

4 Qc值的時間分布

林甸縣地處大慶地區(qū)北部，構(gòu)造較為復(fù)雜。主震東側(cè)為近南北走向的大安—德都斷裂，距離主震2 km，余震分布在該斷裂東西兩側(cè)，林甸地震主震破裂方向為北北東走向，主震兩側(cè)是能量釋放區(qū)。林甸地震發(fā)生之前，近源區(qū)的地震活動較為平靜。從圖3可以看出，從2005年 7月25日主震發(fā)生后，Qc值明顯升高，至7月26日M2.5地震發(fā)生，Qc值變化才開始變得較為穩(wěn)定，之后恢復(fù)，處在均值上下±1.5倍方差線之間波動。結(jié)果說明，與地殼應(yīng)力背景和介質(zhì)狀況相關(guān)的Qc值，在日常地震預(yù)報監(jiān)測中，將發(fā)揮越來越重要的作用。

圖3 2005年林甸地震余震序列尾波Qc值隨時間的變化（1.5倍方差）Fig.3 Coda Qcvalue curves after Lindian aftershock earthquake sequences of 2005（1.5 times of variance）

5 結(jié)論

（1）利用Sato單次散射模型和慶新臺近場數(shù)字地震記錄，研究大慶林甸地震序列尾波Q值的變化特征，得到Q值隨頻率的變化關(guān)系為Qc=36.58±8.67f（0.9787±0.0837）。從Qc值演變過程看，以2005年7月26日2.5級地震為分隔點，序列早期時段地震的 Qc值隨時間的變化起伏較大，而序列后期變化相對穩(wěn)定，平均值相對較低，余震活動水平也較低，與張北、岫巖（王勤彩等，2004；王偉君等，2004）兩次地震序列后期相對平靜時段的特征相似，意味著林甸地震序列在主震后逐漸轉(zhuǎn)入平靜時段。這表明，主震發(fā)生時應(yīng)力高度集中和增強，主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，以至于反映其介質(zhì)衰減特性的Qc值減小。

（2）從大慶地震臺網(wǎng)的記錄看，林甸地震序列的明顯特征是衰減速度較快。慶新臺距離震中僅20 km左右的位置，而臺網(wǎng)常規(guī)平均震中距為40 km，近距離監(jiān)測保證了林甸地震監(jiān)測結(jié)果精準(zhǔn)豐富，被檢測到的余震級別、頻次及數(shù)量準(zhǔn)確完善。地震序列表現(xiàn)為突發(fā)性強，無前震活動。

（3）通過對大慶地區(qū)尾波Qc值的分析說明，震源區(qū)的構(gòu)造活動在強震后進入相對穩(wěn)定狀態(tài)，地震活動性減弱。由分析結(jié)果可知，對尾波Qc值變化分析可作為地震趨勢研究的依據(jù)。

本文結(jié)果采用浙江省地震局朱新運、中國地震臺網(wǎng)中心劉杰研制的尾波分析軟件進行計算，在此表示感謝。

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Reserch of Qcvalue of codawaves characteristics about M5.1 earthquake sequences of Daqing Lindian

Liu Changsheng1），2）and Wei Xiaohong3）
1） University of Science & Technology of China，Hefei 230026，China
2） Earthquake Administration of Heilongjiang Province，Harbin 150090，China
3） Daqing Seismic Station，Heilongjiang Province 163414，China

Based on Sato single scattering model ，using of near field digital seismic waveform data recorded by Daqing on July 25，2005，we calculated and got the result of the variation of crustal medium coda value after Lindian M5.1 level，fi tting the dependency relationship between Daqing Lindian earthquake sequence of coda wave value and frequency for Qc= 36.58±8.67 f（0.9787±0.0837）.We analyzed the variation characteristics of the earthquake aftershock sequence coda value of Daqing area in 2005 July to 2006 february months.The results show that，after the main shock，the sequence of coda wave Qcvalue changed signifi cantly.

Sato model，coda elapsed time，seismic sequence Qcvalue of coda

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.01.003

劉長生（1981—），男，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)在職研究生，工程師，主要從事地震預(yù)報工作

黑龍江省地震局一般性課題（201402）

本文收到日期：2014-09-18