小浪底水庫區域尾波Qc值研究初探＊

閆俊崗 王 靜 陳 睿 李守勇

(1)河北省地震局邯鄲中心臺,邯鄲 056006 2)河南省地震局,鄭州 450045)

小浪底水庫區域尾波Qc值研究初探＊

閆俊崗1)王 靜1)陳 睿2)李守勇1)

(1)河北省地震局邯鄲中心臺,邯鄲 056006 2)河南省地震局,鄭州 450045)

根據Aki的單次散射尾波理論,利用小浪底水庫地震臺網短周期儀器記錄的地震波形資料,估測了小浪底水庫地區的尾波 Qc值,Qc=(89.2±28.78)f0.9131±0.1543。結果表明,小浪底庫區 Qc值與頻率有很強的依賴關系,尾波Qc值較小。參照國內相關研究成果,結合本區區域尾波Qc值數值特征認為:本研究區構造活動復雜,地震活動水平高,應加強地震監測工作。

小浪底水庫;單次散射;尾波Qc值;地震活動性;地震監測

1 引言

隨著地震科學研究的深入發展,人們越來越認識到研究地震波在傳播介質中的衰減特征的重要性,地震波介質吸收特征的Qc值研究也日益為人們所重視。在實際應用方面,由于區域的 Qc值與烈度衰減和地震波振幅的衰減密切相關,尾波Qc值這種區域穩定性可以用于地震區劃,所以Qc值的研究成果可以用來預測地震烈度的衰減,以及討論區域地殼介質的本征結構。

在估測Qc值的各種方法中,根據Aki的單次反向散射尾波理論提出的用短周期儀器記錄的地方震尾波資料估測Qc值的方法,因其具有明顯的實用性而得到廣泛的應用。近年來,國內外地震學家廣泛開展了地震尾波的研究工作,取得了許多有意義的研究成果[1-8]。

本文利用小浪底水庫地震臺網短周期儀器記錄的地方震資料,采用Aki的尾波單次散射模型估測了該區的尾波Qc值,以期對地震烈度衰減和地震危險區劃等研究,提供地殼介質特征方面的有關背景參考值。

2 方法與原理

尾波緊隨直達波的 S波而出現,是地球介質的非均勻性引起的不連續散射波的疊加[5]。依據 S波一次反散射模型,Aki等[9]給出了源-臺重合情況下的尾波單次散射模型,并用于計算尾波Qc值。

根據該單次散射模型,通過以某頻率為中心頻率的一定帶寬濾波器濾波后的尾波振幅可表述為:

其中 S(f)為震源因子,t為發震時刻算起的地震波流逝時間,u為常數,體波 u=1,面波 u=0.5,本研究用于分析近震記錄,因此 u取值為 1,Qc(f)為對應于中心頻率點 f的尾波Q值,A(f,t)是對應 t時刻一個采樣周期的幅度最大值。

對式 (1)兩邊取自然對數并整理變為:

計算不同頻率下的尾波Qc值,用最小二乘法擬合求得Qc與頻率的依賴關系式Qc(f)=Q0fη。

3 資料處理

2009年 11月 12—19日,小浪底水庫周圍發生了一次小震群活動 (共發生地震 92次),其中最大地震為 2.6級。這次小震活動在空間上比較集中,小浪底水庫地震臺網對這些地震均有很好的數字地震波形記錄。

小浪底水庫西接汾渭盆地,東臨華北平原。小浪底水庫地震臺網于 2008年 11月建成,該臺網共有 8個臺站,其中記錄較好的有 4個臺站 (NGL, QST,QLT,S MZ),與此小震活動區域的距離在 30 km范圍,是研究尾波 Q值較為理想的距離。本研究選取小浪底水庫地震臺網 4個臺站記錄到的 40次地震事件(表 1),所有臺的記錄均為三分向,采樣率為 100 Hz。選取的地震主要集中在 10 km范圍內,以保證對同一臺站,地震到臺站的傳播路徑一致。圖 1是地震和小浪底水庫臺網臺站分布。

4 計算過程

利用 40次地震事件的 110條地震記錄,采用在時間域中求取尾波Qc值的方法,分析頻段為 4～18 Hz(儀器頻率響應的平坦段),間隔 1 Hz,對原始波形進行帶寬[0.7f,1.3f]的 6階巴特沃斯濾波器進行濾波,對濾波后的數據,從 S波到時開始,取窗長2 s,步長 0.5 s滑動計算求出不同時間點的平均振幅。數據采樣使用動態采樣方法,即對低頻率點求Qc值時,采樣數據密度低;對高頻率點求 Qc值時,采樣數據密度高。具體做法是用待求 Qc值的頻率點 f的周期作為采樣步長。尾波起算時間起始于 2倍 S波走時 (2t),背景噪聲取 P波初動以前 2 s的平均信號,當采樣信號的能量密度小于 2倍的背景噪聲能量密度時,終止采樣。為保持線性擬合的穩定性,所截取的尾波窗長不能太短。根據臺站記錄地震的實際情況,我們選取了 20～40 s不同尾波窗長。如果擬合時某個地震的相關系數小于 0.6,則剔除該條記錄。圖 2給出了 2009年 11月 13日 16時28分南關郎臺記錄到的ML2.1地震尾波擬合過程。

圖 1 小浪底水庫地震臺網臺站分布與震中分布Fig.1 Distribution of stations of Xiaolangdi Reservoir Seismic Network and epicenters

圖2 數據計算過程示意圖Fig.2 Sketch of data calculation process

5 結論與討論

1)計算不同頻率下的尾波 Qc值,用最小二乘法擬合求得 Qc與頻率的依賴關系式為Q=89.2± 28.78f0.9131±0.1543(圖 3)。

2)Qc值大小反映了地震波衰減程度,Qc值對頻率的依賴程度與地殼介質均勻程度有關,依賴程度越大,地殼介質均勻程度越低,相關區域構造活動越強烈,地震活動水平越高[10]。小浪底庫區 Q0= 89.2,對頻率的依賴性指數 0.91,與國內不同區域Qc值及其對頻率的依賴性[4,8,11,12]相比較,該區屬于低Qc值區,究其原因,可能是由于水庫周圍水的存在,水順著裂隙滲出透導致介質的散射作用增強導致水庫地區的Qc值較小,但其結果與 KONYA水庫和龍灘水庫的研究結果一致[8,13]。Qc值對頻率表現出弱依賴性,由此可以認為,研究區區域構造活動強烈,地震活動水平高。

3)本文所做的研究使用短周期地震計波形記錄,頻率范圍基本一致,且有一定數量的地震和臺站記錄,研究結果具有一定的相對可比性,可認為是對小浪底庫區尾波Qc值的定性或半定量研究。

由于本文所采用的地震相對集中,可能會導致Qc值偏小,需要收集更多的樣本資料開展進一步的研究。

圖3 擬合的Q值Fig.3 SimulatedQvalue

致謝 本文采用浙江省地震局朱新運、中國地震臺網中心劉杰研制的尾波分析軟件進行計算,河北省地震局刁桂苓老師給予了指導和幫助,在此表示衷心感謝!

1 Aki K and ChouetB.Origin of coda wave：source,attenuation and sattering effects[J].J Geophys Res,1975,80：3 322 -3 342.

2 AmerbehW B and Fairhead J D.Coda estimates in the mount Camereroon volcanic region West Africa[J].Bull Seis Soc Amer,1989,79：1 589-1 600.

3 朱新運,等.基于Aki模型的近震 S波尾波值求解及分析軟件研制[J].地震研究,2006,29(1)：76-80.

4 王彩勤,等.張北地震序列的尾波 Q值研究[J].防震減災工程學報,2004,24(1)：37-40.

5 傅昌洪.介質特征(Q值)的變化與地震預報[A].地震預報實用化文集 (地震學專集)[C].北京：學術書刊出版社,1989,426-438.

6 卓鈺如,劉連柱,張立明.不同類型地震發生區域的Q值特征[J].地震,1985,2：44-48.

7 王彬,等.巖石破裂孕育過程中的幾種 Q值變化[J].地震學報,1996,18(4)：513-517.

8 周連慶,趙翠萍,陳章立.紫坪鋪水庫地區尾波Qc值研究[J].地震,2009,29(4)：44-51.

9 Aki K.Analysisof seis mic coda of local earthquakes as scattened waves[J].J.Geophys.Res.,1969,74：615-631.

10 顧瑾平,等.尾波特征指標變化與前兆分析[J].地震學報,1994,16(增刊)：73-81.

11 張天中,高龍生,張衛平.滇西試驗場區的 Q值及其隨時問窗的變化[J].地震學報,1990,12(1)：12-21.

12 卓鈺如,等.京津張唐地區尾波 Q值分布特征 [J].地震,1990,2：12-20.

13 Shar ma B and Kumar S.Attenuation of P,S,and coda waves in Koyna region,India[J].J Seismol,2007,11：327-344.

ONQcVALUES OF CODA WAVE IN XIAOLANGD I RESERVO IR AREA

Yan Jungang1),Wang Jing1),Chen Rui2)and Li Shouyong1)

(1)Handan Seism ostation,Earthquake Adm inistration of Hebei Province,Handan 056006 2)Earthquake Adm inistration of Henan Province,Zhengzhou 450045)

According to Aki’s single-scattering theory of coda,the codaQcvalue,which is(89.2±28.78) f0.9131±0.1543in the Xiaolangdi reservoir area is estimated by use of the seismic waveform data recorded by shortperiod instruments from Xiaolangdi Reservoir Seis mic Network.The results show that threre is a strong dependence betweenQcvalue and frequency in the Xiaolangdi reservoir area and codaQcvalue is small.Refering the domestic research results,combined with the numerical characteristics of codaQcin this area,it is found that the tectonic activity is complex and the seismic activity level is high in the studied area,so the earthquake monitoring should be strengthened.

Xiaolangdi reservoir;single-scattering theory;coda waveQc;seismic activity;earthquake monitoring

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0026-04

2010-03-07

閆俊崗,男,1979年生,工程師,主要從事地震臺網管理和監測工作.E-mail：cola88@126.com

P315.3+1

A