地震波传播的路径效应除与距离呈几何衰减外，还受到介质非弹性衰减的影响，一般用介质品质因子Q值来度量^[1]。Q值作为地球介质的基本物理参数之一，是进行震源性质定量所必需的重要参数，在工程地震和震源物理研究中有着重要应用^[2]。

Atkinson等^[2]提出的几何衰减模型，是根据区域范围射线传播路径上几何衰减随震中距的变化，采用多台多地震联合迭代反演的方法来获得地震波衰减规律。为了在一定程度上减弱震源辐射因子的影响，假设入射波沿不同入射角和方向在每个台站的场地效应一致，并采用多台取平均的方法获得震源谱。目前该方法已得到了广泛应用，并取得了较好的效果。赵翠萍等^[1]利用S波记录分析新疆天山中东段地区的介质衰减特征；戚浩等^[3]分析安徽地区震源参数特征；魏贵春等^[4]利用台网资料联合反演丹江口库区的Q值；华卫等^[5]、朱新运等^[6]、Castro等^[7]、Jin等^[8]计算地震尾波的Q值，得到各自研究区域的几何衰减特征、场地响应和震源参数等，其Q₀及η值反映了区域的复杂性及地震活动情况。

本文采用Atkinson方法，根据三峡水库蓄水期次及地震分布情况，对三峡工程水库重点监视区附近记录到的地震事件波形根据不同蓄水阶段和不同库段分别计算Q值，并结合各区域构造环境、深部介质进行地震波衰减特征分析。研究成果可为进一步认识该地区地震发生的介质环境提供新的证据，并对地震发生的成因机制分析及技术方法研究等具有参考价值。

1 研究区概况

三峡工程水库重点监视区位于库坝到巴东县楠木园的湖北库段。自2001年三峡数字遥测地震台网正式运行以来，截止至2015-12，在重点监视区内共记录到M_L1.0以上地震7 600余次，其中M_L1.0~1.9地震约占90%，最大地震为2013-12-16巴东5.1级地震。空间上，地震密集分布在巴东高桥断裂附近、泄滩地区及仙女山-九畹溪断裂附近。前期研究发现，不同区域的地震活动成因存在一定差异，在很大程度上与区域地层岩性和断裂构造特征等有关^[9-11]。

三峡水库上游水位在2010-10达到175 m设计蓄水位之前，先后经历了2003年135 m、2006年156 m和2008年175 m试验性蓄水等3个阶段。图 1给出了地震活动与库水位变化的关系。可以看出，自2003-06开始蓄水以来，库区地震频次随水位上升而明显增加，在175 m试验性蓄水初期，地震频次达到高值后迅速降低^[12]；三峡工程水库经过多次175 m试验性蓄水，显著性地震震级与三峡工程水库上游水位及水位变化关系明显，如2013-12-16巴东5.1级地震时三峡工程水库上游水位为174 m，2014-03-27秭归4.3级地震和03-30秭归4.7级地震均发生在三峡工程水库上游水位高水位的快速下降时期。

为准确分析研究区的介质衰减特征，根据地震分布特征和地质构造特征，将三峡工程水库重点监视区分为巴东(岩溶发育区)、泄滩(煤矿发育区)和香溪-郭家坝(断裂发育区)3个库段。

2 监测台站和资料选取 2.1 监测台站

2001~2011年，由24个数字化、高增益的三分量遥测固定地震台组成的三峡数字遥测地震台网配置了高灵敏度微震仪，其中20台为JC-V104型，4台为FSS-3型^[12-13]。由于设备老化，2012-01~06对监测台网进行升级改造，改造后台站数量变为22个，撤销了鸡冠石和白云山。地震计包括3台BBVS-60型力平衡反馈式宽频带地震计、7台JC-V104型和12台FSS-3M型短周期地震计，数据采集器为EDAS-24GN。

2.2 资料选取

本文选取2001~2015年三峡数字遥测地震台网记录到的M_L2.0以上、信噪比较高、震相清晰且地震射线覆盖较好的地震事件进行分析。按照每个台站至少有5次地震记录、每次地震至少被5个台站记录到的原则，最终参与计算的台站数量为20个，地震记录为526条，地震震中主要分布在三峡工程水库重点监视区及其周边30 km范围内，95%的地震震源深度H≤15 km，其余在15~30 km之间。

图 2给出了参与计算的台站与地震震中分布。可以看出，地震主要分布在仙女山-九畹溪断裂、泄滩煤矿地区和巴东-巫山等区域。地震分布基本上覆盖了三峡工程水库重点监视区的3个库段，计算结果能够代表该地区平均的非弹性衰减系数。

3 计算方法

对于一条数字地震波形记录，由于S波的振幅通常比P波的振幅大，有时可达5倍左右，故本文从S波中提取相关信息。选取从S波开始到包含90%S波总能量的时间段，计算介质品质因子Q值^[14]：

(1)

式中，1/Q称为耗损因子，ΔE是该体积介质内在一个周期内消耗的能量，E是在一个周期的时间间隔内一定体积的介质中所积累的最大能量。

品质因子Q(f)与非弹性衰减系数c(f)有如下关系：

(2)

式中，β为剪切波速度。

根据式(2)计算出不同频点的Q(f)值，然后用下式拟合频率与介质品质因子的关系：

(3)

式中，η为介质的吸收系数，Q₀为频率为1 Hz时的Q值。

图 3给出了3个不同蓄水阶段的地震记录传播路径图。由图 3(a)可见，135 m蓄水前后阶段，地震分布在三峡工程水库重点监视区；图 3(b)显示，在156 m蓄水阶段地震逐渐向右岸扩散，巴东地区主要沿高桥断裂展布，泄滩地区在2个矿区成丛；图 3(c)说明，175 m试验性蓄水后，地震主要分布在巴东-巫山的长江左岸、泄滩沿长江、仙女山-九畹溪断裂与长江交汇处等区域。

4 计算结果

按照一个台站至少记录到5个以上地震、一个地震至少被5个以上台站记录到及1.5倍信噪比的原则，分别计算得到了三峡工程水库重点监视区3个地震活动区在135 m蓄水前后(图 4(a))、156 m蓄水阶段(图 4(b))和175 m试验性蓄水阶段(图 4(c))在不同频点的Q(f)值及其与频率的拟合关系。

由图 4计算结果可见：

1) 不同蓄水阶段的地震数据拟合得到的Q值与频率变化的线性关系较好，各频点在拟合线附近波动。

2) 介质品质因子Q值与介质的均匀程度和强度有关，可以用来度量构造的活动性。3个库段在不同蓄水阶段的Q₀值为53.8~158.7，η值为0.514 7~0.869 4，均具有较小的Q₀值和中等的η值，说明三峡工程水库重点监视区构造复杂，且介质均匀程度较低；香溪-郭家坝库段Q值较大，表明该地区构造运动比较稳定；巴东库段Q值较小，表明该地区构造运动比较强烈。

3) 巴东库段、香溪-郭家坝库段在不同蓄水阶段地震数据拟合得到的Q₀值和η值变化不大，而泄滩库段的Q₀值随着水位升高而增大，表明该地区介质的均匀程度有所提高。

5 结语

与文献[5]计算得到的该地区的结果Q(f)=112.0f^0.918相比，本文的计算结果Q₀值比较接近，但η值偏小，其原因主要在于研究区域范围、台站和资料的选取不同。文献[5]的数据来源于三峡工程水库地区26个流动台站2009-03~11记录到的44个M_L1.0以上地震，而本文采用的是三峡数字遥测台网2001~2015年20个固定台站记录到的526个M_L2.0以上地震的数据，研究区地震射线覆盖更为均匀密集，计算结果更为可靠。

巴东库段蓄水初期，地震活动主要受岩溶塌陷影响，随着蓄水的周期性变化，断裂构造影响有所凸显；泄滩库段主要以煤矿矿洞塌陷型地震为主；香溪-郭家坝库段地震则受仙女山-九畹溪断裂控制，且该地区灰岩发育，断裂构造的导水性能良好，利于水库地震的发生。因此，三峡工程水库上游水位变化对岩溶地区和断裂发育地区的影响相对于煤矿区滞后，作用时间也更长^[9]。三峡水库2008-09以来，每年175 m正常蓄水位到145 m防洪限制水位的周期性涨落变化，也将持续影响巴东库段和香溪-郭家坝库段的地震活动水平。

本文初步计算了三峡工程水库重点监视区的非弹性衰减系数，随着数字化地震波资料的时间和空间累积，该地区介质品质因子的计算结果将更为精确，在以后工作中将对其作进一步研究。

致谢: 感谢姚运生研究员、王秋良副研究员和李井冈博士对本文提出的宝贵建议和意见。