康建红，郑国栋，张 宇，张洪艳

（1.吉林省地震局，吉林 长春 130117；2.长春地震台，吉林 长春 130117）

2013年吉林前郭强震群序列的谱振幅相关系数变化特征

康建红1，郑国栋2，张 宇2，张洪艳1

（1.吉林省地震局，吉林 长春 130117；2.长春地震台，吉林 长春 130117）

前郭强震群；谱振幅相关系数；震源机制一致性；区域应力场

0 引言

2013年10月31日11时3分在吉林省松原市前郭县发生MS5.5地震，震源深度8km，7分钟之后，同一震中区再次发生MS5.0地震。之后地震活动进入衰减阶段，余震序列地震数量偏少，较大震级余震成对发生；11月22日16时18分震中区再次发生MS5.3地震，次日在6时4分、6时32分连续发生MS5.8、MS5.0地震。地震序列十分复杂。如何根据当前序列发展，判断未来震情发展趋势，一直是科研人员致力解决的难题。

对地震序列的研究方法，尤其是基于地震目录的分析方法很多，如吴开统的地震序列概论[1]、蒋海昆的中国大陆地震序列研究[2]等。近年来，随着数字地震学的飞速发展，利用波形资料提取震源信息，并将其应用于地震序列的判断，逐渐成为地震序列原有研究方法的重要补充。

震源机制解描述震源的几何特性，根据震源机制解可以判断发震断层的错动方式，推断应力场的方向。陈颙[3]通过研究邢台、海城等强震，提出使用震源机制一致性作为判别是否为前震的新指标；刁桂苓等[4-6]通过研究国内外多个震例，得出主震前中小地震震源机制解趋于一致的结论；王俊国等[7]在研究千岛弧地区震源机制一致性特征时，提出了震源机制和构造应力场的一致性参数概念，并利用这一参数进行强震预测。

实践中，由于受台网布局及密度的影响，能记录到小地震的台站数量有限，因此，对于小地震，求解震源机制存在较大的不确定性，难以精确求解。为此，Lund等[8]曾提出小震体波谱振幅相关分析方法，很多学者利用这一方法计算地震序列中小地震体波谱振幅相关系数，对震源机制一致性进行归一化量化，直接反映地震序列的震源机制相对变化过程。朱航等[9]利用该方法对2001—2003年川滇地区若干次地震序列的震源机制变化过程进行研究，结果表明，强震序列与小震序列的谱振幅相关系数曲线形态存在显著差异，强震发生之前，震源机制有从散乱到一致的变化过程。崔子健等[10]利用该方法对云南西北部的五个震群的谱振幅相关系数进行计算，结果显示，强震前的小震序列谱振幅相关系数接近1.0，比一般性小震序列明显偏高，说明其震源机制一致性较高。

本文采用谱振幅相关分析法，计算了2013年前郭强震群序列中小地震体波谱振幅相关系数，总结其变化特征。

1 前郭强震群概况

截至2016年12月31日，前郭震群共记录地震1356次，其中：MS5.0以上地震5次，MS4.0～4.9地震10次，MS2.0～3.9地震相对较少，大多数地震震级集中在MS0.0～1.0，4.0级以上地震成对发生（图1、表1），最大地震为2013年11月23日MS5.8地震，是自1960年榆树土桥5.8级地震以来吉林省遭遇的最强地震活动。依据中国地震局《地震现场工作大纲和技术指南》[11]，前郭地震序列为震群型，10月31日MS5.5地震为首发地震[12]。在G-R关系中，其序列b值为0.4，显著低于东北地区平均水平（0.6～0.8）[13]。

图1 前郭强震群序列M-T、频度图Fig.1 M-T and frequency diagrams of Qianguo strong earthquake swarm sequence

表1 前郭震群地震序列目录（MS≥4.0）

2 资料选取

自2013年10月31日首震发生以来至2016年12月31日，前郭强震群共记录地震1356次，其中，ML≥2.5地震66次。选取松原台（SYT）、长春台（CN2）、乾安台（QAT）、白城台（BCT）、长岭台（CLT）5个对震群包络较好且观测质量较高的台站，选取的地震事件要求5个台站同时记录清晰且信噪比高。本研究侧重探讨中小地震震源机制一致性与中强地震的关系，5个ML＞5.0地震不计算在内。综合以上原则，选择序列中45次地震（2.5≤ML≤5.0）作为研究对象，分析前郭强震群的谱振幅相关系数变化特征。图2为吉林及邻省数字化地震台网、主要断裂及ML≥2.5地震震中分布图。

图2 前郭强震群及周围台站分布图Fig.2 Distribution of Qianguo strong swarm and the surrounding stations

3 方法原理

在地震学中，台站记录126oE 地震波位移观测谱振幅的表达式为：

（1）式中，Uij(f)为第j个台站记录的第i个地震的位移谱；f为频率；r为震源距；Mi(f)为地震震源谱；φ(θ,ϕ)为地震波辐射花样因子， 、θ为地震到台站的离源角、方位角；Pij(r)为几何扩散系数；Fij(f,r)为非弹性衰减系数；Gj(f)为台站场地响应系数，Ij(f)为仪器响应。

由式（1）可知：当多个地震位于同一个位置，或者地震之间的距离远小于地震到台站的距离时，由于地震波的传播路径以及台站场地完全相同，因此，这些地震到同一个台站的几何扩散系数、非弹性衰减系数、仪器响应系数和场地响应系数是完全相同的，同一台站记录到的多个地震之间的零频观测谱的差异主要来源于地震之间的震源机制差异。由以上分析可知：通过对同一震源区、不同地震事件在同一个台站得到的零频观测谱值进行对比，可以得到不同地震之间的震源机制相似程度。

在计算过程中，对同一震源区的两次地震事件在同一台站记录的波形数据，使用直达P、S波的零频谱振幅值来计算相关系数。每个台站的3分向波形记录可以转换成5个零频谱值，即垂向P波、径向P波、垂向S波、径向S波和切向S波5个谱值分量。计算地震x、y的谱振幅相关系数：

式（2）中，xij、yij为地震x、y在第i个台站上的第j个谱值分量的对数。

谱振幅相关系数越接近于1，则说明台站记录的两次地震波形越相似，其震源机制解的一致性越高；反之，相关系数较低，则两次地震的波形越不相似，其震源机制解也不相同。由此可以认为，体波谱振幅相关系数是描述震源机制一致性程度的数值。

4 计算结果

利用前郭强震群周边松原台（SYT）、长春台（CN2）、乾安台（QAT）、白城台（BCT）、长岭台（CLT）5个地震台记录到的45次2.5≤ML≤5.0的余震观测资料，计算前郭强震群序列的谱振幅相关系数，图3上图为谱振幅相关系数随时间变化曲线，由图看出，其数值在0.85～0.95之间，平均值为0.90，该序列具有较高的震源机制一致性。

从该序列的谱振幅相关系数变化曲线图上看，相关系数变化大致分为5个阶段：（1）2013年10月31日首震发生后至12月13日，谱振幅相关系数最高达到0.95，地震活动密集，期间共发生11次MS≥4.0地震；（2）2013年12月13日至2014年8月5日，谱振幅相关系数低于0.92，与上一阶段对比，相对较低，本阶段发生1次MS≥4.0地震；（3）2014年8月5日至2015年2月17日，谱振幅相关系数为0.92～0.95，处于相对高值水平，此阶段发生了2次MS≥4.0地 震；（4）2015年2月17日至同年10月21日，谱振幅相关系数低于0.90，此阶段未发生MS≥4.0地震；（5）2015年10月21日以后，谱振幅相关系数逐渐升高，总体高于0.90，至2016年12月31日，发生1次MS≥4.0地震，震级为MS4.5。目前震群序列谱振幅相关系数值较高，接近0.94，说明震区受区域应力场控制仍较强。

图3 2013年前郭强震群序列体波谱振幅相关系数随时间变化曲线（上）及震级-时间图（下）Fig.3 Curves of the correlation coefficient of spectral amplitude varied with time and M-T plot of Qianguo strong earthquake swarm

强余震发生之前，谱振幅相关系数达到较高水平（图4）。2013年11月22日MS5.3地震发生之前，谱振幅相关系数出现上升，达到较高水平，最高为0.94。

在较大余震发生后小震机制有一定的发散[9]，即出现震源机制不相似现象，滑动平均谱振幅相关系数时序曲线下降。如图4所示，2013年11月22日MS5.3地震之后，谱振幅相关系数降低，11月23日MS5.8地震后，谱振幅相关系数仍较低，但很快谱振幅相关系数又恢复至较高值。说明区域应力场强度较高，2次5级以上地震的发生并未改变区域应力场强度。

图4 前郭强震群序列体波谱振幅相关系数变化曲线Fig.4 The correlation coefficient curve of spectral amplitude of Qianguo strong earthquake swarm

5 讨论与结论

通过对比同一台站记录的来自同一震源区的不同地震的直达波零频观测谱值，可以得到不同地震事件之间的震源机制一致性程度，由此得到整个序列的震源机制一致性变化过程。本文经计算得到2013年前郭强震群序列的谱振幅相关系数变化曲线，总体上，曲线高值时段较多，说明该震群序列的震源机制一致性较好，受区域应力场控制较强，这可能也是该震群序列一直持续发生的原因。

强余震发生在谱振幅相关系数较高的背景下，即震源机制一致性较高的背景下，与刁桂苓[14]、赵英萍[15]研究结果一致。11月22日MS5.3地震、11月23日MS5.8、5.0余震发生前，谱振幅相关系数曾达到较高值。

强余震发生后，出现谱振幅相关系数下降现象，即震源机制发散现象，与朱航[9]研究结果一致。5次MS≥5.0地震发生后，均出现了谱振幅相关系数明显下降的现象。

[1] 吴开统， 焦远碧， 吕培苓， 等. 地震序列概论[M]. 北京:北京大学出版社，1990，97-118.

[2] 蒋海昆， 傅征祥， 刘杰. 中国大陆地震序列研究[M]. 北京 : 地震出版社， 2007， 38-51.

[3] 陈颙. 用震源机制一致性作为描述地震活动性的新参数[J]. 地震物理学报， 1978， 21（2）: 142-159.

[4] 刁桂苓， 于新昌. 唐山地震前后京、津、唐、张地区的综合断层面解[J]. 西北地震学报， 1980， 2（3）: 39-47.[5] 刁桂苓， 于利民， 李钦祖. 强震前后震源区应力场变化一例 [J]. 地震学报， 1994， 16（1）: 64-69.

[6] 刁桂苓， 徐锡伟， 陈于高， 等. 汶川MW7.9和集集MW7.6地震前应力场转换现象及其可能的前兆意义[J].地球物理学报， 2011， 54（1）: 128-136.

[7] 王俊国， 刁桂苓. 千岛岛弧大震前哈佛大学矩心矩张量（CMT）解一致性的预测意义[J]. 地震学报， 2005， 27（2）: 178-183.

[8] Lund B， Boevarsson R. Correlation of microearthquake body-wave spectral amplitudes[J]. Bull. Seism. Soc. Am.，2002， 92（6）: 2419-2433.

[9] 朱航， 刘杰， 陈天长. 采用体波谱振幅相关系数方法研究地震序列的震源机制变化过程[J]. 地震， 2006， 26（2）: 1-11.

[10] 崔子健， 李志雄， 陈章立， 等 . 判别小震群序列类型的新方法研究——谱振幅相关分析法[J]. 地球物理学报，2012， 55（5）: 1718-1724.

[11] 中国地震局. 地震现场工作大纲和技术指南[M]. 北京:地震出版社， 1998， 15-64.

[12] 蒋海昆， 曲延军， 李永莉， 等. 中国大陆中强地震余震序列的部分统计特征[J]. 地球物理学报， 2006， 49（4）: 110-117.

[13] 刘正荣. b值特征的研究[J]. 地震研究， 1995， 18（2）:168-173.

[14] 刁桂苓， 赵英萍. 大同晚期强余震前震源机制的一致性特征 [J]. 内陆地震， 2004， 18（3）: 202-206.

[15] 赵英萍， 刁桂苓. 张北强余震前震源机制的一致性特征[J]. 华北地震科学， 2004， 22（1）: 1-4.

Abstract:Using digital seismic waves recorded by Jilin digital seismic network, we calculated the correlation coefficient of spectral amplitude ofML≥2.5 earthquakes of Qianguo strong earthquake swarm occurred in 2013. The results show that the correlation coefficients of spectral amplitude of Qianguo earthquake swarm are generally high values, which are between 0.85 and 0.95. It means more consistency of focal mechanisms of Qianguo earthquake swarm and high level of the stress field in the source region.Perhaps it is the reason why Qianguo earthquake swarm has been continuous occurred. We also have found that the correlation coefficient of spectral amplitude climbed up beforeMS5.8 earthquake, and went down after it. It means that focal mechanisms become more consistency before strong earthquake and less consistency after it. The result agrees with those of previous researches.

Key words:Qianguo strong earthquake swarm；correlation coefficient of spectral amplitude；consistency of focal mechanism；Local stress field

Characteristics of the Correlation Coefficient of Spectral Amplitude of Qianguo Strong Earthquake Swarm in 2013

KANG Jian-hong1，ZHENG Guo-dong2，ZHANG Yu2，ZHANG Hong-yan1
( 1. Earthquake Administration of Jilin Province, Jilin Changchun 130117, China;2. Changchun Seismic Station, Jilin Changchun 130117, China )

P315.6

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.03.017

1674-8565（2017）03-0092-05

吉林省地震局合同制科研课题资助（2016024）

2017-05-09

2017-07-03

康建红（1979-），女，河北省昌黎县人，2005年毕业于燕山大学，硕士，工程师，现主要从地震分析预报研究方面的工作。E-mail：13169035@qq.com