小浪底水库区域尾波Qc值研究初探＊

闫俊岗 王 静 陈 睿 李守勇

(1)河北省地震局邯郸中心台,邯郸 056006 2)河南省地震局,郑州 450045)

小浪底水库区域尾波Qc值研究初探＊

闫俊岗1)王 静1)陈 睿2)李守勇1)

(1)河北省地震局邯郸中心台,邯郸 056006 2)河南省地震局,郑州 450045)

根据Aki的单次散射尾波理论,利用小浪底水库地震台网短周期仪器记录的地震波形资料,估测了小浪底水库地区的尾波 Qc值,Qc=(89.2±28.78)f0.9131±0.1543。结果表明,小浪底库区 Qc值与频率有很强的依赖关系,尾波Qc值较小。参照国内相关研究成果,结合本区区域尾波Qc值数值特征认为:本研究区构造活动复杂,地震活动水平高,应加强地震监测工作。

小浪底水库;单次散射;尾波Qc值;地震活动性;地震监测

1 引言

随着地震科学研究的深入发展,人们越来越认识到研究地震波在传播介质中的衰减特征的重要性,地震波介质吸收特征的Qc值研究也日益为人们所重视。在实际应用方面,由于区域的 Qc值与烈度衰减和地震波振幅的衰减密切相关,尾波Qc值这种区域稳定性可以用于地震区划,所以Qc值的研究成果可以用来预测地震烈度的衰减,以及讨论区域地壳介质的本征结构。

在估测Qc值的各种方法中,根据Aki的单次反向散射尾波理论提出的用短周期仪器记录的地方震尾波资料估测Qc值的方法,因其具有明显的实用性而得到广泛的应用。近年来,国内外地震学家广泛开展了地震尾波的研究工作,取得了许多有意义的研究成果[1-8]。

本文利用小浪底水库地震台网短周期仪器记录的地方震资料,采用Aki的尾波单次散射模型估测了该区的尾波Qc值,以期对地震烈度衰减和地震危险区划等研究,提供地壳介质特征方面的有关背景参考值。

2 方法与原理

尾波紧随直达波的 S波而出现,是地球介质的非均匀性引起的不连续散射波的叠加[5]。依据 S波一次反散射模型,Aki等[9]给出了源-台重合情况下的尾波单次散射模型,并用于计算尾波Qc值。

根据该单次散射模型,通过以某频率为中心频率的一定带宽滤波器滤波后的尾波振幅可表述为:

其中 S(f)为震源因子,t为发震时刻算起的地震波流逝时间,u为常数,体波 u=1,面波 u=0.5,本研究用于分析近震记录,因此 u取值为 1,Qc(f)为对应于中心频率点 f的尾波Q值,A(f,t)是对应 t时刻一个采样周期的幅度最大值。

对式 (1)两边取自然对数并整理变为:

计算不同频率下的尾波Qc值,用最小二乘法拟合求得Qc与频率的依赖关系式Qc(f)=Q0fη。

3 资料处理

2009年 11月 12—19日,小浪底水库周围发生了一次小震群活动 (共发生地震 92次),其中最大地震为 2.6级。这次小震活动在空间上比较集中,小浪底水库地震台网对这些地震均有很好的数字地震波形记录。

小浪底水库西接汾渭盆地,东临华北平原。小浪底水库地震台网于 2008年 11月建成,该台网共有 8个台站,其中记录较好的有 4个台站 (NGL, QST,QLT,S MZ),与此小震活动区域的距离在 30 km范围,是研究尾波 Q值较为理想的距离。本研究选取小浪底水库地震台网 4个台站记录到的 40次地震事件(表 1),所有台的记录均为三分向,采样率为 100 Hz。选取的地震主要集中在 10 km范围内,以保证对同一台站,地震到台站的传播路径一致。图 1是地震和小浪底水库台网台站分布。

4 计算过程

利用 40次地震事件的 110条地震记录,采用在时间域中求取尾波Qc值的方法,分析频段为 4～18 Hz(仪器频率响应的平坦段),间隔 1 Hz,对原始波形进行带宽[0.7f,1.3f]的 6阶巴特沃斯滤波器进行滤波,对滤波后的数据,从 S波到时开始,取窗长2 s,步长 0.5 s滑动计算求出不同时间点的平均振幅。数据采样使用动态采样方法,即对低频率点求Qc值时,采样数据密度低;对高频率点求 Qc值时,采样数据密度高。具体做法是用待求 Qc值的频率点 f的周期作为采样步长。尾波起算时间起始于 2倍 S波走时 (2t),背景噪声取 P波初动以前 2 s的平均信号,当采样信号的能量密度小于 2倍的背景噪声能量密度时,终止采样。为保持线性拟合的稳定性,所截取的尾波窗长不能太短。根据台站记录地震的实际情况,我们选取了 20～40 s不同尾波窗长。如果拟合时某个地震的相关系数小于 0.6,则剔除该条记录。图 2给出了 2009年 11月 13日 16时28分南关郎台记录到的ML2.1地震尾波拟合过程。

图 1 小浪底水库地震台网台站分布与震中分布Fig.1 Distribution of stations of Xiaolangdi Reservoir Seismic Network and epicenters

图2 数据计算过程示意图Fig.2 Sketch of data calculation process

5 结论与讨论

1)计算不同频率下的尾波 Qc值,用最小二乘法拟合求得 Qc与频率的依赖关系式为Q=89.2± 28.78f0.9131±0.1543(图 3)。

2)Qc值大小反映了地震波衰减程度,Qc值对频率的依赖程度与地壳介质均匀程度有关,依赖程度越大,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[10]。小浪底库区 Q0= 89.2,对频率的依赖性指数 0.91,与国内不同区域Qc值及其对频率的依赖性[4,8,11,12]相比较,该区属于低Qc值区,究其原因,可能是由于水库周围水的存在,水顺着裂隙渗出透导致介质的散射作用增强导致水库地区的Qc值较小,但其结果与 KONYA水库和龙滩水库的研究结果一致[8,13]。Qc值对频率表现出弱依赖性,由此可以认为,研究区区域构造活动强烈,地震活动水平高。

3)本文所做的研究使用短周期地震计波形记录,频率范围基本一致,且有一定数量的地震和台站记录,研究结果具有一定的相对可比性,可认为是对小浪底库区尾波Qc值的定性或半定量研究。

由于本文所采用的地震相对集中,可能会导致Qc值偏小,需要收集更多的样本资料开展进一步的研究。

图3 拟合的Q值Fig.3 SimulatedQvalue

致谢 本文采用浙江省地震局朱新运、中国地震台网中心刘杰研制的尾波分析软件进行计算,河北省地震局刁桂苓老师给予了指导和帮助,在此表示衷心感谢!

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

4 王彩勤,等.张北地震序列的尾波 Q值研究[J].防震减灾工程学报,2004,24(1)：37-40.

5 傅昌洪.介质特征(Q值)的变化与地震预报[A].地震预报实用化文集 (地震学专集)[C].北京：学术书刊出版社,1989,426-438.

6 卓钰如,刘连柱,张立明.不同类型地震发生区域的Q值特征[J].地震,1985,2：44-48.

7 王彬,等.岩石破裂孕育过程中的几种 Q值变化[J].地震学报,1996,18(4)：513-517.

8 周连庆,赵翠萍,陈章立.紫坪铺水库地区尾波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 顾瑾平,等.尾波特征指标变化与前兆分析[J].地震学报,1994,16(增刊)：73-81.

11 张天中,高龙生,张卫平.滇西试验场区的 Q值及其随时问窗的变化[J].地震学报,1990,12(1)：12-21.

12 卓钰如,等.京津张唐地区尾波 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

闫俊岗,男,1979年生,工程师,主要从事地震台网管理和监测工作.E-mail：cola88@126.com

P315.3+1

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