李 娟,韓曉明,裴東洋,王祿軍
(內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局,呼和浩特 010010)
Q值的求解可追溯至1969年由Aki首次提出的散射模型,該模型解釋了尾波的形成過程,即地震波在地殼和上地幔遇到不均勻體時發(fā)生的散射,可使用單臺單源法計算出震源和記錄臺站的橢球范圍內(nèi)的介質(zhì)品質(zhì)因子。Sato等[8]對Aki等的尾波計算方法進行了必要的修正,將S波和尾波聯(lián)合并用,得到了適合短尾波記錄的Sato模型。中國學者利用Sato模型進行了大量的Q值研究,王偉君和劉杰[9]利用近場臺站岫巖臺和營口臺波形資料,分析了1999年岫巖地震序列,認為震前QC值增高,震后降低;李繼業(yè)等[10]分析了依舒斷裂帶北段QC值,發(fā)現(xiàn)QC值低值區(qū)為地下介質(zhì)復(fù)雜區(qū)域;陳婷等[11]分析了唐山地區(qū)QC值時空分布特征,結(jié)果發(fā)現(xiàn)震群易發(fā)生在Q值相對較低區(qū)域;翟浩等[12]計算了內(nèi)蒙古東北部地區(qū)QC值,發(fā)現(xiàn)北部偏高,南部偏低的特點。
內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰地區(qū)近年來小震頻次較高,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,是地震監(jiān)測重點區(qū)域[13]。本文利用Sato模型[8],使用朱新運等[14]研制的近震尾波QC值計算分析軟件,對赤峰及周邊地區(qū)17個臺站記錄的2013年以來ML≥2.5地震進行尾波QC值計算分析,通過考察赤峰及周邊地區(qū)Q值的時空演化特征,分析該地區(qū)地下結(jié)構(gòu)非均勻性和衰減特征,評估區(qū)域地殼介質(zhì)應(yīng)力狀態(tài),挖掘可能的孕震信息。
根據(jù)Sato模型[8,15-16],在一定頻率下,尾波振幅與實踐的函數(shù)關(guān)系可表示為
式中:AS是S波的最大振幅,AC(t)是流逝時間t附近的尾波均方根振幅,K 及 AC(t)分別由(2)、(3)式給出,K是依賴時間的傳播因子。
AT為所取時間窗內(nèi)地震波均方根振幅,An為P波到達前適當時間段記錄的均方根振幅,用以進行地震波的噪聲校正[17-18]。其中a=t/tS,t為流逝時間,tS為S波的流逝時間,C(f)是與頻率有關(guān)的影響因子,對相同地震的統(tǒng)一頻率,C(f)為常數(shù),擬合出F(t)與(t-tS)的線性關(guān)系,得到b,b與Q的關(guān)系由(4)式給出
衰減參數(shù)與頻率的關(guān)系表示為
式中:QC(f)為頻率f時的尾波衰減參數(shù),Q0為f=1的尾波衰減參數(shù),η代表尾波衰減參數(shù)QC對頻率f的依賴性指數(shù)。
赤峰市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東南部,地質(zhì)資料表明,赤峰地區(qū)處在NE向大興安嶺斷塊隆起帶與EW向燕山斷塊隆起帶的交匯部位,其東側(cè)有松遼斷塊凹陷。研究區(qū)斷裂構(gòu)造較為發(fā)育,有NE-NNE、近EW向、NW向3組;NE向斷裂主要分布在大興安嶺隆起帶,是隆起帶主體構(gòu)造線的一部分,有大興安嶺主脊斷裂、嫩江斷裂和八里罕斷裂等,是區(qū)域上的控制性構(gòu)造[19];EW向斷裂主要展布在松遼盆地及邊緣,長度較大,有西拉木倫河斷裂、赤峰-開原斷裂等;NW向最少,有兆兒河斷裂(圖1)。歷史上,研究區(qū)曾發(fā)生8次5級以上地震,震級最大的為1920年寧城6?級地震,距今時間最近的中強地震為2013年通遼5.3級地震。
小麥種子處理既能剔除雜草種子,又能延遲、減輕紋枯病的發(fā)生,同時還能防控黑穗病、根腐病等種傳、土傳病害,是生產(chǎn)中最省工節(jié)本、經(jīng)濟有效的措施,也是促進齊苗壯苗的重要手段。因此,“蘇麥188”種子播種前用6%戊唑醇懸浮種衣劑(立克秀)10 mL拌麥種20-25 kg;拌種時,先用少量清水將藥劑調(diào)拌均勻后,與種子充分拌勻,使藥劑均勻粘在每粒麥種上,隨拌隨播,或短期貯存后播種。
圖1 赤峰及周邊地區(qū)斷裂構(gòu)造、地震及測震臺站分布圖
赤峰及周邊地區(qū)有17個地震觀測臺站,空間分布較為均勻,基本覆蓋了整個研究區(qū)域,地震計型號主要為BBVS-60和GL-S60兩種,均為寬頻帶地震計,具體參數(shù)見表1。本文在計算中選取的資料起止時間為2013—2019年,震級下限ML2.5,共獲取154條地震記錄,其空間及時間分布見圖1、圖2。
表1 赤峰及周邊區(qū)域臺站建設(shè)基本參數(shù)
圖2 赤峰及周邊地區(qū)ML≥2.5地震M-t圖
收集波形形態(tài)良好,可以清晰讀取P波、S波震相的地震記錄,從中選取信噪比比較高的有效地震記錄來計算Q值,經(jīng)篩選,128條地震記錄滿足計算要求。
對赤峰及周邊區(qū)域全部結(jié)果進行擬合,地震波衰減參數(shù)可表達為式(6),研究結(jié)果見圖4。
圖4 全區(qū)域所有臺站記錄的尾波衰減參數(shù)與頻率關(guān)系
Q0=58.34,標準偏差 25.88,η=0.911 8,標準偏差為0.084 9,屬于低Q0值高η值的構(gòu)造活躍地區(qū)的尾波性質(zhì)[18]。擬合殘差數(shù)據(jù)較好地體現(xiàn)為正態(tài)分布,且主要分布在0值附近,擬合效果較好。
為考察Q0和η值的參數(shù)特征,按地震發(fā)生的先后順序,繪制衰減參數(shù)Q0及對頻率的依賴參數(shù)η值的分布圖(圖5),從統(tǒng)計結(jié)果看,赤峰地區(qū)衰減參數(shù)Q0值分布范圍在12.21~148.94,頻率的依賴參數(shù)η值分布范圍在0.61~1.32。衰減參數(shù)Q0與對頻率的依賴參數(shù)η值成反比,這一規(guī)律與師海闊等[21]和張錦鈴等[22]研究結(jié)果一致,即Q0值越高,QC值對頻率的依賴性越強,Q0值越低,QC值對頻率的依賴性越弱。
圖5 衰減參數(shù)Q0與對頻率的依賴參數(shù)η值隨地震順序分布圖
本文選取17個臺站的波形記錄,求取每個臺站的平均衰減參數(shù)Q0值及η值(表2),結(jié)果顯示,赤峰周邊臺站Q0值范圍在48.67~81.66,平均值為59.45,η 值范圍在0.863 7~0.996 2,平均值為0.910 3。
表2 各臺站數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果
從臺站平均衰減參數(shù)Q0值分布圖(圖6)上看,Q0值總體呈現(xiàn)西高東低分布。尾波Qc值與區(qū)域構(gòu)造活動及地震活動性密切相關(guān),主要反映了震源和地震臺站周圍介質(zhì)的平均性質(zhì)[4]。由于研究時段內(nèi)敖漢旗地震較為活躍,因此XIH臺Q0值相對較小,另外FIX臺、AGL臺、BEP臺附近地震活動較為活躍,因此其Q0值也相對較?。欢卣鸹顒虞^為平靜的WEC、LOH臺附近區(qū)域的Q0值則較大。另外,在斷裂分布集中區(qū)域,如赤峰-開原斷裂沿線,東西兩端臺站Q0值相對較高,如WEC臺和DQL臺;位于斷裂中間段的臺站Q0值相對較低,如CHF臺和XIH臺;反映了該斷裂中間段地殼介質(zhì)較為破碎,地震波穿過此區(qū)域時能量損耗較大。
圖6 17個臺站的Q0值空間分布圖
研究過程中發(fā)現(xiàn),Q0值大小與臺站基巖巖性有一定相關(guān)性。研究涉及的17個臺站巖性主要有結(jié)構(gòu)較為致密的輝綠巖、花崗巖、斑狀混合巖,結(jié)構(gòu)相對較為疏松、孔隙度大的玄武巖,以及硬度較小、導(dǎo)水性較好的灰?guī)r。將同一巖性的臺站平均衰減參數(shù)Q0值求取平均值(圖7),結(jié)果顯示灰?guī)r、玄武巖類Q0值最小,結(jié)構(gòu)致密的斑狀混合巖、花崗巖Q0值較大,而巖性為輝綠巖的臺站為AGL臺,巖性結(jié)構(gòu)致密,但Q0值最小,可能是由于2013年臺站附近發(fā)生通遼5.3級地震后,震源區(qū)地殼介質(zhì)體變得較為破碎,尾波在該區(qū)傳播過程中能量消耗過多導(dǎo)致。
圖7 臺站基巖巖性與Q0值的關(guān)系
為考察震源附近的尾波Qc值特征,求取單次地震多個臺站得到的平均衰減參數(shù)Q0值及η值,繪制了研究區(qū)Q0值空間分布圖(圖8),結(jié)果顯示,Q0值同樣呈現(xiàn)西高東低特征,在霍林郭勒灰?guī)r巖性區(qū)域及通遼5.3級震源區(qū)呈現(xiàn)較為明顯的低Q0值分布,表明尾波Qc值與地震活動和地殼介質(zhì)的物化性質(zhì)密切相關(guān)。
圖8 研究區(qū)Q0值空間分布圖
為分析Q0值隨時間的變化特征,繪制Q0值時序分布圖(圖9)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),2013年4月22日通遼5.3級地震前后,尾波Q0值出現(xiàn)較為顯著的“突降-回升”變化;自2013年2月開始,Q0值有持續(xù)下降過程,震前最低達到32.41,而主震Q0值高達129.66;震后,Q0值持續(xù)降低后起伏發(fā)展并逐漸恢復(fù)到震前水平,產(chǎn)生這種變化的主要原因是大震前由于作用在孕震區(qū)的應(yīng)力較強,使得地殼介質(zhì)破裂增加,尾波Q值相應(yīng)減小,但臨近破裂時持續(xù)增強的應(yīng)力導(dǎo)致裂隙逐漸閉合,介質(zhì)剛性增強使得Q值增大[23]。震后由于應(yīng)力釋放,地殼介質(zhì)破裂嚴重和裂隙增加而使Q值降低[9]。
圖9 Q0值時序分布圖
本文基于Sato模型,計算赤峰及周邊地區(qū)尾波Q值,研究其在時間和空間上的變化特征,得到以下結(jié)論:
1)區(qū)域Q值結(jié)果顯示,赤峰及周邊地區(qū)的QC值與頻率的關(guān)系為QC(f)=58.34±25.88f0.9118±0.0849,屬于低Q0值和高η值的構(gòu)造活躍地區(qū)。衰減參數(shù)Q0與對頻率的依賴參數(shù)η值成反比,即Q0值越高,QC值對頻率的依賴性越強,Q0值越低,QC值對頻率的依賴性越弱。
2)尾波Qc值與構(gòu)造及地震活動性密切相關(guān)。本文計算了17個臺站的Q值,結(jié)果顯示,臺站平均尾波衰減參數(shù)Q0總體呈現(xiàn)西高東低的分布特征,在地震活躍或震群發(fā)生區(qū)域及赤峰開原斷裂中段,臺站Q0值相對較低,顯示了尾波Qc值與區(qū)域斷裂構(gòu)造及地震活動性的密切相關(guān)性。
3)尾波Q0值與巖性的相關(guān)性。本文的計算結(jié)果顯示,臺站平均尾波衰減參數(shù)Q0值與臺站基巖巖性具有一定的相關(guān)性,結(jié)構(gòu)致密的花崗巖、混合巖等,Q0值相對較大;而結(jié)構(gòu)相對疏松多孔、導(dǎo)水性較好的玄武巖和灰?guī)r,Q0值相對較低。
4)尾波Q0值可以反映震源區(qū)的應(yīng)力作用狀態(tài)及介質(zhì)體破裂特征。尾波Q0值時序分布結(jié)果顯示,2013年通遼5.3級地震前,地震平均尾波衰減參數(shù)Q0持續(xù)下降,主震發(fā)生時Q0值瞬時升高,震后Q0值持續(xù)下降后,恢復(fù)震前水平。反映了大震前,由于作用在孕震區(qū)的應(yīng)力較強,使得地殼介質(zhì)破裂增加,尾波Q值減??;臨近破裂時,由于持續(xù)增強的應(yīng)力導(dǎo)致介質(zhì)體裂隙逐步閉合,剛性增強,而使Q值增大;震后,由于應(yīng)力釋放,介質(zhì)破裂嚴重,Q值隨之減小。
致謝本文所用尾波Q值計算軟件由浙江省地震局朱新運研究員提供,地震波形資料由內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局監(jiān)測中心提供,在此表示感謝。