河北贊皇震群波速比變化特征研究

李冬圣，蔡玲玲，?！×粒趵蛳s，張從珍

(河北省地震局，石家莊　050021)

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河北贊皇震群波速比變化特征研究

李冬圣，蔡玲玲，常亮，王莉蟬，張從珍

(河北省地震局，石家莊050021)

摘要：收集了記錄河北贊皇震群的固定臺(tái)站和2個(gè)流動(dòng)臺(tái)站的震相觀測(cè)數(shù)據(jù)，提取P波、S波走時(shí)信息，采用多臺(tái)和達(dá)法計(jì)算了震群的波速比,發(fā)現(xiàn)波速比在該震群中最大的6月3日ML3.2地震前后變化稍大，其余時(shí)間基本在均值±0.04范圍內(nèi)波動(dòng)，波速比經(jīng)歷了低值異常-回升-下降-加速回升-下降的變化。

關(guān)鍵詞：贊皇震群；和達(dá)法；波速比變化

0引言

地震波是地球內(nèi)部信息的來(lái)源，因觀測(cè)區(qū)內(nèi)介質(zhì)的物理性質(zhì)存在各向異性，波速分布通常都會(huì)不均勻一致，地震波速或波速比可以反映斷層活動(dòng)情況及地下介質(zhì)流變性質(zhì)等的改變[1]。我國(guó)自20世紀(jì)70年代開(kāi)展波速比的研究，目前已經(jīng)取得很多研究成果，如隗永剛等[2]對(duì)蘆山7.0級(jí)地震前單臺(tái)波速異常變化進(jìn)行了研究；馬林等[3]對(duì)京津唐張地區(qū)5級(jí)左右地震前后波速比的變化進(jìn)行了研究，表明了波速比異常存在的事實(shí)；王林瑛等[4]對(duì)2008年5月12日四川汶川8級(jí)巨大地震前后地震波速比的分析表明，主震前后波速比存在異常變化；梁向軍等[5]、張小濤[6]、徐鑫等[7]分別對(duì)不同區(qū)域發(fā)生的中強(qiáng)地震前后的波速比進(jìn)行研究，取得了一定的成果。隨著臺(tái)站密度的增加和數(shù)字觀測(cè)儀器的改進(jìn)，觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度得到很大提高，計(jì)算得到的波速比值也更準(zhǔn)確，在中強(qiáng)以上地震缺少的地區(qū)開(kāi)展波速比變化的研究很有意義。

1原理與方法

計(jì)算波速比的方法主要有和達(dá)法、雙臺(tái)直達(dá)波求波速比、四震相法、虛擬臺(tái)站法和聯(lián)合求波速比法。由于研究區(qū)域臺(tái)站分布相對(duì)較好，所以本文采用多臺(tái)和達(dá)法計(jì)算贊皇震群波速比。和達(dá)法求波速比由1928年日本地震學(xué)家和達(dá)清夫首先提出[4]，他指出對(duì)于一個(gè)地震，以一組臺(tái)站記錄的Pg波走時(shí)tp和Sg 波走時(shí)ts之差擬合直線求得斜率，再加1即為波速比。

(1)

相關(guān)系數(shù)R表示為：

(2)

2資料選取與處理

根據(jù)河北省遙測(cè)臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)，2013年5月20日河北省贊皇縣發(fā)生小震群活動(dòng)，當(dāng)日記錄地震事件11次，震群活動(dòng)一直持續(xù)到7月3日，共記錄地震事件220次。其中，單臺(tái)記錄地震49次，ML2.0以上的地震9次，ML3.0以上的地震1次，最大為6月3日ML3.2地震[8]。

贊皇地震定位時(shí)主要用到贊皇臺(tái)(HEZAH)、元氏臺(tái)(HEYUS)、臨城臺(tái)(HELIC)3個(gè)河北省所屬臺(tái)站以及省外共享山西昔陽(yáng)臺(tái)(SXXIY)。為了更好的監(jiān)測(cè)震情，5月27日河北省地震局監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中心在贊皇縣以西臨時(shí)架設(shè)2套流動(dòng)臺(tái)(L1301，L1303)，這樣臺(tái)站均勻分布在震中四周，形成了較好的監(jiān)測(cè)條件，即使ML0地震也至少有3～4個(gè)臺(tái)站可以監(jiān)測(cè)到。本文搜集了河北遙測(cè)臺(tái)網(wǎng)分析處理贊皇震群的觀測(cè)報(bào)告，選取ML0以上地震的直達(dá)Pg波和Sg波震相數(shù)據(jù)，采用多臺(tái)和達(dá)法計(jì)算公式，計(jì)算出贊皇震群的波速比。

圖1　河北贊皇震中及臺(tái)站分布圖

計(jì)算波速比的關(guān)鍵要點(diǎn)是震相判讀的精度和可靠性判定[4]，為了得到較為可靠的波速比值，對(duì)使用的震相數(shù)據(jù)進(jìn)行了一定的條件約束：使用4個(gè)臺(tái)以上震相數(shù)據(jù)；只使用震中距在120 km以內(nèi)的Pg、Sg波走時(shí)數(shù)據(jù)，以防止Pn的出現(xiàn)影響對(duì)直達(dá)波的判讀精度；對(duì)于發(fā)震時(shí)間相差較短導(dǎo)致震相重疊的數(shù)據(jù)舍去不用。按照上述要求篩選出95個(gè)地震事件，總計(jì)938個(gè)震相對(duì)，在數(shù)值進(jìn)行擬合過(guò)程中對(duì)明顯偏離回歸直線的臺(tái)站進(jìn)行了刪除。

3計(jì)算結(jié)果分析

3.1　相關(guān)系數(shù)的分析

計(jì)算中，選取同時(shí)被4個(gè)臺(tái)站記錄到的地震事件為有效事件,計(jì)算地震事件95次，其中相關(guān)系數(shù)在0.980～1.000之間的有81次，占總數(shù)的85.3%，平均相關(guān)系數(shù)為0.995 1(圖2)。地震事件雖然震級(jí)都不大，但由于臺(tái)站分布較好使得計(jì)算事件的相關(guān)性很好。從圖2中看出，大部分相關(guān)系數(shù)都集中在0.990～1.000之間，且隨著震級(jí)的增大，相關(guān)系數(shù)趨于穩(wěn)定在0.995～1.000之間。相關(guān)系數(shù)(縱坐標(biāo))小的震級(jí)(橫坐標(biāo))低，有可能是個(gè)別小地震定位臺(tái)站少、振幅小，震相到時(shí)難以準(zhǔn)確判斷。

圖2　相關(guān)系數(shù)隨震級(jí)的變化

3.2　波速比的時(shí)間變化特征

贊皇地區(qū)地震活動(dòng)微弱，序列是在平靜的背景下發(fā)生，沒(méi)有長(zhǎng)期的資料可供分析、比較。由于贊皇震群最大地震僅僅ML3.2，其孕育、發(fā)生對(duì)于地殼介質(zhì)的影響量值很小，而且前后發(fā)生的地震時(shí)間短，范圍小，難以分辨其在正常背景值下是否與強(qiáng)震前介質(zhì)物理變化存在顯著變化，我們只分析它們的平均狀態(tài)，及波速比反映的基本信息。

按照地震序列發(fā)展，以地震的波速比做3點(diǎn)滑動(dòng)平均值， 滑動(dòng)步長(zhǎng)為1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(圖3)。從波速比隨時(shí)間的變化可以看出，贊皇震群的波速比最低值為1.656 2，最高值為1.768 3，波速比的平均值為1.70，方差0.000 68，標(biāo)準(zhǔn)差0.026，總體波動(dòng)變化小。相對(duì)而言在序列中的最大地震(6月3日ML3.2地震)前后的變化稍大，其余時(shí)間基本在均值±0.04范圍內(nèi)波動(dòng)；6月18日波速比雖然也出現(xiàn)一個(gè)高值，但是參與計(jì)算的臺(tái)站較少，數(shù)據(jù)不夠穩(wěn)定。

圖3　波速比的時(shí)間變化與M-t圖

3.3　波速比和震級(jí)的關(guān)系

圖4為波速比隨震級(jí)的變化圖，震級(jí)在ML<1.5范圍內(nèi)波速比變化幅度較大，平均波速比值為1.701 4，ML>1.5時(shí)波速比變化較平穩(wěn)，平均波速比范圍為1.712 4。從整個(gè)序列分析發(fā)現(xiàn)：小地震具有強(qiáng)隨機(jī)性，隨著震級(jí)的增大波速比值越趨于穩(wěn)定，變化范圍較小。

圖4　波速比隨震級(jí)的變化圖

3.4　波速比和震源深度的關(guān)系

地震事件的震源深度分布為從圖5可見(jiàn)， 波速比隨深度分布大多數(shù)集中在4～8 km范圍內(nèi)，6 km以下基本集中在1.66～1.73的范圍，6～8 km存在大于1.74的較高值，可能上地殼在6 km上下的速度結(jié)構(gòu)存在差別。

3.5　波速比和臺(tái)站數(shù)目的關(guān)系

臺(tái)站數(shù)目少的波速比變化范圍大，線性擬合數(shù)據(jù)越多結(jié)果越穩(wěn)定(圖6)，使用臺(tái)站越多意味著代表的區(qū)域尺度越大，更反映了區(qū)域的平均狀態(tài)，但是也可能淹沒(méi)了局部的差異。

圖5　波速比隨震源深度的變化

圖6　波速比和地震臺(tái)站數(shù)目的關(guān)系

4結(jié)論

應(yīng)用多臺(tái)和達(dá)法對(duì)贊皇波速比進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)波速比的變化進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

(1)贊皇震群雖然震級(jí)都不大，但由于臺(tái)站分布較好，相關(guān)系數(shù)在0.99～1.00之間的地震事件有81次，占總數(shù)的85.3%，具有較高的可信度。

(2)由于贊皇震群最大地震僅僅為ML3.2級(jí)，其孕育、發(fā)生對(duì)于地殼介質(zhì)的影響量值應(yīng)當(dāng)很小，而且前后發(fā)生的地震時(shí)間短，范圍小，難以分辨其在正常背景值下是否與強(qiáng)震前介質(zhì)物理變化存在顯著關(guān)系，只能分析波速比反映的基本信息。通過(guò)波速比隨地震序列時(shí)間的變化分析，認(rèn)為波速比經(jīng)歷了低值異?！厣陆怠铀倩厣?發(fā)生ML3.2地震)—下降的變化過(guò)程，在最大的6月3日的ML3.2地震前后的變化范圍稍大，其余時(shí)間基本在均值±0.04范圍波動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張學(xué)民，刁桂苓，束沛鎰，等．華北地區(qū)地下介質(zhì)波速比值(Vp/Vs)研究[J]．地震地質(zhì)，2004，26(2)：305-317．

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Wave Velocity Ratio Variation of Hebei Zanhuang Earthquake Swarm

LI Dong-sheng, CAI Ling-ling, CHANG Liang, WANG Li-chan, ZHANG Cong-zhen

(Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021,China)

Abstract:To calculate the velocity ratio of the Zanhuang earthquake swarm in Hebei province, we picked up the travel time information of P wave and S wave from seismic phase observation data recorded by 5 fixed seismic station and two other temporary stations. The results show that the velocity ratio changing range is little larger around the ML3.2 mainshock on June 3rd, 2015 than the average changing range of -0.04—0.04; The velocity ratio of the earthquake swarm went through a process of low value anomaly rebounding-decreasing-rapid recovery-decreasing.

Key words:Zanhuang earthquake swarm; multi-station methods; average seismic wave velocity ratios

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2015.04.004

中圖分類號(hào):P315.31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1003-1375(2015)04-0020-04