洪玉清,楊 選,龔 萱,馬曉靜,蔣 策

（1. 廣東省地震局,廣州 510070；2. 中國地震局地震監(jiān)測與減災(zāi)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510070；3. 廣東省地震預(yù)警與重大工程安全診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510070）

0 引言

2019年10月12日22時(shí)55分在廣東化州與廣西北流交界發(fā)生由兩個(gè)事件相互重疊構(gòu)成典型的同源重疊地震。廣東地震臺(tái)網(wǎng)速報(bào)結(jié)果為：前震ML4.2發(fā)生于24.59秒緯度22.26°經(jīng)度110.54°深度是13 km ,主震MS5.2發(fā)生于26.66秒緯度22.15°經(jīng)度110.52°深度是10 km,地點(diǎn)為廣東化州。速報(bào)地震工作中依據(jù)《地震速報(bào)技術(shù)管理規(guī)則》被統(tǒng)一命名為廣西北流5.2級(jí)地震,之后正式編目時(shí)修定為：前震MS4.6發(fā)生于24.59秒緯度22.155°經(jīng)度110.535°深度是13km, 主震MS5.1發(fā)生于26.66秒緯度22.149°經(jīng)度110.541°深度是9 km,參考地名修改為廣西北流、廣東化州交界。

對于發(fā)震時(shí)刻接近的兩個(gè)或多個(gè)事件,臺(tái)站記錄波形相互疊加,對每個(gè)地震事件的參數(shù)測定帶來較大影響。王登偉[1]對重疊地事件進(jìn)行了分類,給出了同源重疊事件的主要識(shí)別依據(jù)；馮雪玲等[2]利用小波包變換識(shí)別地震波形疊加的起始時(shí)刻,從而實(shí)現(xiàn)疊加地震事件的分離；李璐等[3]、譚毅培等[4]、馬曉靜等[5]利用匹配濾波技術(shù),以歷史地震事件為模板,在疊加波形中搜尋與模板相識(shí)的事件,該方法在處理余震系列和震群時(shí)具有較大優(yōu)勢,且能提高震相到時(shí)的捨取精度,特別是使用張淼等[6]的匹配濾波技術(shù)能同時(shí)匹配定位確定地震大小,但是由于前震和主震兩個(gè)地震僅差約2s,這種高度重疊事件震幅相互疊加,尤其影響后面地震的震級(jí)測量精度。本文將以此次重疊事件為例,嘗試通過理論地震波在臺(tái)站端疊加后與實(shí)際地震波形進(jìn)行比較來確定前震及主震的標(biāo)量地震矩,進(jìn)而確定矩震級(jí),以此來探索重疊地震震級(jí)的測定問題。

1 原理方法

若ui1(t)前震t時(shí)刻在i臺(tái)的位移,ui1(t)主震t時(shí)刻在i臺(tái)的位移,則依據(jù)地震波的可疊加原理,前震與主震傳播到臺(tái)站i的等效位移ui(t)可按(1)式獲得。

其中t0為主震與前震的發(fā)震時(shí)間差。再用巴特沃斯濾波器把實(shí)際波形與疊加獲得的理論波濾波到同一頻段,截取一定長度的實(shí)際波形段,按（2）式計(jì)算該波形段與對應(yīng)理論波形段的偏差和ei。

上式中tstart和tend分別為截取波形段的起止時(shí)間,Δt為理論波形段和實(shí)際波形段互相關(guān)確定的時(shí)間平移。

在震源的走向、傾向和滑動(dòng)角已知時(shí),按（3）式確定地震矩Mi,合成不同矩震級(jí)對應(yīng)的理論波形,計(jì)算對應(yīng)的偏差ei,搜索ei極小值對應(yīng)的矩震級(jí),即為第i臺(tái)的矩震級(jí)Miw,各臺(tái)站矩震級(jí)的算術(shù)平均值即為此地震矩震級(jí)Mw。

2 資料

2.1 實(shí)際觀測波形數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文選取重疊地震震相記錄簡單清晰且信噪比較高的16個(gè)近臺(tái)（見圖1）實(shí)際波形進(jìn)行預(yù)處理,去除傾斜和均值,再扣除儀器響應(yīng),然后積分為位移記錄,濾波后通過坐標(biāo)變換將E、N分量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為徑向（R）和切向（T）數(shù)據(jù)?？紤]到波形的長周期部分受背景噪聲影響相對較小,應(yīng)該選用長周期部分進(jìn)行震級(jí)搜索,但同時(shí)考慮到前震和主震發(fā)震時(shí)刻不足2 s ,因此在濾波器的選取上,決定采用頻帶為0.02～0.5 Hz的5階巴特沃斯帶通濾波器濾波,既可以濾除大部分噪聲,又可以保留能反映出兩個(gè)地震相互疊加這個(gè)信息。

2.2 震源機(jī)制

前震初動(dòng)較易讀取,共獲得64個(gè)分布較好較為可靠的初動(dòng)方向,運(yùn)用F0CMEC方法獲得其震源機(jī)制解,見表1。主震由于受前干擾初動(dòng)不易讀取,通過比較XNY、GAZ等近臺(tái)的初動(dòng),初步認(rèn)為兩個(gè)地震的震源機(jī)制相同[7]。

表1 前震震源機(jī)制解Table1 Focal mechanism solutions of foreshocks

圖1 震中及臺(tái)站分布圖Fig.1 Distribution map of epicenters and stations

2.3 速度模型及理論波形

本文采用汪榮江等開發(fā)的Qseis2006b程序[8-9]合成理論波形。程序中使用的速度模型為帶有沉積層的crust2.0模型（表2）,震源機(jī)制解為運(yùn)用F0CMEC方法計(jì)算得到的震源機(jī)制解（表2）,地震位置參數(shù)采用廣東省地震臺(tái)網(wǎng)中心統(tǒng)一編目結(jié)果。

表2 速度模型Table 2 Velocity modle

3 前震矩震級(jí)測定

根據(jù)地震編目結(jié)果可知前震和主震發(fā)震時(shí)刻相差2.07 s；但是通過讀取震相清晰臺(tái)站的初至到時(shí)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)地震初至P波到時(shí)差為1.77 s,此到時(shí)差基本不隨震中距離變化,其它的同組震相也具有此特征,這是同源重疊地震的典型特征之一。因此確定各臺(tái)站從初至波到達(dá)到開始1.7 s的波形數(shù)據(jù)只與前震有些關(guān)系,選擇理論P(yáng)波初至開時(shí)長1.70s的信號(hào),分別與實(shí)際P波初至前后0.5s的實(shí)際波形做互相關(guān),相關(guān)系數(shù)最大時(shí),利用（2）式求取該臺(tái)站該震級(jí)對應(yīng)理論波形P波段和實(shí)際波形P波段的偏差和。以矩震級(jí)MW3.80～4.80為搜索范圍,0.02級(jí)為搜索步長,得到搜索范圍內(nèi)各矩震級(jí)對應(yīng)的偏差和,擬合偏差和,呈現(xiàn)拋物線狀,拋物線最小值點(diǎn)對應(yīng)矩震級(jí),即為該臺(tái)站的矩震級(jí)。

圖2 前震震級(jí)測定時(shí)各臺(tái)站理論波形與實(shí)際波形擬合誤差曲線及各臺(tái)站測定矩震級(jí)時(shí)的波形擬合圖Fig.2 The fitting error curve of theoretical waveform and actual waveform of each station and the waveform fitting diagram of moment magnitude measurement of each station when the foreshock's magnitude is measured

我們選擇相關(guān)系數(shù)大于0.85、信噪3倍以上的臺(tái)站,同時(shí)查看波形擬合圖,去除互相關(guān)時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤的高互相關(guān)系數(shù),但實(shí)際上理論波形和實(shí)際波形相似程度不高的臺(tái)站,得到HEJ等10個(gè)臺(tái)站（見圖2）,讀取每個(gè)臺(tái)站矩震級(jí)（見表3）,平均為4.16 ,前震矩震級(jí)MW為4.2。

表3 各臺(tái)站測定的前震矩震震級(jí)Table 3 The foreshock's magnitude measured by each station.

4 主震矩震級(jí)測定

上一步已確定的前震理論波形,分別與不同矩震級(jí)對應(yīng)的主震理論波形按1.77 s到時(shí)差疊加,從而獲取前震與主震相互疊加的合成理論波形。因?yàn)槌踔罶波很難提取準(zhǔn)確,所以改為截取的合成理論S波中最大幅值前后各2 s的波形,與實(shí)際波形最大幅值處前后各2 s ,在實(shí)際最大S波幅值前后滑移,并分別做互相關(guān),相關(guān)系數(shù)最大時(shí),按（2）式求取偏差和。由于從波形就直觀顯示主震震級(jí)要大于前震震級(jí),因此選擇主震矩震級(jí)搜索范圍為每個(gè)臺(tái)站前震矩震級(jí)開始到Mw5.10截止,仍以0.02級(jí)為搜索步長,擬合偏差和,曲線呈現(xiàn)拋物線狀,拋物線最小值點(diǎn)對應(yīng)震級(jí)矩,即為該臺(tái)站的矩震級(jí)。

圖3 主震震級(jí)測定時(shí)各臺(tái)站理論波形與實(shí)際波形擬合誤差曲線及各臺(tái)站測定矩震級(jí)時(shí)的波形擬合圖Fig.3 The fitting error curve of theoretical waveform and actual waveform of each station and the waveform fitting diagram of moment magnitude measurement of each station when the main shock's magnitude is measured

我們選擇相關(guān)系數(shù)大于0.60、信噪比3以上的臺(tái)站,同時(shí)查看波形擬合圖,去除互相關(guān)時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤的高互相關(guān)系數(shù),實(shí)際上理論波形和實(shí)際波形相似程度不高的臺(tái)站,得到HEJ等7個(gè)臺(tái)站（見圖3）,讀取每個(gè)臺(tái)站矩震級(jí)（見表4）,平均為4.70 ,主震矩震級(jí)MW為4.7。

表4 各臺(tái)站測定的主震矩震震級(jí)Table 4 The main shock's magnitude measured by each station.

5 結(jié)語

（1）前震矩震級(jí)為Mw4.2 ；在測定過程中,震源機(jī)制以及使用的波形資料都是沒受主震干擾,其結(jié)果應(yīng)該可靠的。在考慮消除前震影響后,主震的矩震級(jí)測定為Mw4.7 ,比前震大0.5級(jí)。

（2）通過理論波形的疊加,再利用理論波形與實(shí)際波形擬合方法,可以將重疊地震區(qū)分,震級(jí)測定時(shí)消除相互影響,從而使地震的大小得到更加準(zhǔn)確。

（3）為了保留能反映兩個(gè)地震相互疊加的信息,選用的巴特沃斯帶通濾波器高頻端使用到了0.5 Hz ,由于高頻成份對速度結(jié)構(gòu)、衰減因子、地表地形起伏等因素都較為敏感,這些因素在震級(jí)測定時(shí)具體定量影響還值得進(jìn)一步研究。

致謝：計(jì)算理論地震波形時(shí)使用了德國波茨坦地學(xué)研究中心（GFZ）汪榮江研究員的Qseis2006軟件,在此表示感謝!