河南周口M5.0及M4.6地震記錄差異分析

李驚生樊 冬徐清華吳 坤尹傳兵丁 雨

1）中國安徽235000淮北地震臺

2）中國安徽235000淮北市地震局

河南周口M5.0及M4.6地震記錄差異分析

李驚生1）樊 冬1）徐清華2）吳 坤1）尹傳兵1）丁 雨1）

1）中國安徽235000淮北地震臺

2）中國安徽235000淮北市地震局

河南省周口市太康縣、扶溝縣和西華縣交界地區先后發生M5.0 和M4.6有感地震，對淮北市影響差異顯著。從發震時刻、地震波最大振幅、Pg波和Sg波幅頻特性等角度進行分析，解釋震中相同，而震級小的M4.6地震影響比M5.0地震強，揭示了地震波優勢頻率與人體頻率分布的聯系。

地震波；幅頻特性；人體頻率分布

0 引言

河南省周口市太康縣、扶溝縣和西華縣交界地區，先后于2010年10月24日下午及2011年3月8日凌晨，發生M5.0和M4.6地震，淮北市區顯著有感。尤其是2011年3月8日凌晨M4.6地震，淮北市地震局和淮北地震臺均接到大量咨詢電話，持續至3月9日午后，社會反響比2010年10月24日M5.0地震大。兩次地震的震級相差較為顯著，為何震級偏大地震社會影響小？簡言之，M5.0地震在周日下午16:58發震，人們多在進行社會活動，環境噪聲大，能夠感受到地震的人數相對較少，咨詢電話不多；M4.6地震在凌晨00:19發震，夜深人靜，噪音小，人們反而比較容易感受到地震。經過深入分析，發現兩次地震微觀差異顯著，能進一步強化人們的宏觀感受。筆者從地震波最大振幅、Pg波和Sg波幅頻特性等角度，分析兩次地震的微觀特征，解釋震級小反而社會影響大的內在原因。

1 觀測概況

淮北市位于蘇、魯、豫、皖4省交界地區，周邊地質構造較復雜，東距郯廬斷裂帶約120km，西臨阜陽—麻城斷裂，宿北斷裂東西向橫貫轄區濉溪縣臨渙鎮，屬于歷史少震、弱震區域，周邊區域歷次中強震對該區均會產生一定程度的影響。淮北地震臺（以下簡稱淮北臺）臺基為奧陶系灰巖，測震觀測采用KS-2000甚寬頻帶地震計，該設備可在-20℃—60℃環境中正常工作，頻響范圍50 Hz—120 s，在頻帶50 Hz—100 s具有良好的速度平坦型幅頻特性，靈敏度標稱值為2 000 V/（m/s）（趙建和等，2004）。該地震計配套DR24高分辨率數據采集器，使用單臺MSDP定位軟件進行震相分析、地震定位等數據處理。

2 地震參數對比

選擇淮北臺2010年10月和2011年3月測震編目資料（淮北臺，2010，2011）、安徽省地震局地震預報中心地震目錄（安徽省地震局地震預報中心，2014）和中國地震臺網（CSN）地震目錄（中國地震臺網中心地震數據管理與服務系統，2015），見表1。對比兩次地震參數發現，發震時刻和震中經緯度差別不大，且淮北臺測定震級均為M4.5，比安徽測震臺網和中國地震臺網（二者所測震級一致，前者M5.0，后者M4.6）偏小，可能因單臺定位誤差所致。

表1 M5.0與M4.6地震參數對比Table 1 The contrast of M5.0 and M4.6 seismological parameter

3 全波段最大振幅差異

截取2010年10月24日M5.0地震和2011年3月8日M4.6地震波形，量取全波段最大振幅及其半周期，見圖1、表2。分析可知：①最大振幅：兩次地震的UD向、NS向最大振幅相當，而對于EW向振幅，M5.0地震顯著小于M4.6地震；②最大振幅半周期：兩次地震的UD向、EW向最大振幅半周期相當，而對于NS向最大振幅半周期，M5.0地震顯著大于M4.6地震。即相同時間內，M4.6地震的EW向最大振幅變化幅度較大，NS向最大振幅變化相當幅度時M4.6地震用時更短。

表2 M4.6和M5.0地震最大振幅與半周期對比Table 2 The contrast of M5.0 and M4.6 seismic wave max-amplitude and half period

4 幅頻特性差異

4.1 Pg波幅頻特性

以2010年10月24日M5.0地震的發震時刻16:58:54加26 s為起點，截取Pg波30 s的長度，同理，以2011年3月8日M4.6地震的發震時刻00∶19∶44加26 s為起點，截取Pg波30 s的長度，繪制兩次地震三分向Pg波振幅對比圖，并使用快速Fourier變換，得到相應Pg波頻譜分布圖（萬永革，2012），見圖2。分析可知：①時間域：M5.0地震三分向Pg波振幅均顯著大于M4.6地震；②頻率域：0—20 Hz范圍內，同一頻率條件下，M5.0地震Pg波振幅顯著大于M4.6地震。由此說明，M4.6地震比M5.0地震影響強烈非Pg波造成。

圖1 M4.6和M5.0最大振幅與半周期（a） M5.0 地震；（b） M4.6地震Fig.1 The contrast of max-amplitude and half period for M5.0 and M4.6 earthquake

圖2 Pg波幅頻特性對比（a）原始波形；（b）幅頻對比Fig.2 The contrast amplitude frequency characteristic of Pg wave

4.2 Sg波幅頻特性

以2010年10月24日M5.0地震的發震時刻16:58:54加56 s為起點，截取Sg波60 s的長度，同理，以2011年3月8日M4.6地震的發震時刻00:19:44加56 s為起點，截取Sg波60 s的長度，繪制兩次地震三分向Sg波振幅對比曲線，并使用快速Fourier變換，得到三分向Sg波頻譜分布圖（萬永革，2012），見圖3。分析可知：①在時間域，M5.0地震三分向振幅整體大于M4.6地震，同時，在UD向、NS向分量上，M5.0地震Sg波最大振幅與M4.6地震相當，在EW向分量上，M5.0地震反而顯著小于M4.6地震；②在頻率域同一頻率條件下，在M5.0地震第一優勢頻率2 Hz之前，M5.0地震的Sg波振幅顯著大于M4.6地震，而在M4.6地震第一優勢頻率3 Hz之后，M5.0地震的Sg波振幅明顯較弱。

圖3 Sg波幅頻特性對比（a）原始波形；（b）幅頻對比Fig.3 The contrast of amplitude frequency characteristic of Sg wave

處于站姿下的人體水平方向振動，腿部的振動頻率較其他部位偏高，而躺姿下人體各部分振動響應在3—5 Hz范圍內差異較小，且比站姿有所提高，具體見圖4（杜陽陽等，2010）。由此說明，M4.6地震比M5.0地震影響強烈的原因是，2011年3月8日凌晨M4.6地震的Sg波優勢震動頻率更加接近躺姿下的人體共振頻率，人體感知較強。

圖4 不同姿勢水平分向人體頻率分布（a）站姿；（b）躺姿Fig.4 Different postures frequency distribution of body of the horizontal direction

5 討論

綜上所述，在相同震中發生的兩次有感地震，震級偏低的M4.6地震，反而比震級偏高的M5.0地震造成影響更大，主要原因是：①白天社會活動頻繁，而凌晨多處于休息狀態，環境噪聲對人體的宏觀感受得以消弱；②NS向最大振幅變化幅度相近時，M4.6地震比M5.0地震用時更短，相同時間內，M4.6地震EW向最大振幅變化幅度大于M5.0地震，水平方向上EW向運動更加顯著，而且兩次地震震中幾乎與淮北市區處在同一緯度，因此其EW向影響也得以放大；③更主要原因的是，M4.6地震的Sg波各分向優勢振動頻率，更接近躺姿下人體各部位共振頻率（3—5 Hz），白天人體下肢較高的共振頻率為5—8 Hz，成為一個高通濾波器，有效阻止了M5.0地震Sg波各分向優勢振動頻率（2 Hz）對人體的影響。

安徽省地震局地震預報中心.地震目錄HD201［D］.2014年8月.

杜陽陽，紀金豹，倪志偉.人體動力特性振動臺試驗研究［J］.災害學，2010，25（增刊）：161-164.

淮北地震臺.淮北臺測震編目報告［D］.2010年10月.

淮北地震臺.淮北臺測震編目報告［D］.2011年3月.

萬永革.數字信號處理的MATLAB實現（第二版）［M］.北京：科學出版社，2012：136-140.

趙建和，張學應.Geotech寬頻帶數字地震觀測系統原理及應用［J］.地震地磁觀測與研究，2004，25（增刊）：21-27.

Analysis on the difference between Zhoukou M5.0 and M4.6 earthquakes in Henan Province

Li Jingsheng1），Fan Dong1），Xu Qinghua2），Wu Kun1），Yin Chuanbing1）and Ding Yu1）
1） Huaibei Seismic Station，Anhui Province 235000，China
2） Earthquake Administration of Huaibei City，Anhui Province 235000，China

On the border area of Taikang，Fugou and Xihua County of Zhoukou City in Henan Province M5.0 and M4.6 earthquakes are occurred with a signifcant differences impact in Huaibei City.In this paper，from the view of earthquake origin time，seismic wave max-amplitude，amplitude frequency characteristics of Pg wave and Sg wave，the differences of the two earthquakes are analyzed to explain why the effects of M4.6 earthquake is stronger than that of M5.0 earthquake，although they are with same epicentral case，and to reveals the connection between seismic wave and body dominant frequency.

seismic wave，amplitude frequency characteristic，frequency distribution of body

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.006

李驚生（1970—），男，安徽亳州人，工程師，主要從事地震監測、形變觀測與研究工作

安徽省場帶站支持項目及安徽省地震局科研合同制項目（編號：201530）聯合資助

投稿日期：2015-06-11