五原4_2级地震前后地震波形分析_王鑫
高原地震第17卷 第4期Vol 117 No 14
2005年12月E ARTHQUAKE RE SEARC H I N PLATEAU Dec 12005
五原412级地震前后地震波形分析
王鑫, 丁风和, 韩小雷, 于红梅
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(11内蒙古自治区地震局, 内蒙古呼和浩特 010058; 21内蒙古自治区赤峰市地震局, 内蒙古赤峰 024001)
摘要:通过仿真和各种滤波方法分析处理了2005年2月27日五原M s412级地震前后震中附近几个台站的地震记录资料, 对五原412级地震出现的波形异常现象分析后发现, 仪器的幅频特性、不均匀构造以及传播路径很可能是主震波形出现异常的原因。关键词:滤波; 波形异常; 五原412级地震 中图分类号:P31513 文献标识码:A 文章编号:1005-586X(2005) 04-0043-06
0 引 言
影响地震波振幅变化的因素很多, 诸如地层厚度、介质构造及场地性质等。研究过程中要去伪存真地排除来自不同方向的干扰, 才能正确地圈定潜在孕震区。否则, 异常信息将被杂乱无章的信息所淹没。2005年2月27日在内蒙古临河五原地区(4110b N, 10719b E) 发生的M s412级地震其S 波振幅和周期在西山嘴和百灵庙台都明显的变大和增长。为了探索这种地震波形异常的变化规律和进行地震预报研究工作, 我们通过仿真和各种滤波方法处理了百灵庙、西山嘴、乌加河、包头等几个台站2005年2~3月五原地震区的地震记录资料, 认真分析了五原412级地震出现的波形异常现象。
1 资料及其处理
选取了2005年2~3月百灵庙、西山嘴、乌加河、包头等几个台站的地震记录资料, 然后通过波形考察, 选出11个震相清晰, M L >210级的地震10个(表1) 。2005年2~3月五原及其邻近地区小震的空间分布见图1, 各个台的一些基本参数见表2。
在波形的处理过程中, 我们分别用低通滤波(lp) 、高通滤波(hp) 、带通滤波(bp) 以及二次低通滤波(lplp) 来处理。滤波的时候主要把地震波形记录中地震能量分布的频带展现出来, 去除波形中叠加的无用成分, 高通滤波后低频成分减弱高频明显, 低通滤波后低频加强, 高频得到抑制。
2 滤波分析
在内蒙古自治区中西部地区测震台站中, 只有呼和浩特(HH H ) 为甚宽带, 西山嘴
收稿日期:2005-11-02
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44 高 原 地 震 第17卷
图1 2005年2~3月五原及其邻近地区小震的空间分布
Fi g 11 Spatial distribution of small earthquakes in Wuyuan and its neighboring region from Feb. to Mar. in 2005
表1 五原地震前后的小震(M L >210)
震中位置
40. 86b N, 10716b E 40. 56b N, 107140b E 40. 70b N, 107181b E 40. 92b N, 107182b E 41. 00b N, 107190b E 41. 00b N, 107170b E 41. 00b N, 107170b E 40. 90b N, 107180b E 40. 90b N, 107180b E 40. 90b N, 107180b E
深度(km)
810
7101610--910-10101010-震级(M L )
[***********][1**********]9
(XSZ) 和百灵庙(B LM) 为宽带, 其余均为短周期的地震计。每个台站的垂直向频率响
应(图2) 表明, HHH 的响应在长周期灵敏, 响应平直范围最宽(大约0101Hz~10Hz) ; XSZ 和B LM 的响应在中周期灵敏, 响应平直范围次之(大约011Hz~10Hz) ; 其它台的响应在短周期灵敏, 响应平直范围最窄(大约1~10Hz) 。因为呼和浩特(H HH ) 为甚宽带, 在本文的分析过程中暂不考虑。这样在五原震中及其邻近地区的台站中, 对于任何地震, XSZ 、B LM 、WJH 、BTO 台的
发震时间
2005-02-082005-02-102005-02-112005-02-272005-02-272005-03-042005-03-062005-03-102005-03-112005-03-25
记录图中比装备成短周期地震仪的其它台(JIN 、QSH 等) 的记录图含有周期较长的信息。
表2
台站名称
集宁乌兰花清水河百灵庙包头东胜西山嘴乌加河代码与编号JIN(01)WL H(02) QSH(03) BLM (04)B TO(05) DSH(06) XSZ(07) WJ H(08)9个数字化子台的一些基本参数
台站经纬度41100b N, 113115b E 41152b N, 111171b E 39190b N, 111145b E 41171b N, 110143b E 39180b N, 110102b E 39180b N, 110102b E 40174b N, 108173b E 41100b N, 113115b E 海拔(m)
[***********][1**********]359地震计型号JC-V100JC-V100JC-V100FBS-3FBS-3JC-V100FBS-3FBS-3台基岩性玄武岩花岗岩花岗岩花岗岩花岗变质岩花岗变质岩花岗变质岩玄武岩主震前有无异常
无无无有无无有无
4期 王鑫等:五原412级地震前后地震波形分析 45
图2 内蒙古中西部地区各测震台站的垂直向频率响应曲线
Fig. 2 Vertical frequency curves of each stations in middle-west of the Inner Mongolia
在各种滤波处理分析过程中, 限于篇幅的原因, 对于五原M s412级地震, 宽带仅以西山嘴(XSZ) 为代表, 短周期仅以清水河(QSH) 为代表, 这2个台关于主震的几种滤波显示(图3、图4) , 在2005年2月27日五原M s412级主震前约55秒, 西山嘴台又记录到一个与主震震中距差不多的M s218级地震, 该地震还没有来得及衰减又叠加到五原M s412级主震上, 低通滤波(1p) 、高通滤波(hp) 以及带通滤波(bp) 也证实了在主震前确实有一个地震。因为该地震衰减的慢, 周期较长, 落在了XSZ 和BLM 台这2个宽带地震仪的平直范围, 被记录得较好, 并叠加在主震的波形上, 波形清楚。而QSH 等其它5个台只对短周期波形反应较好, 所以没有较长周期波远震的迹象。当把XSZ 和B LM 与其它台记录进行同样的低通滤波时, 记录图上都有远震波形迹象出现, 只是它在XSZ 和BLM 比在其它台的幅度大得多, 这是因为这2
个台对较长周期波形灵敏。
图3 西山嘴(XSZ) 台对五原412级地震的几种滤波显示
Fig. 3 Filtered waves about Wuyuan M s412earthquake on Feb, 27, 2005at Xishanzui (XSZ) station
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图4 清水河(QSH) 台对五原412级地震的几种滤波显示
Fig. 4 Fil tered waves about Wuyuan M s412earthquake on Feb, 27, 2005at Qingshui he (QSH) stati on
为了进一步证实我们的分析, 又对该地区主震后发生的一系列小震进行各种滤波分析, 因为这些小震没有出现波形振幅变大, 周期增长的现象。以2005年3月25日地震事件为例, 由于震中距较短, 在这几个台的原始记录图中, 短周期信息能量较大, 所以在原始记录图中, 直观感觉XSZ 和B LM 等宽带地震计记录的波形与其它短周期台并无不同。我们选取清水河和乌兰花(短周期) 以及西山嘴和百灵庙(宽带) 原始波形(图5中1~4道) , 接着用低通滤波方法把周期小于1秒的波滤掉后, 可以明显看到西山嘴和百灵庙所记录的地震事件其振幅和周期明显大于短周期台所记录的(图5中5~8道) , 这主要是由于仪
器的幅频特性造成的。
图5 不同台站对五原M L 319级地震事件的低通滤波显示
Fi g 15 Low-pass filtered waves about Wuyuan M L 319earthquake on Mar, 25, 2005at different stations
3 仿真分析
我们从仿真的角度, 又对BL M 和XSZ(宽带) 记录的主震波形进行了DD-1仿真模拟分析, B LM 和XSZ 对振幅大和周期长的记录明显(图6) , 但从仿真的DD-1波形(图7) 可以看出, 与原始宽带记录波形(图6) 相比, 长周期看不见了, 振幅也变小了, 并且S 波迅速衰减, 主要是由于原始记录是速度型的, 仿真波形是位移型的, 因而, 造成主震波形后部1s 左右的信号又有所加强, 这符合DD-1记录的特性(图7)
。
4 分析与讨论
通过对2005年2月27日五原M s412级地震进行的各种滤波和仿真分析, 主震的S 波振幅和周期在西山嘴和百灵庙台都明显的变大和增长, 其主要原因有:其一, 对于宽带的西山嘴和百灵庙台, 因为仪器的幅频特性决定了它们对较长周期波形灵敏, 所以其所记录的地震事件的振幅和周期都要比短周期地震计所记录的要明显; 其二, 速度型地震计和位移型地震计相比, 速度型地震计记录的波形失真的可能性大, 而仿真还原位移型的波形则更多地反映地震的典型波形, 所以采用速度型地震计也是造成出现此波形的一个原因; 其三, 因为主余震都离这几个台站很近, 所以在震源附近, 短周期地震波由于受不均匀构造的强烈影响, 发生重复反射和折射, 地震波振幅也随场地和周期而有剧烈变化(Koyama 1985) ; 其四, 相关理论表明, 在断层面的方向上P 波的振幅为零, S 波的振幅为最大。此次五原M s412级地震出现的周期和振幅异常, 很可能是主震向西山嘴和百灵庙(宽带) 传播的过程几乎沿着断层面传播, 造成了主震S 波振幅偏大的异常。最后, 对于这次五原M s412级地震出现的周期和振幅异常我们只是做了一些初步的分析, 更深层次的问题还需要我们以后进一步的研究和讨论。
本文在撰写过程中得到了中科院研究生院地球科学学院周蕙兰教授的指导, 在此表示感谢。
参考文献:
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[3] 杨欣, 敖雪明, 等. 中强震前单台地震波振幅比异常特征[J]. 华南地震, 1994, 14(4) :22~28.
CHARACTERISTICS OF SEISMIC WAVES BEFORE
AND AFTER WUYUAN M s 412EARTHQUAKE
WANG Xin , DING Feng -he , HAN Xiao -lei , Y U Hong -mei
(1. Earthquake Administration o f Inner Mongolia Autonomous Region, Huhehot 010058, China;
2. Earthquake Administration o f Chifeng City in Inner Mongolia Autonomous
Region, Chi f eng 024001, China)
Abstract:The seismic data and waves of several stations around Wuyuan M s412earthquake(on Feb 127, 2005) are analyzed by e mulator and filter methods, and found that the a mplitude-frequen -cy charac teristics of instruments, heterogeneous structures and propagation paths may be the anomaly causes of the main earthquake waves.
Key words:Filter; Wave anomaly; Wuyuan M s 4. 2earthquake
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