岷縣漳縣MS6.6地震近場地震波譜質(zhì)心分布與發(fā)震構(gòu)造

許康生　曾文浩

1　中國地震局蘭州地震研究所，蘭州市東崗西路450號，730000

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岷縣漳縣MS6.6地震近場地震波譜質(zhì)心分布與發(fā)震構(gòu)造

許康生1曾文浩1

1中國地震局蘭州地震研究所，蘭州市東崗西路450號，730000

摘要：采用近場15個地震臺記錄的2013-07-22岷縣漳縣MS6.6地震主震波形，計算平均譜質(zhì)心頻率并給出地理分布。結(jié)果表明，高頻分布橢圓分布在臨潭-宕昌斷裂主支的西南側(cè)。由此認為，這次地震的逆沖塊體應(yīng)是處于臨潭-宕昌斷裂西南側(cè)的另一平行次級斷層之間的塊體，發(fā)震構(gòu)造并非臨潭-宕昌斷裂；譜質(zhì)心最高頻率的分布范圍揭示了地震波能量輻射最強的區(qū)域，與現(xiàn)場考察的宏觀極震區(qū)相吻合。

關(guān)鍵詞：岷縣漳縣MS6.6地震；地震波；譜質(zhì)心； 地理分布； 發(fā)震構(gòu)造

2013-07-22甘肅岷縣漳縣(34.5°N，104.2°E)發(fā)生MS6.6地震。部分學(xué)者估算了這次地震的加速度峰值[1],對構(gòu)造特征與地震的關(guān)系進行討論[2]。中國地震局地球物理研究所給出其震源機制解：節(jié)面Ⅰ走向180°，傾角47°，滑動角120°；節(jié)面Ⅱ走向311°，傾角66°，滑動角62°。現(xiàn)場考察表明，實際發(fā)震構(gòu)造是岷縣禾馱鄉(xiāng)斷層，是臨潭-宕昌斷裂的次級斷裂，以逆沖為主兼有左旋走滑，斷層面向北東傾斜[2]。本文利用近場得到的主震地震波記錄，計算譜質(zhì)心地理分布，展示其分布特征，并與其他研究結(jié)果相印證，以揭示這次地震更為精細的發(fā)震構(gòu)造、錯動方式等基本信息，為災(zāi)情預(yù)估、緊急救援、震情趨勢預(yù)測等提供參考。

1　構(gòu)造背景及歷史地震概況

本次地震發(fā)生在青藏高原東北緣的甘東南地區(qū)，地處東昆侖斷裂和西秦嶺北緣斷裂的圍限之內(nèi)，東昆侖斷裂東段在向東北方向發(fā)展時分叉，發(fā)育出三組北西西向斷裂(迭部-白龍江斷裂、光蓋山-迭山斷裂和臨潭-宕昌斷裂)。臨潭-宕昌斷裂走向北西西向，傾向北東，傾角50°～70°，局部陡立，向南逆沖為主，兼有左旋走滑，具有分段，由多條規(guī)模不等的次級斷裂組成，在深部也有不同分支結(jié)構(gòu)，應(yīng)力構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜。研究區(qū)歷史上發(fā)生過一些中強地震，如1573年6.75級地震、1937年6級地震、2003年5.2級地震和2004年卓尼5.0級地震[3]。

2　資料和數(shù)據(jù)處理方法

本文采用的資料為甘肅測震臺網(wǎng)分布在甘肅東南部的15個鄰近震中地震臺的寬頻帶地震儀垂直向的主震記錄，數(shù)據(jù)采樣率為100 Hz。對3.5°×4.5°范圍內(nèi)主震的地震波譜質(zhì)心分布進行研究(圖1)。

圖1　岷縣漳縣地震(MS6.6)及近場臺站分布圖Fig.1　The distribution of Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake and near field stations

譜質(zhì)心(spectral centroid)是研究信號頻率和能量分布的重要物理參量。其計算公式為:

(1)

式中，F(xiàn)[k]是頻率k對應(yīng)的信號振幅。信號的譜質(zhì)心值越大，意味著信號中高頻成分占比越高；反之，說明信號中高頻成分占比較低[4-9]。

本文首先進行0.01～5 Hz的帶通濾波(圖2)，避免高頻雜噪信號對計算結(jié)果的影響；然后對這15個地震臺的記錄計算平均譜質(zhì)心頻率,并給出地理分布(圖3)。

圖2　采用的主震地震波垂直向記錄Fig.2　Vertical seismic wave records of Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake at 15 stations

圖3　岷縣漳縣地震(MS6.6)平均譜質(zhì)心頻率分布圖Fig.3　The distribution of spectrum centroid for Minxian-Zhangxian earthquake MS6.6

3　結(jié)果與討論

多位學(xué)者認為，此次地震發(fā)生在臨潭-宕昌斷裂[2-4]，但未能給出更進一步的精細研究。而震害程度調(diào)研結(jié)果表明，沿臨潭-宕昌斷裂主支分布的區(qū)域并不是破壞最大的區(qū)域(極震區(qū))，實際極震區(qū)在其西南側(cè)[3]。對此，本文從地震學(xué)角度進行討論。

圖3中，震中附近的寬條帶表示臨潭-宕昌斷裂主支。從地震波平均譜質(zhì)心頻率分布可以看出，平均譜質(zhì)心高頻范圍呈橢圓形分布在這條斷層的西南側(cè)，長軸方向與斷層走向平行。基于多普勒效應(yīng)原理分析，主震破裂過程具有較強的逆沖性質(zhì)(這與其他研究結(jié)果完全一致)，平均譜質(zhì)心高頻范圍應(yīng)在發(fā)震斷層的上盤區(qū)域；如果地震發(fā)生在臨潭-宕昌斷裂，譜質(zhì)心高頻區(qū)域應(yīng)該出現(xiàn)在臨潭-宕昌斷裂東北側(cè)，即該斷裂的上盤，但實際譜質(zhì)心分布結(jié)果并非如此。據(jù)此認為，逆沖塊體不是臨潭-宕昌斷裂的東北側(cè)塊體，而是臨潭-宕昌斷裂西南側(cè)另一相平行的未知斷層之間的逆沖塊體。

震害影響程度現(xiàn)場考察表明，宏觀震中在梅川鎮(zhèn)、禾馱鄉(xiāng)一帶[12]，這一結(jié)論也佐證了本文的觀點。首先，地震波的譜質(zhì)心分布描述了地震的塊體運動狀態(tài)，這種基于地震學(xué)的研究結(jié)果比從地質(zhì)學(xué)角度得到的結(jié)果更加精確，具有更好的定量效果和物理學(xué)基礎(chǔ)。其次，地震波的譜質(zhì)心分布也從另一角度描述了地震的能量輻射分布狀態(tài)，譜質(zhì)心高頻分布區(qū)域意味著這一區(qū)域處于較強能量輻射范圍。根據(jù)地震波傳播理論可知，地震波記錄振幅可表述為：

(2)

其中，A(t)為記錄振幅，A0為原始振幅，f為頻率，Q為品質(zhì)因子，t為時間[13]。可見，地層介質(zhì)為低通濾波器，高頻成分在傳播過程中易衰減損失。在不考慮介質(zhì)差異性且傳播距離相當?shù)那疤嵯拢芰繌姷牟ㄔ诮橘|(zhì)散射衰減后仍含有較高份額的高頻成分，譜質(zhì)心會上移；而能量弱的波在介質(zhì)散射衰減后高頻成分損失很大，譜質(zhì)心會下移。這也很好地解釋了譜質(zhì)心高頻區(qū)域與實地考察的極震區(qū)相吻合的事實。

4　結(jié)　語

1)近場地震波的譜質(zhì)心分布與文獻給出的結(jié)果相吻合，證明這是一種簡單可靠的研究方法。

2)近場地震波的譜質(zhì)心分布結(jié)果表明，岷縣-漳縣主震(MS6.6)的發(fā)震構(gòu)造是臨潭-宕昌斷裂西南側(cè)另一相平行的未知斷層。

3)近場地震波的譜質(zhì)心分布計算方法簡單快捷，可以快速、有效地展示地震的發(fā)震構(gòu)造及錯動方式等重要震源信息，對于震后快速確定發(fā)震構(gòu)造和孕震機理及震情發(fā)展研判具有參考意義。

4)近場地震波譜質(zhì)心分布提供的信息，對于震后迅速估測地震破壞程度的分布范圍、快速部署震后應(yīng)急救援工作具有重要參考價值。

參考文獻

[1]王愛國，劉方斌.岷縣漳縣6.6級地震極震區(qū)峰值加速度估算[J].地震工程學(xué)報，2013,35(3):483-488(Wang Aiguo,Liu Fangbin. Estimation of Peak Ground Acceleration in Magistoseismic Area of Minxian-Zhangxian MS6.6 Earthquake[J].China Earthquake Engineering Journal,2013,35(3):483-488)[2]何文貴，鄭文俊，王愛國，等.臨潭-宕昌斷裂新活動特征與岷縣-漳縣MS6.6地震關(guān)系研究[J].地震工程學(xué)報，2013,35(4)：751-760(He Wengui, Zheng Wenjun,Wang Aiguo,et al.New Activities of Lintan-Tanchang Fault and Its Relations to Minxian-Zhangxian MS6.6 Earthquake[J]. China Earthquake Engineering Journal,2013,35(4):751-760)

[3]葛偉鵬.岷縣漳縣6.6級地震發(fā)震構(gòu)造與區(qū)域地形地貌特征關(guān)系討論[J].地震工程學(xué)報，2013,35(4):840-847(Ge Weipeng. Discussion on the Relationship between Regional Landform and Seismogenic Structure of the Minxian-Zhangxian MS6.6 Earthquake[J]. China Earthquake Engineering Journal,2013,35(4):840-847)

[4]鄭文俊，袁道陽，何文貴，等.甘肅東南地區(qū)構(gòu)造活動與2013年岷縣漳縣MS6.6級地震孕震機制[J].地球物理學(xué)報，2013,56(12):4 058-4 071(Zheng Wenjun,Yuan Daoyang,He Wengui,et al. Geometric Pattern and Active Tectonics in Southeastern Gansu Province: Discussion on Seismogenic Mechanism of the Minxian-Zhangxian MS6.6 Earthquake on July 22, 2013[J].Chinese Journal of Geophysics,2013,56(12):4 058-4 071)

[5]許康生，李英，李秋紅.近地震波的小波相對能量分布特征分析[J].地震工程學(xué)報，2013,35(1):166-170(Xu Kangsheng, Li Ying, Li Qiuhong.Distribution Characteristics of Wavelet Relative Energy on Near-Earthquake Wave[J]. China Earthquake Engineering Journal,2013,35(1):166-170)

[6]李英，張淑貞，許康生.小波降噪方法在地震信號處理中的應(yīng)用[J].西北地震學(xué)報，2006,28(2)：159-162(Li Ying, Zhang Shuzhen, Xu Kangsheng. Application of Wavelet Transfer in Seismic Signal Denoise[J].Northwestern Seismological Journal,2006,28(2):159-162)

[7]許康生，李秋紅，李英.大地震前近臺背景噪聲的頻譜分析[J].西北地震學(xué)報，2012,34(2)：150-153(Xu Kangsheng,Li Qiuhong, Li Ying.Analysis on the Spectrum of Background Noise in Stations Near by Epicenters of Two Great Earthquakes[J]. Northwestern Seismological Journal,2012,34(2):150-153)

[8]黃旭濤，溫瑞智，任葉飛，等，2013年7月22日岷縣漳縣6.6級地震強震記錄及特征分析[J].地震工程學(xué)報，2013,35(3):489-496(Huang Xutao,Wen Ruizhi,Ren Yefei,et al.Strong Motion Records and Its Characteristics in Minxian-Zhangxian MS6,6 Earthquake on July 22,2013[J]. China Earthquake Engineering Journal,2013,35(3):489-496)

[9]許康生，辛長江， 李英.汶川地震前后地磁Z分量的譜質(zhì)心變化[J].地震工程學(xué)報，2014,36(2):393-397(Xu Kangsheng, Xin Changjiang, Li Ying. The Spectrum Centriod Variation in GeomagneticZComponent Data before and after the Wenchuan Earthquake[J]. China Earthquake Engineering Journal,2014,36(2):393-397)

[10]尹繼堯，朱元清.日本9.0級地震斷層分布和錯動方式探討[J].大地測量與地球動力學(xué),2011,31(2):12-16(Yin Jiyao,Zhu Yuanqing. Preliminary Discussion on Distribution and Dialacation Mode of the Fault for MS9.0 Earthquake in Honshu, Japan[J].Journal of Geodesy and Geodynamics,2011,31(2):12-16)

[11]劉巧霞，沙成寧，楊卓欣，等.玉樹7.1級地震余震重新定位及其時空分布特征研究[J].大地測量與地球動力學(xué),2012,32(4):5-9(Liu Qiaoxia,Sha Chengning,Yang Zhuoxin，et al. Relocation of Aftershocks of Yushu MS7.1 Earthquake and Their Spatial Distribution Characteristics[J].Journal of Geodesy and Geodynamics, 2012,32(4):5-9)

[12]石玉成，高曉明，譚明，等.2013年岷縣漳縣6.6級地震災(zāi)害損失評估[J]. 地震工程學(xué)報，2013,35(4)：717-723(Shi Yucheng,Gao Xiaoming,Tan Ming et al.Disaster Loss Assessment of the Minxian-Zhangxian MS6.6 Earthquake,2013[J]. China Earthquake Engineering Journal,2013,35(4):717-723)[13]魏文，王興謀，李紅梅，等. 基于地震波衰減的特征屬性重構(gòu)方法[J]. 石油物探，2012,51(3)219-224(Wei Wen,Wang Xingmou,Li Hongmei et al. A Characteristic Attribute Reconstructing Method Based on Seismic Wave Attenuation [J]. Geophical Prospecting for Petroleum,2012,51(3):219-224)

Foundation support:National Natural Science Foundation of China, No.41474046.

About the first author:XU Kangsheng, senior engineer, majors in seismology and seismic data processing，E-mail:xuks@foxmail.com.

收稿日期：2015-08-13

第一作者簡介：許康生，高級工程師，主要從事地震學(xué)及地震數(shù)據(jù)處理研究，E-mail:xuks@foxmail.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.08.002

文章編號：1671-5942(2016)08-0666-03

中圖分類號：P315

文獻標識碼：A

The Seismogenic Fault and Near Field Distribution of Spectrum Centroid for Minxian-Zhangxian MS6.6 Earthquake

XUKangsheng1ZENGWenhao1

1Lanzhou Institude of Seismology, CEA，450 West-Donggang Road, Lanzhou 730000, China

Abstract:In this paper, the vertical component seismic record data of 15 near-field stations of the Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake are used to analyze the main shock. The average centroid frequency is calculated, and its geographical distribution is given. The results show that the high frequency distribution is in southwestern sides of the Lintan-Tanchang fault, not along the Lintan-Tanchang fault; the elliptical long axis parallels to the fault strike. That is to say, the thrust block of this earthquake is between the southwest side of Lintan-Tanchang fault and the other fault. The geographical distribution of the highest frequency of the spectrum is in agreement with the macroscopic epicenter. It can be considered that the highest frequency region of the spectral centroid is the most serious area of earthquake disaster.

Key words:Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake;seismic wave;spectrum centroid; geographic distribution; seismogenic fault

項目來源：國家自然科學(xué)基金(41474046)。