2013年吉林前郭5.8级震群地震序列尾波Q值研究

张洪艳，康建红，卢燕红，张 宇，陈 聪

(吉林省地震局，长春 130117)

2013年吉林前郭5.8级震群地震序列尾波Q值研究

张洪艳，康建红，卢燕红，张 宇，陈 聪

(吉林省地震局，长春 130117)

挑选出2013年10月31日至12月31日前郭地区发生的58次M1.0以上地震事件，基于Sato的单次散射模型分别计算了长岭台、松原台和乾安台的尾波Q值，获得了3个台尾波Q值与频率的依赖关系，分别为：Qc=33.65f0.9782、Qc=33.00f0.9104、Qc=33.46f1.0299。初步认为研究区内的Q值在2～18 Hz范围内与频率有显著的相关性，研究区内的低Q值现象与该区地质构造、地震活动性形成了较好的一致性。

吉林前郭；尾波Q值；地震序列

0 引言

Q值是一个无量纲参数，首先用在电学的电路分析中，是衡量电感器件的主要参数，用它来描述波动的衰减，一般Q值大，则表明低损耗、高效率。在引入地震学后，称其为地球介质的品质因子，用品质因子Q来描述。实际观测表明，地震波在地球介质传播中即便是特大地震，也很快的衰减殆尽，导致这种现象的原因主要是地球介质的非完全弹性以及介质的非均匀性。Q值对地震构造应力所导致的破裂及温度变化非常敏感，可以很好地反映地球内部介质由于应力的变化而引起的岩石性质的变化。

尾波Q值是利用地震尾波测定Q值，测算相对简单、稳定，1969年Aki最先诠释了近震尾波的成因，即地球介质的不均匀性普遍存在，地震波在传播的过程中遇到这些不均匀体时会发生散射，于是台站会接收到这些延迟的散射波，形成尾波。通常情况下，我们将地下介质考虑为单一散射体模型。在地震学中，Q值的测定已经相对成熟。研究的区域、方法、内容等都有了很大的进展。尾波Q值的应用领域也很广泛：火山活动构成、油气的勘探、震源参数的研究、地震工程等。

2013年10月31日至12月31日，吉林前郭地区发生了一系列震群活动，其中M5.0级以上地震达5次，是吉林有历史记录以来罕见的震群型地震活动。震后，针对此次地震序列开展了多方面的研究，取得了多项研究成果：震源机制解、视应力、精定位、序列分析等，但针对震区内地下介质方面的研究开展得较少，因此本文基于单次散射理论，利用Sato模型计算了震区内松原台、长岭台和乾安台3个固定台的尾波，了解区域尾波Q值的分布特征，进而结合该区域地质构造和地震活动性，试图探寻研究区内部介质性质与地震活动的关系。

1 研究区地震构造背景

震区位于东北断块和松辽断块拗陷区内，拗陷区的边界断裂发育，西有嫩江断裂，东界为依兰-伊通断裂，南界有赤峰-开原断裂，北界有讷莫尔河断裂。基底由古生代变质岩系组成，中、新生代形成大型断陷-拗陷型盆地，两翼不对称，西翼陡、东翼缓，沉降幅度西深东浅。震源区附近共发育4条断层，分别是NE向扶余-肇东断裂(F4)、NWW向第二松花江断裂(F2)、克山-大安断裂(F1)及NW向查干泡-道字井断裂(F5)(图1)。震中区地壳厚度约35 km，该区沉积层较厚。

图1 研究区历史强震分布图

研究区内NE向断裂规模最大，对松辽盆地的基底起着主要的控制作用，与NW向断裂存在共轭关系，NE向与NW向断裂交汇处往往是易震区[3]。

2 资料及方法

10月31日前郭5.5级地震发生后，吉林省地震局和黑龙江省地震局在前郭和乾安地区围绕震中50 km之内陆续布设了9个临时观测站，形成了临时的小型观测台阵，对震区进行了比较好地监控。吉林台网利用省内台、周边共享台站以及流动台的资料，共同处理此次地震序列。

本研究尾波的计算采用吉林台网2013年10月31日至12月31日记录的前郭地震序列数字化记录波形，选取松原台、乾安台和长岭台3个固定台清晰的地方震记录，对目录进行了筛选、整理，共58次地震事件参与此次计算。其中1.0～1.9级地震22次，2.0～2.9级地震13次，3.0～3.9级地震12次，4.0～4.9级地震6次，5.0～5.9级地震5次。台站和震中分布见图2。

f1 扶余-肇东断裂；F2 克山-大安断裂；F3-1查干泡-道字井断裂北支；F3-2查干泡-道字井断裂南支；F4第二松花江断裂

Sato[4]、Aki[5-6]的单次散射理论认为地震尾波是朝地震台站方向传播的散射波的合成。由于散射波在空间上的分布是随机的，因此，因平均效应，在不同台站记录的同一地方震的尾波振幅相同。而S波则不然，因不同台站波的传播路径不同，记录的振幅也不同。由于次级散射波的能量比由S波遇到散射体所激发的散射波(通常称单次散射波)的能量小得多，因此在尾波Q值的研究中，往往仅考虑单次散射的问题。

本节使用Sato单次散射模型计算Q值，选用6阶的Butterworth滤波器默认值进行数据的计算。在计算中，选用波形记录良好，可以较清晰地判读P波和S波震相的地震，采用6阶Butterworth滤波器，对所有的数据进行滤波。共计算17个中心滤波频率点，分别为：2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18 Hz。

对各分向数据，从S波到达开始，以2 s的时间窗长，0.5 s的时间步长，依次计算时间窗内采样数据的均方根，并与噪声参考值比较，当比值低于1.5时，相应位置即为尾波截断时间，这样可以克服人为选取尾波截断时间的随意性。一般认为采样深度随着流逝时间的增加而加深，在考虑单次散射的前提下，为了保证比较一致的散射椭球体深度，对不同震中距的地震，适当地选取不同的流逝时间，以此来获得同一深度层的介质品质因子[7-9]。

3 结果

在约束条件的限定下，利用Sato单次散射理论，针对筛选出的58次地震事件分别计算了松原台、长岭台和乾安台的尾波Q值，最终获得松原台55次、长岭台57次和乾安台54次事件的最终结果。其中，长岭台Q0与f的波动范围分别为：24.01～44.42，0.849～1.115；

乾安台Q0与f的波动范围分别为：24.18～39.94，0.887～1.218；松原台Q0与f的波动范围分别为：21.63～46.95，0.806～1.020。

由松原台55次、长岭台57次和乾安台54次地震的不同地震不同频率Q值分布及Q值与频率的幂指数拟合曲线得到了松原台、长岭台和乾安台附近地震波衰减的平均特性。得出长岭台、乾安台和松原台品质因子与频率间的统计关系分别为：Qc=33.65f0.9782,Qc=33.46f1.0299,Qc=33.00f0.9104。Q0和η值的95%置信误差分别为4.44、0.063 5；3.74、0.070 7；5.51、0.056 5。计算结果见表1、图3。

表1 各台站的Q0值与η值结果

由Q值与频率的幂指数拟合曲线可以看出，品质因子在频率2～18 Hz之间有较强的频率依赖性，3个台附近的品质因子存在一定的不稳定性，品质因子的变化很大一部分是由于各台站附近介质的不均匀性引起的。文中选用的地震事件均为地方震,ts-tp在6～11 s之间，主要用小震中距事件、小流逝时间反映局部、浅层区域特性。

4 讨论

4个台附近介质的Q0值和η值变化幅度较小，Q0值主要集中在30～40之间(图4)，η值主要集中在0.9～1.1之间。尾波与频率的关系中，Q0值主要反映从震源到台站之间介质的平均性质，一般认为，Q0值较高的背景，属于构造活动相对较稳定的地区，介质的非均匀程度较低，地震波在通过此区域时能量衰减得较慢；Q0值较低的背景，属于构造活动较强烈的地区，介质的非均匀程度较高，地震波在通过此区域时能量衰减较快[10-11]。本研究区3个台的Q0值均较低，相差幅度较小，表示该区域介质的非均匀程度较高，地震波通过时的能量衰减较快。同时，由图3中Q0值和η值的变化情况，可以发现Q0值与η值之间负相关变化比较明显，Q0值对频率在2～18 Hz范围内表现出较强的依赖性，η值偏高，与该区域地震活动水平偏高稳合。因为Q值对频率的依赖程度与地壳介质的均匀程度密切相关，依赖程度越高，地壳介质的均匀程度越低[12]。

图3 不同地震不同频率Q值分布及Q值与频率的幂指数拟合曲线

研究区是吉林省内地震较活跃的区域，被称作松原老震区，不仅发生过1119年6级强震，而且在2006年发生1次5.0级孤立型地震，2013年再次发生震群型地震，数次地震导致地下岩体的整体性遭到破坏，稳定性较差，刚性降低，加之小震群活动再次加剧了浅层介质的破碎，从而导致地震波在穿过此区域时能量耗损较大，衰减较快，进而表现低Q值特征。

图4 各台站的Q0值和η值曲线

Q0与频率的关系图中(图5)显示研究区内3个台的Q0值略有差异，主要表现在低频段尾波衰减幅度接近，在高频段呈现出一定的差异性，但整体的差异性较小。初步认为乾安台和长岭台距离2006和2013年2次震群约45 km和41 km，松原台附近1119年发生1次强震后，2003年发生过1次震群活动，地震活动对研究区地下的介质结构有不同程度地破坏，震后该地区的能量得到释放，该区周边地下介质破碎，处于疏松状态，所以地震波在经过3个台附近区域时衰减较快，同时不同区域的破坏程度存在一定的差异，进而导致3个台站附近的尾波呈现轻微不同的变化形态。

注：红色表示松原台；黑色表示长岭台； 蓝色表示乾安台

综合分析认为研究区附近的地震活动和地下构造活动较强，地震波在研究区内的衰减最快，其下存在散射体的可能性较大。

5 结语

本文基于Sato单次散射模型分别获取了松原台、长岭台和乾安台的尾波Q值，其中由松原台55次事件得出品质因子与频率之间的依赖关系为：Qc=33.00f0.9104，由长岭台57次事件得出品质因子与频率之间的依赖关系为：Qc=33.65f0.9782，由乾安台54次事件得出品质因子与频率之间的依赖关系为：Qc=33.46f1.0299。Q0和η值的95%置信误差分别为5.51，0.056 5；4.44，0.063 5；3.74，0.070 7。

本文选用震中距较小的地震以反映局部的区域特性，松原台、长岭台和乾安台处于同一孕震构造区，尾波值相差不大，表现为低Q值特征，与该区域地质构造、地震活动性相符。

初步认为研究区内地下存在散射体的可能性较大，地震波通过研究区衰减较快，地下构造活动强于其它地区。

致谢：感谢朱新运、刘杰研制的尾波分析计算软件，感谢盘晓东给予本稿的指导意见，感谢刘俊清在绘图方面给予的帮助，感谢审稿专家提出的宝贵意见！

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Study on Coda Q-value of the 2013 Jilin Qianguo Earthquake Sequence

ZHANG Hong-yan, KANG Jian-hong, LU Yan-hong, ZHANG Yu, CHEN Cong

(Earthquake Administration of Jilin Province, Changchun 130117, China)

Using 58M≥1.0 earthquakes in Qianguo between Oct. 31 to Dec.31, 2013, we calculated the Coda Q-value of Changling station, Songyuan station and Qianan station with the Sato single scattering model, We got the dependency relationship of Coda Q and frequency for the three digital observation stations，they are respectively :Qc=33.65f0.9782,Qc=33.00f0.9104,Qc=33.46f1.0299. The result indicate that the Coda Q was a bit low and had a high dependency with frequency during 2-18 Hz, this phenomenon had a good coincide with the tectonic structure and earthquake activities in the study area.

Jilin Qianguo; Coda Q; earthquake sequence

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.03.003

2014-04-15

测震台网青年骨干培养专项(项目编号:20140307)

张洪艳(1979—)，女，工程师，主要从事地震编目及地震学相关工作.E-mail：56617347@qq.com

P315.3

A

1003-1375(2014)03-0010-06