1 研究背景

地震观测记录是一种综合信息，是震源激发后的地震信息经过一系列“调制”之后的产物，因此需要对观测资料进行各种校正，这其中关键的是传播路径效应和场地响应（段刚等，2017）。传播路径效应包含几何扩散和非弹性衰减，非弹性衰减是地球介质的重要物理参数，描述的是由于介质的非完全弹性和不均匀性造成的地震波在介质里传播时的衰减，通常用Q值来描述（周龙泉等，2009）。场地响应一般是指场地附近理想基岩之上覆盖的松软土层对地震波振幅的影响，是控制地震破坏的重要因素，其反映的是介质的一种物理特征，是在震源参数计算中必须考虑的因素（段刚等，2017）。

随着全国各省地震局数字化地震台网的建设完善，诸多学者利用不同区域地震台网记录的大量地震波形资料，反演了不同地区的地震波衰减模型及台站场地响应，如赵韬等（2011）利用陕西测震台网2008—2010年记录的19个地震，计算了陕西地区Q值及25个台站的场地响应值。随着灾后重建、背景场项目的建设，陕西测震台网已有连续稳定运行的台站52个，积累了大量地震波形资料，为进一步计算陕西地区Q值及台站场地响应提供了数据基础。

震级是地震的基本参数之一。近年来，随着数字地震记录资料的不断积累，震级测定研究工作开展起来（刘瑞丰等，2005；吴薇薇等，2014；张媛媛等，2017）。一次地震发生后，受震源、路径、方位、人为等大量因素的耦合影响，不同台站测定的震级往往不同，有时相差较大，因此单台震级与台网平均震级无法避免地存在差异。

2 研究方法

基于遗传算法和互相衔接的三段几何衰减模型，采用Athinson方法计算陕西地区介质品质因子Q值与频率f的关系，计算原理如下：设定所有台站的场地响应为1，对给定的非弹性衰减系数c(f)，通过校正台站记录的几何扩散和非弹性衰减，得到相应地震的震源谱（不同台站震源谱振幅的平均值）、各台站场地响应对数（该台站得到的震源谱振幅对数与该地震的震源谱振幅对数的平均值），最后考虑各台站得到的场地响应，重新计算各台站经过校正后的震源谱振幅，通过调整c值，使对同一地震得到的震源谱振幅的残差最小（刘杰等，2003）；经过反复迭代反演，即可得到该区域非弹性衰减系数c(f)，进而拟合得到与频率有关的区域介质品质因子Q(f)。

在计算场地响应时，本研究采用Brune的ω平方模型（Brune，1970）约束震源位移谱，在已知几何衰减和非弹性衰减的条件下，假设场地响应只取决于台站附近地表地层介质的特性，且由任何一次地震事件求得的台站场地响应结果均相同，利用遗传算法和多台多地震数据寻找不同的震源谱参数，使由不同事件得到的台站场地响应标准偏差最小。

3 研究结果 3.1 衰减模型Q(f)

通常用Q(f) = Q₀fγ的形式来拟合Q与频率f的关系，系数γ反映Q对频率的依赖程度，当γ = 0时，Q与频率f无关。图 1是陕西地区平均衰减模型的双对数坐标图，可知f≥2 Hz时陕西地区的logQ与log f有较好的线性关系。对陕西地区频率高于2 Hz的结果进行拟合，拟合后的衰减模型是Q(f) = 698.4f^0.2828。

使用震中在秦巴山区的48个地震和位于此处的33个台站，反演该区平均衰减模型，结果见图 2，图中+表示地震，紫色直线为logQ与log f的拟合直线，可见f≥2 Hz时，秦巴山区logQ与log f线性关系较好。对频率高于2 Hz的结果进行拟合，得到该区衰减模型，为Q₁(f) = 665.5f ^0.2671。

使用震中在关中盆地的42个地震和位于此处的24个台站，反演该区平均衰减模型，结果见图 2，图中*表示地震，绿色直线为logQ与log f的拟合直线，可见f≥2 Hz时，关中盆地的logQ与log f线性关系较好。对频率高于2 Hz的结果进行拟合，得到该区衰减模型，为Q₂(f) = 756.2f^0.3443。

3.2 场地响应

基于Moya方法（Moya et al，2000），挑选波形质量好、地震和台站分布均匀的地震事件参与联合反演，最终得到46个地震台站的场地响应。结果表明，岩石台基对地震波信号在不同频率点的放大作用并不相同，其中TOCH台（台基岩性：砂岩）在1—6 Hz、HUAX台（台基岩性：花岗岩）在3—20 Hz、GST台（台基岩性：花岗岩）7—20 Hz、FXI台（台基岩性：砂岩）在2—20 Hz、LNA台在（台基岩性：花岗岩）3—10 Hz，均表现出明显的放大作用，其他台站场地响应均在1上下浮动。砂岩台基场地响应放大与其岩性有关，而花岗岩台基场地响应出现放大作用，原因有待进一步分析。

3.3 震级偏差

为讨论介质衰减、台站场地响应与震级测定的关系，选取2002—2019年陕西测震台网M_L≥2.0地震记录，遵循“1个地震至少被3个以上台站记录到，1个台站至少记录到3个地震”的原则，共选取2 309个地震求取震级偏差。表 1给出地处关中盆地和秦巴山区共46个台站的震级偏差及样本数统计结果。

由表 1可知，秦巴山区多数台站的震级偏差ΔMij≤0，仅BHE台、FXI台、PLI台、XIXI台、ZBA台的震级偏差是一个较大的正值；关中盆地多数台站的震级偏差ΔMij≥0，仅LANT台、QLIT台震级偏差是一个较小的负值。可见，秦巴山区单台震级普遍偏低，关中盆地台站单台震级普遍偏高。

从区域方面来看，秦巴山区多数台站负的震级偏差与区域相对低Q₀值（相对高衰减）、地震射线途经该区域时能量大幅度衰减的结果呈正相关；关中盆地多数台站正的震级偏差与区域相对高的Q₀值（相对低衰减）结果呈正相关。

从具体台站来看，在位于秦巴山区的台站中，FXI台场地响应在2—20 Hz频带表现出明显的放大作用，可能是导致该台震级偏差为一个较大正值的原因；BHE台、PLI台、ZBA台的场地响应不存在明显增益现象，因其参与震级偏差计算的样本数较少，需后期进一步求证；XIXI台震级样本足够多、场地响应也不存在放大作用，导致其震级偏差为较大正值的原因尚需进一步探索。在位于关中盆地的台站中，HUAX台、LNA台、TOCH台、GST台、FUPI台的震级偏差是较大的正值，与其场地响应的明显放大作用有关；HEYT台台基响应并不存在增益效果，计算样本数也足够多，其震级偏差为较大正值的原因尚需进一步探索。

由此可见，区域地震振幅衰减受上地壳构造、非弹性衰减及场地响应共同影响，其中，场地响应增益的影响更大。

4 结束语

本项工作基于国内外多名学者的研究基础，使用比较成熟的计算方法和程序，建立了适用于陕西地区的衰减模型和台站场地响应，并进一步探讨了介质衰减、台站场地响应与震级测定的关系。本文研究结果，丰富了陕西地震台网的数据服务内容，可为产出地震震源新参数建立数据基础，且对震级校正、台站场地选点及评价、地震工程和灾害评估有一定的参考意义。