大庆林甸县M5.1地震序列尾波Qc值特征研究

刘长生魏晓红

1）中国合肥 230026 中国科学技术大学

2）中国哈尔滨 150090 黑龙江省地震局

3）中国黑龙江 163414 大庆市地震台

大庆林甸县M5.1地震序列尾波Qc值特征研究

刘长生1），2）魏晓红3）

1）中国合肥 230026 中国科学技术大学

2）中国哈尔滨 150090 黑龙江省地震局

3）中国黑龙江 163414 大庆市地震台

基于Sato 单次散射模型，利用黑龙江省大庆数字化测震台网近场数字地震波形记录资料，分析计算2005年7月25日大庆林甸M5.1地震后地壳介质的尾波Qc值变化，拟合Qc值与频率之间的依赖关系，为Qc=36.58±8.67f（0.9787±0.0837）。对大庆地区2005年7月至2006年2月的余震序列尾波Qc值变化特征进行分析，结果表明，主震后该序列尾波Qc值发生显著变化。

Sato模型；尾波流逝时间；地震序列；尾波Qc值

0 引言

在对地震波的研究中，尾波研究是一个重要领域，地震尾波是由地下介质的不均匀性所激发的，是介质不均匀性的直接证据之一。20世纪60—70年代，Aki（1969）发表了尾波散射理论，Aki和Chouet（1975）用简单的单次散射模型解释了S波尾波的振幅衰减现象。尾波Qc值是描述尾波衰减的重要物理量，反映了震源和周围介质的平均性质，能较有效地消除震源辐射花样和单一路径的影响。多项研究结果（钱晓东等，2004；王勤彩等，2004；王伟君等，2004；李白基等，2000；李白基等，2004）显示，地震活动平静的地区是Qc值高的地区，而地震活动频繁的地区Qc值较低。

2005年7月25日在黑龙江省大庆市林甸县发生 5.1级中强地震，随后数天内又发生了近百条余震。大庆地震台网的10余个子台记录了大量数字资料 ，本文主要利用架设在距震中最近的庆新地震台的数字记录资料，研究单台近场尾波 值得变化特征，探寻近场震源介质衰减特征。

1 数据资料及分析方法

1.1 数据资料

根据黑龙江省地震台网测定，大庆市林甸县M 5.1地震的主震基本参数：发震时刻为北京时间2005年7月25日23时43分34秒，震中位置46°54′N，125°00′E，震源深度15 km，震级M 5.1，震中烈度Ⅵ度，Ⅵ度区等震线长轴呈近南北向。7月25日23点57分发生M 3.5最大余震。截至2006年2月15日，共发生余震百余条，其中可定位的M ＞1.0地震31条，这在黑龙江省弱震区并不多见，表明大庆林甸地震具有显著的主震—余震型序列特征。林甸M 5.1地震主震及余震主要沿大安—德都断裂分布，主要震害分布范围的长轴方向为近南北向，综合林甸M 5.1地震主震的震源机制解，确认此次林甸县M 5.1地震的发震断层为大安—德都断裂，辅助断层为滨州断层。

选取架设在距离主震震中最近庆新地震台的数字化记录资料。庆新台为井下摆，台基岩性为泥岩，仪器型号为JD-2型记录仪，TDE-324CI型数据采集器。尾波分析采用波形清晰、尾波持续时间长且不饱和的数字地震资料。

1.2 尾波处理方法

目前在地震预测中，国内外普遍使用单次散射模型来进行尾波Qc值计算。在本研究中所用的地震大部分震级偏小，地震记录长度较短，适合采用Sato模型进行尾波Qc值计算。

利用Sato模型求解地方震S波Qc值，在一定频率下，尾波振幅与时间的函数关系可表示为

式中，AS是S波的最大振幅，Ac（t）是流逝时间t附近的尾波均方根振幅，K（a）及Ac（t）分别由式（2）、式（3）给出，K（a）是依赖于时间的传播因子。

AT为所取时间窗内地震波平均振幅，An为P波到达前适当时间段的地震波平均振幅，用以进行地震波的噪声校正。

a=tS，其中tS为S波到时，t为从地震发震时刻起计算的尾波流逝时间，C（f）是与频率f有关的影响因子，对相同地震的同一频率，C（f）为常数，拟合F（t）与（t - tS）的线性关系，得到斜率b，即可得到该频率点的Qc，最后由各个频率点的Qc值，拟合出Qc（f）=Q0fη。b与Q的关系由式（4）给出

对于不同的频率，根据F（t）和（t-tS）的曲线求出斜率b，即可得到该频率的Qc，拟合得出Qc=Q0×fη。

尾波Qc（f）值反映了以源—台为焦点的半椭球体积内的介质平均状态。为便于分析同一深度范围内介质的变化情况，计算时对同一台站记录到的不同地震所取尾波流逝时间应尽量一致，本研究尾波采样的流逝时间为t=60 s，可以避免不同尾波流逝时间使采样深度出现不同的情况。

2 尾波值特征分析

本研究采用朱新运（2005）研制的基于Sato模型的近震S波尾波Q值求解及分析软件，对庆新台记录的东西向波形进行频谱分析。尾波振幅从2倍的S波走时开始采样，尾波窗的截断时间，取信噪比为2作为截断标准，对4 Hz到18 Hz之间的频率段进行分析处理，滤波器为6级巴特沃斯滤波器，对滤波后的数据从S波到时开始，取窗长2 s、步长0.5 s 滑动，计算不同时间点的平均振幅。同时，为保持结果线性拟合的稳定性，所截取的尾波窗长不能太短，研究采用尾波起算时间起始于2倍S波走时，背景噪声取P波初动前2 s的平均信号，当采样信号的能量密度小于1.5倍的背景噪声能量密度时终止采样。干扰背景振幅以初始P波到达前的平静背景为参考。

采用该方法计算，共挑选大庆林甸地震序列28次ML＞1.0余震，见表1和图1。计算每一条记录的Qc值，结果显示值普遍偏低，最高值为63.1，最低值为25.7，均值为37.5。Qc值的变化基本不受震级大小影响，只受尾波流逝时间影响，而流逝时间的大小，反映了椭球区域的大小和深度（朱新运等，2006）。对每条记录的东西信道数据以4—18 Hz频率点为中心频率点，计算15个频率点数据，拟合平均Qc与对应频率之间的关系，其拟合的平均结果为Qc=36.58±8.67f（0.9787±0.0837）。当频率为1时，Q0为36.58±8.67，为低Qc值，地下介质均匀程度低，地震波经过时能量损耗大、衰减快，本地区为活动强烈地区。

表1 林甸地震事件及尾波Qc值Table 1 The seismic events and their Qcvalues of coda wave

3 区域地震构造分析

大庆市林甸县M 5.1地震位于松辽盆地北端。松辽盆地是由东部的依舒断裂和西部的嫩江断裂共同控制而形成的中生代断线盆地。历史资料记载，松辽盆地地震构造区是东北地震区中强地震多发区，沿北西向的第二松花江断裂两侧曾经发生1119年吉林前郭县6¾级地震、2006年乾安M 5.0地震和2013年吉林松原的5个震级M ＞5.0地震震群。

已有研究（王健，2009）表明：①震区通常为断裂交汇区，并且交汇的断裂带大部分在晚更新世或中更新世发生过构造活动。某些特殊构造的特殊部位（如交汇点、断裂点、拐点等），地震活动性较强，易发生地震；②震区多发生在不均衡构造活动下的地层抬升或下降不统一的第四纪断陷盆地；③大型或次级地震网络的节点是地震位置高发位置，发生地震的频度和级别均较大，据统计，6.0级左右地震的震中位置多位于地震网络节点，且具有2组大规模断裂相交于区内（大安—德都断裂和滨州断裂），林甸M 5.1地震发生在这两个断裂交汇部位。南部第二松花江断裂带为大规模构造活动的地震带，自西向东先后与嫩江断裂、大安—德都及扶余—肇东断裂交汇，而交汇部位往往是地震活动频繁区域。

4 Qc值的时间分布

林甸县地处大庆地区北部，构造较为复杂。主震东侧为近南北走向的大安—德都断裂，距离主震2 km，余震分布在该断裂东西两侧，林甸地震主震破裂方向为北北东走向，主震两侧是能量释放区。林甸地震发生之前，近源区的地震活动较为平静。从图3可以看出，从2005年 7月25日主震发生后，Qc值明显升高，至7月26日M2.5地震发生，Qc值变化才开始变得较为稳定，之后恢复，处在均值上下±1.5倍方差线之间波动。结果说明，与地壳应力背景和介质状况相关的Qc值，在日常地震预报监测中，将发挥越来越重要的作用。

图3 2005年林甸地震余震序列尾波Qc值随时间的变化（1.5倍方差）Fig.3 Coda Qcvalue curves after Lindian aftershock earthquake sequences of 2005（1.5 times of variance）

5 结论

（1）利用Sato单次散射模型和庆新台近场数字地震记录，研究大庆林甸地震序列尾波Q值的变化特征，得到Q值随频率的变化关系为Qc=36.58±8.67f（0.9787±0.0837）。从Qc值演变过程看，以2005年7月26日2.5级地震为分隔点，序列早期时段地震的 Qc值随时间的变化起伏较大，而序列后期变化相对稳定，平均值相对较低，余震活动水平也较低，与张北、岫岩（王勤彩等，2004；王伟君等，2004）两次地震序列后期相对平静时段的特征相似，意味着林甸地震序列在主震后逐渐转入平静时段。这表明，主震发生时应力高度集中和增强，主震后由于作用在地壳韧性层的应力得到释放，从而介质松弛，以至于反映其介质衰减特性的Qc值减小。

（2）从大庆地震台网的记录看，林甸地震序列的明显特征是衰减速度较快。庆新台距离震中仅20 km左右的位置，而台网常规平均震中距为40 km，近距离监测保证了林甸地震监测结果精准丰富，被检测到的余震级别、频次及数量准确完善。地震序列表现为突发性强，无前震活动。

（3）通过对大庆地区尾波Qc值的分析说明，震源区的构造活动在强震后进入相对稳定状态，地震活动性减弱。由分析结果可知，对尾波Qc值变化分析可作为地震趋势研究的依据。

本文结果采用浙江省地震局朱新运、中国地震台网中心刘杰研制的尾波分析软件进行计算，在此表示感谢。

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Reserch of Qcvalue of codawaves characteristics about M5.1 earthquake sequences of Daqing Lindian

Liu Changsheng1），2）and Wei Xiaohong3）
1） University of Science & Technology of China，Hefei 230026，China
2） Earthquake Administration of Heilongjiang Province，Harbin 150090，China
3） Daqing Seismic Station，Heilongjiang Province 163414，China

Based on Sato single scattering model ，using of near field digital seismic waveform data recorded by Daqing on July 25，2005，we calculated and got the result of the variation of crustal medium coda value after Lindian M5.1 level，fi tting the dependency relationship between Daqing Lindian earthquake sequence of coda wave value and frequency for Qc= 36.58±8.67 f（0.9787±0.0837）.We analyzed the variation characteristics of the earthquake aftershock sequence coda value of Daqing area in 2005 July to 2006 february months.The results show that，after the main shock，the sequence of coda wave Qcvalue changed signifi cantly.

Sato model，coda elapsed time，seismic sequence Qcvalue of coda

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.01.003

刘长生（1981—），男，中国科学技术大学在职研究生，工程师，主要从事地震预报工作

黑龙江省地震局一般性课题（201402）

本文收到日期：2014-09-18