洪玉清，楊選

（1.廣東省地震局，廣州 510070；2.中國(guó)地震局地震監(jiān)測(cè)與減災(zāi)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510070；

3.廣東省地震預(yù)警與重大工程安全診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510070））

利用Aki模型對(duì)新豐江水庫(kù)地區(qū)尾波Q值的研究

洪玉清1，2，3，楊選1，2，3

（1.廣東省地震局，廣州 510070；2.中國(guó)地震局地震監(jiān)測(cè)與減災(zāi)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510070；

3.廣東省地震預(yù)警與重大工程安全診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510070））

選取2013年1月至2014年12月廣東地震臺(tái)網(wǎng)記錄到ML≥2.0的新豐江水庫(kù)庫(kù)區(qū)及其周邊地震的數(shù)字地震波資料，利用單次散射的Aki模型，計(jì)算得到該區(qū)尾波Q值，并擬合Q值對(duì)頻率的依賴關(guān)系。結(jié)果表明：與國(guó)內(nèi)其他區(qū)域相比，新豐江水庫(kù)庫(kù)區(qū)Q值較地震頻發(fā)地區(qū)要高，但低于整個(gè)廣東地區(qū)和國(guó)內(nèi)地震少發(fā)地區(qū)，且Q值對(duì)頻率依賴性較高。按震中分4區(qū)對(duì)樟下臺(tái)擬合尾波Q值與頻率的關(guān)系研究地質(zhì)構(gòu)造體對(duì)Q值計(jì)算的影響，并很好的解釋了樟下、東興等臺(tái)Q值偏小的原因。

尾波Q值；Aki模型；新豐江庫(kù)區(qū)及周邊；流逝時(shí)間

0 引言

Q值是衡量地震波在地球介質(zhì)中衰減特性的主要物理量，是地震波傳播介質(zhì)非均勻性和非彈性的反映。Aki［1］給出尾波單次散射模型，并提出利用尾波振幅隨時(shí)間衰減確定尾波Q值的方法，后來(lái)又對(duì)此方法不斷進(jìn)行修正［2］，此方法因?yàn)樵砗?jiǎn)單、易于數(shù)據(jù)運(yùn)算而廣泛應(yīng)用于Q值的研究中。許多地震工作者對(duì)尾波Q值做了了大量的研究，并取得了許多研究成果。諸多研究表明：地殼和上地幔橫波Q值的區(qū)域性特征比較顯著，在構(gòu)造穩(wěn)定地區(qū)Q值高，地震波尾波衰減慢，地震活動(dòng)水平低；反之，在構(gòu)造不穩(wěn)定地區(qū)Q值低，尾波衰減快，地震活動(dòng)水平較高。

新豐江水庫(kù)自建成蓄水后，于1962年發(fā)生6.1級(jí)地震，此后一直余震不斷，2013年1月至2105年1月（本文研究的時(shí)間范圍）廣東省臺(tái)網(wǎng)（圖1）便記錄到8 210次ML＞0級(jí)的新豐江水庫(kù)庫(kù)區(qū)及附近地震。本文選取新豐江水庫(kù)周邊14個(gè)臺(tái)站記錄到的數(shù)字地震資料，依據(jù)Aki模型對(duì)新豐江水庫(kù)及周邊地區(qū)的尾波Q值進(jìn)行計(jì)算，分析尾波Q值對(duì)頻率的依賴性特征，同時(shí)對(duì)Q值與區(qū)域構(gòu)造的關(guān)系等問(wèn)題進(jìn)行研究。

1 方法簡(jiǎn)介

研究采用單次散射模型的方法求解值，通過(guò)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A（f，t）為尾波振幅譜，即對(duì)應(yīng)t時(shí)刻一個(gè)采樣周期的振幅最大值，S（f）為震源因子，t為發(fā)震時(shí)刻算起的地震波流逝時(shí)間，u為常數(shù)，體波u=1，面波u=0.5，本文研究對(duì)象為地方震，故u取值為1，QC（f）為對(duì)應(yīng)于中心頻率點(diǎn)f的尾波Q值。

對(duì)式（1）兩邊取自然對(duì)數(shù)并整理變?yōu)椋?/p>

對(duì)于體波u取值為1，故上式為：

對(duì)于某個(gè)地震記錄在某一頻率fC（中心頻率點(diǎn)）上測(cè)量不同流逝時(shí)間t的振幅A（fC，t），即可用式（3）擬合求得斜率k，從而得到：

圖1 地震及臺(tái)站分布圖（連線表示震中到臺(tái)站的射線路徑）Fig.1 Distribution map of earthquakes and stations（lines stand for ray paths from epicenter to station）

通過(guò)計(jì)算不同頻率下的尾波Q值及其平均值Q0，利用QC（f）=Q0fη，即可擬合求得頻率與Q值的關(guān)系。

2 觀測(cè)資料

本研究使用新豐江水庫(kù)地區(qū)14個(gè)數(shù)字地震臺(tái)的地震波形記錄，各臺(tái)站基本情況見(jiàn)表1。選取地震記錄為發(fā)生在2013年1月至2014年12月期間，震中位于新豐江水庫(kù)庫(kù)區(qū)及其周邊，震級(jí)ML≥2.0的地震；在此基礎(chǔ)上逐個(gè)臺(tái)篩選，選取出信噪比高、干擾少且震相清晰的地震事件。

3 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果

3.1 數(shù)據(jù)處理過(guò)程

采用朱新運(yùn)等［3］研制的基于Aki模型的尾波Q值求解分析軟件，對(duì)挑選的數(shù)字地震波形記錄進(jìn)行分析。本研究分析頻率段為4～18 Hz，以整數(shù)頻率為中心頻率點(diǎn)f，共計(jì)15個(gè)頻率點(diǎn)。原始波形記錄加窗寬為0.05的hanning窗后，通過(guò)帶寬為［0.7f，1.3f］的六階Butterworth濾波器濾波。數(shù)據(jù)采用動(dòng)態(tài)采樣［4］方式采樣，即低頻率點(diǎn)采樣點(diǎn)疏，高頻率點(diǎn)采樣點(diǎn)密，具體做法為以相應(yīng)頻率點(diǎn)的對(duì)應(yīng)周期作為采樣窗長(zhǎng)。取Pg波開(kāi)始前2 s作為噪聲窗，與等長(zhǎng)尾波窗相比求取信噪比，以信噪

表1 臺(tái)站參數(shù)表Table 1 Parameters table of stations

3.2 采樣深度

Q值的大小反映了地震波在以震源和臺(tái)站為兩個(gè)焦點(diǎn)的散射橢球體之間傳播時(shí)的衰減特性。震源距、橫波速度以及流逝時(shí)間決定著散射橢球體的形狀：

式（5）中，x、y、z為坐標(biāo)點(diǎn)，t為流逝時(shí)間，β為橫波速度，r為震源距。

由式（5）可知，在震源和臺(tái)站固定的情況下，流逝時(shí)間決定了散射橢球的形狀。根據(jù)Pulli（1984）的研究，可把橢球體投影到地面，其橢圓方程為：

3.3 數(shù)據(jù)處理結(jié)果

利用尾波Q值求解分析軟件分別對(duì)385條地震記錄（85個(gè)地震事件）以40±5 s流逝時(shí)間求解Q值，對(duì)每個(gè)臺(tái)站每個(gè)頻率點(diǎn)的所有Q值求平均值Q0作為該頻率點(diǎn)該臺(tái)站研究區(qū)域的Q值，擬合平均Q值與對(duì)應(yīng)頻率之間的關(guān)系，各臺(tái)擬合結(jié)果見(jiàn)表2。用所有記錄擬合出新豐江庫(kù)區(qū)及周邊區(qū)域尾波Q值與對(duì)應(yīng)頻率之間的關(guān)系為：

為研究采樣深度與Q值大小的關(guān)系，本研究在對(duì)上述地震記錄進(jìn)行再次篩選，挑選出有效尾波窗大于80 s的地震記錄70條。以大于80 s的流逝時(shí)間求解Q值，擬合出整個(gè)區(qū)域的尾波Q值與對(duì)應(yīng)頻率之間的關(guān)系為：

表2 各臺(tái)站Q值與頻率關(guān)系Table 2 The relationship of Q values and frequency in each station

通過(guò)圖1的射線路徑，樟下臺(tái)的地震記錄可以很好的研究水平向地質(zhì)構(gòu)造對(duì)Q值大小測(cè)定的影響，故依據(jù)樟下臺(tái)分4個(gè)區(qū)（圖2）擬合尾波Q值與對(duì)應(yīng)頻率之間的關(guān)系（圖3），結(jié)果見(jiàn)表3。

圖2 樟下臺(tái)記錄地震震中分區(qū)情況Fig.2 Epicenters distribution of earthquakes recorded by Zhangxia station

圖3 Q值擬合過(guò)程Fig.3 Fitting process of Q value

表3 樟下臺(tái)各分區(qū)Q值與頻率關(guān)系Table3 The relationship of Q values and frequency in each partition of ZhangXia station

4 討論和結(jié)論

（1）不同的流逝時(shí)間反映了不同深度的Q值，利用不同流逝時(shí)間求解的Q值不具有可比性。本研究以40±5 s為流逝時(shí)間求解Q值，結(jié)果所反映的僅為本區(qū)40±5 s流逝時(shí)間所對(duì)應(yīng)采樣深度范圍內(nèi)尾波的衰減特性。為了能和黃玉龍等所計(jì)算的廣東地區(qū)Q值做比較，本研究采用＞80 s的流逝時(shí)間（與黃玉龍等截取的尾波相當(dāng)）重新求解Q值。結(jié)果表明利用較小流逝時(shí)間求解的Q0值相對(duì)要小，即采樣深度較小時(shí)Q0值小，隨著采樣深度的增加值變大，原因是地殼表層介質(zhì)的非均勻性最顯著，而隨著深度加大，介質(zhì)趨向穩(wěn)定，其非均勻性逐漸變低。因此QC值不僅是頻率的函數(shù)，還應(yīng)該是采樣深度的函數(shù)。

（2）Q值的大小反映了地震波的衰減程度，低Q值區(qū)地震活動(dòng)相對(duì)頻繁，Q值對(duì)頻率的依賴程度相對(duì)較大。與國(guó)內(nèi)不同區(qū)域Q值及其對(duì)頻率的依賴關(guān)系相比（見(jiàn)表4）［6-10］，本區(qū)Q0值比地震頻發(fā)地區(qū)要大，但會(huì)低于地震活動(dòng)水平低的地區(qū)。在廣東范圍內(nèi)，本區(qū)Q0值較整個(gè)廣東地區(qū)要偏小，且對(duì)頻率表現(xiàn)出較強(qiáng)的依賴性?？烧J(rèn)為本區(qū)地震活動(dòng)?xùn)|水平較整個(gè)廣東地區(qū)和國(guó)內(nèi)地震少發(fā)地區(qū)要高，但要低于國(guó)內(nèi)地震頻發(fā)地區(qū)。

（3）在小區(qū)域范圍內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造體會(huì)較大影響到對(duì)Q值大小的求解。從對(duì)樟下臺(tái)分區(qū)擬合尾波Q值與對(duì)應(yīng)頻率之間關(guān)系的結(jié)果來(lái)看，和平附近地震和樟下臺(tái)之間射線路徑穿過(guò)［11］河源斷裂和人字石斷裂，水庫(kù)大壩附近地震穿過(guò)人字石斷裂，而上述兩個(gè)斷裂是本區(qū)規(guī)模大、活動(dòng)性最強(qiáng)的斷裂，且為深部構(gòu)造，向地下延伸有數(shù)公里到數(shù)十公里，因此這兩區(qū)地震擬合的Q0值相對(duì)較小。錫場(chǎng)附近庫(kù)區(qū)地震則穿過(guò)石角斷裂帶，該斷裂帶規(guī)模雖沒(méi)有河源斷裂和人字石斷裂大，但也是本區(qū)活動(dòng)性表現(xiàn)最為突出的斷裂構(gòu)造，且該斷裂北段也為深部構(gòu)造，而錫場(chǎng)附近庫(kù)區(qū)地震和樟下臺(tái)之間射線路徑穿過(guò)的剛好是該斷裂的北段，因此這一區(qū)地震擬合的Q0值也相對(duì)偏小。東興附近庫(kù)區(qū)地震和樟下臺(tái)之間射線路雖然穿過(guò)石角-新港-白田斷裂的中斷，但該段與該斷裂北端的石角斷裂帶不同，其規(guī)模較小，且向地下延伸的也較淺，不是深部構(gòu)造，因此其擬合的Q0值相對(duì)偏大。查看分臺(tái)擬合時(shí)選取的地震震中分布情況，發(fā)現(xiàn)上述情況便是造成東方紅、和平、桂林、樟下、東興等臺(tái)Q0值偏小的原因。

表4 Q值與對(duì)應(yīng)頻率之間關(guān)系的相關(guān)研究結(jié)果比較表Table 4 Comparison table of related research results for the relation of Q value versus frequency

致謝：本文采用朱新運(yùn)、劉杰研制的尾波分析軟件進(jìn)行計(jì)算，深表感謝！

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Q Value Research of Coda Wave in Xinfengjiang Reservoir Area Based on Aki Model

HONG Yuqing1，2，3，YANG Xuan1，2，3

（1.Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070，China；2.Key Laboratory of Earthquake Monitoring and Disaster Mitigation Technology，CEA，Guangzhou 510070，China；
3.Key Laboratory of Guangdong Province Earthquake Early Warning and Safety Diagnosis of Major Projects，Guangzhou 510070，China）

Based on digital seismic wave data of earthquakes with ML≥2.0 in Xinfengjiang reservoir area and adjacent region from January，2013 to December，2014，which were recorded by Guangdong Seismic Network，the paper calculates the Q values of coda wave and fits the relationship of Q values versus frequency by using the Aki single scatter model.Comparing with other domestic regions，the Q value of Xinfengjiang reservoir area is relatively higher than that of earthquake-prone regions，but it is lower than that of the whole Guangdong region and earthquake low frequency region，and the dependence on frequency is higher.According to different location of the epicenter recorded by Zhangxia station，fitting relationship between Q value and frequency in four areas，the paper studies the influence of geological structure to the calculation of Q value. Meanwhile，it explains well why Q value is smaller in Zhangxia，Dongxing station etc.

Q value of coda wave；Aki model；Xinfengjiang reservoir area and adjacent region；Elapsed time

P319.24

A

1001-8662（2015）03-0066-06

10.13512/j.hndz.2015.03.010

2015-02-19

洪玉清（1986-），男，助理工程師，現(xiàn)主要從事監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作.

E-mail：594706459@qq.com.

洪玉清，楊選.利用Aki模型對(duì)新豐江水庫(kù)地區(qū)尾波Q值的研究［J］.華南地震，2015，35（3）：66-71.［HONG Yuqing，YANG Xuan.Q Value Research of Coda Wave in Xinfengjiang Reservoir Area Based on Aki Model［J］.South china journal of seismology，2015，35（3）：66-71.］