邵媛媛，夏彩韻，王 巖，任 雪

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

Lg 波一般認(rèn)為是在地殼介質(zhì)中經(jīng)過多次全反射形成的，在區(qū)域震相中強(qiáng)度最為突出，能量最大的震相[1-2]，對(duì)地殼構(gòu)造及地殼介質(zhì)物理參數(shù)的變化更為敏感[3-4]。Lg 波的Q值大小反映了地殼中形狀、厚度變化、非均勻散射與介質(zhì)衰減，是描述區(qū)域地殼結(jié)構(gòu)及介質(zhì)物理特性的重要參數(shù)之一。一般地下介質(zhì)的Q值反映了地震波的衰減程度，高Q值對(duì)應(yīng)弱衰減，低Q值對(duì)應(yīng)強(qiáng)衰減，是研究區(qū)域地震波傳播特征，進(jìn)行強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)模擬和確定地震震級(jí)的重要參數(shù)[5]。

在地震臺(tái)站記錄圖中，把場(chǎng)地效應(yīng)與地震波沿傳播路徑的共同的衰減效應(yīng)分離開是比較困難的，朱新運(yùn)[6-7]提出基于Lg 波譜比與臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)的聯(lián)合反演方法，利用路徑衰減與臺(tái)站震中距有關(guān)、而場(chǎng)地效應(yīng)與震中距無關(guān)這一特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了衰減參數(shù)與場(chǎng)地效應(yīng)的分離，并在浙江、華北等地區(qū)有比較好的應(yīng)用，邵媛媛[8]應(yīng)用該方法獲得了遼寧地區(qū)Lg 波衰減參數(shù)和參與評(píng)估的32 個(gè)臺(tái)站的場(chǎng)地響應(yīng)特征。本文利用該方法對(duì)遼寧地區(qū)燈塔5.1 級(jí)地震前后Lg 波衰減變化特征進(jìn)行分析，為遼寧中強(qiáng)地震震情分析提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 Lg 波譜比與臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)聯(lián)合反演方法介紹

該方法由朱新運(yùn)和陳運(yùn)泰[5]提出，地震臺(tái)站記錄的地震波譜A（f，d）可以表示為[9]：

式中，f表示頻率，SO（f）表示震源因子項(xiàng)，R（f，θ）表示震源輻射圖型因子，d表示震中距，I（f）表示儀器響應(yīng)，Si（f）表示場(chǎng)地響應(yīng)，G（d）表示幾何擴(kuò)散因子。

μ 表示幾何擴(kuò)散特性的參數(shù)，對(duì)于Lg 波，μ=-0.5；ψ（f，d）表示介質(zhì)衰減項(xiàng)。

U表示Lg 波的群速度。

假定參與運(yùn)算的地震數(shù)為m，k=1，2，3，…，m；需要評(píng)估的臺(tái)站數(shù)為n，兩個(gè)臺(tái)站（第i與第j=1，2，3，…，n） 對(duì)同一地震（第k次地震） 的記錄譜的比可以表示為：

利用（6）式解方程組，其中對(duì)應(yīng)衰減部分為γ（f），利用（4）可以獲得Q（f），其它部分為場(chǎng)地效應(yīng)比值。

2 資料的選取與處理

收集燈塔5.1 級(jí)地震周邊160 公里范圍內(nèi)的臺(tái)站記錄波形，篩選2008—2014 年震中距大于90km 且震級(jí)在ML2.5～5.3 的地震事件。參與反演計(jì)算的臺(tái)站布設(shè)儀器采樣率為100Hz，對(duì)在篩選范圍內(nèi)的臺(tái)站所記錄的地震波形逐條檢查，去除斷記、畸形等問題波形，對(duì)保留的地震記錄使用1.8～2.6km 的速度波形窗截取Lg 波段[10-11]，為防止譜泄露，對(duì)截取的Lg 波段進(jìn)行補(bǔ)零至2 的整數(shù)次方倍，在兩端加2%的余弦窗進(jìn)行傅里葉變換、儀器校正和幾何衰減校正，并以3 個(gè)單位頻率步長(zhǎng)采樣進(jìn)行平滑處理，這樣對(duì)于每一個(gè)Lg 信號(hào)段可以得到相同頻率間隔的波譜，計(jì)算Lg 波譜。

3 燈塔5.1 級(jí)地震前后Lg 波地震衰減參數(shù)Q 與η

通過對(duì)震中160 公里范圍內(nèi)的地震射線，預(yù)處理后，共獲得參與反演地震記錄488 條，臺(tái)站數(shù)18 個(gè)（圖1）。在頻率域1～7Hz 范圍內(nèi)，以0.2Hz 間隔進(jìn)行采樣來構(gòu)造矩陣方程求解Lg波衰減參數(shù)與臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)，并對(duì)衰減參數(shù)進(jìn)行Q（f）=Q0fη形式的擬合，其中f為頻率，η是頻率依賴指數(shù)，Q0是Q（f）在1Hz 時(shí)的值。本文以36 個(gè)地震為窗長(zhǎng)，2 個(gè)地震為步長(zhǎng)滑動(dòng)，窗內(nèi)地震樣本進(jìn)行聯(lián)合反演擬合各窗長(zhǎng)內(nèi)地震Lg 波衰減參數(shù)Q和η，反應(yīng)的是該樣本時(shí)段內(nèi)的介質(zhì)的地震波衰減特性。圖2 是滑動(dòng)掃描計(jì)算第12 個(gè)滑動(dòng)窗內(nèi)的Lg 波三分量Q與頻率的擬合圖后，即可獲得時(shí)間尺度上的Lg 波衰減參數(shù)Q和η 在時(shí)間尺度上的變化特征。圖4 中橫坐標(biāo)為地震滑動(dòng)窗序號(hào)，第17 個(gè)地震滑動(dòng)窗的末尾地震事件為燈塔5.1 級(jí)地震。Lg 波衰減參數(shù)Q值三分向差異較小，震前震后Q值和η 都有明顯的變化。窗內(nèi)的末尾地震事件時(shí)間序列上看(圖3)，從統(tǒng)計(jì)時(shí)間2010 年8 月至2012年Q值上升至150～220，2012 年3 月后開始小幅下降，至2012 年7 月又開始上升直至地震發(fā)生，震后Q值下降。而地震波衰減參數(shù)的頻率依賴指數(shù)，整體變化趨勢(shì)與Q值相反，震前下降，震后上升恢復(fù)至震前水平。

圖1 燈塔5.1 級(jí)地震周邊160km 地震射線投影圖Fig.1 The seismic ray around Dengta 5.1 earthquake within 160km

圖2 第12 個(gè)滑動(dòng)窗內(nèi)地震Q 與f 擬合圖（窗內(nèi)最后一個(gè)地震時(shí)間2012 年7 月12 日）Fig.2 Relationship between Q and f in the 12th sliding window（the last earthquake occurred on 12th July，2012）

圖3 滑動(dòng)窗內(nèi)末尾地震的M-t 圖Fig.3 The M-t of the last earthquake in each sliding window

圖4 燈塔5.1 級(jí)地震震前后Lg 波衰減參數(shù)Q 值與η 隨時(shí)間變化曲線（a：U-D；b：E-W；c：N-S）Fig.4 The Lg wave attenuation parameter Q and η vary with time before and after the Dengta Ms5.1 earthquake.（a：U-D；b：E-W；c：N-S）

4 結(jié)論與討論

通過燈塔5.1 級(jí)地震震中160km 范圍內(nèi)的地下介質(zhì)Lg 波衰減參數(shù)Q值和η 的變化計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在燈塔地震前后有明顯的變化，但趨勢(shì)相反，震后大致恢復(fù)到震前的水平。一般認(rèn)為，震前區(qū)域的介質(zhì)衰減強(qiáng)度有減弱到增強(qiáng)的過程。震前由于受較強(qiáng)應(yīng)力作用，地殼介質(zhì)特別是韌性層破裂的增加可使尾波Q值變小，但臨近破裂時(shí)，由于應(yīng)力的增強(qiáng)，導(dǎo)致裂隙閉合，Q值反而增大。震后，由于作用在地殼韌性層的應(yīng)力得到釋放，從而介質(zhì)松弛，以致反映其介質(zhì)衰減特性的Q值減小[12]。燈塔地震前后的Q值變化符合這一特點(diǎn)，即震前有降低再增大的變化，震后下降恢復(fù)；Q值在E-W 向上平均值在100 左右，低于其他兩個(gè)方向分量的平均值，可能與區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)差異有關(guān)，導(dǎo)致不同方向上的地震波衰減特性不同。從η 值的變化看，η 三分量平均值震前0.8 左右，震后恢復(fù)到0.6 左右，說明該區(qū)域介質(zhì)均勻程度不高，地震波衰減特性對(duì)頻率依賴較強(qiáng)。

由于臺(tái)站分布的不均勻性和地震活動(dòng)數(shù)量不夠充足，震后Lg 波Q值和η 的信息不充足，未能看到恢復(fù)的最終水平，但兩個(gè)參數(shù)在地震前后的變化趨勢(shì)和差異特征對(duì)遼寧省內(nèi)中強(qiáng)地震的震情研判有一定的參考作用。1999 年岫巖5.4 級(jí)地震后，遼寧地區(qū)發(fā)生了燈塔5.1 級(jí)地震和科爾沁5.3 級(jí)地震兩次中強(qiáng)地震，后續(xù)可以加入科爾沁震例的地震波衰減參數(shù)變化的特征對(duì)比分析討論。

致謝：感謝浙江省地震局朱新運(yùn)研究員提供的反演計(jì)算程序!

東北地區(qū)2022 年第一季度ML≥3.0 級(jí)地震目錄The Earthquakes（ML≥3.0） Catalogue of the First Quarter in Northeastern Area，2022.