遼寧地區(qū)S波非彈性衰減Q值及臺站場地響應(yīng)研究

李恩來，王承偉，王 帥，安祥宇

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

遼寧地區(qū)S波非彈性衰減Q值及臺站場地響應(yīng)研究

李恩來，王承偉，王 帥，安祥宇

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

利用遼寧省地震臺網(wǎng)2009—2014年所記錄到的39個地震事件，震級為ML3.2～4.6，研究了遼寧地區(qū)S波非彈性衰減Q值和臺站的場地響應(yīng)，得到遼寧地區(qū)的Q值和頻率之間的關(guān)系Q（f）= 552.7f0.2801。說明遼寧地區(qū)處于Q值的中等范圍，地震活動性相對較低；同時得到了32個臺站的場地響應(yīng)，大部分臺站的場地響應(yīng)基本在1附近，無明顯的場地放大效應(yīng)。

Q值；地震活動性；場地響應(yīng)；衰減

0 引言

隨著我國數(shù)字化臺網(wǎng)的建設(shè)和不斷完善，數(shù)字化的地震觀測資料愈加豐富，為地震學(xué)的研究帶來了很大便利。但數(shù)字化地震波包涵了震源效應(yīng)、傳播路徑效應(yīng)、儀器效應(yīng)、場地響應(yīng)等。利用數(shù)字地震臺網(wǎng)記錄的大量地震波資料提取地震的中小地震震源參數(shù)，如地震矩、應(yīng)力降、震源尺度等，對地震預(yù)測和地震危險性研究具有重要意義，而場地的低頻放大作用容易使震源原來的拐角頻率被掩蓋，而拐角頻率將直接影響應(yīng)力降的結(jié)果[1]。因此，給出與頻率有關(guān)的臺站場地響應(yīng)，可提高估算中小地震震源參數(shù)的準(zhǔn)確性。

許多研究表明，基巖臺站在地表并不完全沒有場地響應(yīng)，也就是說，臺站的場地響應(yīng)不為1。Atkinson等（1992）利用多臺、多地震聯(lián)合反演方法計算了臺站的場地響應(yīng)，但得到的場地響應(yīng)為相對場地響應(yīng)，并且基本與頻率無關(guān)[2-3]。Moya等（2000）、劉杰等（2003）提出利用遺傳算法聯(lián)合反演場地響應(yīng)的方法彌補(bǔ)了Atkinson方法的局限性[4-5]。該方法首先對地面運(yùn)動的位移譜進(jìn)行傳播路徑校正，然后去儀器響應(yīng)，并假設(shè)同一臺站對不同地震事件的場地響應(yīng)相同。在此基礎(chǔ)上，利用遺產(chǎn)算法搜索Brune模型[6]給出地震震源參數(shù)，使由不同地震得到的同一臺站的場地響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差最小，從而得到臺站的場地響應(yīng)。

本文利用遼寧區(qū)域數(shù)字地震臺網(wǎng)記錄到的39個ML＞3.0地震的S波資料，用Atkinson方法得到了遼寧地震的非彈性衰減Q值，并用Moya方法得到了遼寧臺網(wǎng)32個臺站的場地響應(yīng)，并對結(jié)果進(jìn)行了討論。

1 資料的選取和處理

本文選取了遼寧地區(qū)（117～128oE，38～44oN）39個天然地震事件，并對所記錄的應(yīng)用‘S窗’進(jìn)行分析。‘S窗’為包括S波總能量的90%的時間段。采用平移譜窗的方法可獲得同樣頻率間隔的觀測信號的傅里葉譜。具體做法為把S窗內(nèi)的波形信號分成若干個包含256個采樣點(diǎn)的小段，并使相鄰信號段有50%的重疊。本文計算地震波形的采樣率為100Hz，信號段長度為2.6s。在每一段信號的起始和末尾各加5%的cos邊瓣，這樣得到的傅里葉譜的頻率間隔為0.196Hz。最后對信號進(jìn)行儀器校正，得到整個S窗內(nèi)信號的振幅譜[7～12]。

式中，n（f）是經(jīng)過儀器校正的256個數(shù)據(jù)點(diǎn)的噪聲傅里葉譜。然后得到經(jīng)過校正的振幅譜：

由于遼寧省數(shù)字地震臺網(wǎng)的資料是速度記錄，最后還需要把V（f）除以2 fπ ，把速度譜轉(zhuǎn)換成位移譜。對S波的2個水平分量分別進(jìn)行上述處理，得到S波水平分量合成的位移譜：

2 方法原理

在臺站j的地震儀記錄的第i個地震的地震圖在時域t里可用下式表達(dá)：

對式（5）進(jìn)行傅里葉變換，可得頻域表達(dá)式為：

由于采用多臺多震源的聯(lián)合反演，因平均效應(yīng)，消除了震源輻射圖像的影響，因此上式中不再出現(xiàn)震源輻射圖像的影響，同時可采用一定的方法標(biāo)定，可從地震波之前的地震儀器記錄取得，則公式變?yōu)椋?/p>

首先假設(shè)1R， 2R的初始值，求解其他參數(shù)，然后，調(diào)整1R， 2R 的初始值重新反演，直至使ε不再減小，選取1R，2R的初始值：

反演計算時將采用SH波記錄，因此需要使用地震相對臺站方位角，在水平坐標(biāo)系內(nèi)對S波進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的SH波位移。

將（7）、（8）兩式整理得：

（2）用遺傳算法求得使ε最小的1b，2b，

這里jm 為第j個臺站記錄到的地震數(shù)目。

對各中心步驟kf重復(fù)以上步驟，得到一系列的對各kf 的1b，2b，3b求平均，得到1b，2b，的值，由一系列的進(jìn)行回歸計算得到根據(jù)已有的一些研究，一般

3 計算結(jié)果

根據(jù)Atkinson方法得到的遼寧地區(qū)的Q值。如圖3所示，得到的Q值擬合結(jié)果較好。通過遺傳算法得到遼寧臺網(wǎng)32個臺站的場地響應(yīng)，如圖4所示。

4 結(jié)果分析

本次計算得到了遼寧地區(qū)的非彈性衰減Q值和33個臺站的場地響應(yīng)，從圖4中可見，大部分臺站的場地響應(yīng)都在1附近，其中HSH（橫山）、LHT（老虎臺）兩個臺站的低頻放大效應(yīng)較明顯，在2倍左右，HSH臺基為石英巖，LHT臺基為花崗片麻巖，其放大效應(yīng)可能與臺基有關(guān)；Q值在中等水平，地殼結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，地震活動性相對較弱。

本次計算得到的非彈性衰減Q值和臺站的場地響應(yīng)，為計算中小地震震源參數(shù)打下了基礎(chǔ)，目前我省臺網(wǎng)中心可在地震發(fā)生后1～2小時內(nèi)快速產(chǎn)出中小地震震源參數(shù)。

[1] 趙韜，李少睿，王瑩.陜西省地震動衰減及臺站場地響應(yīng)研究[J].高原地震，2011，23（4）：24-30.

[2] Atikinson G. M. ，Mereu R.F. The shape of ground motion attenuation curves in Southeastern Canada[J]. Bull Seism Soc Amer，1992，82：2014-2031.

[3] Atikinson, G. The high-frequency shape of the source spectrum for earthquakes in the eastern and western Canada, Bull. Seism. Soc. Am. 1982：2014-2031.

[4] 劉杰，鄭斯華，黃玉龍.利用遺傳算法反演非彈性衰減系數(shù)、震源參數(shù)和場地響應(yīng)[J]. 2003，25（2）：211-218.

[5] Maya C A，Aguirre J，Irikura K. Inversion of source parameters and site effects from strong ground motion records[J]. BSSA，2000，90（4）：977-1052.

[6] Brune J N. Tectonic stress and the spectrum of seismic shear waves from earthquake[J]. JGR，1970，75（26）：4I 057-5009.

[7] 陳繼峰，趙翠萍，楊立明.甘肅地區(qū)S波非彈性衰減Q值研究[J]. 地震，2010，30（1）：125-130.

[8] 丁風(fēng)和，高立新.用遺傳算法反演內(nèi)，蒙古中西部地區(qū)的Q值和場地響應(yīng)[J].華北地震科學(xué)，2005，23（1）：22-26.

[9] 范軍，劉杰，鄭斯華,等.用經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)方法研究臺站的場地響應(yīng)[J].四川地震，2012（1）：9-16.

[10] 高立新，鄭斯華.內(nèi)蒙古中西部地區(qū)中小地震震源參數(shù)反演和相互關(guān)系探討[J].地震研究，2004，27（4）：296-300.

[11] 華衛(wèi)，陳章立，鄭斯華.利用不同方法估算流動臺站的場地響應(yīng)[J].地震，2010，30（3）：30-43.

[12] 劉麗芳，蘇有錦，劉杰，等.用Moya方法反演云南數(shù)字地震臺站場地響應(yīng)[J].地震研究，2007，30（1）：39-42.

THE S WAVE INELASTIC ATTENUATION Q-VALUE AND STATION SITE EFFECTION RESEARCH IN LIAONING AREA

LI En-lai，WANG Cheng-wei, WANG Shuai, AN Xiang-yu

（Earthquake Administration of Liaoning Province, Liaoning Shenyang 110034, China）

ract In this paper, by use of seismic network in liaoning province from 2009 to 2014 recorded 39 seismic events, magnitude of ML3.2-4.6, we studied the S wave inelastic attenuation Q value and site effection in the station, and getted the relationship between Q value and frequency ,it is Q (f) = 552.7 f0.2801. The result shows that the Q value is medium range, seismic activity is relatively low; we got 32 station site effection at the same time, and the most result is obout near 1, and no obvious site amplification effect.

ds: Q-value；seismicity；site effection；attenuation

P315.5

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.04.002

1674-8565（2016）04-0012-06

遼寧省地震局科研項(xiàng)目“地震預(yù)警定位算法研究”資助（LK-K201504）

2016-07-06

2016-10-28

李恩來(1983-)，男，黑龍江省拜泉縣人，2010年畢業(yè)于中國地震局工程力學(xué)研究所，碩士研究生，工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測、地震預(yù)警等方面的研究工作。E-mail：enlai_li@163.com