不同构造区固有吸收衰减和散射衰减相对强弱的对比研究
摘要
Q值是表征地球介质物理化学状态、描述地震波衰减特征的重要参数。根据衰减机理的不同,可以把衰减分为固有吸收衰减和散射衰减。论文首先强调分离地球介质的固有吸收衰减和散射衰减,进而研究固有吸收衰减与散射衰减的相对强弱,对于揭示地球介质不同的物理化学状态和控制地震波能量衰减的机制有重要意义。论文选用S尾波记录来研究介质的固有吸收衰减和散射衰减。在对国内外多种尾波衰减模型的优缺点和适用性范围进行对比的基础上,选用了尾波能量通量模型来分离介质的固有吸收衰减和散射衰减。为了揭示不同构造地区固有吸收衰减与散射衰减相对强弱的差异,论文选用云南地区腾冲、思茅、通海、楚雄、永胜、丽江、鹤庆和中甸等8个地震台记录到的震中距不大于50km的2.0≤ML≤5.0地震,汶川M8.0地震前后油榨坪和仲家沟地震台记录到的震中距不大于50km的2.0≤ML≤5.0地震,以及青岛地区的即墨和黄岛地震台记录到的震中距小于50km的青岛小震群。以1.5倍S波走时作为尾波的起始点,并分别按6s、10s、15s窗长采集尾波数据,采用中心频率分别为1.5Hz、3.0Hz、6.0Hz和12.0Hz的倍频程Butter-worth滤波器组进行分频滤波,根据尾波能量通量理论模型和论文研制的GEFM分离方法,计算得到了上述位于不同构造区的12个台站附近地区的尾波固有吸收衰减品质因子和散射衰减品质因子,进而给出了不同尾波窗长、不同频率的描述固有吸收衰减与散射衰减相对强弱的地震反照率B0值。得到以下几个方面的结果:(1)研制了分离固有吸收衰减与散射衰减的GEFM计算方法根据尾波能量通量理论模型,研制了基于遗传算法的分离介质固有吸收衰减和散射衰减的计算方法(简称GEFM)。论文详细介绍了GEFM方法的计算公式、步骤,并通过正反演的对比,论证了该方法的可靠性。同时,论文还详细介绍了地震波形资料的选用、滤波方法和计算结果的可靠性判定原则,并对论文所采用资料的尾波起始时间为1.5倍S波走时的合理性作了论证。(2)上地壳内具有低速岩浆囊且现今无岩浆喷发的火山地区,散射衰减可能强于固有吸收衰减历史上发生过岩浆喷发的腾冲火山区,各尾波窗长在各频段的地震反照率B0都显著大于0.50,且随勘探深度的增加,B0值相应增大。腾冲火山区的B0值特征有别于现今仍时有岩浆喷发的Hawaii活火山,而与诸如Campi Flegrei和Long Valley等潜在着再度发生岩浆喷发的火山区相似。且腾冲与Campi Flegrei、Long Valley等火山区一样,其上地壳内都存在着可能为岩浆囊的低速体。结果指出,可能意味着现今散射衰减强于固有吸收衰减且上地壳内具有低速岩浆囊的腾冲火山地区具有潜在再度发生岩浆喷发危险的可能性。(3)地壳构造运动及地震活动强度不同的地区,衰减特征明显有别青岛地区6s窗长的尾波勘探椭球体大部分位于地壳,其余10个台站地区6s窗长的尾波勘探椭球体均位于地壳内。根据6s窗长的结果,只有青岛地区两个台站的B0值约为0.20,与朝鲜半岛南部的低B0值现象类似。这两个地区的地震反照率均显著低于云南地区和龙门山断裂带的结果。结果指出,这是由于朝鲜半岛南部、青岛地区现今地壳构造运动较弱、地震活动水平较低,地壳介质的非均匀度相对较低,介质的散射衰减明显较弱,固有吸收衰减对地震波的衰减起了控制作用。(4)固有吸收衰减与散射衰减的相对强弱与现今地震活动历程有关云南地区和龙门山断裂带的9个非火山台站地区,由6s尾波窗长所给出的B0值大致可分为两类:其一,5个台站(丽江、永胜、鹤庆、中甸、思茅)和汶川M8.0地震前的油榨坪、仲家沟台,各频段都呈现0.30≤B0≤0.40。其二,通海-楚雄地区和汶川M8.0地震后的油榨坪、仲家沟地区。这4个台站在各频段的B0≥0.40,尤其是位于龙门山断裂带的两个台站,有些频段的B0>0.50,其平均值都接近于0.50。通海和楚雄两个台站的B0≥0.40,可能与1970年通海M7.7强震等有关。永胜和鹤庆两个台站的B0值都在0.30～0.40之间,虽然永胜-鹤庆之间1515年曾发生过7强震,但至今已有500多年。这些观测事实表明,B0值的大小可能与地震活动尤其是强震活动历程有关。一次M≥7.7强震的发生及大量余震活动使长达100km以上的区域地壳介质高度破碎,导致散射衰减显著增强。由于强震破裂后,断层面的重新胶结聚合经历漫长的历程,因此,在强震后的不同时期B0值可能有别。
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