利用SSR法研究钟祥台Lg波尾波衰减特征

赵 瑞 朱新运 李俊超

1 中国地震局地震大地测量重点实验室, 武汉市洪山侧路40号,430071 2 湖北省地震局，武汉市洪山侧路48号,430071 3 浙江省地震局，杭州市塘苗路7号,310013

Lg波是携带地震波能量的主要成分，因而常被用于研究地壳浅层介质的地震波衰减，其波形可以被区域性短周期宽频带地震仪清晰地记录到。本文使用单台叠加频谱比法(简称SSR法)[1]进行计算，该方法将Lg波尾波部分分割成等长数据并计算傅氏谱，在频率域建立频率与对应谱平均幅度之间的关系，通过拟合获得衰减参数。该方法可以极大地削弱在频谱叠加过程中与地壳介质固有衰减部分无关的物理效应，从而突出台站下面地壳介质的固有衰减部分[2-3]。

本文研究对象为钟祥台。钟祥台是国家台，每年出现Lg波的地震虽然不是很多，但可以从以往的地震目录中找出符合震中距范围内的区域地震来研究Lg波尾波的衰减特征，以便发现台站下面的地壳结构中影响地震波衰减的主要成分。

1 构造背景

钟祥地震台位于钟祥市东10 km处的盘石岭林场内。台站在地质构造上位于鄂中北北西向断裂系统东侧，大洪山隆起西南缘，台基为晚白垩系钙质砾岩，胶结完好，台站西侧为晚中生代北北西向的汉水地堑带。主要断裂分布如图1所示。

图1 钟祥地区的大地构造和主要断裂分布

2 数据资料及处理

2.1 数字地震波资料基本情况

使用钟祥台记录的2010～2020年发生在湖北区域内的地震。在数据选择上，首先保证各记录波形具有清晰的Lg波尾波，其次排除震中距过大、震级过小的地震，最后截取数据时确保地震波形两端有一定长度的背景噪声。由于湖北处于弱震区，为了准确呈现研究结果，从50个地震中选择30个震级较大的作为研究对象。使用SSR方法时只需要用到地震事件的垂直分量，同时在单台数据计算中，Lg波尾波的起算点选为2TS(TS代表S波的走时)，当尾波小于背景噪声水平时可作为Lg波的截止点(通常在P波前选择一定时间段数据作为背景噪声水平)，按照等长时间窗及固定移动步长依次截取信号数据，计算信号与噪声的均方根振幅比，当信噪比小于设置初值时视为有效尾波窗。由于距离台站不同方位发生的地震不同，故尾波走时不同，因此，在设定理论固定长度的基础上，人工微调起止点，以减小计算误差。

2.2 资料处理

利用SSR方法对钟祥台记录的周边地震Lg波尾波进行衰减分析，首先将evt格式的数据统一转换为软件读取的asc格式，之后举例说明方法和资料处理的过程(图2)。使用的震例震情信息如下：发震时刻为北京时间2019-12-26 18：36：34，地点为湖北孝感市应城市杨岭镇(30.87°N，113.40°E)，震级为M4.9，震源深度为10 km。图2中Tnoise为根据噪声水平截断信号点，实际计算使用的是尾波截断点TLg-end，TLg-coda为尾波起算点，TP为纵波走时，TS为横波走时[4]。图2中红色线条代表程序自动识别的P波和S波到时以及尾波的起算点，绿色线条为手动调整的起算点，一般信噪比高的地震二者会重合，其余地震需要手动调节才能得出结果。

图2 使用SSR方法时Lg波尾波时间关系

图3为利用SSR方法分析单个地震事件结果，图中“+”表示各不同频率处的实测SSR值，实线为拟合结果。经拟合计算Q0=693.00，运用固定速度窗方法截取Lg波段[5]，速度窗上限设置为3.65 km/s，下限设置为2.60 km/s。对截取得到的Lg波段补零至2的整数次方倍长，用快速傅里叶变换计算傅氏谱，同时在P波初动前取与Lg波等长数据段作为噪声(图2)计算信噪比。将信噪比在研究频率范围内大于2的数据作为有效数据，对Lg波的傅氏谱以3个频率采样步长平滑Lg波谱(图4)。为防止谱泄漏，在两端再加2%的余弦窗进行傅里叶变换、仪器校正、几何衰减校正等。

图3 利用SSR方法分析单个地震事件

图4 图3中Lg波速度窗截取分段的波谱图

3 结果与分析

考虑到发生在湖北境内的地震不多，从历年来台站记录到的50个地震中筛选出30个震级稍大的作为研究对象，减去区域叠加的部分，最终形成以钟祥台为中心的16个辐射状的路径(编号1～16)，研究台站周边区域构造活动的断裂带Q0值变化情况，结果如图5及表1所示。可以看出，路径3、4、6、10、11、13、14、16所对应的Q0值范围约在130～200，表明这些路径位于断裂区，其Q0值为低值特性。路径1、2、7、9、12、15表明，在离开断裂区时Q0有上升趋势，其值在200～400之间，即构造活动明显减弱；路径5、8的Q0值大于600，显示其处在非断裂区域，构造活动强度相对较弱。

表1 地震信息

图5 钟祥台所接收的地震射线路径

4 结 语

构造活动区的Q0值并不是固定不变的[6]，而是与该地区最新的一次构造活动距现在的时间相关。Mitchell[7]认为，构造活动区裂隙密度最大，并且产生热，导致壳幔中的水热反应；流体一经释放，就会通过裂缝向上移动，并最终停留在地壳，所以构造活动区呈现低Q0值。由于裂隙充满了流体，地震波的散射加强，能量衰减，Q0值下降；之后，随着流体体积变小，Q0值上升，从而导致路径1、2所在区域Q0值有一定差异。

本文利用SSR方法计算单台记录的湖北区域地震Q0值，结果表明，Q0值分布与构造活动密切相关，较低的Q0值分布在构造活动较强的区域，主要集中在断裂周围；在远离断裂的区域其构造活动比较稳定，Q0值较高。以钟祥台为中心，其构造活动的整体分布基本呈现东低西高、南高北低的特征。