初探地震波速变化研究

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1资料

川滇畸形块体是横跨四川南部和云南中部近似畸形的区域，它的北部为北西走向的理塘—待巫断裂和则木河断裂连结而成，东部为南北走向的小江断裂带，南部为与北部断裂近似平行的北西走向的红河断裂，西部为与东部小江断裂带近似平行的南北走向的金沙江断裂带。川滇畸形块体东西跨度约350km，南北约800km，在菱块内部存在两条相距约140km的北南走向断裂:元谋—绿汁江断裂和程海断裂，在这两条断裂之间，2000～2008年间集中发生了5次6级以上强烈地震，尤其是2008年8月发生的攀枝花6.1级地震，位于元谋—绿汁江断裂。震区周围近年来数字地震台站逐渐增多，地震前后在该区域已积累一定数量的中小地震观测资料，笔者利用这些观测资料，研究攀枝花地震前后波速比变化特征，研究时间为2004年1月～2009年6月，研究区域为(25°～27.7°N，101°～102.8°E)，考虑到震级小于2级的微小地震多数背景干扰大、信号弱，读取的P波和S波到时误差大，故取震级下限为2级，该区域共发生地震227次。本文资料选用云南省地震局昆明区域数字台网波形资料，该台网始建于1999年，至2009年已建成包含53个台站覆盖全省及周边地区的区域台网。2007年12月以前，采样率为50count/s，理论时间精度为0.02s，2008年1月以后，采样率增大了一倍，相应精度提高一倍为0.01s。根据《地震学分析预报方法程式指南》(国家地震局科技监测司，1990)，可以确定用于计算波速比的地震和台站的限定条件，规定地震到台站的ΔTi≤20s，且要有3个以上台站同时记录的地震为本文所用地震。1给出研究区域台站和震中分布，为相应地震波射线空间分布(圆表示主震，三角形表示台站)，从中看到，所使用的地震台站达24个台，地震射线对攀枝花地震孕震区有较好的覆盖，尤其是主震南部的元谋—绿汁江断裂附近射线非常密集。影响波速比可靠性的一个重要因素是地震波记录质量的好坏，我们应该挑选那些P波和S波到时都容易区分的资料，对于不可靠的P波和S波记录要放弃，2给出几次地震的原始记录，从中看到P波和S波较容易分辨，由于记录的采样率高，实际读取数据时可以放大，故P波和S波到时是容易读取且可靠的。

2结果及分析

波速比VP/VS直线拟合从(5)式可知，直达P波到时与S波、P波到时差为通过原点斜率为k的直线，波速比VP/VS为k+1。根据到时差小于20s及3个以上台站的挑选地震限定条件，研究区共发生ML≥2.0地震227次，符合条件的为215次:8个以上台站的为34次，占总数的16%，5个以上台站的有150次，占70%，最多为12个台站。由此来看，多数入选地震的到时数据达到5个台站以上。3给出4次地震求波速比的直线拟合情况，以3d2008年12月9日大姚2.5级地震为例，中横坐标为P波到时，纵坐标为S波、P波到时差，有7个台站同时记录到清晰的直达P、S波到时，用最小二乘法直线拟合可得斜率k=0.73，波速比VP/VS为1.73。该次地震震源深度为7km，实测S波、P波到时差最小为2.90s，为大姚台记录，震源距为21km;实测S波、P波到时差，最大为18.75s，为易门台记录，震源距为153.9km。从中看到，相关系数R=0.998，说明观测数据与拟合直线较为相关，标准误差S=0.36，在误差1.5范围内，从中可以清楚地看到只有2个点(自下而上第5、6个点)与直线有较小偏离，直线与观测数据整体上吻合较好。

3误差分析

拟合残差为观测值与理论值之差，本文取0.1s为间隔进行统计，从中可以看到，拟合残差正态分布现象较为明显，Δy在±0.25s以内的数据占总数的40%，而Δy在±0.5s以内的数据则高达70%，可见本文使用的拟合方法是能够保证绝大多数观测数据与直线有较为紧密的结合，从而使计算得到的波速比误差较小。3.3攀枝花6.1级地震前后波速比变化5给出攀枝花6.1级地震前后波速比VP/VS随时间的变化，为了消除单点突跳，对波速比进行5点平均，中同时给出5点平均1点滑动平均线，3条直线中实线为均值，上下两条虚线为2倍均方差。从5a中看到，波速比最大值为1.88，最小值为1.53，平均值为1.69，大部分在均值上下2倍均方差范围。2004年至2005年6月，波速比在均值上下随机波动，高值点多于低值点，2005年6月～2006年8月，波速比出现缓慢下降过程(5点移动平均线更为清楚)，至2006年8月降到最低并出现2个低于1.6的低值异常点。2006年8月～2008年3月，波速比又逐渐恢复至均值附近波动。2008年3～6月，波速比出现剧烈下降，并出现多达7次小于1.6的低值异常，之后在较短时间内回升到均值发生攀枝花6.1级地震，震后至2009年6月波速比在均值附近变化，期间有高值异常点出现，但未出现低于1.6的低值。从整个研究区较大范围来看，攀枝花6.1级地震前波速比出现2次异常变化，一次开始于震前相对较长的时间(3年)，波速比出现持续时间较长的下降过程，另一次是震前半年，波速比出现持续时间相对较短、急剧下降过程，并伴有群体低值异常出现。通过分析每次地震得到的标准误差S可知，平均S=0.66。虽然S的大小反映的是观测资料的离散程度，S面大意味着观测数据点较分散，但从另外角度考虑，观测数据出现分散，有可能是地下介质物理、化学性质发生改变所引起，这种离散现象对地震预测预报研究具有较大意义，因此，我们将标准误差大于均值0.66的波速比值挑选出来(5b)，发现震前低值异常同样明显。

作者：钱晓东苏有锦单位：云南省地震局