呂宋海槽、琉球海溝對Lg震相記錄特征的影響研究

原 超，王九洋，李慧卿，張新航，成少云

（大連地震臺，遼寧 大連 116012）

0 引言

Lg波是在花崗巖性質的地殼結構中傳播的導波。由于花崗巖僅存在于大陸地殼結構中［1］，因此在實測中，往往通過是否記錄到Lg震相來判斷傳播路徑上地殼結構的性質。由于地殼中巖石的變質作用以及部分熔融巖石的存在，導致低速層的存在［2-3］。當震中距符合條件時，地震波傳播速度的衰減幅度比較明顯，根據Snell定律，地震波射線無法射出地表，即進入低速層。此時P、S波往往不發育，而此時Lg震相則表現比較發育。J-B走時表給出的我國東部地區Lg震相最大震中距為30°。前人關于Lg震相做過大量的研究，如趙榮國在Lg波的波速方面［1］、陸南棟等在 Lg 波的震相特征方面［4］、葛煥稱在震級的測定方面［5］等多了大量研究。Lg震相還可以應用于分析地殼介質結構性質等方面的研究［6］，是開展大陸地殼結構研究中常用的震相。但將Lg的實測現象與地質構造相結合的研究則相對較少。

臺灣—琉球地區位于亞歐板塊、太平洋板塊、菲律賓海板塊相互作用的三聯點，地質構造十分復雜，位于琉球島弧—臺灣島弧—呂宋島弧轉折和突出部位［2］［7］，是世界上地震最頻繁的地區之一。該地區東北部的琉球海溝具有大洋深海溝的鮮明特點，最深處達7800余米，琉球海溝西南部與臺灣島東部外海相接觸［8］。

臺灣—琉球地區到大連地震臺的距離是產生Lg震相的優勢震中距。然而大量的實測表明，該地區的Lg震相記錄特征隨空間分布存在劇烈變化。本文通過分析大連地震臺記錄的該地區近10年，M≥6.0的淺源地震記錄，分析該區域的Lg震相記錄特征隨空間分布的變化，并從地質構造上分析原因。

1 大連臺實測臺灣—琉球地區Lg震相記錄特征及頻譜分析

大連地震臺位于遼東半島最南端，大體位于臺灣地區正北方、琉球地區的西北方，與該地區的地震傳播路徑大體與琉球海溝垂直，震中距范圍約11°～18°，大連地震臺記錄到的臺灣及琉球地區地震屬影區地震，理論上是Lg震相最為發育的范圍。但由于臺灣及琉球地區位于大陸地殼與海洋地殼的交界處，又地處歐亞板塊、太平洋板塊、菲律賓板塊的三聯點地區，因此該地區地殼結構非常復雜，使得在較小空間范圍內，地震記錄特征出現了劇烈變化。該地區地理位置見圖1。

圖1 臺灣及琉球地區地理位置與構造（據高祥林，2008）Fig.1 Geographical Position and Structure of Taiwan and Ryukyu Region （According to Gaoxianglin，2008）

本文選取大連地震臺記錄的該地區2006年—2016年，M≥6.0的淺源地震記錄資料進行分析研究，將Lg震相按照發育與否分類成三組，如表2所示，圖中實心五角星表示Lg震相發育的地震事件，實心三角表示Lg震相較發育的地震事件，實心圓表示Lg震相不發育的地震事件，不規則曲線為板塊邊界線。現將Lg震相按照不同區域記錄的發育程度討論如下。

圖2 臺灣—琉球地區Lg震相發育情況Fig.2 Seismic development of Lg in Taiwan鄄Ryukyu region

1.1 臺灣西部地區

臺灣西部地區位于歐亞大陸板塊邊緣，屬于亞歐板塊，以正斷層為主，主要分布有新竹斷陷地震帶、北港隆起地震帶、臺西南盆地地震帶等構造。臺灣西部地區地震密度低于臺灣東部地區，同時該區北部的地震密度低于南部，以淺源地震為主，地殼運動強度相對較弱［9］。

該區域地震記錄特征符合大陸地殼地震記錄特征，地震波形記錄規則、明顯［10］，Lg震相非常發育，但有時起始位置不清楚，有周期性變化，幅度變化比較穩定，如圖3a中地震波形所示 （UTC：20130602 05：43：01）。

1.2 臺灣東部地區

臺灣東部地區屬于菲律賓板塊，以逆斷層與走滑斷層為主，主要分布有臺東縱谷地震帶、呂宋弧溝地震帶等構造。地震活動性較強，震源深度由南向北逐漸變深，以淺源地震為主，北部存在少量中源地震，地殼運動強度較大［9］。

臺灣東部地區地震波周期相對較大，Lg震相較臺灣西部地區明顯減弱。該區自北向南，Lg震相起始位置逐漸不清楚，震相特征漸趨不發育，如圖3b中地震波形所示（UTC：2006122612：26：19）。

圖3 臺灣西部和東部地震Lg震相Fig.3 Earthquakes in Western and Eastern Taiwan

1.3 琉球地區

琉球地區主要分布有琉球弧溝地震帶［9］，該地區地震波起始不清晰，但后續震相周期增大，且幅度有明顯變化。在較小的空間范圍內，Lg震相發育情況出現劇烈變化，由北側到南側迅速減弱，從清晰可靠迅速轉化為幾乎記錄不到，如圖4中地震波形所示 （圖4a：UTC：2009092819：22：54； 圖 4b： UTC：20100526 08：53：07）。

圖4 琉球海溝北側和南側地震Lg震相Fig.4 Earthquakes on the West and East sides of the Ryukyu trench

1.4 臺灣及琉球地區Lg波的頻譜分析

地震信號數據是一種含有不同頻率的合成信號，有時需要根據地震數據中所含有的不同頻率成分，來判斷某一種震相的頻率分布特征及發育程度。通過對前文所選取的臺灣及琉球地區的四個地震事件中Lg波的頻譜進行計算分析可知：由臺灣西部到東部、琉球北側到南側，Lg波的優勢頻率呈遞減趨勢分布，如圖5所示。Lg波的頻率分布特征與Lg波在時域中震相分布特征是一致的。

圖5 臺灣及琉球地區Lg波頻譜對比分析Fig.5 Comparative Analysis of Lg Wave Spectrum in Taiwan and Ryukyu Region

2 其他臺站實測臺灣—琉球地區Lg震相記錄特征

由前述分析可知，大連地震臺記錄的臺灣—琉球地區地震Lg震相呈現如下特征：西部較東部發育、北部較南部發育，這一分布特征與Lg波的頻譜分析存在良好的對應關系。結合該地區地質構造及Lg震相傳播的機理，這一現象應當是由琉球海溝、呂宋海槽的切斷效應造成的：臺灣西部、琉球群島北部地震到大連地震臺的傳播路徑上雖然存在東海、黃河、渤海海峽等水域，但上述水域均為大陸架，本質上仍屬于大陸地殼結構，Lg震相得以傳播；臺灣東部、琉球群島南部地震到大連地震臺的傳播路徑上存在琉球海溝、呂宋海槽，本質上屬于海洋地殼，花崗巖層被切斷，Lg震相的傳播路徑被阻斷，因此出現了Lg震相記錄特征的劇烈變化。如圖2所示，Lg震相隨空間變化的特征與地質構造取得了非常好的對應關系。

2.1 驗證性臺站Lg震相記錄特征

為進一步驗證上述結論，我們選取了國內其他地區臺站的實測波形進行分析驗證。選取其他臺站的原則如下：相對于討論區盡量分布在較大空間范圍內；位于可觀測到Lg震相的優勢震中距范圍內。基于上述原則，我們共選取了昆明、貴陽、重慶、西安、洛陽、太原、紅山、延邊、牡丹江共計9個臺站，并選取臺灣西部、臺灣東南海域、琉球群島北側、琉球群島南側4個地震事件，分析各個臺站的Lg震相記錄特征。上述臺站（含大連臺）、地震分布見圖6，其中實心五角星代表臺站，實心圓代表地震事件，最小震中距12.4°，最大震中距24.4°，由于時間跨度較大，各臺對每次地震事件的保存情況有所差異，因此實際共提取出32條地震記錄。

圖6 驗證臺站與地震事件分布Fig.6 Identification Station and Distribution of Earthquake Events

通過對上述臺站的地震記錄分析發現，各臺所記錄的Lg震相發育情況與大連地震臺的記錄情況一致性很好，即臺灣西部地區的Lg震相較臺灣東部地區發育，部分臺站對臺灣東部地區的Lg震相甚至無明顯記錄；琉球海溝北側Lg震相較琉球群島南側發育，但延邊、牡丹江對琉球群島北側Lg記錄特征較弱，這可能是其部分傳播路徑經過日本海所致，而日本海屬于海洋地殼。各臺對驗證性地震事件的Lg震相記錄特征見表1。

表1 各臺站實測驗證地震事件Lg震相發育情況

2.2 驗證性臺站Lg震相特征分析結果

在分析昆明、牡丹江等其他臺站的實測波形時，有部分實測波形與統計規律存在差異，詳述如下：

（1）延邊、牡丹江臺對琉球群島北側的Lg震相記錄特征較弱，這可能是其傳播路徑經過日本海所致，而日本海屬于海洋地殼；

（2） 昆明、貴陽、重慶臺對臺灣西部和臺灣東南海域兩次驗證地震事件的Lg震相記錄特征差異不大。這可能是上述臺站對地震的傳播路徑大體與琉球海溝平行，切斷效應不顯著所致；

（3）整體而言，Lg震相在臺灣西部到臺灣東部的變化幅度不及琉球群島北側到琉球群島南側顯著。這可能是呂宋海槽對Lg震相傳播的影響不及琉球海溝的影響顯著所導致的。

3 結論

本文分析了大連地震臺實測的臺灣—琉球地區M6.0以上淺源地震的Lg震相發育情況。結果表明，該地區是Lg震相的優勢震中距，但在較小的空間范圍內，Lg震相呈現了明顯的空間分布變化：臺灣西部地區較臺灣東部地區Lg震相發育，琉球群島北側較琉球群島南側Lg震相發育，其變化趨勢劇烈。結合該地區的地質構造特征及Lg震相的傳播機理，造成這一現象的根本原因是琉球海溝、呂宋海槽的切斷效應。臺灣西部地區、琉球群島北側及傳播路徑均屬于大陸地殼，因此Lg震相得以順利傳播并被大連地震臺記錄下來，而臺灣東部地區、琉球群島南側屬于海洋地殼，琉球海溝、呂宋海槽使得海底地形迅速發生變化，Lg震相的傳播路徑被切斷，因此在實測中普遍不發育甚至無法記錄到。通過分析昆明、牡丹江等國內較大空間范圍內其他臺站的實測波形，上述結論得到了很好的驗證。在實際工作中，可根據實測波形是否存在Lg震相迅速判斷地震事件較為精確的位置。