P 波频散衰减特性於强震前兆之应用.PDF

P 波頻散衰減特性於強震前兆之應用 翁啟挺 1 張文彥 2 陳朝輝 1 劉希強 3 1 國立中正大學地震研究所 2 國科會自然處 3 中國大陸山東地震局 摘要 本研究利用 Morlet 小波多重濾波法(Morlet wavelet multiple-filter method )分 析直達 P 波第一週期訊號可得群速延遲時間-頻率譜，並以基因演算法計算最佳 衰減頻散因子 Qp 。藉由統計Qp 值隨時間變化趨勢，研究頻散衰減因子的區域 特徵及其與區域構造孕震和發震過程的關係。本研究以 1999 年嘉義地震與集集 地震為主軸，收集中央氣象局即時觀測網 1998 年至 2000 年之地震資料；並以單 一測站為研究單位，挑選距離測站 30 公里以內，且規模 ML ＜＝3.0 的地震，分 析垂直分量地震訊號，探討直達 P 波從震源到測站波線路徑上於強震前後衰減頻 散的變化特徵。結果顯示，頻散衰減因子 Qp 對於區域裂隙密度變化具有高敏感 特性。強震發生之前 Qp 值有明顯升高的趨勢，這結果與區域應力狀態改變造成 構造密度變化有直接關係。而升高的 Qp 值會於強震前就轉為下降而非一直到強 震後才轉為下降。綜合結果，本研究方法應可成為中短期地震預警之重要參數之 ㄧ。 前 言 在當今地震科學領域中，地震預測還是屬於不可掌握的部份，儘管如此，還 是希望可以從某些地震活動特性的研究中找出些許地震發生的前兆特性。本研究 藉由分析強震前後頻散衰減因子的時空變化，探討其區域特徵及區域構造孕震和 發震過程之關係，本研究方法顯示的強震前兆能作為震源區應力場改變的時間指 標；故本研究也可成為監視應力場作用最直接的方式，希望能藉由本研究歸納出 強震前兆的特徵，並期望能對於台灣中短期地震預警研究盡一份心力。 ㄧ般研究 Q 值的方法有很多，但是最主要的有兩種，為振幅衰減與頻散衰 減。振幅衰減的方法已經有很多前人的研究與應用；隨著數位化地震資料普及與 數位訊號處理技術的提升，震波的頻散衰減亦越來越受到人們的重視。Correig (1991a,1991b)和 Cong (2000)的研究中認為，震波的衰減頻散測量方法有五大優 點︰第一，聚焦和散焦效應對衰減頻散測量的結果影響比較小。第二，衰減頻散 研究只需取單一測站的地震紀錄測量與觀測，而不需要知道震源破裂情況；第 三，衰減頻散方法適合分析規模較小的地震、探討介質非均質特性；第四，利用 小地震記錄資料可以有效避免較大地震發生時震源沿斷層表面移動所造成的地 震波記錄的複雜性。第五，利用直達 P 波的第一個週期記錄研究衰減頻散可有效 避免各種雜訊的干擾。 資料與研究方法 本研究主要以 1999 年嘉義地震與集集地震為主軸，探討頻散衰減因子於兩 個強震前後之變化特徵。而分析之地震資料來自於中央氣象局即時觀測網 1998 年至 2000 年之觀測資料，其中為了使 Q 值量測精準，只會挑出地震品質良好(包 括雜訊少、地震資料穩定等)之測站作為研究單位；而資料挑選條件為:1.為了使 直達 P 波第一周期訊號容易挑選，且讓高頻訊號不因距離而衰減，震央距與震源 深度都設定為小於等於 30KM 之地震 2. 由於較大之地震會造成地震訊號的複雜 度，亦會造成直達 P 波第一周期訊號挑選上的困難，且規模較大之地震含有較多 的低頻能量，不適合用於頻散衰減之研究，所以在地震規模設定上使用震舉規模 小於等於 3 之地震。 本研究所使用的方法與原理包括 Morlet 小波多重濾波法(Morlet wavelet multiple-filter method ) ，連續鬆弛模型理論(Continuous relaxation model)(Liu et al,1976) ，與基因演算法(Genetic algorithm method) ，其中為了增加訊號點數使Q 值量測更為精準，使用牛頓多項式插值法(Newton polynomial interpolation method) 與高斯濾波(Gauss filter method) 。基於上述之理論，本研究方法如下： 1.使用牛頓多項式插值法與高斯濾波對訊號進行重採樣，增加訊號點數。 2.利用 Morlet 小