衰減、場地響應等地震波傳播信息綜合研究

朱新運

1）中國地震局地球物理研究所，北京100081

2）浙江省地震局，杭州310013

衰減、場地響應等地震波傳播信息綜合研究

朱新運1，2）

1）中國地震局地球物理研究所，北京100081

2）浙江省地震局，杭州310013

地震激發的波，經過傳播路徑、儀器、場地等因素的調制作用成為臺站地震記錄，即臺站記錄是震源、路徑、儀器、場地等多種因素的耦合，而基于地震記錄研究震源信息、路徑衰減、場地響應等則是逆向的解耦過程。基于地震學理論、通過各種計算技術，從地震波形資料中解析出關于地震震源力學參數、地震波傳播介質及臺站場地響應信息是地震研究的重要內容，也是認識地震孕育、發生、發展過程，了解地震孕育背景構造特征等的有效途徑。本文在地震學前沿理論方法的基礎上使用最新計算機技術開展了以下3個方面的工作。

本文第一部分，在逆向雙臺譜比法的基礎上，提出了基于譜比法的地震波衰減與場地響應聯合反演方法。與逆向雙臺譜比法相比，該方法對數據條件限制降低，增加了可用數據量，除了能獲得地震波衰減參數外，還同時獲得了場地響應參數。使用該方法，選取首都圈臺站記錄的同區域小震資料，評估首都圈臺站場地響應，計算相應研究區地震波衰減參數。研究表明，在1～6Hz頻率范圍內，基巖臺場地響應小、平坦且穩定，土層臺對低頻率波放大作用高于對高頻率波的放大作用，地震波衰減參數與區域地震活動性相關。同樣使用該方法，選取浙江省區域地震臺網臺站記錄的臺灣地震波形資料，評估浙江省丘陵地帶基巖臺站場地響應，計算了穿越臺灣海峽較單一路徑Lg波的衰減參數，通過區域地震記錄震級偏離情況對該研究場地響應結果的可靠性進行了檢驗。

第二部分基于弱散射的尾波理論開展地震波尾波衰減研究。文章詳細闡述了基于Aki模型及Sato模型的尾波衰減參數計算的原理方法，定量分析了不同濾波器及相關性能、地震波噪聲、數據采樣、尾波流逝時間等對計算結果的影響。根據計算特點，針對Aki模型在數據采樣方面提出了動態采樣方法，針對Sato模型提出了最佳線形段自動判斷算法。研究表明，利用動態采樣代替固定窗長的靜態采樣方法，在擬合數據段較短的情況下，結果更穩定。

利用浙江、寧夏及首都圈臺網近年來記錄的數字地震波資料，研究相應地區地震波尾波衰減特征，并結合地震活動情況，研究了地震波衰減參數與區域地震活動的關系，對研究結果的可靠性進行了論證。研究發現，Q0的大小除了與射線穿過區域的地震活動性、地震地質條件有關外，還與臺站位置所處的局部地形及地震地質構造有關。地震活動程度越高、地震波衰減越快，衰減參數Q0值越小。研究中，我們發現地震波衰減參數Q0與η具有負相關關系。小震序列對相應區域介質衰減的影響表現為，衰減參數η趨勢性降低，而Q0不具有趨勢性特征。

根據數據條件，使用基于Sato模型計算的衰減參數Q0構建區域衰減參數圖像，分析華北區域歷史大震活動與衰減參數圖像的關系，結果表明，研究區MS7以上地震均發生在低Q0區或Q0高梯度遞變區。

第三部分為綜合研究部分。在這一部分，使用浙江珊溪水庫地震序列波形資料，開展了地震定位、小震震源參數、地震波衰減、綜合斷層面解等研究。在地震定位方面提出了在虛波走時方程基礎上的遺傳算法定位，由此得到的定位結果與浙江省臺網用hypo81方法定位結果相比，走時殘差大幅降低，定位質量明顯提高。

基于虛波走時方程，將非線性方程線性化，求解獲得震源位置及虛波速度初值，之后計算初始走時殘差，由走時殘差的標準偏差的2倍計算在經度、緯度、深度及虛波速度產生的最大誤差，構造遺傳種群，利用遺傳算法進行二次定位，獲得地震定位的最終結果。利用該方法，對浙江珊溪水庫震群進行重新定位，結果表明：地震基本上集中發生在一個近乎垂直的北西向的斷層面內，斷層面走向136°，傾角87°。小震綜合面解獲得的結果與定位結果基本一致；震源深度平均4.7km，最大深度9.5km，最淺1.7km，地震震中呈北西向狹窄條帶分布，沿北西方向地震震源深度趨勢性增大，在條帶西北端有大約3.5km的地震不連續空段；利用Borun模型計算的小震震源參數結果表明，該震群地震震源參數沒有表現出明顯有別于構造地震的特征，地震應力降多在0.33MPa左右，平均應力降為0.88MPa，根據應力降空間分布的情況判斷，該地震條帶西北端地震活動不連續段處于應力降低值區。

根據數據處理要求，本研究自主開發了界面友好、功能完善，數據輸入、輸出及參數配置操作方便實用的數字地震波處理軟件，軟件運行節省內存、速度快、流程可控。

衰減參數；場地響應；聯合反演；遺傳算法

（作者電子信箱，朱新運：zhuxinyun＠126.com）

P315.3＋1；

A；

10.3969／j.issn.0235-4975.2012.01.012