吕宋海槽、琉球海沟对Lg震相记录特征的影响研究

原 超，王九洋，李慧卿，张新航，成少云

（大连地震台，辽宁 大连 116012）

0 引言

Lg波是在花岗岩性质的地壳结构中传播的导波。由于花岗岩仅存在于大陆地壳结构中［1］，因此在实测中，往往通过是否记录到Lg震相来判断传播路径上地壳结构的性质。由于地壳中岩石的变质作用以及部分熔融岩石的存在，导致低速层的存在［2-3］。当震中距符合条件时，地震波传播速度的衰减幅度比较明显，根据Snell定律，地震波射线无法射出地表，即进入低速层。此时P、S波往往不发育，而此时Lg震相则表现比较发育。J-B走时表给出的我国东部地区Lg震相最大震中距为30°。前人关于Lg震相做过大量的研究，如赵荣国在Lg波的波速方面［1］、陆南栋等在 Lg 波的震相特征方面［4］、葛焕称在震级的测定方面［5］等多了大量研究。Lg震相还可以应用于分析地壳介质结构性质等方面的研究［6］，是开展大陆地壳结构研究中常用的震相。但将Lg的实测现象与地质构造相结合的研究则相对较少。

台湾—琉球地区位于亚欧板块、太平洋板块、菲律宾海板块相互作用的三联点，地质构造十分复杂，位于琉球岛弧—台湾岛弧—吕宋岛弧转折和突出部位［2］［7］，是世界上地震最频繁的地区之一。该地区东北部的琉球海沟具有大洋深海沟的鲜明特点，最深处达7800余米，琉球海沟西南部与台湾岛东部外海相接触［8］。

台湾—琉球地区到大连地震台的距离是产生Lg震相的优势震中距。然而大量的实测表明，该地区的Lg震相记录特征随空间分布存在剧烈变化。本文通过分析大连地震台记录的该地区近10年，M≥6.0的浅源地震记录，分析该区域的Lg震相记录特征随空间分布的变化，并从地质构造上分析原因。

1 大连台实测台湾—琉球地区Lg震相记录特征及频谱分析

大连地震台位于辽东半岛最南端，大体位于台湾地区正北方、琉球地区的西北方，与该地区的地震传播路径大体与琉球海沟垂直，震中距范围约11°～18°，大连地震台记录到的台湾及琉球地区地震属影区地震，理论上是Lg震相最为发育的范围。但由于台湾及琉球地区位于大陆地壳与海洋地壳的交界处，又地处欧亚板块、太平洋板块、菲律宾板块的三联点地区，因此该地区地壳结构非常复杂，使得在较小空间范围内，地震记录特征出现了剧烈变化。该地区地理位置见图1。

图1 台湾及琉球地区地理位置与构造（据高祥林，2008）Fig.1 Geographical Position and Structure of Taiwan and Ryukyu Region （According to Gaoxianglin，2008）

本文选取大连地震台记录的该地区2006年—2016年，M≥6.0的浅源地震记录资料进行分析研究，将Lg震相按照发育与否分类成三组，如表2所示，图中实心五角星表示Lg震相发育的地震事件，实心三角表示Lg震相较发育的地震事件，实心圆表示Lg震相不发育的地震事件，不规则曲线为板块边界线。现将Lg震相按照不同区域记录的发育程度讨论如下。

图2 台湾—琉球地区Lg震相发育情况Fig.2 Seismic development of Lg in Taiwan鄄Ryukyu region

1.1 台湾西部地区

台湾西部地区位于欧亚大陆板块边缘，属于亚欧板块，以正断层为主，主要分布有新竹断陷地震带、北港隆起地震带、台西南盆地地震带等构造。台湾西部地区地震密度低于台湾东部地区，同时该区北部的地震密度低于南部，以浅源地震为主，地壳运动强度相对较弱［9］。

该区域地震记录特征符合大陆地壳地震记录特征，地震波形记录规则、明显［10］，Lg震相非常发育，但有时起始位置不清楚，有周期性变化，幅度变化比较稳定，如图3a中地震波形所示 （UTC：20130602 05：43：01）。

1.2 台湾东部地区

台湾东部地区属于菲律宾板块，以逆断层与走滑断层为主，主要分布有台东纵谷地震带、吕宋弧沟地震带等构造。地震活动性较强，震源深度由南向北逐渐变深，以浅源地震为主，北部存在少量中源地震，地壳运动强度较大［9］。

台湾东部地区地震波周期相对较大，Lg震相较台湾西部地区明显减弱。该区自北向南，Lg震相起始位置逐渐不清楚，震相特征渐趋不发育，如图3b中地震波形所示（UTC：2006122612：26：19）。

图3 台湾西部和东部地震Lg震相Fig.3 Earthquakes in Western and Eastern Taiwan

1.3 琉球地区

琉球地区主要分布有琉球弧沟地震带［9］，该地区地震波起始不清晰，但后续震相周期增大，且幅度有明显变化。在较小的空间范围内，Lg震相发育情况出现剧烈变化，由北侧到南侧迅速减弱，从清晰可靠迅速转化为几乎记录不到，如图4中地震波形所示 （图4a：UTC：2009092819：22：54； 图 4b： UTC：20100526 08：53：07）。

图4 琉球海沟北侧和南侧地震Lg震相Fig.4 Earthquakes on the West and East sides of the Ryukyu trench

1.4 台湾及琉球地区Lg波的频谱分析

地震信号数据是一种含有不同频率的合成信号，有时需要根据地震数据中所含有的不同频率成分，来判断某一种震相的频率分布特征及发育程度。通过对前文所选取的台湾及琉球地区的四个地震事件中Lg波的频谱进行计算分析可知：由台湾西部到东部、琉球北侧到南侧，Lg波的优势频率呈递减趋势分布，如图5所示。Lg波的频率分布特征与Lg波在时域中震相分布特征是一致的。

图5 台湾及琉球地区Lg波频谱对比分析Fig.5 Comparative Analysis of Lg Wave Spectrum in Taiwan and Ryukyu Region

2 其他台站实测台湾—琉球地区Lg震相记录特征

由前述分析可知，大连地震台记录的台湾—琉球地区地震Lg震相呈现如下特征：西部较东部发育、北部较南部发育，这一分布特征与Lg波的频谱分析存在良好的对应关系。结合该地区地质构造及Lg震相传播的机理，这一现象应当是由琉球海沟、吕宋海槽的切断效应造成的：台湾西部、琉球群岛北部地震到大连地震台的传播路径上虽然存在东海、黄河、渤海海峡等水域，但上述水域均为大陆架，本质上仍属于大陆地壳结构，Lg震相得以传播；台湾东部、琉球群岛南部地震到大连地震台的传播路径上存在琉球海沟、吕宋海槽，本质上属于海洋地壳，花岗岩层被切断，Lg震相的传播路径被阻断，因此出现了Lg震相记录特征的剧烈变化。如图2所示，Lg震相随空间变化的特征与地质构造取得了非常好的对应关系。

2.1 验证性台站Lg震相记录特征

为进一步验证上述结论，我们选取了国内其他地区台站的实测波形进行分析验证。选取其他台站的原则如下：相对于讨论区尽量分布在较大空间范围内；位于可观测到Lg震相的优势震中距范围内。基于上述原则，我们共选取了昆明、贵阳、重庆、西安、洛阳、太原、红山、延边、牡丹江共计9个台站，并选取台湾西部、台湾东南海域、琉球群岛北侧、琉球群岛南侧4个地震事件，分析各个台站的Lg震相记录特征。上述台站（含大连台）、地震分布见图6，其中实心五角星代表台站，实心圆代表地震事件，最小震中距12.4°，最大震中距24.4°，由于时间跨度较大，各台对每次地震事件的保存情况有所差异，因此实际共提取出32条地震记录。

图6 验证台站与地震事件分布Fig.6 Identification Station and Distribution of Earthquake Events

通过对上述台站的地震记录分析发现，各台所记录的Lg震相发育情况与大连地震台的记录情况一致性很好，即台湾西部地区的Lg震相较台湾东部地区发育，部分台站对台湾东部地区的Lg震相甚至无明显记录；琉球海沟北侧Lg震相较琉球群岛南侧发育，但延边、牡丹江对琉球群岛北侧Lg记录特征较弱，这可能是其部分传播路径经过日本海所致，而日本海属于海洋地壳。各台对验证性地震事件的Lg震相记录特征见表1。

表1 各台站实测验证地震事件Lg震相发育情况

2.2 验证性台站Lg震相特征分析结果

在分析昆明、牡丹江等其他台站的实测波形时，有部分实测波形与统计规律存在差异，详述如下：

（1）延边、牡丹江台对琉球群岛北侧的Lg震相记录特征较弱，这可能是其传播路径经过日本海所致，而日本海属于海洋地壳；

（2） 昆明、贵阳、重庆台对台湾西部和台湾东南海域两次验证地震事件的Lg震相记录特征差异不大。这可能是上述台站对地震的传播路径大体与琉球海沟平行，切断效应不显著所致；

（3）整体而言，Lg震相在台湾西部到台湾东部的变化幅度不及琉球群岛北侧到琉球群岛南侧显著。这可能是吕宋海槽对Lg震相传播的影响不及琉球海沟的影响显著所导致的。

3 结论

本文分析了大连地震台实测的台湾—琉球地区M6.0以上浅源地震的Lg震相发育情况。结果表明，该地区是Lg震相的优势震中距，但在较小的空间范围内，Lg震相呈现了明显的空间分布变化：台湾西部地区较台湾东部地区Lg震相发育，琉球群岛北侧较琉球群岛南侧Lg震相发育，其变化趋势剧烈。结合该地区的地质构造特征及Lg震相的传播机理，造成这一现象的根本原因是琉球海沟、吕宋海槽的切断效应。台湾西部地区、琉球群岛北侧及传播路径均属于大陆地壳，因此Lg震相得以顺利传播并被大连地震台记录下来，而台湾东部地区、琉球群岛南侧属于海洋地壳，琉球海沟、吕宋海槽使得海底地形迅速发生变化，Lg震相的传播路径被切断，因此在实测中普遍不发育甚至无法记录到。通过分析昆明、牡丹江等国内较大空间范围内其他台站的实测波形，上述结论得到了很好的验证。在实际工作中，可根据实测波形是否存在Lg震相迅速判断地震事件较为精确的位置。