臧 陽 俞言祥 孟令媛 韓顏顏
1)中國地震局地球物理研究所,北京 100081
2)中國地震臺網(wǎng)中心,北京 100045
青藏高原東北緣(31.9°~36.4°N,98.8°~105.6°E)位于南北地震帶中北段附近,歷史地震活躍,曾發(fā)生1933年四川迭溪7.5級、1947年青海達日7.7級、1976年四川松潘-平武2次7.2級、1990年青海共和7.0級、2013年甘肅岷縣-漳縣6.6級以及2017年四川九寨溝7.0級地震。區(qū)域發(fā)育多條活動斷裂,以NWW 走向斷裂為主,如自北向南展布的西秦嶺北緣斷裂、臨潭-宕昌斷裂、東昆侖斷裂等,以及近SN向的日月山斷裂、岷江斷裂等。其中東昆侖斷裂東側瑪沁—瑪曲段存在地震空區(qū)(Wenetal.,2007),強震危險性尤為突出,2017年九寨溝7.0級地震的發(fā)生不僅沒有緩解該地區(qū)強震危險,還導致東昆侖斷裂帶東端累計庫侖應力的增加(徐晶等,2017),增強了青藏高原東北緣的強震緊迫性。
地震活動與區(qū)域應力場變化及地下介質(zhì)狀態(tài)密切相關。利用寬頻帶數(shù)字地震臺網(wǎng),可從中小地震的三分量地震信號中提取震源參數(shù)、地震波衰減特征以及場地響應等相關信息??色@取的震源參數(shù)包括地震矩、應力降、震源破裂尺度等,能夠定量描述區(qū)域應力環(huán)境并反映研究區(qū)地震震源的普遍特征。地震波衰減又分為幾何擴散衰減以及常使用品質(zhì)因子Q值描述的介質(zhì)非彈性衰減,反映了研究區(qū)地下介質(zhì)的物理性質(zhì)和狀態(tài)。場地響應同樣是控制地震破壞的重要因素之一,尤其對于非基巖場地可產(chǎn)生明顯的場地放大效應。
本文基于青藏高原東北緣2010—2019年中小地震寬頻帶三分量記錄,采用聯(lián)合反演方法(Atkinsonetal.,1992;黃玉龍等,2003;劉杰等,2003)獲取了該地區(qū)的地震波衰減特征和地震震源參數(shù),分別給出了研究區(qū)幾何衰減模型、區(qū)域Q值和118個臺站的場地響應結果,分析了區(qū)域444次地震應力降、視應力隨矩震級的分布特征。該結果可為青藏高原東北緣地區(qū)地震動模型的建立、地震災害評估等提供研究基礎。
研究使用的地震波形數(shù)據(jù)來自中國地震局地球物理研究所“國家數(shù)字測震臺網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心”(1)http:∥www.seisdmc.a(chǎn)c.cn/。(鄭秀芬等,2009),包括2010—2019年研究區(qū)及鄰區(qū)127個臺站記錄到的452次地震事件,共計33 090條記錄,所選地震的震級范圍為ML3.0~5.9。以震中距300km為最大閾值,按每個地震至少被5個臺站記錄到、每個臺站至少記錄到5次地震為篩選條件,最終挑選了由118個臺站記錄到的具有高信噪比的444次地震事件,共計33 006條記錄參與后續(xù)的反演計算(圖1)。篩選后的地震和臺站較均勻地分布于研究區(qū)及其附近,地震射線路徑覆蓋區(qū)與研究區(qū)范圍基本一致,最終的反演結果能夠反映青藏高原東北緣介質(zhì)、震源的普遍特征。
圖1 參與反演計算的地震、臺站和射線路徑分布圖Fig.1 Earthquakes,seismic stations and ray paths distribution involved in the inversion calculation.
近震記錄中的S波能量較強,截取包含90%S波能量的E、N二水平分量地震信號分別進行去均值、去線性趨勢以及0.5~25Hz二階帶通濾波,去除儀器響應后,經(jīng)過地震波水平分量旋轉(zhuǎn)獲取徑向R和切向T分量地震波,將T分量的S波作為輸入數(shù)據(jù)。在頻率域進行反演計算,需將原始地震儀速度記錄轉(zhuǎn)換為頻率域加速度譜振幅并進行平滑處理。計算方法采用平移窗譜法(Chael,1987),使用長度為256個采樣點、有50%部分重疊的平移窗對S波信號進行分段,對于100Hz采樣頻率的數(shù)據(jù),每段為2.56s,共分為n段,對每小段原始速度信號進行兩端尖滅處理后再做傅里葉變換,通過差值得到采樣頻率為10-0.3、10-0.25、10-0.2、…、101.25、101.3共33個頻率采樣點的速度譜振幅,按式(1)計算S波的加速度譜振幅:
式中,vi(f)為第i個平移窗內(nèi)信號傅里葉速度譜振幅,T為S波信號總持時,t為平移窗持時,這里為2.56s。對式(1)兩端除以2πf和(2πf)2,可分別獲取平滑后的S波速度譜和位移譜。以隨機選取的2011年2月24日5時11分發(fā)生在青海興??h的ML4.1地震為例,圖2a—e為隨機選取的地震周邊不同震中距的5個臺站記錄到的S波T分量記錄和去噪聲后的觀測位移譜,其中紅色實線為利用平移窗譜法計算得到的位移譜。與實際觀測位移譜相比,經(jīng)平滑后的計算結果能夠反映真實位移譜隨頻率的變化形態(tài)。
圖2 不同臺站記錄到的2011年2月24日青海興海M L 4.1地震T分量S波記錄、去噪聲后的觀測位移譜及聯(lián)合反演得到的地震震源位移譜Fig.2 The T component S wave records,observed noise removed displacement spectra of the M L 4.1 Xinghai earthquake on February 24,2011 recorded by different stations and the source displacement spectra obtained by joint inversion.a(chǎn)青海興海臺(QH.XIH)S波T分量記錄及觀測位移譜;b青海大武臺(QH.DAW)S波T分量記錄及觀測位移譜;c青海都蘭臺(QH.DUL)S波T分量記錄及觀測位移譜;d青海湟源臺(QH.HUY)S波T分量記錄及觀測位移譜;e青海德令哈臺 (QH.DLH)S波T分量記錄及觀測位移譜;f聯(lián)合反演得到的青海興海M L 4.1地震的震源位移譜
去除儀器響應后,地震波觀測信號在頻率域下可用式(2)表示(Hartzell,1992):
式中,Aij(f)為第j個臺站記錄到的第i個地震的S波加速度譜振幅,Ai0(f)為第i個地震震源加速度譜,Rij為震源距,G(Rij)為幾何擴散函數(shù),Q(f)為品質(zhì)因子,β為S波速度,本文取β=3.5km/s,Sj(f)為第j個臺站的場地響應。進一步由式(2)可得到:
其中,
式中,c(f)稱為非彈性衰減系數(shù),確定c(f)后即可計算Q(f)值。分別考慮地震波在全空間和半空間中傳播,幾何衰減模型分別為G(Rij)=R-b1ij和由式(5)確定的二段幾何衰減函數(shù):
其中,R1的取值與區(qū)域地殼厚度相關,一般取地殼厚度的1.5倍。地震波實際衰減特征則更為復雜,如當直達波與莫霍面及地殼內(nèi)間斷面的過臨界反射波疊加時,在一定震中距范圍內(nèi),地震波振幅并不會隨著距離的增加而減小,這個震中距范圍大約在1.5~2.5倍地殼厚度之間,此時幾何衰減大致滿足三段式分段函數(shù)形式,如Atkinson等(1992)采用三段式分段函數(shù)描述了加拿大東南部地震波幾何衰減特征:
由CRUST1.0模型得到研究區(qū)的平均地殼厚度為56km,可由此確定初始G(Rij)。初始場地假設為基巖(lgSj(f)=0),開始迭代計算。對于任一地震而言,不同臺站記錄到的地震震源譜應相同,定義δij為第j個臺站記錄到的第i個地震的震源譜與所有臺站記錄到的第i個地震震源譜均值的殘差,即
其中,ni為記錄第i個地震的臺站個數(shù)。進一步定義總殘差δ為
由式(3)可知,在已知幾何衰減函數(shù)G(Rij)和場地響應Sj(f)的情況下,通過調(diào)整非彈性衰減系數(shù)c(f)使得總殘差δ最小,可確定c(f)。進一步調(diào)整幾何衰減項參數(shù)R1,使總殘差δ進一步減小。利用式(10)對第j個臺站的場地響應項進行修正:
其中,mj為第j個臺站記錄到的地震個數(shù),將Δ[lgSj(f)]代入迭代起始位置反復計算,直到總殘差δ不再減小,可最終確定G(Rij)、Sj(f)和c(f),進一步根據(jù)式(4)確定品質(zhì)因子Q(f)。
計算得到G(Rij)、Sj(f)和c(f),由式(8)計算第i個地震的平均理論震源加速度譜Ai0(f),震源理論位移譜Ω0(f)可表示為
圖2 f中,黑色實線為計算得到的2011年2月24日青海興??hML4.1地震震源理論位移譜,該理論震源譜由符合條件的21個臺站的觀測位移譜聯(lián)合反演得到。與圖2a—e列舉的各臺站記錄相比,理論位移譜更加平滑,且由于去除了傳播路徑的影響,理論位移譜相當于震中距為1km時臺站的理論觀測值,其譜能量高于各臺站的實際記錄結果。對于圓盤模型,理論震源位移譜可表示為(Brune,1970;Boatwright,1978)
式中,Ω0為零頻極限,fc為拐角頻率。對計算得到的理論位移譜Ωi0(f)按式(12)采用最小二乘法進行非線性擬合可確定第i個地震的Ω0和fc。圖2 f中的紅色實線為按式(12)擬合得到的曲線,與理論位移譜在形態(tài)上具有較高的相似度,計算得到的該地震的fc和Ω0分別為2.884Hz和0.040 8m·s。地震矩M0、震源半徑R和應力降Δσ則可分別表示為
其中,ρ為地殼介質(zhì)密度,取2.7g/cm3,Rθφ為輻射因子,對于S波可取0.63(Akietal.,2002)。
對速度譜的平方進行積分可得到地震能量ES,進一步計算視應力:
其中,μ為剪切模量,取值為3.0×104MPa。地震矩與矩震級MW之間滿足經(jīng)驗關系(Hankset al.,1979):
綜上,可計算得到包括零頻極限Ω0,拐角頻率fc、地震矩M0、矩震級MW、震源破裂半徑R、地震能量ES、應力降Δσ和視應力σapp的多項震源參數(shù)。
為方便分析區(qū)域的幾何衰減特征,定義“歸一化”振幅譜為(Atkinsonetal.,1992)
即從觀測地震信號譜中扣除理論震源譜、場地響應以及非彈性衰減項,所得結果反映了地震波各頻率成分的幾何衰減特征。分別采用線性模型、二段式分段函數(shù)模型以及三段式分段函數(shù)模型考察擬合結果與實際歸一化振幅譜的匹配程度。當頻率取2.0Hz時,3種模型的擬合結果如圖3所示,其中線性模型經(jīng)迭代反演確定滿足G(Rij)=的參數(shù)b1為1.0;滿足式(5)的二段式分段函數(shù)模型的參數(shù)R1=91km;滿足式(6)的三段式分段函數(shù)模型的參數(shù)R1=115km,R2=155km。
圖3 幾何衰減模型理論值及歸一化振幅譜實測值Fig.3 Theoretical values of geometric attenuation model and measured values of normalized amp litude spectrum.a(chǎn)采用線性的幾何衰減模型;b采用二段式分段函數(shù)的幾何衰減模型;c采用三段式分段函數(shù)的幾何衰減模型
基于3種不同模型反演得到的結果中,總殘差δ顯示在2.0Hz頻率處三段式分段函數(shù)模型與二段式分段函數(shù)模型要略優(yōu)于線性模型。其中,三段式分段函數(shù)模型的誤差最小,且從歸一化振幅譜實測點分布形態(tài)來看,在震中距115~155km范圍內(nèi),相較于整體的衰減而言,歸一化振幅譜在該震中距范圍出現(xiàn)明顯“平臺階段”,即更符合三段式分段函數(shù)的幾何衰減模型假設。計算表明,在f≤2.0Hz低頻區(qū)間三段式分段函數(shù)模型的誤差一般最小,二段式分段函數(shù)模型其次,線性模型誤差最大;在f>9.0Hz的高頻區(qū)間,結果則正好相反,線性模型的誤差最小,二段式分段函數(shù)模型其次,三段式分段函數(shù)模型的誤差最大;在2.0~9.0Hz范圍內(nèi)3種模型誤差差異很小,這可能說明了相較于高頻成分的地震波而言,低頻地震波在莫霍面及地殼內(nèi)間斷面產(chǎn)生的過臨界反射波能量更高。
在地震波非彈性衰減方面,描述其衰減特征的物理量Q值一般是關于頻率f的函數(shù),通常在雙對數(shù)坐標系下Q值隨f呈線性增長。分別采用3類幾何衰減模型計算得到的Q值及擬合結果如圖4所示,其中采用線性模型計算得到的Q值的低頻成分計算結果不穩(wěn)定,整個頻率域范圍在雙對數(shù)坐標系下不滿足線性分布。采用二段式、三段式分段函數(shù)模型能夠得到較穩(wěn)定的Q值,且在對數(shù)坐標系下與頻率呈現(xiàn)出較好的線性分布特征,其中三段式分段函數(shù)模型更近似線性擬合結果,僅在f<1Hz和f>16Hz頻率范圍較擬合直線結果偏高,將該結果作為研究區(qū)內(nèi)非彈性衰減模型,滿足Q(f)=401.8×f0.2963。
圖4 Q值及對數(shù)坐標下的線性擬合計算結果Fig.4 Q value and the result of linear fitting in logarithmic coordinates.a(chǎn)采用線性的幾何衰減模型;b采用二段式分段函數(shù)的幾何衰減模型;c采用三段式分段函數(shù)的幾何衰減模型
分別選取蒲舉等(2019)針對甘東南地區(qū)、吳微微等(2016)針對四川盆地和川西高原地區(qū)、馬建新等(2015)針對青海東南部地區(qū)、郭曉等(2008)針對甘肅地區(qū)以及陳繼鋒等(2010)針對甘東南地區(qū)的區(qū)域平均Q值反演結果進行對比(圖5)。本研究的Q值計算結果與甘東南地區(qū)的2個結果極為相似,四川盆地和甘肅地區(qū)的Q值整體高于本文的計算結果,而青海東南部以及川西高原地區(qū)的Q值則整體偏低,僅在高頻部分與本文結果相近。Q值的大小能夠反映區(qū)域介質(zhì)的破碎程度,地震波在構造相對穩(wěn)定地區(qū)的傳播過程中因散射造成的能量損耗較小,相應地具有較高的Q值。相反,在地下介質(zhì)較為破碎的區(qū)域,地震波在傳播過程中更易發(fā)生散射而損失能量,使得Q值較低。圖5中,四川盆地和甘肅地區(qū)的Q值整體較高,反映這些區(qū)域的地殼整體上較為完整,而青海東南部和川西高原地區(qū)的Q值整體偏低,可能是區(qū)域介質(zhì)破碎以及深部軟流圈的物質(zhì)流動造成的。由圖1所示,研究區(qū)范圍包含青海東南部、甘東南以及四川北部部分地區(qū),Q值的反演結果反映了整個區(qū)域的平均值。甘東南位于研究區(qū)中心,地震射線覆蓋最為密集,因此區(qū)域平均Q值反演結果在較大程度上受到甘東南地區(qū)介質(zhì)破碎程度的影響。
圖5 各區(qū)域Q值隨頻率f變化的曲線對比圖Fig.5 The comparison of the variation curve of Q with frequency f in different regions.
在反演計算過程中得到了研究區(qū)附近118個臺站的場地響應S(f)。其中,88個臺站的場地響應值在整個頻率取值范圍內(nèi)均接近1,與基巖場地響應特征吻合,圖6a列舉了其中18個臺站的場地響應反演結果。而青海臺網(wǎng)化隆臺(HUL)、李家峽臺(LJX)、民和臺(miH)、囊謙臺(NAQ)、諾木洪臺(NMH),陜西臺網(wǎng)勉縣臺(miAX)、西鄉(xiāng)臺(XIXI)、太白臺(TABT)、眉縣臺(MEIX)、略陽臺(LUYA)、周至臺(ZOZT),四川臺網(wǎng)旺蒼臺(WCA)、峨眉山臺(EMS)、榮縣臺(HMS)、井研臺(JYA)、巴中臺(BZH)、西充臺(XCO)、平武臺(PWU),甘肅臺網(wǎng)會寧臺(HNT),寧夏臺網(wǎng)香山臺(XSH)共20個臺站反演得到的場地響應存在一定的放大效應(圖6b),且多數(shù)臺站(如民和臺、勉縣臺、太白臺、眉縣臺、略陽臺、平武臺、諾木洪臺等)的放大效應主要表現(xiàn)在高頻段,尤其在f>5.0Hz的高頻區(qū)間往往存在較為明顯的高值。另外,青海臺網(wǎng)大通臺(DAT)、瑪多臺(MAD)、祁連臺(QIL)、達日臺(DAR)、曲麻萊臺(QML)、清水河臺(QSH),四川臺網(wǎng)馬爾康臺(MEK)、理塘臺(LTA)、雅江臺(YJI),甘肅臺網(wǎng)柳園臺(LXA)共10個臺站場地響應計算結果整體略<1(圖6c),可能是速度結構和Q值空間非均勻性的影響造成的計算誤差。圖7顯示了具有不同場地響應特征的臺站空間分布,其中具有一定場地放大效應的臺站主要分布在研究區(qū)東南側的四川盆地和其北側陜西境內(nèi)的小型盆地附近。場地響應整體略<1的臺站主要分布在海拔較高的川西高原和青海東南部地區(qū)。研究區(qū)內(nèi)部的臺站場地響應整體上符合基巖場地特征。
圖6 反演得到的研究區(qū)不同臺站的場地響應函數(shù)S(f)Fig.6 Site response function of different stations in the study area obtained by inversion.a(chǎn)具有典型基巖場地特征的場地響應;b具有一定放大效應的場地響應;c計算結果整體略<1的場地響應
圖7 具有不同場地響應特征的臺站分布圖Fig.7 Station distribution map with different site response characteristics.
根據(jù)前文介紹的震源參數(shù)計算方法,得到了研究區(qū)內(nèi)444次地震包括零頻極限Ω0、拐角頻率fc、地震矩M0、矩震級MW、震源破裂半徑R、地震能量ES、應力降Δσ和視應力σapp等震源參數(shù),其中ML≥4.0地震的部分震源參數(shù)計算結果列于表1。
表1 M L≥4.0地震的震源參數(shù)反演結果Table 1 Seismic source parameters of M L≥4.0 events
續(xù)表1
續(xù)表1
Δσ表征地震發(fā)生瞬間錯動時位錯面上的應力變化,中小地震的Δσ隨時間的變化可能反映了區(qū)域應力狀態(tài)的改變(華衛(wèi),2007)。σapp則表示單位面積上地震波輻射的能量,可作為區(qū)域絕對應力水平的間接估計。Δσ和σapp均可在一定程度上反映研究區(qū)背景應力水平,其隨時間的變化與區(qū)域強震的發(fā)生可能存在一定聯(lián)系(易桂喜等,2011,2013)。
地震的強度對Δσ和σapp可能存在一定影響,現(xiàn)有研究對Δσ和σapp與地震強度之間的關系尚存在較多爭議。部分研究認為其與地震大小無關,如Abercrombie(1995)、Allmann等(2007)、Hardebeck等(2009)的研究表明ML1.0~3.0震級范圍內(nèi)地震的震級對Δσ和σapp基本沒有影響;另有研究認為Δσ和σapp與地震矩之間存在一定關系(Mayedaetal.,1996;Moriet al.,2003;Tusaetal.,2008);還有一些研究認為Δσ和σapp與地震震級的關系較為復雜,不同類型的地震具有不同特征(朱傳鎮(zhèn)等,1977;華衛(wèi)等,2009;趙翠萍等,2011;周少輝等,
2017)。
本文嘗試建立青藏高原東北緣地震Δσ和σapp與MW之間的統(tǒng)計關系。圖8顯示,Δσ隨MW的變化整體較離散,隨著MW的增加,Δσ未出現(xiàn)明顯上升趨勢。Δσ最大的地震為2010年8月25日青海興海ML4.1地震,矩震級MW3.3,Δσ的反演結果為11.36bar。震級最大的地震,即2019年10月28日甘肅夏河ML5.9(MS5.7)地震,矩震級MW4.6,Δσ反演結果僅為5.07bar。使用最小二乘法分別對數(shù)據(jù)進行線性擬合和指數(shù)擬合,線性擬合的總殘差為753.6,接近指數(shù)擬合的殘差749.6,而基于數(shù)據(jù)平均值1.09bar的整體數(shù)據(jù)方差為771.0,三者差異較小,表明Δσ與MW的相關性不明顯。
與Δσ相比,σapp與MW間存在較為明顯的正相關(圖8b),隨著MW的增加,σapp整體呈現(xiàn)出明顯上升趨勢。MW最大的地震,即甘肅夏河MW4.6地震反演所得的σapp同樣最大,為11.32bar。利用最小二乘法對數(shù)據(jù)進行線性擬合和指數(shù)擬合,殘差分別為295.3和223.3,表明σapp隨MW的增長更符合指數(shù)變化特征,指數(shù)擬合結果滿足:
圖8 M W 2.5~4.7地震的震源參數(shù)與地震矩震級相關性Fig.8 Correlation between seismic source parameters and momentmagnitudes in the range of M W 2.5~4.7.a(chǎn)應力降計算結果;b視應力計算結果
地方震級(ML)與MW間通常滿足線性統(tǒng)計關系(Hanksetal.,1984;Thioetal.,1995;Bindietal.,2001;Rossetal.,2016)。從ML和MW的定義出發(fā),結合震源物理相關方程,可推導ML滿足(Deichmann,2006):
式中,CS為除Δσ外震源相關項,滿足:
式中,va為斷層視滑動速率;K為比例因子;ar為斷層長寬比;cs為矩加速形態(tài)因子,反映了斷層破裂的過程。式(20)中,CP為傳播路徑相關項,滿足:
式中,ρξ、ρx分別為震源和臺站處的介質(zhì)密度,βξ、βx分別為震源和臺站處的S波波速,R為震源距,SSH為自由表面放大系數(shù),A0為ML定義中參考地震的地震波記錄振幅,是關于震源距R的函數(shù),滿足:
式中,第1項表示地震波幾何衰減,第2項表示非彈性衰減,第3項常數(shù)c2的作用為將地震波的振幅值轉(zhuǎn)換為震級大小。通過對比式(20)和式(17)可知,在震源參數(shù)和傳播路徑相同的情況下,ML與MW僅相差1個常數(shù),理論上二者比例應為1 1。然而由于震源參數(shù)、地震波非彈性衰減等因素的影響,實際觀測到的結果往往顯著偏離該理論值。對比研究區(qū)內(nèi)ML震級范圍在3.0~5.9的444次地震與MW的統(tǒng)計關系可知,ML和MW整體上滿足線性相關關系(圖9a),統(tǒng)計結果為
相關研究表明(Deichmann,2006,2017),式(20)中的傳播路徑項CP對ML的影響最為顯著,是導致實際觀測結果,即式(24)中ML前系數(shù)為0.71,而非理論值1的主要原因。式(21)所定義的CS中,cs、K、ar對ML在量級上的影響最小,而研究區(qū)內(nèi)臺站分布較為均勻,va和Rθφ造成的影響也可相互抵消,因此除Δσ外,其他震源參數(shù)對ML的影響可忽略不計。如圖9a所示,將震級偏離擬合直線1倍、1.96倍(95%置信區(qū)間)標準差的地震用不同顏色標注,在Δσ隨MW的變化曲線中(圖9b),相同MW下ML偏高地震的Δσ同樣偏高,整體高于對數(shù)平均值,ML偏低的地震的Δσ同樣偏低,整體在對數(shù)平均線以下,該結果與由式(20)描述的Δσ與ML的函數(shù)關系相符,即在區(qū)域傳播路徑影響相對一致且CS可忽略不計的情況下,Δσ與ML呈正相關。σapp隨MW的變化具有類似的統(tǒng)計規(guī)律(圖9c),即σapp與ML同樣呈正相關。盡管Δσ和σapp隨MW的變化具有顯著差異性,即隨MW增大σapp呈趨勢上升而Δσ變化不明顯,但Δσ和σapp間仍存在較為顯著的統(tǒng)計相關性,在對數(shù)坐標系下呈現(xiàn)出明顯的線性相關性(圖9d),該結果與Savage等(1971)以及Beeler等(2003)的研究具有一定的相似性。另外,如圖9d所示,ML偏低的地震σapp/Δσ偏高,更接近應力上調(diào)模式,即地震破裂較為充分,地震波輻射能相對較??;ML偏高則σapp/Δσ偏低,斷層破裂過程中損耗的能量相對較小,地震波輻射能相對較高。
圖9 地方震級(M L)、矩震級(M W)、應力降(Δσ)、視應力(σapp)的相關關系Fig.9 Correlation between localmagnitude(M L),momentmagnitude(M W),stress drop(Δσ)and apparent stress(σapp).a(chǎn)地方震級與矩震級的相關性;b矩震級與應力降的相關性;c矩震級與視應力的相關性;d視應力與應力降的相關性。圖a中黑色空心正方形為擬合值1倍標準差內(nèi)的地震,淺紅色正方形為擬合值加1~1.96倍均方差內(nèi)的地震,深紅色正方形為超過擬合值加1.96倍均方差的地震,淺藍色正方形為擬合值減1~1.96倍均方差內(nèi)的地震,深藍色正方形為低于擬合值減1.96倍均方差的地震,圖b、c、d中圓的顏色含義與圖a一致;圖b、c灰色方框為間隔0.5矩震級范圍數(shù)據(jù)在對數(shù)坐標下的 平均值,誤差棒為對數(shù)坐標下平均值的1倍均方差范圍
本文基于青藏高原東北緣2010—2019年中小地震的三分量S波數(shù)據(jù),采用聯(lián)合反演方法,獲得了研究區(qū)地震波衰減特征、區(qū)內(nèi)444次地震應力降Δσ、視應力σapp等震源參數(shù)以及118個臺站的場地響應。研究表明,青藏高原東北緣的幾何衰減符合三段式分段函數(shù)形式,在震中距115~155km范圍內(nèi),地震波隨震中距的增加衰減不明顯,可能由于在該震中距范圍內(nèi),直達波與莫霍面及地殼內(nèi)間斷面過臨界反射波疊加導致。在該幾何衰減模型的基礎上,區(qū)域整體非彈性衰減模型滿足Q(f)=401.8×f0.2963,該結果與甘東南地區(qū)現(xiàn)有的Q值研究結果較為一致。在研究區(qū)內(nèi)的118個臺站中,94個臺站場地響應值在整個頻率取值范圍內(nèi)接近1,符合基巖場地響應特征,有20個臺站的場地響應存在一定的放大效應,且多數(shù)臺站的放大效應表現(xiàn)在高頻區(qū)域,另有10個臺站場地的響應計算結果整體略<1,可能是受到了速度結構和Q值空間各項異性的影響。在反演的震源參數(shù)中,Δσ與MW的相關性不明顯,σapp與MW間存在較為明顯的正相關性,且σapp隨MW的增長更符合指數(shù)變化特征。通過地方震級、矩震級、應力降和視應力的相關性研究,發(fā)現(xiàn)MW與ML整體呈線性相關,相同MW條件下ML偏高的地震的Δσ和σapp同樣偏高,ML偏低的地震的Δσ和σapp同樣偏低。Δσ和σapp間存在較為顯著的統(tǒng)計相關性,在對數(shù)坐標系下呈明顯線性相關關系。相同MW條件下ML偏低的地震σapp/Δσ偏高,更接近應力上調(diào)模式,即地震破裂較為充分,地震波輻射能相對較?。籑L偏高的地震σapp/Δσ偏低,斷層破裂過程中損耗的能量相對較小,地震波輻射能相對較高。