2017, Vol. 38
随着人们对震源力学过程研究的不断深入，描述震源的参数逐渐增多。而利用地震波形记录测定的中小地震震源参数成为专家学者热衷的研究课题（卓钰如，1984；赵翠萍等，2011；金春华等，2013）。许健生等（1999）、张萍等（2009）、周昕等（2012）、张丽芬等（2013）研究发现，事件类型不同，震源参数的拐角频率、应力降也存在明显差异。应力降在地震序列趋势判断中得到广范应用（陈章立等，2008；华卫等，2009；王培玲等，2013）。
目前，地震与爆破的判定主要根据事件波形特征，分析其P波初动方向、周期、振幅比、衰减特征、持续时间、面波发育情况等（王惠琳等，2016），在满足地震速报要求在短时间内快速、准确地判定事件类型方面有一定难度。随着地震分析软件MSDP 6.0版本的更新，快速产出震源参数已经不是问题。本文试图利用该软件产出的震源参数，寻找能够快速、简单、准确判定事件类型的方法。在海南及邻区Q值、31个地震台站场地响应基础上，计算得到2008年以来海南测震台网“十五”项目记录的ML 2.5以上符合产出条件的地震和爆破的震源参数，分析震源参数的不同特征。以海南测震台网记录的一个有感疑爆事件为例，利用震源参数对事件类型进行判定，结果表明疑爆事件为天然地震，与前人研究结果一致，对地震速报、事件类型判定的日常分析具有实际意义。
1 方法原理将日常记录的地震观测资料反演得到震源谱，与理论震源谱进行拟合，得到相应震源谱参数，然后计算得到震源参数。地震台站记录的位移谱包括震源谱、辐射因子、自由表面效应、噪声、仪器响应、场地响应、几何扩散及非弹性衰减Q值等。自由表面效应是指地震波入射地表自由表面时的反射特征，理论上SH波的反射波位移与入射波位移相等。海南测震台网所属地震台站均采用井上摆地震计，自由表面效应为2，采用Atkinson三段衰减模型，利用Akinson方法计算得到海南及邻区非弹性衰减Q值，采用Moya方法反演得到地震台站场地响应。采用多台多地震联合反演方法，用1—22 Hz水平分向地震速度波形数据进行旋转、滤波、去除仪器响应、去除噪声等数据处理，得到SH分量的观测位移谱和噪声谱。在频率域内对每个中小地震各地震台站记录进行几何衰减、非弹性衰减、场地响应等校正，求其平均值以消除方向性效应，得到每个地震的平均震源谱。目前在利用震源谱计算震源参数的研究中，基本采用ω平方震源模型，用遗传算法搜索与各地震平均震源谱吻合最好的ω平方理论震源位移谱，即可得到相应震源谱参数Ω0和fc（赵翠萍等，2011）。
根据Brune等效圆盘断层模型可求出相应震源参数:地震矩M0、应力降r和震源尺度Δσ（Brune J N，1970），即
| $ {M_0} = \frac{{4{\rm{ \mathsf{ π} }}\rho {\beta ^3}{\mathit{\Omega }_0}}}{{{R_{\theta \phi }}}} $ |
| $ r = \frac{{2.34\beta }}{{2{\rm{ \mathsf{ π} }}{f_{\rm{c}}}}} $ |
| $ \Delta \sigma = \frac{{7{M_0}}}{{16{r^3}}} = {M_0}{\left({\frac{{{f_{\rm{c}}}}}{{0.49\beta }}} \right)^3} $ |
式中，ρ为介质密度，取2.7 g/cm3，β为S波速度，取3.5 km/s。为平均震源辐射图像因子，由于目前不能对所有中小地震产出可靠的震源机制解，为消除震源辐射图像的影响，取SH波的平均辐射图像效应0.41（赵翠萍等，2011）。
2 Q值及场地响应计算震源参数的前提是，产出研究区域的非弹性衰减Q值及所在测震台网的地震台站场地响应。介质品质因子Q值是地球内部介质的重要物理参数，反映了地震波在地球介质中通过时能量的耗损特征（李祖宁等，2012）。因海南地区地壳结构简单，面积小，且海南测震台网“十五”项目以来记录的中小地震较少，本研究中按一个分区计算Q值及地震台场地响应。本文重新分析海南测震台网2008年以来记录的ML 2.5以上地震，按“每个台站记录到3个地震，每个地震必须有3个台站记录到”的原则，记录的波形信噪比大于2，进行多次筛选，最终得到符合计算Q值和地震台站场地响应的地震事件为31个，地震射线基本覆盖研究区域（图 1）。采用Atkinson方法得到海南及邻区Q值随频率的关系为Q( f) = 337.6 f 0.48（图 2），与广西Q(f) = 366.3 f 0.47（龙政强等，2014）、广东Q(f) = 437.5 f 0.3937（康英等，2010）、福建Q(f) = 366.5 f 0.4282（李祖宁等，2012）、江苏Q(f) = 272.1 f 0.5575（康清清等，2016）、浙江Q(f) = 361.00 f 0.458（邹振轩，2006）等沿海地区相差不大。从图 2可见:Q值与频率拟合结果较好，各点均在拟合直线上下分布。利用Moya方法计算得出海南测震台网31个地震台站（包括广东的6个共享台、广西的4个共享台）的场地响应，其中:16个地震台站场地响应比较平坦，约为1；6个地震台站场地响应大于1；7个地震台站场地响应小于1；2个火山口台基台站场地响应曲线形态相似，在1—6 Hz频率范围内大于1，6—20 Hz频率范围内大部分小于1，可能与火山口地震台基的火山风化层有关。
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图 1 所选震中及射线分布 Fig.1 The distribution of selected epicenters and ray |
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图 2 海南及邻区Q值与频率的关系 Fig.2 Relationship between Q-value and frequency in Hainan and adjacent area |
收集整理2008年以来海南测震台网“十五”项目记录的海南及邻区ML 2.5以上地震及爆破事件波形，根据震源参数的产出条件“每个台站的信噪比大于2，每个事件必须有3个台站波形质量达到信噪比要求，每个台站的震源谱与理论震源谱相差不大”，能够产出震源参数的地震有16个，震级3.0—4.4，平均震级3.4；爆破有7个，震级2.8—4.0，平均震级3.2。计算得到23个事件的震源参数，统计结果见表 1（ML采用全国统一编目结果），可知震源参数误差均在1.0以内，其中15个事件在0.5以内，占事件总数的65%。赵翠萍等（2011）、金春华等（2013）统计表明，应力降、拐角频率、震源尺度与震级存在一定相关性，本文选取的地震与爆破震级相差不大，由震级差产生的应力降、拐角频率、震源尺度相对影响不大，不影响震源参数分析。
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表 1 地震和爆破震源参数 Tab.1 The source parameters of seismic and blasting events |
由于地震破裂过程所产生的远场辐射发生在一定的时间内，因此在频率域中，远场位移谱的频带宽度是有限的。远场脉冲的持续时间Δt与频谱的宽度Δω关系是:ΔtΔω=π。在高频时，振幅谱按频率的某次方ω-γ渐近衰减（0 < γ≤3）。当γ = 2时，称为ω2模式；当γ =3时，称为ω3模式。通常把振幅谱高频渐近趋势（包络线）和低频趋势（零频水平）的交点称为振幅谱的拐角，与拐角相对应的频率称作拐角频率（王生文，2014）。统计分析海南及邻区地震和爆破的震源参数，发现地震与爆破的拐角频率存在明显不同的特征:地震拐角频率在3.6—15 Hz，平均8.1 Hz，而爆破的拐角频率在2.3—4.1 Hz，平均3.3 Hz，可见地震拐角频率绝大多数大于爆破（图 3）。
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图 3 地震和爆破的拐角频率 Fig.3 The corner frequency of seismic and blasting events |
通常所说的应力降是指静态应力降。应力降定义为断层面上所释放的应力
Δσ = σ0 -σ1
式中，Δσ为应力降；σ0为地震前断层面上的平均应力，即初始应力；σ1为地震后断层面上的平均应力，即最终应力，也称剩余应力（王生文，2014）。统计分析海南及邻区地震及爆破的震源参数，发现二者应力降存在不同特征，见图 4，可见地震应力降大于1，爆破应力降小于1。
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图 4 地震和爆破的应力降 Fig.4 Stress drop of seismic and blasting events |
统计海南及邻区23个地震及爆破事件的震源尺度，见图 5，发现二者存在明显不同的特征。由图 5可见:地震震源尺度在86—356 m，平均193 m；爆破震源尺度在316—555 m，平均411 m，可知地震震源尺度绝大多数小于爆破。
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图 5 地震和爆破的震源尺度 Fig.5 The source scale of earthquakes and blasting events |
2012年12月28日海南文昌ML 3.0有感疑爆事件是海南测震台网“十五”项目以来记录的一次最大岛陆有感事件，澄迈台（CHM）、定安台（DAN）、七星岭台（QXL）、永茂岭台（YML）均记录到此次疑爆事件波形，见图 6(a)。为判别该事件类型，将其波形与与文昌地区地震波形[图 6(b)]及海南测震台网记录的岛内爆破波形（图 7）进行对比，结果发现，2012年疑爆事件波形特征与文昌地区地震波形相差较大，与海南岛内爆破波形相似。但实地考察未发现爆破源，且当地政府部门无爆破备案记录，对该事件类型判定存在争论。为此计算该疑爆事件的震源参数，见表 1中事件5的结果。
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图 6 4个地震台记录的疑爆事件及地震事件波形 (a)疑爆事件；(b)地震事件 Fig.6 The waveforms of a suspected event and the seismic waveforms in 4 stations |
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图 7 海南测震台网记录的爆破波形 Fig.7 The blasting waveforms recorded in Hainan Seismic Network |
由表 1可知，此次疑爆事件拐角频率为11.3 Hz，应力降为5.0 MPa，震源尺度为115 m。与海南测震台网记录的爆破波形对比，发现该疑爆事件拐角频率较大，震源尺度较小，且应力降大于1。与海南及邻区地震、爆破的震源参数特征进行对比，符合海南测震台网记录的地震震源参数特征，判定疑爆事件为天然地震，与王惠琳等（2016）的研究结果一致。由此可知，利用海南测震台网记录的地震与爆破的震源参数特征，对事件类型进行判定，是一个快速、准确而又简单的方法。
5 结论在产出海南及邻区Q值及地震台站场地响应的基础上，利用2008年以来海南测震台网“十五”项目记录的ML 2.5以上地震及爆破资料，采用多台多地震联合反演方法、平方震源模型拟合震源谱，利用Brune的圆盘模型计算得出可产出的震源参数，总结该区地震及爆破的震源参数特征:地震拐角频率绝大多数大于爆破，其中地震拐角频率平均值为8.1 Hz，爆破拐角频率平均值为3.3 Hz；地震应力降大于1，爆破应力降小于1；地震震源尺度绝大多数小于爆破，其中地震震源尺度平均值为193 m，爆破震源尺度平均值为411 m。基于以上特征，利用震源参数的拐角频率、应力降、震源尺度，判定海南测震台网记录的一次有感疑爆事件类型，结果表明此疑爆事件为天然地震，与王惠琳等（2016）的研究结果一致。随着分析软件MSDP 6.0版本的更新，计算震源参数软件的嵌入，能够快速产出事件的震源参数。由此可见，利用震源参数特征，可在地震速报、日常分析中快速、简单、准确地判定事件类型，该判别方法具有实际意义，值得推广。
由于海南及邻区记录的爆破事件样本较少，本研究结果需做进一步跟踪分析。
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