基于氣槍震源信號(hào)和背景噪聲的2016年呼圖壁6.2級(jí)地震前后波速變化特征初步研究

徐亞飛, 王 瓊, 蘇金波, 魏蕓蕓

(1. 中國地震局蘭州地震研究所, 甘肅 蘭州 730000; 2. 新疆維吾爾自治區(qū)地震局, 新疆 烏魯木齊 830011)

0 引言

近年來,隨著地震監(jiān)測(cè)手段的不斷發(fā)展,監(jiān)測(cè)地下介質(zhì)波速變化逐漸成為地震學(xué)領(lǐng)域重要研究方向之一[1-3]。地震波在傳播過程中攜帶著豐富的地下介質(zhì)信息,在利用地震波進(jìn)行地球深部探測(cè)方面,地震波速是測(cè)量精度最高,最可靠的參數(shù)。地震波在地下介質(zhì)中傳播的波速會(huì)隨地下介質(zhì)性質(zhì)或應(yīng)力狀態(tài)的變化而變化,因此,可以通過監(jiān)測(cè)地震波在地下介質(zhì)中傳播的波速隨時(shí)間的變化對(duì)地震波傳播區(qū)域內(nèi)地下介質(zhì)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),進(jìn)而為研究地震孕震和發(fā)生過程提供重要信息。

地震在孕育過程中引起的地震波波速變化很小,其發(fā)生的時(shí)間、空間和震源特征等方面都具有一定程度上的不確定性,難以獲得較高的觀測(cè)精度[4-6]。隨著地震背景噪聲和人工主動(dòng)震源監(jiān)測(cè)的技術(shù)快速發(fā)展,逐步成為監(jiān)測(cè)地下介質(zhì)變化的主要手段[7-9]。地震背景噪聲信號(hào)是一個(gè)穩(wěn)定且連續(xù)的天然震源,可以利用臺(tái)站對(duì)之間的背景噪聲信號(hào)互相關(guān)技術(shù)將其從連續(xù)記錄中提取出來,而且在噪聲互相關(guān)計(jì)算中,時(shí)間上也可以重復(fù),因此可以得到不同時(shí)間內(nèi)高度相似的噪聲互相關(guān)波形。當(dāng)介質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化時(shí),其互相關(guān)后得到的信號(hào)的波速也會(huì)發(fā)生變化,通過測(cè)量這種波速變化可以對(duì)地下介質(zhì)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)[10]。目前背景噪聲技術(shù)已經(jīng)在地震,火山活動(dòng)和季節(jié)性溫度變化等不同因素引起的地殼介質(zhì)變化測(cè)量中得到應(yīng)用[11-13]。Brenguier 等[14]利用地震背景噪聲信號(hào)計(jì)算了圣安德列斯斷層上美國加州帕克菲爾德地區(qū)的地下介質(zhì)波速變化并發(fā)現(xiàn)了與該地區(qū)與兩個(gè)地震有關(guān)的波速變化。劉志坤等[15]利用背景噪聲信號(hào)研究了汶川地震震源區(qū)近場(chǎng)的波速變化。Mordret等[16]發(fā)現(xiàn)了新西蘭魯阿佩胡火山噴發(fā)前背景噪聲信號(hào)的波速變化。

人工主動(dòng)震源在震源位置和發(fā)震時(shí)刻上高度可控,在一定程度上可以克服天然地震和背景噪聲在地下介質(zhì)動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)中的不足,是地下介質(zhì)變化監(jiān)測(cè)中的另一種有效手段。陸地氣槍震源是近年來發(fā)展起來的另一種人工主動(dòng)震源,大量的實(shí)驗(yàn)研究表明,氣槍震源能量大、綠色環(huán)保、低頻成分豐富[17],是進(jìn)行區(qū)域地下介質(zhì)動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)的有效手段。近年來,科研人員利用大容量氣槍震源進(jìn)行了許多地下介質(zhì)波速變化方面的研究,王寶善等[18]利用云南賓川氣槍震源發(fā)現(xiàn)了氣槍信號(hào)波速的日變化。魏蕓蕓等[19]利用呼圖壁氣槍數(shù)據(jù),通過互相關(guān)時(shí)延檢測(cè),發(fā)現(xiàn)了2次5級(jí)左右的地震前波速變化低值異常。張?jiān)萚20]利用氣槍直達(dá)波震相發(fā)現(xiàn)了甘肅兩次地震前后的波速變化。鄒銳[21]、周青云等[22]分別利用祁連山和賓川的氣槍震源獲取了地震前后的波速變化。

2016年12月8日,距呼圖壁氣槍發(fā)射臺(tái)約73 km的呼圖壁縣發(fā)生6.2級(jí)地震,震中位置43.775 9°N,86.363 4°E。本文使用新疆呼圖壁氣槍震源附近流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)記錄到的氣槍震源信號(hào)和背景噪聲信號(hào),分別通過互相關(guān)時(shí)延檢測(cè)方法和背景噪聲互相關(guān)檢測(cè)方法,研究呼圖壁6.2級(jí)地震前后波速的變化特征,研究結(jié)果可以為認(rèn)識(shí)區(qū)域強(qiáng)震孕震發(fā)生過程提供參考。

1 研究區(qū)域及資料選取

研究區(qū)處于烏魯木齊山前坳陷,內(nèi)部有巨厚的新生代沉積層發(fā)育,最大沉積厚度可達(dá)12 000 m。該區(qū)域主要的活動(dòng)斷裂有霍爾果斯-瑪納斯-吐魯番逆斷裂-背斜帶和獨(dú)山子-安集海逆斷裂-背斜帶[23]?；魻柟?瑪納斯-吐魯番逆斷裂-背斜帶跨度約130 km,三個(gè)逆斷裂背斜依次由西向東分布,最早形成于上新世與早更新世間,且在早更新世及中更新世初期經(jīng)歷了強(qiáng)烈活動(dòng)。呼圖壁背斜分布于吐魯番背斜東北部,其在地表已經(jīng)有了輕微的隆起。獨(dú)山子-安集海逆斷裂-背斜帶跨度約為80 km,呈現(xiàn)從西向東的分布,這些斷裂都被認(rèn)為是活動(dòng)斷裂[24]。由于研究區(qū)域內(nèi)存在一系列活動(dòng)斷裂,導(dǎo)致該區(qū)的地震活動(dòng)性較高,歷史中強(qiáng)地震活動(dòng)較為頻繁,1900年以來共有42次大地震發(fā)生,其中5.0～5.9級(jí)地震36次,6.0～6.9級(jí)地震5次,7.0～7.9級(jí)地震1次。

1.1 呼圖壁氣槍震源及周邊觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)簡(jiǎn)介

2013年新疆主動(dòng)震源野外科學(xué)觀測(cè)站投入運(yùn)行,是國內(nèi)第一個(gè)基于人工開挖激發(fā)池的大容量氣槍發(fā)射臺(tái)(圖1)。發(fā)射臺(tái)位于北天山山麓的呼圖壁縣古河灘荒地,距烏魯木齊80 km左右[25]。呼圖壁大容量氣槍震源激發(fā)池底部直徑15 m,頂部直徑100 m,水深15 m的圓臺(tái)形人工水體,其容量為5噸左右。呼圖壁氣槍震源裝配2臺(tái)大型空壓機(jī),6條1500LL型Bolt氣槍,單槍容量為2 000 in3,氣槍通過浮臺(tái),沉放于水面下10 m處。6條氣槍同時(shí)激發(fā)一次所釋放的能量相當(dāng)于一次0.9級(jí)天然地震[26]。

圖1 呼圖壁氣槍發(fā)射臺(tái)人工激發(fā)池示意圖Fig.1 Diagram of artificial excitation pool in Hutubi air-gun transmitting station

呼圖壁氣槍發(fā)射臺(tái)周邊150 km內(nèi)有12個(gè)固定臺(tái)站,為配合氣槍激發(fā)實(shí)驗(yàn),又在距氣槍震源60 km范圍內(nèi)布設(shè)了30個(gè)流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站,形成了從近場(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)的較為完整的觀測(cè)系統(tǒng)(如圖2)。

圖2 氣槍發(fā)射臺(tái)、周邊臺(tái)站和呼圖壁6.2級(jí)地震分布Fig.2 Distribution of air-gun transmitting station, surrounding stations, and the Hutubi M6.2 earthquake

1.2 呼圖壁主動(dòng)震源信號(hào)接收情況

自2013年6月開始,呼圖壁氣槍發(fā)射臺(tái)每周四晚至周五早上進(jìn)行一組連續(xù)激發(fā)實(shí)驗(yàn),每周激發(fā)可以記錄超過30條數(shù)據(jù)。2016年以前,由于儀器故障、供電問題和數(shù)據(jù)傳輸?shù)仍?流動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)連續(xù)率較低。2016年7月,對(duì)流動(dòng)臺(tái)進(jìn)行了升級(jí)改造,觀測(cè)儀器更換為CMG-40T型寬頻帶地震計(jì)(短周期)和REFTEK型數(shù)采,儀器采樣率為100 Hz。數(shù)據(jù)連續(xù)率統(tǒng)計(jì)分析顯示,多數(shù)臺(tái)站數(shù)據(jù)整體連續(xù)性較好。對(duì)疊加后的氣槍激發(fā)信號(hào)垂向分量進(jìn)行2～6 Hz 帶通濾波后信號(hào)信噪比整體較高,基本所有臺(tái)站都可以識(shí)別體波信號(hào)(圖3)。

1.3 呼圖壁背景噪聲信號(hào)接收情況

圖4為各流動(dòng)臺(tái)站參考格林函數(shù)隨距離的分布,通過臺(tái)站間一定量的數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加獲取信噪比較穩(wěn)定的參考格林函數(shù)(0.5～1 Hz的噪聲信號(hào)),各流動(dòng)臺(tái)站基本都能發(fā)現(xiàn)較明顯的背景噪聲面波信號(hào),信號(hào)信噪比較高,可進(jìn)行地下介質(zhì)波速變化的測(cè)量。利用固定臺(tái)STZ臺(tái)背景噪聲信號(hào)進(jìn)行疊加后的參考格林函數(shù)效果較差,并未看到較明顯的面波信號(hào),其信號(hào)互相關(guān)系數(shù)也較低,可能與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān),流動(dòng)臺(tái)分布于較厚的沉積層上面波發(fā)育較固定臺(tái)可能更為明顯,因此對(duì)固定臺(tái)的背景噪聲信號(hào)有待進(jìn)一步的研究。

2 利用氣槍震源監(jiān)測(cè)區(qū)域介質(zhì)波速變化

2.1 研究方法

目前,利用氣槍震源監(jiān)測(cè)地下介質(zhì)波速變化的方法為互相關(guān)延時(shí)檢測(cè)法等。由于各種干擾因素和能量衰減等影響使地震波初動(dòng)時(shí)刻確定起來比較困難,而互相關(guān)函數(shù)能有效減少各種干擾因素,計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確,因此波形互相關(guān)方法在波速變化的研究中有著重要應(yīng)用。

圖4 28個(gè)臺(tái)站對(duì)背景噪聲信號(hào)到時(shí)隨距離的分布Fig.4 Distribution of arrival time of background noisesignal at 28 stations with distance

它們的互相關(guān)函數(shù)可以定義為:設(shè)x(t),y(t)為兩個(gè)不相同的有限信號(hào),由于源信號(hào)與傳播中疊加的干擾信號(hào)間的互相關(guān)函數(shù)很小,將源信號(hào)與拾震器信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算可以得到由源信號(hào)引起的振蕩信號(hào),并可以算出這個(gè)信號(hào)從源傳播到拾震器的時(shí)間,也就是說通過計(jì)算兩個(gè)高度相似波形的互相關(guān)函數(shù)即可得到它們之間的時(shí)延,時(shí)延相關(guān)系數(shù)定義為:

(1)

式中:τ為兩地震信號(hào)時(shí)延,T為地震持續(xù)時(shí)間。兩信號(hào)的時(shí)延為取相關(guān)系數(shù)最大值時(shí),對(duì)走時(shí)延遲進(jìn)行線性擬合,可根據(jù)不同震相可以計(jì)算不同類型地震波速度的變化,如式(2)。

(2)

2.2 數(shù)據(jù)處理

為研究由2016年12月呼圖壁6.2級(jí)地震引起的地下介質(zhì)波速變化并分析地震的震前震時(shí)震后波速變化特征,選取2016年6月至2017年12月布設(shè)在氣槍發(fā)射臺(tái)周邊的流動(dòng)觀測(cè)臺(tái)站記錄(CMG-40T型寬頻帶地震計(jì)和REFTEK型數(shù)采,儀器采樣率為100 Hz)的氣槍數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析,臺(tái)站分布如圖5所示。

(1) 數(shù)據(jù)預(yù)處理:①去均值和去趨勢(shì)。②頻譜分析和濾波,為提高信號(hào)信噪比需對(duì)其進(jìn)行濾波處理,本文主要使用氣槍震源信號(hào)的2～6 Hz。

(2) 利用氣槍激發(fā)時(shí)刻截取氣槍波形,對(duì)信噪比較低的波形信號(hào)進(jìn)行篩選和剔除后按天疊加來提高信號(hào)的信噪比,將疊加后的信號(hào)進(jìn)行反卷積計(jì)算,消除震源本身的影響。

(3) 對(duì)反卷積后的數(shù)據(jù)濾波并進(jìn)行波形互相關(guān)運(yùn)算,提取信號(hào)體波和面波部分的若干震相(如圖6,紅色箭頭為選取的震相窗)。

(4) 利用提取的震相時(shí)間窗,選擇合適窗長(zhǎng)與步長(zhǎng)進(jìn)行互相關(guān)延時(shí)計(jì)算,找到震相窗相關(guān)系數(shù)最大時(shí)對(duì)應(yīng)的走時(shí)延遲dt。通過走時(shí)延遲得到介質(zhì)的波速變化。

圖5 氣槍發(fā)射臺(tái)與流動(dòng)臺(tái)分布Fig.5 Distribution of air-gun transmitting stationand mobile stations

圖6 氣槍體波震相窗Fig.6 Phase window of air-gun body wave

2.3 波速變化計(jì)算結(jié)果分析

選取數(shù)據(jù)連續(xù)性較好,體波信號(hào)信噪比較高的流動(dòng)臺(tái)站XJ02臺(tái),XJ13臺(tái),XJ16臺(tái)記錄的氣槍信號(hào)(圖5),計(jì)算波速變化,結(jié)果顯示,3個(gè)臺(tái)波速變化趨勢(shì)基本一致,可能與三臺(tái)距離較近,傳播路徑基本一致有關(guān)。呼圖壁6.2級(jí)地震前后,3個(gè)臺(tái)未出現(xiàn)較明顯的波速異常變化和同震響應(yīng)。分析其原因可能由于三個(gè)臺(tái)距離呼圖壁6.2級(jí)地震震中較遠(yuǎn)(大約60 km),距離氣槍發(fā)射臺(tái)較近(大約在30 km以內(nèi)),有可能接收到的氣槍信號(hào)射線路徑未穿過呼圖壁6.2級(jí)地震的孕震區(qū),因此未觀測(cè)到與6.2級(jí)地震有關(guān)的介質(zhì)應(yīng)力狀態(tài)變化(圖7,圖中不同顏色線條表示不同時(shí)段的體波信號(hào))。

距離氣槍震源約77 km的石梯子固定臺(tái)位于呼圖壁6.2級(jí)地震震中南偏東方向,距離呼圖壁6.2級(jí)地震27 km,6.2級(jí)地震前,即2015年5月—2016年8月,氣槍信號(hào)出現(xiàn)了近15個(gè)月走時(shí)低值異常(圖8),在低值異常結(jié)束后3個(gè)月,發(fā)生了呼圖壁6.2級(jí)地震。分析其原因,可能是呼圖壁6.2級(jí)地震孕育發(fā)生過程中,區(qū)域應(yīng)力處于較高水平,該地區(qū)出現(xiàn)波速升高(即走時(shí)降低)變化,而當(dāng)應(yīng)力積累到一定程度后,地下介質(zhì)發(fā)生了微破裂,導(dǎo)致孕震區(qū)波速降低(即走時(shí)上升)變化。

3 利用背景噪聲信號(hào)監(jiān)測(cè)區(qū)域介質(zhì)波速變化

3.1 移動(dòng)窗互譜法

(3)

式中:*為復(fù)共軛,相位譜為φ(f)=2πfδτ,振幅表示為X(f)=|F(f)|2,則相關(guān)系數(shù)CC(f)的值域在[0,1]之間,可寫為:

(4)

(5)

3.2 數(shù)據(jù)處理

為與氣槍震源波速變化結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,選取與氣槍震源同一時(shí)段,即2016年6月至2017年12月期間流動(dòng)臺(tái)記錄的背景噪聲數(shù)據(jù),選擇0.5～1 Hz的濾波頻帶,其原因是0.5～1 Hz濾波后信號(hào)的信噪比較高,能比較清晰的看到面波信號(hào)。對(duì)28個(gè)臺(tái)站對(duì)的背景噪聲信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算和篩選,本文選取XJ01-XJ07,XJ07-XJ09兩個(gè)臺(tái)站對(duì)為例(圖5),數(shù)據(jù)處理流程如下:

(1) 數(shù)據(jù)預(yù)處理:將波形數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫歸檔等處理,得到按一定序列排列好的數(shù)據(jù)。將歸檔好的數(shù)據(jù)去平均,高低通濾波,降采樣并歸一化處理,并進(jìn)行譜白化。

圖7 三個(gè)流動(dòng)臺(tái)氣槍體波波速變化結(jié)果Fig.7 Variation results of air-gun body wave velocity in three mobile stations

(2) 選取合適的濾波頻帶對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理,將所有臺(tái)站對(duì)的信號(hào)在頻域內(nèi)做互相關(guān)計(jì)算,將每一天的數(shù)據(jù)疊加后得到每天的經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)。為提高信噪比,得到更長(zhǎng)的時(shí)間序列,以30天為窗長(zhǎng),以一天為步長(zhǎng)分別進(jìn)行滑動(dòng)疊加得到經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)。

(3) 利用移動(dòng)窗互譜法,將不同天數(shù)滑動(dòng)疊加的經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)與參考格林函數(shù)做移動(dòng)窗互譜計(jì)算,得到走時(shí)偏移量dt。通過計(jì)算一個(gè)以時(shí)間t為中心的短時(shí)間窗內(nèi)的參考格林函數(shù)與所選定的互相關(guān)函數(shù)之間的走時(shí)偏移量dt,線性擬合可得到相對(duì)走時(shí)變化,其斜率的相反數(shù)就是介質(zhì)的相對(duì)速度變化dv/v。

3.3 波速變化計(jì)算結(jié)果分析

圖9(a)為XJ01-XJ07臺(tái)站對(duì)的背景噪聲信號(hào)波速變化結(jié)果,2017年4月至11月,噪聲信號(hào)波速變化穩(wěn)定,在正負(fù)2‰的背景變化范圍內(nèi)。2016年8月至11月底,波速持續(xù)降低,最大變化幅度約為7‰,2016年12月波速出現(xiàn)上升,最大變化幅度約為5.5‰,期間發(fā)生了呼圖壁6.2級(jí)地震,震后波速變化整體呈現(xiàn)緩慢下降變化,之后恢復(fù)到背景值范圍內(nèi)。

圖8 2013年至2019年固定臺(tái)石梯子臺(tái)氣槍震源走時(shí)變化曲線Fig.8 Travel time variation curve of air-gun source at Shitizi station from 2013 to 2019

圖9 背景噪聲波速變化與氣壓對(duì)比圖Fig.9 Comparison of velocity variation of background noise and air pressure

圖9(b)為XJ07-XJ09臺(tái)站對(duì)的背景噪聲信號(hào)波速變化結(jié)果,2016年8月至10月出現(xiàn)波速升高變化,最大變化幅度為5‰。2016年10月至11月出現(xiàn)波速降低變化,最大變化幅度為6‰。2016年11月至12月波速逐漸增加,最大變化幅度為6‰,12月以后波速整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),并在背景值范圍內(nèi)浮動(dòng),其變化趨勢(shì)與XJ01-XJ07臺(tái)站對(duì)有著較高的相似性。

圖9顯示,兩個(gè)臺(tái)站對(duì)波速變化整體趨勢(shì)較為相似,呼圖壁6.2級(jí)地震前波速出現(xiàn)了降低-升高變化。對(duì)比分析2個(gè)臺(tái)站對(duì)的波速變化與該區(qū)氣壓變化曲線[圖9(c)]發(fā)現(xiàn),2016年8月至12月,背景噪聲波速變化趨勢(shì)與氣壓變化呈負(fù)相關(guān),2017年1月至12月波速變化趨勢(shì)與氣壓變化呈正相關(guān),初步分析認(rèn)為,2016年8月至12月背景噪聲波速變化可能與呼圖壁6.2級(jí)地震孕育發(fā)生有關(guān)。地震孕育過程中,區(qū)域應(yīng)力呈現(xiàn)增強(qiáng)狀態(tài)導(dǎo)致介質(zhì)波速變化偏離正常背景變化。呼圖壁6.2級(jí)地震后,區(qū)域應(yīng)力得到釋放并逐步恢復(fù)到正常狀態(tài)。

4 討論

對(duì)比分析呼圖壁6.2級(jí)地震前后,基于氣槍震源信號(hào)與背景噪聲信號(hào)計(jì)算得到的波速變化結(jié)果表明,在同一區(qū)域、同時(shí)段內(nèi),距離呼圖壁6.2級(jí)地震約60 km的流動(dòng)臺(tái)記錄的氣槍震源信號(hào)未出現(xiàn)與呼圖壁6.2級(jí)地震有關(guān)的波速變化,而距離6.2級(jí)地震約27 km的石梯子固定臺(tái)記錄的氣槍信號(hào)在呼圖壁6.2級(jí)地震前出現(xiàn)了較為明顯的波速變化異常,異常變幅到達(dá)6‰;流動(dòng)臺(tái)記錄的背景噪聲信號(hào)也發(fā)現(xiàn)了與6.2級(jí)地震有關(guān)的波速變化。以往研究表明[27],氣槍震源波速變化的測(cè)量精度相比于背景噪聲信號(hào)要更高,但流動(dòng)臺(tái)氣槍震源信號(hào)未發(fā)現(xiàn)與地震有關(guān)的波速變化,而背景噪聲卻發(fā)現(xiàn)了與地震有關(guān)的波速變化,分析其原因:

(1) 呼圖壁6.2級(jí)地震前,距離氣槍震源大約30 km的流動(dòng)臺(tái)記錄到的氣槍震源體波信號(hào)未出現(xiàn)明顯的波速變化。距氣槍震源約77 km的石梯子固定臺(tái),2015年5月—2016年8月氣槍信號(hào)走時(shí)呈現(xiàn)持續(xù)近15個(gè)月的低值異常變化,最大變化幅度約為3‰,低值結(jié)束后發(fā)生了呼圖壁6.2級(jí)地震。分析其原因,呼圖壁6.2級(jí)地震位于石梯子臺(tái)北偏西方向,6.2級(jí)地震孕育區(qū)應(yīng)力處于較高水平,導(dǎo)致波速升高;當(dāng)應(yīng)力積累至一定程度時(shí),地下介質(zhì)發(fā)生微破裂,出現(xiàn)波速降低現(xiàn)象。流動(dòng)臺(tái)位于6.2級(jí)地震北偏東方向距離呼圖壁6.2級(jí)地震約60 km,其射線路徑可能未穿過應(yīng)力集中區(qū),有可能觀測(cè)不到波速變化。

(2) 呼圖壁6.2級(jí)地震前,多數(shù)流動(dòng)臺(tái)的背景噪聲波速出現(xiàn)較明顯的異常變化。呼圖壁6.2級(jí)地震前四個(gè)月,波速變化與氣壓變化呈負(fù)相關(guān),呼圖壁6.2級(jí)地震后,波速變化與氣壓變化呈正相關(guān)。這與其他學(xué)者關(guān)于背景噪聲波速變化與氣壓變化呈正相關(guān)是一致的[28]。地震孕育發(fā)生過程中區(qū)域應(yīng)力呈現(xiàn)增強(qiáng)狀態(tài),導(dǎo)致介質(zhì)波速變化偏離正常背景范圍,最大變化幅度約6‰;6.2級(jí)地震后,區(qū)域應(yīng)力逐步恢復(fù)至正常水平,此時(shí)介質(zhì)波速變化主要與氣壓變化有關(guān)。

(3) 研究氣槍信號(hào)波速變化選取的XJ02,XJ13,XJ16臺(tái)與背景噪聲信號(hào)波速變化選取的XJ01,XJ07,XJ09臺(tái),未選取相同臺(tái)站的原因?yàn)?①文中所選臺(tái)站為數(shù)據(jù)連續(xù)率最高的幾個(gè)臺(tái)站且背景噪聲疊加后的面波信號(hào)中XJ01,XJ07,XJ09臺(tái)最為明顯,文中記錄氣槍信號(hào)的三個(gè)臺(tái)站與記錄背景噪聲信號(hào)的三個(gè)臺(tái)站之間的距離均不超過20 km,因此將這三個(gè)臺(tái)站作為主要研究對(duì)象;②背景噪聲的28個(gè)臺(tái)站對(duì)間的距離不超過20 km,而呼圖壁6.2級(jí)地震距流動(dòng)臺(tái)距離約為60 km,可以認(rèn)為,以6.2級(jí)地震為源,則流動(dòng)臺(tái)站可相對(duì)近似為遠(yuǎn)場(chǎng),因此各臺(tái)站對(duì)的背景噪聲波速變化結(jié)果一致性較高。

(4) 分析呼圖壁6.2級(jí)地震前后,氣槍震源信號(hào)未觀測(cè)到波速異常變化,背景噪聲信號(hào)觀測(cè)到波速異常變化的原因,認(rèn)為可能是氣槍主要利用體波信號(hào),背景噪聲主要利用面波信號(hào),兩者射線路徑不同。

5 結(jié)論

本文利用氣槍震源信號(hào)和背景噪聲信號(hào),研究呼圖壁6.2級(jí)地震前后波速變化特征,得到以下幾點(diǎn)初步認(rèn)識(shí):

(1) 呼圖壁6.2級(jí)地震前后,距6.2級(jí)地震約60 km的流動(dòng)臺(tái)記錄的氣槍震源信號(hào)未發(fā)現(xiàn)明顯的波速變化,距6.2級(jí)地震約27 km的石梯子固定臺(tái)6.2級(jí)地震前出現(xiàn)了較為明顯的波速變化異常,可能與信號(hào)傳播路徑不同有關(guān)。

(2) 呼圖壁6.2級(jí)地震前4個(gè)月的背景噪聲波速變化與氣壓變化趨勢(shì)呈負(fù)相關(guān),呼圖壁6.2級(jí)地震后的背景噪聲波速變化與氣壓變化呈正相關(guān)。其他學(xué)者研究表明,背景噪聲波速變化與氣壓變化呈正相關(guān)。分析認(rèn)為,呼圖壁6.2級(jí)地震前背景噪聲波速異常變化可能與呼圖壁6.2級(jí)地震有關(guān)。

(3) 氣槍主要利用體波信號(hào),背景噪聲主要利用面波信號(hào),兩者射線路徑不同可能是導(dǎo)致不同波速變化特征的主要原因。

致謝:本文撰寫過程中得到了中國地震局地震預(yù)測(cè)研究所王偉君研究員的意見和支持,以及閆坤、翟亮等人的幫助,在此表示感謝。