安徽地区尾波Qc值特征研究

郑先进,刘东旺,沈小七,刘泽民,倪红玉,李玲利

(1.安徽省地震局,合肥 230031;2.蒙城地球物理国家野外科学观测研究站,安徽蒙城 233500)

安徽地区尾波Qc值特征研究

郑先进1,2,刘东旺1,2,沈小七1,刘泽民1,倪红玉1,2,李玲利1,2

(1.安徽省地震局,合肥 230031;2.蒙城地球物理国家野外科学观测研究站,安徽蒙城 233500)

基于Sato单次散射模型,利用安徽省数字化测震台网2001年以来记录到的 ML≥2.3级地震的波形资料,计算得到了安徽地区不同台站周围地壳介质的尾波Qc值,发现省内不同地区尾波Qc值存在着明显的差异,霍山地区尾波Qc值相对省内其余地区较低,拟合得到了安徽地区尾波 Qc值与频率之间的依赖关系,为Qc=(104.9±36.4)f(0.85±0.08)。对安徽霍山地区2009年2—12月的震群序列尾波 Qc值变化特征进行了分析,发现主震前后尾波Qc值发生显著的变化。

尾波 Qc值;Sato模型;震群序列;延续时间

0 引言

在对地震波的研究中,尾波研究是一个重要领域,地震尾波是由地下介质的不均匀性所激发的,它是介质不均匀性的最直接证据之一。尾波Qc值是描述尾波衰减的重要物理量,它反映了震源和周围介质的平均性质,能较有效地消除震源辐射花样和单一路径的影响。

地方震尾波可用地球介质中随机分布的多种非均匀散射体对原生波的反向散射来解释[1]。用单次散射模型可以很好地解释尾波的许多特点,并且为许多观测事实所支持[2]。目前根据单次散射理论研究尾波衰减特性已获得一些重要结果[3-8]。这些结果表明,尾波Qc值与频率表现出较强的依赖关系,近似服从幂函数关系:Qc=Q0×fη。在构造活动较强的地区尾波衰减较快,构造活动较弱的地区尾波衰减较慢。也就是说,构造活动强烈的地区为低Qc值背景区,构造活动相对稳定的地区为高Qc值背景区。本研究试图利用Sato单次散射模型,计算安徽地区不同台站周围介质的Qc值,分析不同地区构造活动差异性,并得出安徽地区平均 Qc值,与国内其它地区进行比较分析;利用2009年2—12月霍山震群序列的数字化波形记录,计算该序列的尾波 Qc值,对其变化特征进行分析。

1 计算方法

目前在地震预测研究中,国内外普遍使用单次散射模型来进行尾波 Qc值计算。在本研究中所用的地震大部分震级较小,地震波记录长度较短,适合采用Sato模型进行尾波Qc值求解。

依据Sato模型[9-11],在一定频率下,尾波振幅与时间的函数关系可表示为:

其中:As是S波的最大振幅,Ac(t)是流逝时间t附近的尾波均方根振幅,K及Ac(t)分别由(2)、(3)式给出,K是依赖于时间的传播因子。

AT为所取时间窗内地震波均方根,An为P波到达前适当时间段的记录的均方根,用以进行地震波的噪声校正[5,12]。a=t/ts,ts为S波的流逝时间,C(f)是与频率有关的影响因子,对相同地震的同一频率,C(f)为常数,拟合出 F(t)与(t-ts)的线性关系,得到 b,b与Qc的关系由下式给出:

对于不同的频率根据 F(t)和(t-ts)的曲线求出斜率b,即可得到该频率的 Qc值。最后由各个频率点的 Qc值,拟合出 Qc=Q0×fη。

2 数据处理

计算选取2001年以来安徽省数字地震台网记录到的ML≥2.3级地震波形资料(图1,其中蓝色三角形表示测震台站),采用朱新运等[7]研制的基于Sato模型的近震S波尾波 Qc值求解及分析软件,利用不同台站记录到的三分向波形计算尾波Qc值。计算时使用6级Butterworth滤波器进行滤波,尾波段起点取2倍的S波走时,数据采样窗长2s,采样步长0.5s,为保证数据可靠,尾波截断处信噪比大于 2。每条地震记录以4～18整数频率点为中心频率,计算15个频率点数据,对Qc值与频率之间的依赖关系进行拟合,当频率f为1时,得出每个地震的Q0值。图2给出了2009年4月6日肥东ML4.0级地震白山台的计算实例。

图1 安徽省2001年以来 ML≥2.3级地震及台站分布

图2 2009年4月6日肥东 ML4.0级地震白山台计算结果

3 安徽地区尾波Qc值特征

按照上述数据处理方法,使用每次地震不同台站记录到的波形计算出了尾波Qc值。并利用同一台站对于不同地震计算结果求出了台站周围地壳介质的平均Qc值,如表1所示。由于安徽地区发生的地震以中小震为主,部分地震波形记录信噪比不高,计算中舍弃了这部分结果,在表1中仅列出了对于3个以上地震有较好拟合结果的台站。

表1 安徽地区不同台站附近地球介质的平均Qc值统计表

从表中可以看出,不同地区台站周围地球介质的Qc值及其对频率的依赖性大小(η值)存在着明显的差异。其中,霍山地区台站(含豹子崖、佛子岭、六安、烂泥坳、石家河)周围地球介质的平均 Q0相对其它地区普遍偏低,对频率的依赖性(η值)较大,这与霍山地区中小地震活动频繁、构造活动性较强的特征是一致的。拟合得到了安徽地区全区Qc值与频率间的关系:Qc=(104.9±36.4)f(0.85±0.08)(图3)。

图3 安徽地区尾波值与频率关系拟合

4 2009年霍山震群序列尾波值分析

2009年2—12月霍山窗出现1次震群活动,先后发生了5月19日 ML3.4级、8月15日 ML3.9级地震,9月份以后震群序列开始衰减。我们利用该序列中ML≥1.5级地震的波形资料,计算了该震群序列尾波Qc值,挑选出拟合较好的结果,对其变化特征进行了分析。计算时使用了豹子崖、石家河、烂泥坳3个台站的数字化波形记录。这3个台站使用的都是FFS-3M短周期地震计,对于该序列的微小震有较好的记录能力,便于进行对比分析。

图4 2009年霍山震群序列M-T图

研究表明,尾波Qc值与被研究的尾波延续时间是有关系的,一般而言尾波的延续时间越长,其 Qc值越大,将尾波Qc值作为一种地震前兆信息进行研究时,应考虑到延续时间对其的影响。因此本文根据尾波的单次散射模型,研究2009年霍山震群序列尾波Qc值随时间变化的同时,亦对比讨论了不同延续时间的影响。

计算了 3个流逝时间窗(20～30s、30～40s、40～50s)各台站计算出的尾波 Qc值,如表2所示。可以看出,随着流逝时间的增加,各台站计算得到的尾波Qc值普遍增大。用拟合结果较好的豹子崖台和烂泥坳台记录给出了该震群序列尾波Qc值的变化曲线。结果表明,地震活跃阶段的尾波Qc值高于平静阶段,Qc值随时间起伏较大,平均值相对较高。这表明主震发生前应力高度集中和增强,主震后由于作用在地壳韧性层的应力得到释放,从而介质松弛,以至于反映其介质衰减特性的Qc值减小。尾波Qc值的计算结果较好地反映了霍山序列前期增强—主震活动—余震衰减的过程。

表2 不同台站计算结果比较

图5 霍山震群序列尾波Qc值随时间的变化

5 结论与讨论

(1)Qc值的大小反映了地震波衰减程度,它对频率的依赖程度与地壳介质均匀程度有关。Qc值越小,对频率的依赖程度越大,则地壳介质均匀程度越低,相关区域构造活动越强烈,地震活动水平越高。利用Sato模型计算得到,安徽地区 Q0=104.9,η=0.85。与国内不同区域的Q0值及η值相比较发现,安徽地区尾波 Q0值低于浙江地区[6],与山东地区较为相似[13]。

(2)安徽省内不同地区的尾波Qc值存在着明显的差异性,显示了不同区域构造活动的差异性。其中霍山地区Qc值低于其它区域,显示了该区构造活动性相对较强的特征。

(3)对2009年2—12月的震群序列尾波 Qc值计算结果显示,尾波Qc值随选取的尾波延续时间的增加而增大,地震活跃阶段的尾波Qc值高于平静阶段,Qc值随时间起伏较大,平均值相对较高。

(4)安徽地区地震活动以中小震为主,部分地震波形的信噪比不高,能得到较好拟合结果的地震射线不多,导致统计的样本数量较少。随着数字化测震台网的不断完善和资料的逐渐累积,对尾波Qc值的研究也将得到进一步深入和加强。

致谢:本文计算软件由浙江省地震局朱新运博士提供,在此深表谢意。

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Research on theQcValue of Anhui Area

ZHENG Xian-jin1,2,LIU Dong-wang1,2,SHEN Xiao-qi1,LIU Ze-min1,NI Hong-yu1,2,LI Ling-li1,2
(1.Earthquake Administration of Anhui Province,Hefei 230031,China;
2.Mengcheng National Geophysical Observatory,Mengcheng 233500,China)

Based on digital waveform data ofML≥2.3earthquakes recorded by Anhui digital seismic network,theQcvalue of the medium below seismic stations in Anhui area is calculated using the Sato single scattering model.The results show that theQcvalue is inhomogeneous and much lower in Huoshan area.The formula for the relationship betweenQcvalue and frequency in Anhui area is determined using curve fitting,which isQc=(104.9±36.4)f(0.85±0.08).Particularly,theQcvalue of Huoshan earthquake swarm sequences occurred from February to December of 2009is calculated and analyzed,which shows significant difference between before and after the main shock.

theQcvalue of code wave;the Sato model;earthquake swarm sequences;duration

P315.3

A

1003-1375(2011)03-0008-05

2010-12-03

安徽省地震局重点基金项目(200605);中国地震局震情跟踪合同制定向工作任务(2010010201)

郑先进(1982-),男(汉族),河南信阳人,工程师,主要从事地震活动性及数字化地震波资料应用等研究.E-mail:xjzheng@mail.ustc.edu.cn