岷县漳县MS6.6地震近场地震波谱质心分布与发震构造

许康生　曾文浩

1　中国地震局兰州地震研究所，兰州市东岗西路450号，730000



岷县漳县MS6.6地震近场地震波谱质心分布与发震构造

许康生1曾文浩1

1中国地震局兰州地震研究所，兰州市东岗西路450号，730000

摘要：采用近场15个地震台记录的2013-07-22岷县漳县MS6.6地震主震波形，计算平均谱质心频率并给出地理分布。结果表明，高频分布椭圆分布在临潭-宕昌断裂主支的西南侧。由此认为，这次地震的逆冲块体应是处于临潭-宕昌断裂西南侧的另一平行次级断层之间的块体，发震构造并非临潭-宕昌断裂；谱质心最高频率的分布范围揭示了地震波能量辐射最强的区域，与现场考察的宏观极震区相吻合。

关键词：岷县漳县MS6.6地震；地震波；谱质心； 地理分布； 发震构造

2013-07-22甘肃岷县漳县(34.5°N，104.2°E)发生MS6.6地震。部分学者估算了这次地震的加速度峰值[1],对构造特征与地震的关系进行讨论[2]。中国地震局地球物理研究所给出其震源机制解：节面Ⅰ走向180°，倾角47°，滑动角120°；节面Ⅱ走向311°，倾角66°，滑动角62°。现场考察表明，实际发震构造是岷县禾驮乡断层，是临潭-宕昌断裂的次级断裂，以逆冲为主兼有左旋走滑，断层面向北东倾斜[2]。本文利用近场得到的主震地震波记录，计算谱质心地理分布，展示其分布特征，并与其他研究结果相印证，以揭示这次地震更为精细的发震构造、错动方式等基本信息，为灾情预估、紧急救援、震情趋势预测等提供参考。

1　构造背景及历史地震概况

本次地震发生在青藏高原东北缘的甘东南地区，地处东昆仑断裂和西秦岭北缘断裂的围限之内，东昆仑断裂东段在向东北方向发展时分叉，发育出三组北西西向断裂(迭部-白龙江断裂、光盖山-迭山断裂和临潭-宕昌断裂)。临潭-宕昌断裂走向北西西向，倾向北东，倾角50°～70°，局部陡立，向南逆冲为主，兼有左旋走滑，具有分段，由多条规模不等的次级断裂组成，在深部也有不同分支结构，应力构造环境复杂。研究区历史上发生过一些中强地震，如1573年6.75级地震、1937年6级地震、2003年5.2级地震和2004年卓尼5.0级地震[3]。

2　资料和数据处理方法

本文采用的资料为甘肃测震台网分布在甘肃东南部的15个邻近震中地震台的宽频带地震仪垂直向的主震记录，数据采样率为100 Hz。对3.5°×4.5°范围内主震的地震波谱质心分布进行研究(图1)。

图1　岷县漳县地震(MS6.6)及近场台站分布图Fig.1　The distribution of Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake and near field stations

谱质心(spectral centroid)是研究信号频率和能量分布的重要物理参量。其计算公式为:

(1)

式中，F[k]是频率k对应的信号振幅。信号的谱质心值越大，意味着信号中高频成分占比越高；反之，说明信号中高频成分占比较低[4-9]。

本文首先进行0.01～5 Hz的带通滤波(图2)，避免高频杂噪信号对计算结果的影响；然后对这15个地震台的记录计算平均谱质心频率,并给出地理分布(图3)。

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

图3　岷县漳县地震(MS6.6)平均谱质心频率分布图Fig.3　The distribution of spectrum centroid for Minxian-Zhangxian earthquake MS6.6

3　结果与讨论

多位学者认为，此次地震发生在临潭-宕昌断裂[2-4]，但未能给出更进一步的精细研究。而震害程度调研结果表明，沿临潭-宕昌断裂主支分布的区域并不是破坏最大的区域(极震区)，实际极震区在其西南侧[3]。对此，本文从地震学角度进行讨论。

图3中，震中附近的宽条带表示临潭-宕昌断裂主支。从地震波平均谱质心频率分布可以看出，平均谱质心高频范围呈椭圆形分布在这条断层的西南侧，长轴方向与断层走向平行。基于多普勒效应原理分析，主震破裂过程具有较强的逆冲性质(这与其他研究结果完全一致)，平均谱质心高频范围应在发震断层的上盘区域；如果地震发生在临潭-宕昌断裂，谱质心高频区域应该出现在临潭-宕昌断裂东北侧，即该断裂的上盘，但实际谱质心分布结果并非如此。据此认为，逆冲块体不是临潭-宕昌断裂的东北侧块体，而是临潭-宕昌断裂西南侧另一相平行的未知断层之间的逆冲块体。

震害影响程度现场考察表明，宏观震中在梅川镇、禾驮乡一带[12]，这一结论也佐证了本文的观点。首先，地震波的谱质心分布描述了地震的块体运动状态，这种基于地震学的研究结果比从地质学角度得到的结果更加精确，具有更好的定量效果和物理学基础。其次，地震波的谱质心分布也从另一角度描述了地震的能量辐射分布状态，谱质心高频分布区域意味着这一区域处于较强能量辐射范围。根据地震波传播理论可知，地震波记录振幅可表述为：

(2)

其中，A(t)为记录振幅，A0为原始振幅，f为频率，Q为品质因子，t为时间[13]。可见，地层介质为低通滤波器，高频成分在传播过程中易衰减损失。在不考虑介质差异性且传播距离相当的前提下，能量强的波在介质散射衰减后仍含有较高份额的高频成分，谱质心会上移；而能量弱的波在介质散射衰减后高频成分损失很大，谱质心会下移。这也很好地解释了谱质心高频区域与实地考察的极震区相吻合的事实。

4　结　语

1)近场地震波的谱质心分布与文献给出的结果相吻合，证明这是一种简单可靠的研究方法。

2)近场地震波的谱质心分布结果表明，岷县-漳县主震(MS6.6)的发震构造是临潭-宕昌断裂西南侧另一相平行的未知断层。

3)近场地震波的谱质心分布计算方法简单快捷，可以快速、有效地展示地震的发震构造及错动方式等重要震源信息，对于震后快速确定发震构造和孕震机理及震情发展研判具有参考意义。

4)近场地震波谱质心分布提供的信息，对于震后迅速估测地震破坏程度的分布范围、快速部署震后应急救援工作具有重要参考价值。

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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

第一作者简介：许康生，高级工程师，主要从事地震学及地震数据处理研究，E-mail:xuks@foxmail.com。

DOI：10.14075/j.jgg.2016.08.002

文章编号：1671-5942(2016)08-0666-03

中图分类号：P315

文献标识码：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

项目来源：国家自然科学基金(41474046)。