辽宁地区S波非弹性衰减Q值及台站场地响应研究

李恩来，王承伟，王 帅，安祥宇

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

辽宁地区S波非弹性衰减Q值及台站场地响应研究

李恩来，王承伟，王 帅，安祥宇

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

利用辽宁省地震台网2009—2014年所记录到的39个地震事件，震级为ML3.2～4.6，研究了辽宁地区S波非弹性衰减Q值和台站的场地响应，得到辽宁地区的Q值和频率之间的关系Q（f）= 552.7f0.2801。说明辽宁地区处于Q值的中等范围，地震活动性相对较低；同时得到了32个台站的场地响应，大部分台站的场地响应基本在1附近，无明显的场地放大效应。

Q值；地震活动性；场地响应；衰减

0 引言

随着我国数字化台网的建设和不断完善，数字化的地震观测资料愈加丰富，为地震学的研究带来了很大便利。但数字化地震波包涵了震源效应、传播路径效应、仪器效应、场地响应等。利用数字地震台网记录的大量地震波资料提取地震的中小地震震源参数，如地震矩、应力降、震源尺度等，对地震预测和地震危险性研究具有重要意义，而场地的低频放大作用容易使震源原来的拐角频率被掩盖，而拐角频率将直接影响应力降的结果[1]。因此，给出与频率有关的台站场地响应，可提高估算中小地震震源参数的准确性。

许多研究表明，基岩台站在地表并不完全没有场地响应，也就是说，台站的场地响应不为1。Atkinson等（1992）利用多台、多地震联合反演方法计算了台站的场地响应，但得到的场地响应为相对场地响应，并且基本与频率无关[2-3]。Moya等（2000）、刘杰等（2003）提出利用遗传算法联合反演场地响应的方法弥补了Atkinson方法的局限性[4-5]。该方法首先对地面运动的位移谱进行传播路径校正，然后去仪器响应，并假设同一台站对不同地震事件的场地响应相同。在此基础上，利用遗产算法搜索Brune模型[6]给出地震震源参数，使由不同地震得到的同一台站的场地响应标准差最小，从而得到台站的场地响应。

本文利用辽宁区域数字地震台网记录到的39个ML＞3.0地震的S波资料，用Atkinson方法得到了辽宁地震的非弹性衰减Q值，并用Moya方法得到了辽宁台网32个台站的场地响应，并对结果进行了讨论。

1 资料的选取和处理

本文选取了辽宁地区（117～128oE，38～44oN）39个天然地震事件，并对所记录的应用‘S窗’进行分析。‘S窗’为包括S波总能量的90%的时间段。采用平移谱窗的方法可获得同样频率间隔的观测信号的傅里叶谱。具体做法为把S窗内的波形信号分成若干个包含256个采样点的小段，并使相邻信号段有50%的重叠。本文计算地震波形的采样率为100Hz，信号段长度为2.6s。在每一段信号的起始和末尾各加5%的cos边瓣，这样得到的傅里叶谱的频率间隔为0.196Hz。最后对信号进行仪器校正，得到整个S窗内信号的振幅谱[7～12]。

式中，n（f）是经过仪器校正的256个数据点的噪声傅里叶谱。然后得到经过校正的振幅谱：

由于辽宁省数字地震台网的资料是速度记录，最后还需要把V（f）除以2 fπ ，把速度谱转换成位移谱。对S波的2个水平分量分别进行上述处理，得到S波水平分量合成的位移谱：

2 方法原理

在台站j的地震仪记录的第i个地震的地震图在时域t里可用下式表达：

对式（5）进行傅里叶变换，可得频域表达式为：

由于采用多台多震源的联合反演，因平均效应，消除了震源辐射图像的影响，因此上式中不再出现震源辐射图像的影响，同时可采用一定的方法标定，可从地震波之前的地震仪器记录取得，则公式变为：

首先假设1R， 2R的初始值，求解其他参数，然后，调整1R， 2R 的初始值重新反演，直至使ε不再减小，选取1R，2R的初始值：

反演计算时将采用SH波记录，因此需要使用地震相对台站方位角，在水平坐标系内对S波进行旋转的SH波位移。

将（7）、（8）两式整理得：

（2）用遗传算法求得使ε最小的1b，2b，

这里jm 为第j个台站记录到的地震数目。

对各中心步骤kf重复以上步骤，得到一系列的对各kf 的1b，2b，3b求平均，得到1b，2b，的值，由一系列的进行回归计算得到根据已有的一些研究，一般

3 计算结果

根据Atkinson方法得到的辽宁地区的Q值。如图3所示，得到的Q值拟合结果较好。通过遗传算法得到辽宁台网32个台站的场地响应，如图4所示。

4 结果分析

本次计算得到了辽宁地区的非弹性衰减Q值和33个台站的场地响应，从图4中可见，大部分台站的场地响应都在1附近，其中HSH（横山）、LHT（老虎台）两个台站的低频放大效应较明显，在2倍左右，HSH台基为石英岩，LHT台基为花岗片麻岩，其放大效应可能与台基有关；Q值在中等水平，地壳结构相对稳定，地震活动性相对较弱。

本次计算得到的非弹性衰减Q值和台站的场地响应，为计算中小地震震源参数打下了基础，目前我省台网中心可在地震发生后1～2小时内快速产出中小地震震源参数。

[1] 赵韬，李少睿，王莹.陕西省地震动衰减及台站场地响应研究[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] 刘杰，郑斯华，黄玉龙.利用遗传算法反演非弹性衰减系数、震源参数和场地响应[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] 陈继峰，赵翠萍，杨立明.甘肃地区S波非弹性衰减Q值研究[J]. 地震，2010，30（1）：125-130.

[8] 丁风和，高立新.用遗传算法反演内，蒙古中西部地区的Q值和场地响应[J].华北地震科学，2005，23（1）：22-26.

[9] 范军，刘杰，郑斯华,等.用经验格林函数方法研究台站的场地响应[J].四川地震，2012（1）：9-16.

[10] 高立新，郑斯华.内蒙古中西部地区中小地震震源参数反演和相互关系探讨[J].地震研究，2004，27（4）：296-300.

[11] 华卫，陈章立，郑斯华.利用不同方法估算流动台站的场地响应[J].地震，2010，30（3）：30-43.

[12] 刘丽芳，苏有锦，刘杰，等.用Moya方法反演云南数字地震台站场地响应[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

辽宁省地震局科研项目“地震预警定位算法研究”资助（LK-K201504）

2016-07-06

2016-10-28

李恩来(1983-)，男，黑龙江省拜泉县人，2010年毕业于中国地震局工程力学研究所，硕士研究生，工程师，现主要从事地震监测、地震预警等方面的研究工作。E-mail：enlai_li@163.com