毛華鋒，張義德，仇中陽，陳 健

(1.江蘇省溧陽地震臺，江蘇 溧陽 233333;2.浙江省舟山地震臺，浙江舟山 316000;3.江蘇省淮安地震臺，江蘇 淮安 223001)

江蘇省地處江淮、黃淮沖積和湖積平原，區(qū)域沉積厚度由西向東逐漸增加，覆蓋層厚度淺的十幾米，厚者數(shù)千米。獨特的地理位置、工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展所帶來的地震觀測環(huán)境干擾大、背景噪聲高等因素給地震觀測造成一定影響。為了解決經(jīng)濟建設(shè)與地震觀測環(huán)境保護這一矛盾，“十五”期間江蘇投入大量的人力物力增上了一批深井地震觀測設(shè)備，有效地改善了地震觀測環(huán)境，提高了地震監(jiān)測能力。目前江蘇測震臺網(wǎng)內(nèi)既有地面觀測儀器，也有井下觀測儀器，兩種觀測儀器擺放的位置不同，用其記錄的數(shù)據(jù)計算出的各個地震參數(shù)也不一樣。關(guān)于井下地震觀測與地面地震觀測的差別，已有了許多研究［1-4］，但這些研究是利用一個深井觀測臺站計算的結(jié)果進行對比，難免存在一定的局限性。本文利用江蘇測震臺網(wǎng)內(nèi)的多個深井觀測臺站與多個地面觀測臺站觀測的數(shù)據(jù)進行計算來加以對比研究，其結(jié)論具有一定代表性。我們利用地震波觀測數(shù)據(jù)進行有關(guān)震源的物理量參數(shù)計算。地震波傳播與傳播路徑和地殼介質(zhì)特性有關(guān)，加上震源參數(shù)計算中對地震波震相識別精度要求相對不高，這樣對于許多深井觀測中初動不是十分清晰的地震波資料就可以得到利用，就能夠計算有關(guān)震源的物理量參數(shù)，而這些震源參數(shù)的變化還反映出地震前后的震源區(qū)應(yīng)力變化，所以震源參數(shù)的研究在地震預報方面得到廣泛應(yīng)用［5］。因此，研究地面觀測與深井觀測的震源參數(shù)差別并加以校正，為江蘇的地震預報工作提供真實可靠的觀測數(shù)據(jù)，具有一定的意義。

1 測震臺網(wǎng)情況和震源參數(shù)計算公式

從構(gòu)造上分，江蘇北部為蘇北平原，中部為下?lián)P子盆嶺帶，南部為丘陵山崗。構(gòu)造總體上呈北東、北東東走向，凹陷內(nèi)有隆起，隆起中也有凹陷，組成了復雜的構(gòu)造環(huán)境。江蘇區(qū)域測震臺網(wǎng)內(nèi)的地震觀測臺站共有40個，分布在蘇南、蘇中和蘇北3個區(qū)域。為了保證研究的資料一致性和井下、地面觀測的可比性，從全省地震臺網(wǎng)選中了地形地貌和構(gòu)造條件基本相似的11個臺站(地震臺站分布參見圖1)，其中井下觀測的有6個，地面觀測的有5個。這些臺站分布在蘇北平原內(nèi)，位于江蘇北部凹陷及凹陷邊緣地帶。所有地震觀測儀器均為“十五”數(shù)字化改造增上的儀器，儀器記錄頻帶寬(除淮安臺記錄儀為1～20 Hz，外)都在1～60 Hz，靈敏度高(參見表1)、采樣率為100次每秒，地震信號的采集、處理過程使用統(tǒng)一的處理軟件，這樣可減少不同儀器和系統(tǒng)產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。震源參數(shù)是描述地震在發(fā)生時震源區(qū)的物理量［6］。從運動學角度考慮，參數(shù)有斷層尺度、斷層面破裂傳播速度和傳播方式。我們采用圓形模型，圓形半徑為尺度參數(shù)，斷層破裂傳播方向和傳播速度以及由此得到的斷裂面積等參數(shù)，這些地震破裂過程中的參數(shù)是地震的運動學重要參數(shù)。地震靜力學參數(shù)有錯距和地震矩，錯距是地震前后斷層錯開的距離，而地震矩反映了斷層形成前后震源狀態(tài)變化，動力學參數(shù)還有地震能量、視應(yīng)力、應(yīng)力降、矩震級等。

本文根據(jù)布龍的圓位錯模式計算震源參數(shù)，它們有下述關(guān)系:

圖1 江蘇北部臺網(wǎng)部分臺站分布

表1 江蘇北部測震臺網(wǎng)部分臺站場址及儀器參數(shù)

(1)式中M0為地震矩，Ω(0)是由地震位移譜確定的波譜零額值。p是介質(zhì)密度，p=2.8 g/cm3。r為震源距。V是震源區(qū)P波或S波的速度，分別取為Vp=6.0 km/s和Vs=3.5 km/s。R為輻射圖型因子，這里取平均值0.63(由于參與計算的臺站位于不同的方位，計算結(jié)果為多臺平均值，可有效消除S波輻射圖形影響);Pc為地震波的路徑校正Pc=c.e-πft/Q，C為自由表面影響因子，按一般算法取C=2，f為主頻率，t為地震波走時，Q為介質(zhì)的品質(zhì)因子，根據(jù)對江蘇及鄰區(qū)的研究成果，Q值平均取為300。(2)～(5)式中r是震源的等效圓位錯半徑，f0(p，s)是P波或S波的拐角頻率，V(p，s)是震源區(qū)P波或S波的速度?！鱠為應(yīng)力降，A為斷層面面積，U是斷層面上的錯動距離。μ為切變模量，取μ=3.4×10 dvn/c。

2 資料選取與數(shù)據(jù)處理方法

江蘇數(shù)字地震臺網(wǎng)于1999年開始運行，后經(jīng)“九五”和“十五”建設(shè)項目的實施，臺網(wǎng)技術(shù)指標得到不斷完善，2009年以后地震臺網(wǎng)的觀測能力得到了提升。本文的分析資料取自江蘇北部地震臺網(wǎng)內(nèi)11個臺站(臺站分布和儀器技術(shù)參數(shù)參見表1)。根據(jù)2009年10月以來，ML2.8～5.2級的80個地震共計2 640條地震波形記錄數(shù)據(jù)，進行分析篩選，最后選擇了震中距臺站距離在20～280 km范圍的地震波記錄清晰、信號噪聲小的31個地震，1 026條地震波形數(shù)據(jù)進行計算。計算前剔除個別數(shù)值變化大的記錄。先將井下擺臺站和地面擺臺站的地震記錄波形進行識別和地震波形數(shù)據(jù)格式進行處理［7，8］，用MATLAB程序?qū)Ω袷睫D(zhuǎn)換后的地震波形數(shù)據(jù)進行回放，在事件波形的回放過程中扣除各臺的儀器響應(yīng)，進行地震波形的零點校正、傾斜校正和高通濾波?；胤藕蟮牡卣鸩ㄐ沃苯臃从沉说孛孢\動速度(單位:cm/s)。震源參數(shù)計算主要是采用對S波計算，S波取值從S波起始至S波衰減，數(shù)據(jù)窗長20s，用快速傅里葉變換(FFT)對S波窗數(shù)據(jù)計算地震波位移譜。根據(jù)地震位移譜的低頻部分確定波譜零頻值W(0)計算地震矩，由譜的高低頻漸近線確定頻譜的拐角頻率f0(圖2)，地震距和拐角頻率計算均為兩水平分量的平均結(jié)果。對每一個地震，先對記錄到該地震的各臺資料計算出結(jié)果(表2)，圖2～4和表2分別是2010年7月19日如東4.6級地震、2012年4月8日金湖4.1級地震、2012年7月20日高郵、寶應(yīng)交界的5.3級地震地面觀測和井下觀測臺站水平分量合成位移譜和震源參數(shù)的計算結(jié)果。再將地面觀測臺站和井下觀測臺站計算出來的各個震源參數(shù)求均值并進行對比。計算結(jié)果見表3。

表2 三次4級以上地震震源參數(shù)計算結(jié)果

表3 地面擺與井下擺的震源參數(shù)差值

3 結(jié)論與討論

通過對江蘇北部部分區(qū)域地震臺站觀測資料分析所得到的的震源參數(shù)(表3)，可以得到如下結(jié)論:(1)地面測震儀器觀測得出的拐角頻率、地震矩、斷層錯距、應(yīng)力降以及矩震級要大于井下測震儀器觀測計算出的相應(yīng)的震源參數(shù)。斷層錯動的尺度參數(shù)和斷層的破裂面積小于井下觀測計算結(jié)果;(2)地面測震儀器與井下測震儀器的震源參數(shù)的平均差值分別為:拐角頻率f0是0.397 Hz，地震矩M0是8.642×1014N·m，尺度參數(shù)(震源的等效圓位錯半徑)和斷層破裂面積是-0.126 km、-0.221 km2，斷層錯距的差值為2.268 cm，應(yīng)力降差值為:2.033 MPa，矩震級差值為:0.32級;(3)震源參數(shù)差值的變化幅度有高有低，其中地震矩的變化幅度最大，在0.038×1014～63.532×1014N·m之間，矩震級的差值變化較小，在0.02～0.87級之間。拐角頻率的差值范圍是0.03～1.909 Hz;(4)一般震級大、震中遠的地震震源參數(shù)差值中的地震距、斷層錯動尺度參數(shù)、斷層錯動面積、斷層錯動矩和應(yīng)力降變化較大。

上述結(jié)論表明，影響地震震源參數(shù)的主要因素是地震位移譜，在同一震源、同一地震的破裂方式、同一地震能量大小的作用下，出現(xiàn)地面觀測與井下觀測兩種不同的震源參數(shù)結(jié)果可能與地面觀測和井下觀測不同觀測環(huán)境、場地響應(yīng)有關(guān)。關(guān)于地面觀測儀器和井下觀測儀器的場地響應(yīng)研究將在今后的工作中做更為深入的研究。

［1］仇中陽.淮陰地震臺井下擺水平方向的偏差研究［J］.地震學刊，1994，13(4):37-40.

［2］李留藏.井下地震儀的軟定向［J］.地震地磁觀測與研究，1992，13(4):57-62.

［3］仇中陽，鄭照福，周政，等.淮安井下測震的偏差及校正［J］.地震地磁觀測與研究，2006，27(8):40-50.

［4］徐元耀.大豐地震臺井下擺震級偏差及臺站校正［J］.地震地磁觀測與研究，1993，14(3):33-36.

［5］趙翠萍，陳章立，華衛(wèi)，等.中國大陸主要地震活動區(qū)中小地震震源參數(shù)研究［J］.地球物理學報2011，54(6).

［6］中國地震局監(jiān)測預報司.實驗場區(qū)地震預報新技術(shù)新方法［M］.北京:地震出版社，2002.

［7］葉建慶，張建國，楊品瓊，等.紅河斷裂帶兩側(cè)地塊地震震源參數(shù)研究［J］.地震研究，2007，30(3):241-247.

［8］葉建慶.滇西實驗場微震衰減與場地響應(yīng)［J］.地震研究，1993，16(1):1-11.