河北地区中小地震震源参数的相关性研究

蔡玲玲，赵英萍，李冬圣，常 亮，温 超，王莉婵

（河北省地震局，河北 石家庄 050021）

河北地区中小地震震源参数的相关性研究

蔡玲玲，赵英萍，李冬圣，常 亮，温 超，王莉婵

（河北省地震局，河北 石家庄 050021）

采用Brune的圆盘震源模型，反演计算得到2009年1月—2015年1月河北地区ML≥2.0级88次中小地震的震源参数，并研究震源参数进行系统的分析和研究。结果表明：近震震级ML与地震矩M0和矩震级Mw之间呈现出较好的线性关系。拐角频率明显呈现出随着震级的增大而显著减小的特征。河北地区中小地震应力降的优势主要分布在0.1～5MPa之间，并体现出在小震区域应力降分布较为集中，随着震级的增大，分布较为的离散现象。

震源参数；地震矩；矩震级；拐角频率；应力降

0 引言

震源参数通常是用来描述震源力学特征被称为地震新参数，主要包括矩震级MW、地震矩M0、地震应力降 σΔ 、震源尺度r等[1]，这为定量研究地震提供了新的手段。震源参数的时空变化是地震孕育、发生、发展规律的研究基础，已成为区域中强以上地震的分析预报所需要的基础性资料之一，一直是地震学中重要的研究领域[2]。要求得震源参数，就必须在地震观测谱中精确扣除台站场地响应、传播路径效应、仪器响应以及噪声的影响[3]。

我国早期受观测条件和技术的影响，对震源参数的研究仅仅局限在极个别有条件的地区针对余震序列开展，想要大量和准确完成震源参数的测定是很难想象的[4]。随着数字化地震台网在全国陆续建设，目前各省级测震台网固定台站分布日趋加密，并能和邻省台站的数据充分共享，在提升监测能力的同时还提高了每一个地震事件的定位精度。近年来，我国地震工作者开展了震源参数的研究，他们分别反演计算了各自研究区域的地壳平均非弹性衰减以及相应的台站场地响应，对计算得到的震源参数进行了分析[5-7]。

1 数据及分析

河北省区域数字监测台网在“十五”数字化网络改造升级项目完成后，台站数增加到53个，同时还接收周边台站的实时数据，其中包括北京、天津、山西、山东、内蒙古、辽宁、河南以及地球所共计101个台站的数字信号。所有台站主要安装BBVS-60、FSS-3DBH和3ESPC-60型三分向宽频带速度地震仪，均使用24位EDAS-24IP和CMG-DM24数据采集器，信号采样率为100Hz。最终采用了146个台站进行震源参数的联合反演计算。

依据地震至少被3个以上地震台站记录到，而且每个台站至少有三个地震记录的原则，从2009年1月—2015年1月河北地区ML≥2.0级的地震中，筛选出通过信噪比计算的88次地震事件，其中ML2.0～2.9级地震28次；ML3.0～3.9级地震51次；ML4.0～4.6级地震9次。

2 计算方法

要得到河北地区地震的震源参数，首先必须计算这一地区地震波衰减特征和所使用台站的场地响应。目前是采用三段几何衰减模型来计算传播路径的影响[10]。采用多台、多地震联合反演的方法计算出各个台站的场地响应[12]。

计算地震波非弹性衰减和台站场地响应之后，通过对台站记录扣除传播路径效应、场地响应和仪器响应的因素影响，得到地震序列中每个地震的震源谱。对于某个地震事件就可以得到第j个台站记录的该地震的震源位移谱，再对台站得到的震源谱求平均，即为该地震的震源位移谱。

利用遗传算法对震源位移谱进行拟合，进而得到震源谱参数即零频极限和拐角频率。再依据Brune的圆盘震源模型，由得到的震源谱参数零频极限和拐角频率，采用下列表达式计算出地震矩、震源半径和应力降等震源参数：

3 震源参数计算结果

利用河北区域台网资料，首先应得到河北地区介质品质因子Q值与频率f的关系。根据前期本作者的研究，已反演计算出河北地区的Q值（图1）为：，以及各个台站的场地响应。

通过以上计算，得到河北地区88个地震的震源参数，反演计算结果见表1。计算震级范围ML2.0～ML4.6；零频极限值范围：0.2～318.576μm·s；拐角频率 范围：2.319～15.0Hz；地震矩M0范围：7.11×1011-1.13×1015N·m；矩震级Mw范围：Mw1.8-Mw4.0；应力降 σΔ变化范围：0.059～12.883MPa；震源半径范围：86.899～562.141m；使用台站数为3～59个。

表1 河北地区震源参数

日期（年月日）经度( °)纬度（ °）震级（ML）零频极限（μm·s）拐角频率（fc/Hz）地震矩（N·m）矩震级（Mw）应力降（Mpa）震源尺度（m）所使用的台站个数台站最大张角( °) 20141014 118.663 39.759 4.0 55.883 3.975 1.98E+14 3.5 2.460 327.908 39 109.91 20141118 115.627 40.520 3.3 6.935 10.245 2.46E+13 2.9 5.226 127.236 38 30.35 20141118 115.636 40.520 3.3 6.859 9.727 2.43E+13 2.9 4.425 134.002 44 24.90 20141127 115.491 38.024 3.2 5.291 5.794 1.88E+13 2.8 0.721 224.953 16 98.42 20141127 115.297 37.755 3.2 4.042 6.972 1.43E+13 2.7 0.960 186.969 17 63.10 20141128 115.549 40.317 2.8 2.008 11.561 7.12E+12 2.5 2.175 112.743 17 76.56 20141225 116.093 38.573 3.4 8.689 5.206 3.08E+13 2.9 0.859 250.388 19 106.44 20141225 116.046 38.609 3.4 10.982 4.775 3.90E+13 3.0 0.838 272.969 34 110.21 20141229 118.760 39.701 3.5 12.513 6.200 4.44E+13 3.0 2.090 210.246 22 184.10 20150116 118.775 39.848 2.6 2.203 9.380 7.82E+12 2.5 1.274 138.969 6 176.53 20150127 117.459 39.624 2.6 1.632 11.077 5.79E+12 2.4 1.554 117.675 10 218.30 20150129 118.933 39.215 3.0 2.679 9.350 9.50E+12 2.6 1.534 139.417 6 284.47 20150131 116.501 39.548 3.1 6.648 5.154 2.36E+13 2.8 0.638 252.930 52 45.04 20150202 115.677 40.703 2.8 2.673 9.327 9.48E+12 2.6 1.520 139.750 22 86.40 20150215 118.964 39.956 2.8 2.628 6.932 9.32E+12 2.6 0.614 188.039 9 137.87 20150219 114.952 39.803 2.6 1.244 12.014 4.42E+12 2.4 1.512 108.498 23 71.90 20150228 116.618 39.150 3.4 12.413 4.694 4.40E+13 3.0 0.900 277.709 42 96.84 20150305 116.783 38.947 3.5 12.325 7.807 4.37E+13 3.0 4.110 166.969 55 39.09 20150322 118.640 39.770 3.3 7.209 5.838 2.56E+13 2.9 1.005 223.272 28 105.97 20150413 114.853 40.636 3.2 5.041 6.977 1.79E+13 2.8 1.200 186.837 19 59.76 20150418 118.317 39.694 3.2 7.549 5.859 2.68E+13 2.9 1.064 222.489 29 87.79 20150418 118.320 39.716 3.2 6.207 4.453 2.20E+13 2.8 0.384 292.697 6 169.60 20150419 116.255 38.931 3.6 15.333 7.762 5.44E+13 3.1 5.026 167.928 59 29.21 20150502 118.502 39.704 2.2 0.641 10.113 2.27E+12 2.2 0.465 128.888 4 208.03 20150506 116.299 39.491 2.2 0.764 7.179 2.71E+12 2.2 0.198 181.557 8 242.20 20150507 119.279 40.221 2.0 0.522 10.232 1.85E+12 2.1 0.392 127.387 5 248.60 20150514 114.576 36.434 2.0 0.200 7.471 7.11E+11 1.8 0.059 174.471 3 163.37 20150516 114.814 42.029 2.0 0.241 15.000 8.56E+11 1.9 0.571 86.899 4 266.32 20150520 115.807 40.295 2.0 0.534 9.281 1.90E+12 2.1 0.299 140.451 8 86.44 20150520 114.282 40.429 2.0 0.428 10.300 1.52E+12 2.1 0.328 126.555 6 106.19 20150521 114.519 40.657 2.9 2.637 6.734 9.35E+12 2.6 0.564 193.555 31 76.60 20150521 114.525 40.655 2.0 0.311 15.000 1.10E+12 2.0 0.735 86.899 6 220.89 20150524 118.740 39.820 2.3 0.708 12.285 2.51E+12 2.2 0.920 106.105 5 253.80 20150526 115.150 39.383 2.4 0.940 15.000 3.34E+12 2.3 2.225 86.899 11 96.56 20150527 118.723 39.723 2.1 0.378 10.378 1.34E+12 2.0 0.296 125.601 3 209.94 20150703 117.413 39.718 2.8 3.227 14.073 1.14E+13 2.6 6.304 92.621 36 47.68 20150705 115.420 40.287 3.8 25.400 5.263 9.01E+13 3.2 2.596 247.649 52 32.00 20150707 118.793 39.837 2.9 2.947 9.228 1.05E+13 2.6 1.623 141.249 16 116.50 20150712 113.705 40.621 2.4 0.970 9.960 3.44E+12 2.3 0.672 130.868 6 169.92 20150720 114.296 38.877 2.3 0.607 10.848 2.15E+12 2.2 0.543 120.163 6 183.25 20150725 113.885 38.105 2.9 1.945 15.000 6.90E+12 2.5 4.600 86.899 17 152.54 20150804 116.867 39.440 2.4 1.096 10.923 3.89E+12 2.3 1.001 119.336 6 232.65 20150813 118.415 39.761 2.6 2.676 5.960 9.49E+12 2.6 0.397 218.718 11 124.43 20150815 116.767 42.171 2.6 0.988 15.000 3.51E+12 2.3 2.338 86.899 9 128.57

4 震源参数之间关系

地震矩是对断层滑动所引起地震强度的直接测量，是震源区非弹性形变不可恢复的量度，主要是由地震波振幅的频成分的大小决定的，体现震源处破裂的大小[11]。在对标量地震矩取10的对数后，用最小二乘法拟合近震震级ML和地震矩M0之间的关系，M0与ML之间呈现出很好的线性关系（图2），关系式为Log10M0=1.0804ML+9.9025，相关系数为：0.9654。

拐角频率微弱的变化将对其它震源参数有着显著影响，尤其是应力降的结果。本次研究中震源谱的零频水平及拐角频率是由遗传算法搜索得到的，排除了目视读数的误差影响。同时，由于每个地震震源谱是由多台平均得到的，消除了震源的方向性效应。图3为拐角频率cf与ML震级的关系图，显示cf与ML之间没有呈现线性关系，但是可以明显看出随着震级的增大，拐角频率显著减小的特征。

应力降是表征地震发生瞬间错动时位错面上的应力变化，通过研究应力降可以了解地震过程中的应力释放水平。图4显示出河北地区88次中小地震的应力降优势主要分布在0.1～5MPa之间。当ML＜4.5时，应力降分布较为集中，显示出对ML有较弱的依赖；当ML＞4.5时，地震的应力降不依赖与ML，分布较为的离散。

矩震级是地震大小的绝对力学标度，体现的是形变规模大小的量度，由于没有饱和现象，所以适用于震级尺度很宽的计算。根据本次研究得出的MW震级，初步得出了与ML震级线性相关关系式：MW=0.71374ML+0.55446，计算结果拟合的线性关系良好。矩震级MW与ML震级之间的线性关系见图5。

5 结论

利用河北省数字台网2009年以来88次中小地震，扣除台站场地响应、传播路径效应、仪器响应计算出震源参数，并给出震级与参数的关系式。

地震矩M0与ML之间呈现出很好的线性关系，关系式为Log10M0=1.0804ML+9.9025，相关系数为：0.9654。拐角频率cf与ML之间并没有呈现线性关系，但是呈现出震级越大，拐角频率显著减小的特征。研究区应力降 σΔ变化范围为0.059～12.883MPa，当ML＜4.5时，应力降分布较为集中，显示出对ML有较弱的依赖；当ML＞4.5时，应力降明显不依赖与ML，分布离散。矩震级Mw与ML震级计算结果拟合的线性关系良好，关系式为Mw=0.71374ML+0.55446。

随着河北地震台网还在陆续的建设，站点密度会更高，布局会更加合理，可以开展更加精细的震源参数方面的研究，提升测震台网的服务能力。

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CORRELATION STUDY OF SEISMIC SOURCE PARAMETERS OF SMALL AND MEDIUM SIZED EARTHQUAKES IN HEBEI AREA

CAI Ling-ling，ZHAO Ying-ping，LI Dong-sheng，CHANG Liang， WEN Chao，WANG Li-chan

（Earthquake Administration of Hebei Province, Hebei Shijiazhuang 050021，China）

act: Disk source model using Brune, Inverse calculation of the source parameters in Hebei area in January 2015 January 2009, ML2 grade 88 small earthquakes, The analysis and Research on the system of seismic source parameters are also studied. Results show: A good linear relationship was found between the MLand the seismic moment M0and the moment magnitude Mw. The corner frequency is obviously decreased with the increase of magnitude. The advantages of small and medium earthquake stress drop in Hebei area are mainly distributed in 0.1～5MPa, And the stress drop distribution in the small earthquake area is more concentrated, with the increase of the magnitude, the distribution of the discrete phenomenon.

s: earthquake source parameter; seismic moment; moment magnitude; corner frequency; stress drop

P315.3

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.04.016

1674-8565（2016）04-0091-06

河北省地震局地震科技星火计划项目（DZ20140714052）

2016-05-16

2016-08-25

赵英萍（1968-），女，高级工程师，现主要从事地震监测等研究工作。E-mail：lifeplayerol@sina.com

蔡玲玲（1983-），女，河北省临城县人，2010年毕业于西南科技大学，工程师，现主要从事地震监测工作。

E-mail：caill9911@163.com