李惊生樊 冬徐清华吴 坤尹传兵丁 雨

1）中国安徽235000淮北地震台

2）中国安徽235000淮北市地震局

河南周口M5.0及M4.6地震记录差异分析

李惊生1）樊 冬1）徐清华2）吴 坤1）尹传兵1）丁 雨1）

1）中国安徽235000淮北地震台

2）中国安徽235000淮北市地震局

河南省周口市太康县、扶沟县和西华县交界地区先后发生M5.0 和M4.6有感地震，对淮北市影响差异显著。从发震时刻、地震波最大振幅、Pg波和Sg波幅频特性等角度进行分析，解释震中相同，而震级小的M4.6地震影响比M5.0地震强，揭示了地震波优势频率与人体频率分布的联系。

地震波；幅频特性；人体频率分布

0 引言

河南省周口市太康县、扶沟县和西华县交界地区，先后于2010年10月24日下午及2011年3月8日凌晨，发生M5.0和M4.6地震，淮北市区显著有感。尤其是2011年3月8日凌晨M4.6地震，淮北市地震局和淮北地震台均接到大量咨询电话，持续至3月9日午后，社会反响比2010年10月24日M5.0地震大。两次地震的震级相差较为显著，为何震级偏大地震社会影响小？简言之，M5.0地震在周日下午16:58发震，人们多在进行社会活动，环境噪声大，能够感受到地震的人数相对较少，咨询电话不多；M4.6地震在凌晨00:19发震，夜深人静，噪音小，人们反而比较容易感受到地震。经过深入分析，发现两次地震微观差异显著，能进一步强化人们的宏观感受。笔者从地震波最大振幅、Pg波和Sg波幅频特性等角度，分析两次地震的微观特征，解释震级小反而社会影响大的内在原因。

1 观测概况

淮北市位于苏、鲁、豫、皖4省交界地区，周边地质构造较复杂，东距郯庐断裂带约120km，西临阜阳—麻城断裂，宿北断裂东西向横贯辖区濉溪县临涣镇，属于历史少震、弱震区域，周边区域历次中强震对该区均会产生一定程度的影响。淮北地震台（以下简称淮北台）台基为奥陶系灰岩，测震观测采用KS-2000甚宽频带地震计，该设备可在-20℃—60℃环境中正常工作，频响范围50 Hz—120 s，在频带50 Hz—100 s具有良好的速度平坦型幅频特性，灵敏度标称值为2 000 V/（m/s）（赵建和等，2004）。该地震计配套DR24高分辨率数据采集器，使用单台MSDP定位软件进行震相分析、地震定位等数据处理。

2 地震参数对比

选择淮北台2010年10月和2011年3月测震编目资料（淮北台，2010，2011）、安徽省地震局地震预报中心地震目录（安徽省地震局地震预报中心，2014）和中国地震台网（CSN）地震目录（中国地震台网中心地震数据管理与服务系统，2015），见表1。对比两次地震参数发现，发震时刻和震中经纬度差别不大，且淮北台测定震级均为M4.5，比安徽测震台网和中国地震台网（二者所测震级一致，前者M5.0，后者M4.6）偏小，可能因单台定位误差所致。

表1 M5.0与M4.6地震参数对比Table 1 The contrast of M5.0 and M4.6 seismological parameter

3 全波段最大振幅差异

截取2010年10月24日M5.0地震和2011年3月8日M4.6地震波形，量取全波段最大振幅及其半周期，见图1、表2。分析可知：①最大振幅：两次地震的UD向、NS向最大振幅相当，而对于EW向振幅，M5.0地震显著小于M4.6地震；②最大振幅半周期：两次地震的UD向、EW向最大振幅半周期相当，而对于NS向最大振幅半周期，M5.0地震显著大于M4.6地震。即相同时间内，M4.6地震的EW向最大振幅变化幅度较大，NS向最大振幅变化相当幅度时M4.6地震用时更短。

表2 M4.6和M5.0地震最大振幅与半周期对比Table 2 The contrast of M5.0 and M4.6 seismic wave max-amplitude and half period

4 幅频特性差异

4.1 Pg波幅频特性

以2010年10月24日M5.0地震的发震时刻16:58:54加26 s为起点，截取Pg波30 s的长度，同理，以2011年3月8日M4.6地震的发震时刻00∶19∶44加26 s为起点，截取Pg波30 s的长度，绘制两次地震三分向Pg波振幅对比图，并使用快速Fourier变换，得到相应Pg波频谱分布图（万永革，2012），见图2。分析可知：①时间域：M5.0地震三分向Pg波振幅均显著大于M4.6地震；②频率域：0—20 Hz范围内，同一频率条件下，M5.0地震Pg波振幅显著大于M4.6地震。由此说明，M4.6地震比M5.0地震影响强烈非Pg波造成。

图1 M4.6和M5.0最大振幅与半周期（a） M5.0 地震；（b） M4.6地震Fig.1 The contrast of max-amplitude and half period for M5.0 and M4.6 earthquake

图2 Pg波幅频特性对比（a）原始波形；（b）幅频对比Fig.2 The contrast amplitude frequency characteristic of Pg wave

4.2 Sg波幅频特性

以2010年10月24日M5.0地震的发震时刻16:58:54加56 s为起点，截取Sg波60 s的长度，同理，以2011年3月8日M4.6地震的发震时刻00:19:44加56 s为起点，截取Sg波60 s的长度，绘制两次地震三分向Sg波振幅对比曲线，并使用快速Fourier变换，得到三分向Sg波频谱分布图（万永革，2012），见图3。分析可知：①在时间域，M5.0地震三分向振幅整体大于M4.6地震，同时，在UD向、NS向分量上，M5.0地震Sg波最大振幅与M4.6地震相当，在EW向分量上，M5.0地震反而显著小于M4.6地震；②在频率域同一频率条件下，在M5.0地震第一优势频率2 Hz之前，M5.0地震的Sg波振幅显著大于M4.6地震，而在M4.6地震第一优势频率3 Hz之后，M5.0地震的Sg波振幅明显较弱。

图3 Sg波幅频特性对比（a）原始波形；（b）幅频对比Fig.3 The contrast of amplitude frequency characteristic of Sg wave

处于站姿下的人体水平方向振动，腿部的振动频率较其他部位偏高，而躺姿下人体各部分振动响应在3—5 Hz范围内差异较小，且比站姿有所提高，具体见图4（杜阳阳等，2010）。由此说明，M4.6地震比M5.0地震影响强烈的原因是，2011年3月8日凌晨M4.6地震的Sg波优势震动频率更加接近躺姿下的人体共振频率，人体感知较强。

图4 不同姿势水平分向人体频率分布（a）站姿；（b）躺姿Fig.4 Different postures frequency distribution of body of the horizontal direction

5 讨论

综上所述，在相同震中发生的两次有感地震，震级偏低的M4.6地震，反而比震级偏高的M5.0地震造成影响更大，主要原因是：①白天社会活动频繁，而凌晨多处于休息状态，环境噪声对人体的宏观感受得以消弱；②NS向最大振幅变化幅度相近时，M4.6地震比M5.0地震用时更短，相同时间内，M4.6地震EW向最大振幅变化幅度大于M5.0地震，水平方向上EW向运动更加显著，而且两次地震震中几乎与淮北市区处在同一纬度，因此其EW向影响也得以放大；③更主要原因的是，M4.6地震的Sg波各分向优势振动频率，更接近躺姿下人体各部位共振频率（3—5 Hz），白天人体下肢较高的共振频率为5—8 Hz，成为一个高通滤波器，有效阻止了M5.0地震Sg波各分向优势振动频率（2 Hz）对人体的影响。

安徽省地震局地震预报中心.地震目录HD201［D］.2014年8月.

杜阳阳，纪金豹，倪志伟.人体动力特性振动台试验研究［J］.灾害学，2010，25（增刊）：161-164.

淮北地震台.淮北台测震编目报告［D］.2010年10月.

淮北地震台.淮北台测震编目报告［D］.2011年3月.

万永革.数字信号处理的MATLAB实现（第二版）［M］.北京：科学出版社，2012：136-140.

赵建和，张学应.Geotech宽频带数字地震观测系统原理及应用［J］.地震地磁观测与研究，2004，25（增刊）：21-27.

Analysis on the difference between Zhoukou M5.0 and M4.6 earthquakes in Henan Province

Li Jingsheng1），Fan Dong1），Xu Qinghua2），Wu Kun1），Yin Chuanbing1）and Ding Yu1）
1） Huaibei Seismic Station，Anhui Province 235000，China
2） Earthquake Administration of Huaibei City，Anhui Province 235000，China

On the border area of Taikang，Fugou and Xihua County of Zhoukou City in Henan Province M5.0 and M4.6 earthquakes are occurred with a signifcant differences impact in Huaibei City.In this paper，from the view of earthquake origin time，seismic wave max-amplitude，amplitude frequency characteristics of Pg wave and Sg wave，the differences of the two earthquakes are analyzed to explain why the effects of M4.6 earthquake is stronger than that of M5.0 earthquake，although they are with same epicentral case，and to reveals the connection between seismic wave and body dominant frequency.

seismic wave，amplitude frequency characteristic，frequency distribution of body

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.006

李惊生（1970—），男，安徽亳州人，工程师，主要从事地震监测、形变观测与研究工作

安徽省场带站支持项目及安徽省地震局科研合同制项目（编号：201530）联合资助

投稿日期：2015-06-11