剪切波分裂分析系统SAM_2007_区域地震台网资料应用实例_石玉涛

石玉涛、高原、吴晶等,2008,剪切波分裂分析系统SAM (2007),中国地震,24(4),354～361。

剪切波分裂分析系统SAM (2007)
———区域地震台网资料应用实例
石玉涛　高原　吴晶　太龄雪
中国地震局地震预测研究所,北京市复兴路63号　100036
摘要　通过对云南、辽宁、福建遥测地震台网的波形资料分析实例,介绍了“剪切波分裂系
统分析方法”软件SAM (2007)的用法。

通过对区域台网资料的处理分析,表明SAM (2007)是研究
剪切波分裂的一个比较实用的软件,能够有效的处理快、慢剪切波识别的问题,研究地壳介质的
地震各向异性问题,能普遍用于分析国内区域地震台网资料。

关键词:　剪切波分裂　系统分析方法　SAM (2007)软件系统　区域地震台网　应用实例
[文章编号]1001-4683(2008)04-0354-08 [中图分类号]P315 [文献标识码]A
[收稿日期]2007-09-18;[修定日期]2008-11-26
[项目类别]中国地震局地震预测研究所基本科研业务专项(2007-24)资助0　引言
地壳中广泛存在各向异性介质,剪切波穿过各向异性结构时分裂成传播速度不同的两列波,即快剪切波和慢剪切波,两列剪切波的质点运动方向是近似相互正交的。

在剪切波窗口内,不同射线的快剪切波偏振方向与裂隙的走向一致,反映了该地区最大主压应力方向;慢剪切波的时间延迟反映了介质的各向异性程度。

因此,通过对剪切波分裂现象的研究可以了解地壳应力场特征。

剪切波分裂研究的一个技术节点是分析方法及有效的分析软件。

从方法上来看,在已有多种剪切波分裂方法中,偏振法是比较常用的(Crampin ,1977),此外,还有相关函数分析法(高原等,1994)、纵横比法(Shih ,et al .,1990)、最大特征值法(刘希强,1992)以及研究上地幔的各向异性的SC 法(Silver ,1991)等。

这些研究方法中,多数是对一段剪切波的波形进行扫描,计算结果对资料窗口长度和信噪比的变化非常敏感,因此,利用单一的算法来识别快慢剪切波,很难得到符合实际状况的结果。

为此,我们提出系统分析法———SAM (高原等,2004),并给出了更新的软件系统———SAM (2007)(高原等,2008)。

该方法是在相关函数的基础上提出的一种用于剪切波分裂分析的系统分析方法,可以根据偏振分析对相关计算的结果进行自我检验,客观性和准确性较强。

本文从实际数据出发,介绍分析系统的数据处理方法和分析结果,以供数据分析和研究人员参考。

第24卷　第4期(354～361)
2008年12月中国地震EARTHQUAKE RESEARCH IN CHINA Vol .24　No .4Dec .2008
1　剪切波分裂系统分析方法软件———SAM (2007)数据分析实例
使用SAM (2007)分析系统,首先需要根据各个地区的地壳速度结构,计算震中距、入射角、方位角等基本参数,然后依据剪切波窗口的约束,根据地震的入射角选择每个台站中符合剪切波分裂需要的地震数据。

由于我国区域地震台网产出的数据格式为EVT 格式,SAM (2007)软件可将E VT 格式波形文件转换为一种国际通用的标准格式———SAC 格式,并直接使用SAC 格式波形进行三分量数据读取、波形显示及进行B utterworth 滤波处理,然后对波形数据进行剪切波分裂分析。

本文使用SAM (2007)分析系统,分别对云南遥测地震台网的团山(TS )台、辽宁遥测地震台网的营口(YK )台和福建遥测地震台网的古田(GUT )台的3个地震波记录实例(表1,图1～3)进行剪切波分裂分析。

这3个地震记录都在剪切波窗口内。

图1　TS 台地震记录采用Butterworth 滤波器滤波后的波形。

滤波参数0.5～20Hz ,
阶数为4。

纵坐标为振幅,横坐标为数据点
表1　
TS 、Y K 和GUT 台的剪切波分裂分析结果台站
发震时刻纬度(N )经度(E )震源深度(km )震级偏振方向时间延迟TS
2003年04月14日25.5°100.20°10.02.6115°0.06s YK
1999年06月06日40.65°122.81°14.02.8140°0.02s GUT 2000年06月23日26.43°1118.67°14.01.4170°0.04s 使用SAM (2007)分析系统对预处理后的波形数据做进一步分析即相关函数的计算。

打开一个SAC 波形数据文件,选择剪切波初至前后的一段波形,采用相关函数计算得到一个初步结果。

在得到相关函数计算的初步结果后,通过时间延迟校正并进行偏振分析检验。

3554期石玉涛等:剪切波分裂分析系统SAM (2007)———区域地震台网资料应用实例
图2　YK 台地震记录采用Butterworth 滤波器滤波后的波形。

滤波参数0.5～20Hz ,阶数为4
图3　GUT 台地震记录采用Butterworth 滤波器滤波后的波形。

滤波参数1.0～15hz ,阶数为4
振方向,通过改变两个水平分量的时间差异(即改变一个分量的采样点的时间)观察偏振图的动态变化来确定时间延迟的大小,最后得到这两个各向异性参数,并保存最后结果。

下面介绍这3个分属不同区域台网的3个台站的处理过程和得到的结果。

团山(TS )台位于云南大理地区,该地区是红河断裂带等几个断裂带相交的地区(石玉涛等,2006)。

图4显示使用TS 台记录的地震波形,利用相关函数计算得到的初步结果。

图5356中　国　地　震24卷
图4　TS 台记录的地震波形的相关函数计算结果。

(a )不同延迟时间和偏振方向的相关函数分布等值线图,黑色实心椭圆是最大相关函数值的位置。

(b )相关函数最大值和最小值分布图。

(c )三分量剪切波的波形,UD 、NS 和EW 分别表示垂直、北南和东西方向分量,两条虚线框出用于相关函数计算的剪切波波形区间
台站下方的偏振方向反映了该地区的最大主压应力的方向,延迟时间反映了该地区的各向异性程度,这个程度和介质中的裂隙密度、裂隙纵横比和裂隙的定向排列有关,因此可以根据偏振方向和时间延迟的大小来分析各向异性程度。

根据云南TS 台记录的108个剪切波窗口内的地震得到的该地区的快剪切波偏振方向,从等面积极射投影玫瑰图(图6)可以看出,TS 地区的最大主压应力的方向基本为NNW 方向,这与GPS 测量得到的云南TS 地区的最大主压应力方向为NNW 的结果基本一致(石玉涛等,2006)。

通过对一个台站的剪切波窗口内的全部资料进行分析,其结果自动产生在一个数据文件中。

不同台站的结果可以自动生成等面积极射投影玫瑰图(图6),进而可以根据该图来研究该台站地区的各向异性特征。

YK 地震台记录了1999年发生的岫岩地震序列的一个地震,可以从波形中清楚地看出剪切波的到时(图2)。

辽宁应力场方向为NEE -SW W (图7～8)(张先泽等,1997),结果的方3574期石玉涛等:剪切波分裂分析系统SAM (2007)———区域地震台网资料应用实例
图5　TS 台地震记录的时间延迟校正和偏振分析检验(偏振图)。

(a )剪切波质点运动轨迹图,偏振图中S 1、S 2分别指示出快、慢剪切波振动起始位置。

(b )快剪切波和慢剪切波的质点运动轨迹图,已经消除了时间延迟的影响。

(c )北南(NS )、东西(E W )方向分量的剪切波波形,直立的虚线段指出剪切波开始的位置。

(d )快(F ),慢(S )剪切波波形,直立虚线段分别指示了快、慢剪切波的到达
图6　快剪切波偏振方向的等面积极射投影玫瑰图。

图中的短线段的方向是相应台站记录的每个地震事件的快剪切波偏振方向,最外圈的大圆是剪切波窗口。

台站代码后面括号中的数字为分析的地震事件个数
福建地区主要由W NW -NW 和NE -NNE 向断裂带
组成(范文等,1998),利用台网的GUT 台记录到的一
个地震,得到的快剪切波的偏振方向近于NW 向,这
和福建地区的主压应力方向符合。

这也说明,利用快
剪切波的偏振方向可以分析该地区的主压应力方向,
利用快、慢剪切波的时间延迟,可判断该地区的各向
异性程度的大小。

得到了剪切波分裂的快剪切波偏振方向和慢剪
切波时间延迟,就可以进一步分析有关的各向异性特
征,开展相关的分析研究(图9～10)。

2　讨论
剪切波系统分析方法软件是一个从地震参数计
算、数据选取、分析结果以及结果的产出等综合为一
体的软件,对各向异性研究是一个比较实用、方便的
软件。

尤其是针对目前的区域数字地震台网的波形
资料,该软件能够比较便捷的对其处理、分析。

同时,358中　国　地　震24卷
图7　相关函数计算。

数据为辽宁台网YK 台站记录的1999年06月06日地震,
截取波形100个采样点。

其他说明同图4
　359
4期石玉涛等:剪切波分裂分析系统SAM (2007)———区域地震台网资料应用实例
图9　相关函数计算。

数据为福建台网的GUT 台站记录的2000年06月23日地震,
截取波形100个采样点。

其他说明同图
4360中　国　地　震24卷
相关计算的结果进行自我检验,因此,相对于目前一般使用剪切波分裂研究各向异性特征的方法来说,系统分析方法的客观性和准确性较强。

目前,研究地壳各向异性的方法很多,剪切波分裂是其中的一种。

任何一种分析技术或分析方法都与地震波资料有密切的关系。

因此,使用SAM 的前提,同样是需要有较好质量(高信噪比)的波形。

通过对云南、辽宁和福建区域地震台网波形资料的分析,本文的应用实例表明,“剪切波分裂系统分析方法”系统软件SAM (2007)是研究剪切波分裂的一个比较实用的软件,保持了自我检验的功能,能够有效的处理快、慢剪切波识别的问题,能在国内区域地震台网资料的应用中,发挥积极作用。

参考文献
范文、彭建兵,1998,福建沿海地区地震与深部构造关系的研究,地学工程进展,15(1),41～45。

高原、郑斯华,1994,唐山地区剪切波分裂研究(Ⅱ)———相关函数分析法,中国地震,10(增刊),11～21。

高原、刘希强、梁维等,2004,剪切波系统分裂方法(SAM )软件系统,中国地震,20(1),101～107。

高原、石玉涛、梁维等,2008,剪切波分裂系统分析系统SAM (2007)———软件系统,中国地震,24(4),345～353。

刘希强,1992,剪切波分裂中的快,慢波识别方法.西北地震学报,14(4),17～24。

石玉涛、高原、吴晶等,2006,云南地区地壳介质各向异性———快剪切波偏振特性,地震学报,28(6),574～585。

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Systematic Analysis Method of Shear -wave Splitting SAM (2007):Examples of Application in the Regional Seismograph Networks
Shi Yutao G ao Yuan W u Jing Tai Lingxue
Institute of Earthquake Science ,China Earthquake Administration ,Beijing 100036,China
A bstract This paper introduces the usage of the software system SAM (2007)based on “systematic analysis method of shear -wave splitting ”and analyzes of the wavefor m data from regional seismograph networks in Yunnan ,Liaoning and Fujian .The analysis indicates that SAM (2007)is a practicable software system in the study of shear -wave splitting .It can effectively identify the fast and slow shear -wa ves and study the seismic anisotropy in the crust .The software can be applied to data fr om r egional seismograph networks in China .
Key words :Shear -wave splitting Systematic analysis method SA M (2007)software system
3614期石玉涛等:剪切波分裂分析系统SAM (2007)———区域地震台网资料应用实例。