初探地震波速變化研究

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1資料

川滇畸形塊體是橫跨四川南部和云南中部近似畸形的區域，它的北部為北西走向的理塘—待巫斷裂和則木河斷裂連結而成，東部為南北走向的小江斷裂帶，南部為與北部斷裂近似平行的北西走向的紅河斷裂，西部為與東部小江斷裂帶近似平行的南北走向的金沙江斷裂帶。川滇畸形塊體東西跨度約350km，南北約800km，在菱塊內部存在兩條相距約140km的北南走向斷裂:元謀—綠汁江斷裂和程海斷裂，在這兩條斷裂之間，2000～2008年間集中發生了5次6級以上強烈地震，尤其是2008年8月發生的攀枝花6.1級地震，位于元謀—綠汁江斷裂。震區周圍近年來數字地震臺站逐漸增多，地震前后在該區域已積累一定數量的中小地震觀測資料，筆者利用這些觀測資料，研究攀枝花地震前后波速比變化特征，研究時間為2004年1月～2009年6月，研究區域為(25°～27.7°N，101°～102.8°E)，考慮到震級小于2級的微小地震多數背景干擾大、信號弱，讀取的P波和S波到時誤差大，故取震級下限為2級，該區域共發生地震227次。本文資料選用云南省地震局昆明區域數字臺網波形資料，該臺網始建于1999年，至2009年已建成包含53個臺站覆蓋全省及周邊地區的區域臺網。2007年12月以前，采樣率為50count/s，理論時間精度為0.02s，2008年1月以后，采樣率增大了一倍，相應精度提高一倍為0.01s。根據《地震學分析預報方法程式指南》(國家地震局科技監測司，1990)，可以確定用于計算波速比的地震和臺站的限定條件，規定地震到臺站的ΔTi≤20s，且要有3個以上臺站同時記錄的地震為本文所用地震。1給出研究區域臺站和震中分布，為相應地震波射線空間分布(圓表示主震，三角形表示臺站)，從中看到，所使用的地震臺站達24個臺，地震射線對攀枝花地震孕震區有較好的覆蓋，尤其是主震南部的元謀—綠汁江斷裂附近射線非常密集。影響波速比可靠性的一個重要因素是地震波記錄質量的好壞，我們應該挑選那些P波和S波到時都容易區分的資料，對于不可靠的P波和S波記錄要放棄，2給出幾次地震的原始記錄，從中看到P波和S波較容易分辨，由于記錄的采樣率高，實際讀取數據時可以放大，故P波和S波到時是容易讀取且可靠的。

2結果及分析

波速比VP/VS直線擬合從(5)式可知，直達P波到時與S波、P波到時差為通過原點斜率為k的直線，波速比VP/VS為k+1。根據到時差小于20s及3個以上臺站的挑選地震限定條件，研究區共發生ML≥2.0地震227次，符合條件的為215次:8個以上臺站的為34次，占總數的16%，5個以上臺站的有150次，占70%，最多為12個臺站。由此來看，多數入選地震的到時數據達到5個臺站以上。3給出4次地震求波速比的直線擬合情況，以3d2008年12月9日大姚2.5級地震為例，中橫坐標為P波到時，縱坐標為S波、P波到時差，有7個臺站同時記錄到清晰的直達P、S波到時，用最小二乘法直線擬合可得斜率k=0.73，波速比VP/VS為1.73。該次地震震源深度為7km，實測S波、P波到時差最小為2.90s，為大姚臺記錄，震源距為21km;實測S波、P波到時差，最大為18.75s，為易門臺記錄，震源距為153.9km。從中看到，相關系數R=0.998，說明觀測數據與擬合直線較為相關，標準誤差S=0.36，在誤差1.5范圍內，從中可以清楚地看到只有2個點(自下而上第5、6個點)與直線有較小偏離，直線與觀測數據整體上吻合較好。

3誤差分析

擬合殘差為觀測值與理論值之差，本文取0.1s為間隔進行統計，從中可以看到，擬合殘差正態分布現象較為明顯，Δy在±0.25s以內的數據占總數的40%，而Δy在±0.5s以內的數據則高達70%，可見本文使用的擬合方法是能夠保證絕大多數觀測數據與直線有較為緊密的結合，從而使計算得到的波速比誤差較小。3.3攀枝花6.1級地震前后波速比變化5給出攀枝花6.1級地震前后波速比VP/VS隨時間的變化，為了消除單點突跳，對波速比進行5點平均，中同時給出5點平均1點滑動平均線，3條直線中實線為均值，上下兩條虛線為2倍均方差。從5a中看到，波速比最大值為1.88，最小值為1.53，平均值為1.69，大部分在均值上下2倍均方差范圍。2004年至2005年6月，波速比在均值上下隨機波動，高值點多于低值點，2005年6月～2006年8月，波速比出現緩慢下降過程(5點移動平均線更為清楚)，至2006年8月降到最低并出現2個低于1.6的低值異常點。2006年8月～2008年3月，波速比又逐漸恢復至均值附近波動。2008年3～6月，波速比出現劇烈下降，并出現多達7次小于1.6的低值異常，之后在較短時間內回升到均值發生攀枝花6.1級地震，震后至2009年6月波速比在均值附近變化，期間有高值異常點出現，但未出現低于1.6的低值。從整個研究區較大范圍來看，攀枝花6.1級地震前波速比出現2次異常變化，一次開始于震前相對較長的時間(3年)，波速比出現持續時間較長的下降過程，另一次是震前半年，波速比出現持續時間相對較短、急劇下降過程，并伴有群體低值異常出現。通過分析每次地震得到的標準誤差S可知，平均S=0.66。雖然S的大小反映的是觀測資料的離散程度，S面大意味著觀測數據點較分散，但從另外角度考慮，觀測數據出現分散，有可能是地下介質物理、化學性質發生改變所引起，這種離散現象對地震預測預報研究具有較大意義，因此，我們將標準誤差大于均值0.66的波速比值挑選出來(5b)，發現震前低值異常同樣明顯。

作者：錢曉東蘇有錦單位：云南省地震局