利用重復地震研究蓋州震群地區(qū)介質變化

李彤霞，錢 蕊，付 聰，孔祥瑞，李夢瑩

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

利用重復地震研究蓋州震群地區(qū)介質變化

李彤霞，錢 蕊，付 聰，孔祥瑞，李夢瑩

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

蓋州震群自2012年2月2日開始活動,截至2016年12月已活動了近5年的時間,其中持續(xù)活動的青石嶺序列精定位后的空間展布在5km以內,深度也較為集中，可作為重復地震進行研究。通過計算蓋州地區(qū)2012年2月—2016年12月ML≥2.0重復地震序列經射線追蹤法校正后的P波走時差,得到了蓋州震群區(qū)域至岫巖臺、遼陽臺、高升臺、瓦房店臺四象限的介質變化情況，結果介質短期的變化受震群本身顯著事件活動影響較為明顯。中強地震前后周邊地區(qū)介質變化顯著。

重復地震；蓋州震群；射線追蹤；地殼介質變化

0 引言

對地球地殼的介質變化的研究目前方法較多，其主要的方法大都是通過地震波波速的變化來研究地殼地下介質的變化，如對波速比、視速度的研究等。20世紀50、60年代提出重復地震的概念之后，有很多專家學者通過重復地震來研究區(qū)域的介質變化，如Poupinet[1]利用天然重復地震的波形相似性來測量地殼介質波速隨時間的變化。周龍泉等[2]研究了大姚重復地震，發(fā)現(xiàn)在震源區(qū)地殼P波速度在震前出現(xiàn)了快速上升。葉秀微[3]利用重復地震研究了廣東陽江地區(qū)地殼介質變化。

蓋州震群從2012年2月2日開始活動，其地震分布主要集中在青石嶺、西海域、熊岳盆地、營口海域4個區(qū)域，其中青石嶺區(qū)域的地震活動持續(xù)時間最長，從2012年2月2日至2016年12月持續(xù)存在地震活動，經過重新定位后，發(fā)現(xiàn)蓋州震群空間展布在5km以內，深度分布也較為集中，從空間集中度上可以作為重復地震，以此來研究蓋州震群活動過程中周邊的介質變化情況。

1 方法原理

對于一叢重復地震，假設地震事件1從震源到達臺站的走時可以用t1表示，地震事件2從震源到達同一臺站的走時用t2表示，假設兩次地震發(fā)生期間地殼介質未發(fā)生變化，由于天然重復地震不可能全部是完全意義上的重復，此時在臺站接收到的這兩個地震事件走時差t?主要是由于震源位置不同引起的，其走時差可表示為：

當?shù)卣鹗录?發(fā)生前，介質發(fā)生了變化，走時由t2變?yōu)榱耍?/p>

式中，tδ表示由于介質發(fā)生了變化而引起的從地震事件2的震源到臺站的走時變化。根據(jù)費馬原理，可以將射線路徑在介質變化前后視為未擾動，tδ純粹是由介質變化引起的。結合式（1）、式（2），地震事件1、2在同一臺站的走時差20t?可表示為：

即走時差20t?可以視為由震源位置不同引起的走時差1t?和由介質變化引起的走時差tδ兩部分組成，而其中tδ正是我們需要得到的介質變化的信息。根據(jù)式（1）～（3），只需計算介質未擾動時事件1和事件2到達臺站的走時就可以消除由于震源位置不同引起的走時差。實際觀測中，兩個重復地震在同一臺站觀測得到的走時差t20除了由于震源位置不同而引起的走時差外，還包括了由于走時讀取誤差引起的走時差以及定位誤差ε。很多專家在研究重復地震時，采用了波形互相關的方法來消除讀數(shù)誤差，但總體來說，讀數(shù)誤差2t?相對較小，在不進行波形互相關的校正下，對研究結果的影響不大。本文研究的蓋州震群區(qū)域經過重新定位可以消除定位誤差，讀數(shù)誤差又相對較小，所以本文的研究中不再進行波形互相關來消除讀數(shù)誤差。

2 數(shù)據(jù)整理與速度模型的選取

為了具體研究蓋州震群周邊的介質變化情況，本文首先對2012年以來的蓋州震群震相報告進行了整理，剔除了大于2倍均方差的走時數(shù)據(jù)，得到了2012年以來蓋州震群較為準確的震相觀測資料。同時為了進行介質變化的計算需要確定蓋州震群地下的一維速度模型。

本文查詢了諸多相關資料，最后借鑒了李志偉[4]環(huán)渤海地區(qū)層析成像對該地區(qū)的結果，并通過附近地震的觀測報告，應用velest軟件進行校正，得到了在蓋州地區(qū)的P波速度一維模型，如圖1所示。

圖1 蓋州地區(qū)地殼P波一維速度模型Fig.1 The 1-D crustal P wave velocity model of Gaizhou area

3 計算結果

為了使研究的結果更為可靠，本文在對蓋州附近介質變化的研究之前，應用雙差定位方法對2012年以來蓋州震群中ML2.0以上地震進行了重新定位研究，研究結果顯示，蓋州震群主要活動區(qū)域分為東部的青石嶺序列、中部的西海域序列及西部的營口海域序列，其中以青石嶺序列活動時間持續(xù)最長，地震活動的強度最高。本文也將以此序列作為研究對象，通過精定位結果顯示青石嶺序列震中較為集中，空間展布在5km左右，深度也較為集中（圖2）。這也使得對蓋州震群周邊介質變化的研究更為可靠。

圖2 蓋州震群雙差定位前后（a為定位前、b為定位后）Fig.2 The results of double difference location of Gaizhou earthquake swarm

本文研究的地震序列為2012年2月2日至2016年12月30日蓋州青石嶺震群序列，并給定序列的中心為40.485oN、122.395oE，震源深度6 km，序列半徑5km，如圖3所示。為研究不同方向的介質變化情況，本文分別選取了臺站到地震序列中心的距離大于5倍序列半徑、四象限不同的4個臺站，分別為：遼陽臺、岫巖臺、高升臺和瓦房店臺。

圖3 蓋州震群位置及臺站空間分布圖Fig.3 The distribution of earthquake swarm and seismic stations in Gaizhou

圖4a、5a、6a、7a分別給出了蓋州重復地震在遼陽地震臺、岫巖地震臺、高升地震臺、瓦房店地震臺的P波走時隨時間變化情況, 圖4b、5b、6b、7b給出的是校正位置后的蓋州重復地震在各上述臺站的P波走時隨時間變化情況。通過蓋州重復地震在遼陽地震臺P波走時的變化情況來看（圖4），2013年1月之前和2013年5月后，都存在P波走時差逐漸減小，這可能是由于遼陽臺的位置距離2013年燈塔MS5.1級地震較近，而蓋州重復地震至遼陽地震臺這段的走時變化可能反映了燈塔MS5.1級地震前的應力積累和地震后應力調整所引起的該段的介質發(fā)生變化。通過蓋州重復地震在岫巖地震臺P波走時的變化情況來看（圖5），蓋州震群與岫巖地震臺呈近東西向展布，其展布方向與蓋州震群的破裂方向較為一致，剔除位置影響因素后，走時變化較為明顯（圖5b），其主要的走時變化主要與蓋州震群的幾次明顯4級顯著活動相關。主要反映了蓋州震群應力積累過程中，介質的變化情況。蓋州重復地震至高升地震臺（圖6）和瓦房店地震臺（圖7）的P波走時變化較小，可能是由于蓋州至這兩個臺間的應力積累所引起的介質變化不明顯。

圖4 蓋州重復地震在遼陽臺的P波走時隨時間變化Fig.4 The variation of the P wave travel time with time of Gaizhou recurrent earthquakes at Liaoning Seismic Station

圖5 蓋州重復地震在岫巖臺的P波走時隨時間變化Fig.5 The variation of the P wave travel time with time of Gaizhou recurrent earthquakes at Xiuyan Seismic Station

圖6 蓋州重復地震在高升臺的P波走時隨時間變化Fig.6 The variation of the P wave travel time with time of Gaizhou recurrent earthquakes at Gaosheng Seismic Station

圖7 蓋州重復地震在瓦房店臺的P波走時隨時間變化Fig.7 The variation of the P wave travel time with time of Gaizhou recurrent earthquakes at Wafangdian Seismic Station

4 結論

（1）蓋州震群至岫巖地震臺的P波走時變化情況說明，顯著震群活動的發(fā)生區(qū)域在受到應力積累發(fā)生顯著地震活動時，其本區(qū)的地下介質是會出現(xiàn)一定的變化。

（2）蓋州震群至遼陽地震臺的P波走時變化情況顯示，在2013年1月23日燈塔MS5.1級地震前，P波走時差降低，說明該段介質存在P波速度逐漸升高的情況，證明震前存在應力積累的情況，而地震發(fā)生后的P波走時變化可能表明在5級地震后，應力逐步恢復到了另一個平衡階段。

（3）本文通過蓋州震群在4個象限上臺站的P波走時變化情況，研究了蓋州震群至幾個臺站方向的介質變化情況，發(fā)現(xiàn)介質變化顯著的方向與地震的相關性較好。證明將顯著的集中震群活動作為重復地震來研究遼寧地區(qū)的介質變化情況在理論上是可行的。

致謝：本研究采用的程序由中國地震臺網中心周龍泉研究員提供，特此致謝！

[1] Poupinet G， Ellsworth W L， Frechet J. Monitoring Velocity Variations in the Crust Using Earthquake Doublets: An Application to the Calaveras Fault， California[J]. J Geophys Res， 1984， 89（B7）: 5719-5731.

[2] 周龍泉， 劉桂萍， 馬宏生， 等. 利用重復地震觀測地殼介質變化 [J]. 地震， 2007， 27（3）: l-9.

[3] 葉秀薇， 聞則剛， 劉錦， 等. 利用重復地震研究廣東陽江地區(qū)介質變化 [J]. 地震， 2008， 28（4）: 103-111.

[4] 李志偉， 胥 頤， 郝天珧， 等 . 環(huán)渤海地區(qū)的地震層析成像與地殼上地幔結構[J]. 地球物理學報， 2006， 49（3）: 797-804.

Abstract:By the time of December 2016 Gaizhou earthquake swarm activities has been lasted for nearly 5 years. The spatial distribution of the Qingshiling sequence of the continuous activity is within 5km. The depth is also more concentrated and can be used as the study of recurrent earthquakes. Through the calculation of Gaizhou areaML≥2.0 recurrent seismic sequence from February, 2012 to December, 2016 by ray tracing method after correction of P wave travel time difference, the four quadrant medium changes from Gaizhou earthquake swarm to Xiuyan Seismic Station, Liaoyang Seismic Station, Wafangdian Seismic Station. The results showed that the short-term change of media is obviously influenced by the events of the earthquake swarm itself. Before and after medium strong earthquake, the surrounding area has significant changed.

Key words:recurrent earthquake; Gaizhou earthquake swarm; ray tracing; variation crustal media

Monitoring Crustal Media Variation in Gaizhou Area of Liaoning Province by Using Recurrent Earthquakes

LI Tong-xia，QIAN Rui，F(xiàn)U Cong，KONG Xiang-rui，LI Meng-ying
（Earthquake Administration of Liaoning Province, Liaoning Shenyang 110034, China）

P315.6

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.03.001

1674-8565（2017）03-0001-04

2017-04-18

2017-06-07

李彤霞（1980-），女，遼寧省遼陽市人，2002年畢業(yè)于防災科技學院，本科，工程師，現(xiàn)主要從事地震預測研究方面的工作。E-mail：ltx80@sohu.com