長春臺不同類型地震的震相特征分析

張 宇，康建紅，張洪艷，鄭國棟，陳 聰

（1.長春地震臺，吉林 長春 130117；2.吉林省地震局，吉林 長春 130117）

0 引言

長春臺屬國家I類基準臺，是全國36個常規速報臺、24個國際數據資料交換臺之一；同時也是吉林省地震臺網的子臺。“九五”期間，長春地震臺完成了地震觀測系統的數字化改造，配備了CTS-1型寬頻帶地震計和EDAS-24IP型數采，儀器架設在山洞擺房內，臺基為石炭二疊紀泥板巖夾變質砂巖。長春臺山洞內年平均溫度10℃，年平均溫差不超過2℃，日溫差小于0.1℃，山洞內設置多重門防止氣流影響和人為干擾，非常適合CTS-1寬頻帶地震計運行。

CTS-1寬頻帶地震計是從“八五”期間開始研制的，首先應用于國家數字地震臺網。CTS-1是高靈敏度寬頻帶地震計，它由3個獨立分向傳感器（一個垂直向、兩個水平向）一體化安裝組成，在50Hz～120s頻帶內對等速度輸入響應平坦。儀器具有較低的自身噪聲，動態范圍優于140dB，三分向響應靈敏度分別為UD向2011.6，EW向1991.6，NS向2053.8（v＊s／m）。地震計采用力平衡負反饋系統，傳遞函數穩定。CTS-1型寬頻帶地震計具有寬頻帶、大動態、高分辨率的特點。

為提高長春臺的地震監測能力和全球大震速報質量，我們對長春臺使用CTS-1型地震計記錄的不同震中距及不同類型地震的波形進行分析，對其相同的震相特征進行了總結。

1 資料的選取

使用長春地震臺CTS-1記錄的震中距不同的5個典型地震波形，以中國地震臺網中心地震目錄中所提供的參數為標準參數，進行震相特征分析。所選地震目錄見表1。

2 震相特征分析

2.1 近震震相特征分析

近震是指震中距小于1000km的地震。近震范圍地震波有直達波、反射波和首波［1］。不同震中距地震記錄特征也不相同，震中距小于40km的近震只有直達縱、橫波；震中距40～70km的近震能記錄到直達縱、橫波和反射縱、橫波，反射波和直達波的周期相近；隨著震中距的增大，首波將作為第一震相到達。圖1是2004年03月24日09時53分內蒙古東烏珠穆沁旗ML6.2地震（震中距5.4°，596km），由于震中距較大，首波作為第一震相到達，短周期面波逐漸發育，振幅大，占據記錄圖的主體位置，各波的頻率特性展示的較好。縱波與橫波震相兩兩對應出現，主要震相有PN、PB、PG、SN、SB、SG。

表1 地震目錄

圖1 內蒙古東烏珠穆沁旗ML6.2地震Fig.1 ML6.2 earthquake in East Uzhumuqin of Inner Mongolia

2.2 遠震震相特征分析

震中距在10～105°的地震稱為遠震，遠震初至震相為地幔折射波P，遠震記錄到的波包括地幔折射波、地表反射波及轉換波、核面反射波及轉換波、地核穿透波和面波等。當震中距在10～16°的時候，由于地震射線傳播時受到上地幔低速層影響，高頻波大都被吸收只有低頻成份可以傳播到臺站，此段距離被稱為P、S波的“影區”，所以P、S震相不發育，較難辯認［2］。圖2是2003年05月26日17時24分日本本州近海MS7.0地震（震中距13.3°），由于該震中距處在“影區”，所以S震相很不清晰。

當遠震的震中距達到30～105°的時侯，通常可以識別的主要震相有P、S、PP、PPP、PS、SS、SSS、PCP、SCS、PCS、SKS、PCPCP、LQ、LR等。特別要注意的是波的到達順序隨著震中距的不同會有變化。圖3是2000年10月25日17時32分印尼巽他海峽MS7.0地震（震中距53.4°），波形圖中P、S初動尖銳，呈脈沖式1至2個周期；PCS波與S波交替，PCP波也超前了PP波；清晰地記錄了P、AP、PCP、PP、PPP、SCP、PCS、S、SCS震相。

圖2 日本本州近海MS7.0地震Fig.2 MS7.0 earthquake in the offshore of Honshu in Japan

圖3 印尼巽他海峽MS7.0地震Fig.3 MS7.0 earthquake in Sunda Strait of Indonesia

2.3 極遠震震相特征分析

震中距超過105°就是極遠震，極遠震沒有地幔折射波。其初到波分別為衍射波、內核穿透波和外核穿透波等［1］。極遠震的震相也較為豐富，主要震相有Pdiff、PKIKP、PKP1、PKP2、PP、PPP、PKS、SS、SSS、SKS、SKKS、S3KS等。圖4是2001年01月14日01時33分薩爾瓦多MS8.0地震（震中距115.1°），該震仍然處在核幔分界面造成的“影區”內，雖然震級很大，但初至震相Pdiff比較弱，波形不夠尖銳，振幅只有PP的1／5左右；PP初震相難確定，只能看到其波列，PP-Pdiff到時為4分52秒；且一個小時以后出現面波。記錄的震相很豐富有Pdiff、PKIKP、XPKP、PP、PPP、SKS、SKKS、PS、SS。

2.4 深震震相特征分析

圖4 薩爾瓦多MS8.0地震Fig.4 Salvador MS8.0 earthquake

震源深度小于60km的地震為淺源地震，震源深度大于300km的地震稱為深源地震，介于兩種情況之間的稱為中源地震。隨著震源深度的增大，地震記錄有3個主要變化：其一是面波的能量由強到弱，逐漸在記錄圖上消失；其二是核面波及深震震相呈現尖銳的脈沖波形，且只持續1-2個周期；其三是各震相明顯變得較為尖銳且衰減快［1］。當震源深到上地幔低速層之下，則沒有5～16°的“影區”；SKS波與S波的交替也有所提前。圖5是2002年06月29日01時19分汪清M7.2地震（震中距3.7°，震源深度540km），特征表現為震相起始尖銳，清晰、衰減快、呈脈沖式，SCS可用于確定深度，面波不發育，記錄的震相有P、S、SCS。該震雖然震中距沒有超過1000km，但是由于震源在地幔中，臺站所接收到的地震波為地幔折射波，只能用震相有P、S分析定位，而不能用近震分析方法。

圖5 汪清M7.2地震Fig.5 Wangqing M7.2 earthquake

3 討論

（1）長春臺不同類型地震的震相特征：

①近震范圍地震波有直達波、反射波和首波。不同震中距地震記錄特征也不相同，震中距小于40km的近震只有直達縱、橫波；震中距40～70km的近震能記錄到直達縱、橫波和反射縱、橫波，反射波和直達波的周期相近；隨著震中距的增大，首波將作為第一震相到達。縱波與橫波震相兩兩對應出現。

②遠震震中距在10～16°的時候，受到上地幔低速層影響，會出現為P、S波的“影區”，P、S震相不發育，較難辯認。極遠震震中距在105～143°的時候，處在核幔分界面造成的“影區”內，震相少，且不易識別。

③波的到達順序隨著震中距的不同會有變化。39～42°時，PCS與S交替；45°時，PCP與PP交替；83°時，SKS與S交替。

④汪清深震雖然震中距沒有超過1000km，但是由于震源在地幔中，臺站所接收到的地震波為地幔折射波，只能用震相有P、S分析定位，而不能用近震分析方法；用SCS確定深度比較準確。

（2）長春臺記錄不同類型地震的波形不一樣，震相特征也不一樣，但每個類型都有各自的顯著特征，這與震源位置、深度、破裂方式等諸多因素有關，但主要是與傳播路徑上介質的吸收有關［3］。

（3）長春臺CTS-1型地震計地震震相記錄清晰、豐富，應用CTS-1寬頻帶數字地震儀能有效地提高地震臺的地震監測能力和全球大震速報質量。

［1］劉瑞豐，陳會忠，等.地震學與地震觀測［M］.北京：地震出版社，2007：169-173.

［2］肖健，等.典型地震波形特征分析［J］.地震地磁觀測與研究，2011，32（5）：135.

［3］陳俊杰，等.長春地震臺寬頻帶數字地震波形頻譜特性的初步分析［J］.東北地震研究，2006，22（3）：64.