芦山MS7.0强震前单台波速比变化特征研究*

王林瑛 李艳娥 郑需要 王生文

(中国北京100081中国地震局地球物理研究所)

芦山MS7.0强震前单台波速比变化特征研究*

(中国北京100081中国地震局地球物理研究所)

在搜集和整理中国地震局四川数字地震台网2001年1月—2013年7月震相观测报告的基础上， 采用单台多震和达测定法， 重点分析研究了芦山地震前波速比时空变化特征． 为保证计算结果的可靠性和稳定性， 对所收集到的单台震相数据和计算结果的精度进行系统的筛选和限定， 同时对出现异常的地震台， 进行不同台站方位和距台站不同空间范围的波速比时空变化特征的分区细化对比研究. 根据其存在的共性和差异， 探讨预测孕震体空间尺度的可能性． 结果发现， 龙门山断裂带南段及附近地区的小金、 蒙顶山、 油罐顶、 花马寺和五马坪等5个台站的波速比在芦山地震前均存在较明显的降低过程； 小金、 蒙顶山、 油灌顶和花马寺等4个台站的波速比异常降低过程大约持续了3年半， 震前除小金台未见明显回返过程外， 其它3个台站均在震前1年左右出现回返特征； 峨眉山台和五马坪台的波速比时间演化特征差异性较大， 表现出一定的复杂性． 从芦山地震前波速比时间变化特征的动态跟踪中还发现， 强震前波速比异常区的范围具有向未来震中及其附近地区收缩的趋势．

芦山MS7.0地震 波速比 孕震区 单台多震和达法

引言

地震波速和波速比的研究早在20世纪50年代初就已提出． 到了70年代， 国外学者开始开展地震孕育物理模式的研究， 其中研究较多的是膨胀-扩散模式． Nur (1972)根据中强地震前存在波速比异常降低和恢复的特征， 提出用扩容模式即干岩石破裂模式解释这种异常特征． Whitcomb等 (1973)针对有水介质存在的岩石， 提出含水岩石波速比变化特征的物理解释． 李善邦(1981)认为: “当震源物理状态有了改变时， 震源区岩石的弹性必然受其影响， 使地震波通过时， 速度发生改变， 而产生波速异常．”

1980年以后， 国际上根据重复地震波形高度相关的特点， 研究和验证地震前后波速变化特征， 取得了地震前后波速变化确实存在的研究实例． 由于该方法计算精度高， 分析结果的可靠性明显提高(Poupinetetal, 1984； Ratdomopurbo, Poupinet, 1995； Baisch, Bokelmann, 2001； Schaff, Beroza, 2004； Lietal, 2006， 2007)． 随着美国“帕克菲尔德圣安德烈斯断层深部探测计划”更为深入地实施和研究， 在主动源钻井实验中， 发现探测到了波速随应力的变化， 同时发现了两次小震前波速异常存在的证据(Niuetal, 2008)．

在我国， 有关地震发生前后波速比变化特征的研究一直在开展, 特别是对我国西部的部分强震和中强震波速比变化特征进行了较为系统的研究(冯德益等， 1980； 顾瑾平， 盛国英， 1983). 冯锐等(1976)研究了1975年海城MS7.0地震前后的波速比变化, 姜秀娥和陈非比(1981)利用四震相法讨论了1976年唐山MS7.0大震的波速异常． 戴维乐(1991)对1983年菏泽MS5.9地震前小震波速比时空变化特征进行了研究． 张天中等(2000)试图将震源机制、 尾波Q值与波速比介质参数相结合， 据此研究张北地震的孕育发生过程．

近几年来， 随着地震学观测技术的不断改进， 通过数字地震观测仪器的改进和台站布设密度的改善和增加， 以及震相数据的不断积累和判读精度的提高， 有关利用区域数字地震台网震相数据分析中强地震前后波速比变化特征的研究结果不断增多. 例如， 刁桂岺等(2005)探讨了1999年岫岩MS5.4地震序列的平均波速比前兆异常． 张小涛等(2006)、 邹振轩等(2006)和王林瑛等(2008)分别对华北、 华南和首都圈等不同区域发生的中强地震和水库地震进行了波速比变化特征的震例研究． 蔡静观和张喜玲(1999)、 黎明晓和刘杰(2006)、 李永莉等(2009)和龙海英等(2011)分别对云南和新疆地区中强震前后的波速比变化特征进行了分析研究． 姚家骏等(2012)研究了2010年青海玉树MS7.0地震前后的波速比变化．

上述大量震例研究基本覆盖了我国西部和东部的大部分多震区， 不仅加深了研究人员对震前存在波速异常的认知， 而且补充了较多利用数字化记录读取震相数据研究的新鲜震例． 但上述研究大部分是利用单震多台和达法， 部分研究采用了多台法与固定台站方法相结合(黎明晓， 刘杰， 2006)以及单台单震法(姚家骏等， 2012)等． 对单台多震和达法在波速比计算中应用的研究和讨论涉及很少．

2013年4月20日芦山MS7.0地震是继2008年5月12日汶川MS8.0巨大地震5年后再次发生在龙门山断裂上的又一次强震． 本文利用四川数字地震台网的震相数据， 在对数据进行细致严格筛选和多台分区细化分析的基础上， 从多台多方位约束异常时间变化同步性和空间变化的一致性， 以增加波速比异常判断的可靠性和真实性． 本研究结果， 对于深入分析和认知MS8.0巨大地震后孕育动力系统向新的强震孕育演化过程中介质物性变化的特征， 无疑具有重要意义．

1 单台波速比计算方法

1.1 计算方法： 单台多震和达法

本研究根据冯德益(1981)原理， 选取单台多震和达法计算地震平均波速比． 该方法是用多次地震事件由单台记录的平均波速比， 表征在多次地震发生时段内， 多次地震震源至某个固定台站的一定范围内的平均波速比． 其优点是可利用一个台站记录到的不同时间发生地震的一组震相数据， 计算得到平均波速比值， 其计算结果的稳定性明显高于单震多台法， 所得的计算结果也具有较低的误差． 该方法是地下孕震层多次地震的直达波射线在台站下方集中穿透， 与单震多台和达法的一次地震的直达波射线在地表多个台站分散穿透比较， 空间分辨能力和所含有的孕震层介质物性信息均明显增加． 该方法在大量中小地震频发和台站分布相对密集的地区应用较为有效．

对该方法计算结果稳定性可能产生影响的非介质物性因素为： 每组参与计算的地震空间位置的不稳定性、 空间上的丛集性、 地震定位和发震时刻的精度． 计算选取的样本量的变化和参与计算的较小地震震相判读的误差， 都可能使计算结果产生相应的波动．

1.2 计算公式

基于上述方法， 波速比是根据天然地震的直达P波与S波到时差和P波到时的和达图的线性关系确定得出． 该方法可归结为确定和达图的斜率． 根据P波走时和P波与S波到时差的线性关系可得到vP/vS波速比值(式(1))， 线性相关系数R则根据式(2)计算得出．

(1)

(2)

式中，tPi为P波走时，tSi为S波走时， Δti=tSi-tPi，i=1， 2, …，n, 其中n为每次地震到时的数据个数． 波速比计算误差γ为

(3)

1.3 平均波速比的计算精度和约束条件

本方法利用的是天然地震， 但天然地震发生位置的不稳定性和成丛性， 会对单台多震和达法的计算结果产生较大影响． 考虑到地震分布的不稳定性， 以及和达法本身固有的局限性， 本研究在tS-P确定的条件下， 一般选取tS-P≤20 s， 最大选取tS-P≤28 s； 计算样本组地震次数取40—80; 误差估计γ≤0.05． 其中考虑了孕震体介质非均匀性也可能导致波速比和达曲线弯曲， 使得误差增大和相关性降低． 相关系数限定过于严格， 有可能将孕震体介质非均匀性的变化消除， 因此相关系数未选择R≥0.99， 而是选择R≥0.95． 对于地震震级的选择， 考虑到在有限的空间区域内，ML≥2.5地震的震相判读精度高于震级相对更低的地震， 震级更小的地震定位精度有限， 因此震级下限设为ML≥2.0， 最高设为ML≥2.7， 同时也可一定程度地排除小震丛短时间频发和空间集中分布的影响． 对出现波速比异常的台站， 进行不同震级档异常稳定性分析时， 如果波速比异常在震级档大于2.5级后仍稳定出现， 则该台的异常可靠性较高， 异常被认可； 反之， 仅在低震级档(震级档小于2.0级)出现的异常， 不作为可靠异常看待．

图2同时也表明， 小金台在tS-P≤28 s和震级下限ML≥2.5的条件下， 未经离散点筛选符合计算精度要求的震相样本为3270个， 相关系数R为0.989， 斜率为0.660(误差0.002)； 而经过离散点筛除的计算结果， 符合计算精度要求的震相样本达到3371个， 相关系数R为0.993， 斜率为0.666 (误差0.001)． 可利用的震相数据增加了101个． 为什么在离散点排除的情况下可利用的震相数据量有所增加呢？ 因为离散大的点在未经筛除的情况下， 部分样本组由于存在个别离差大的震相数据而导致线性拟合时误差增加， 因此在进行误差选择时， 由于不符合误差小于0.05的要求而被筛除． 因此筛除离差大的点不仅可提高计算精度， 而且也提高了优质数据的利用率． 为满足计算精度和增加计算结果的可比性， 对所有参与分析的台站所要求的计算精度约束条件和震相数据筛选限定均是一致的．

图1 蒙顶山台离散点排除前(a)后(b)满足计算约束条件的震相数据总体和达曲线图Fig.1 Wadati curves of phase data satisfying the constraint conditions before (a) and after (b) eliminating the discrete points for the station MDS

图2 小金台离散点排除前(a)后(b)满足计算约束条件的震相数据总体和达曲线图Fig.2 Wadati curves of phase data satisfying the constraint conditions before (a) and after (b) eliminating the discrete points for the station XJI

2 利用单台多震和达法计算的波速比结果

本研究利用四川数字地震台网2001年1月1日—2013年6月30日的四川省地震震相报告中直达P波和S波震相数据， 分析计算了36个震相数据连续性较好的地震台站波速比随时间的变化值． 图3给出了四川及邻区2001年1月—2013年3月ML≥2.0地震事件震中位置的空间分布． 图4给出了芦山地震前波速比异常与正常地震台的空间分布．

2.1 异常台站波速比时间变化的共性与差异性

图5分别给出了蒙顶山台、 小金台、 油罐顶台和花马寺台2001年1月—2013年6月30日的波速比时间变化曲线． 上述4个台站为芦山地震前波速比出现低值异常过程最为显著和异常时间最长的台站． 这4个地震台的波速比异常降低过程大致同步始于2010年， 异常持续至2013年芦山地震发生， 时间约3年半； 除小金台无明显的异常恢复过程外(图5b)， 其余3个台站在震前1年左右均出现异常恢复过程 (图5a, c, d)． 计算约束条件为：tS-P≤16 s， 计算样本组地震次数N=80， 相关系数R≥0.95， 波速比误差估计γ≤0.05， 震级下限ML≥2.5．

图3 四川及邻区2001年1月—2013年3月地震震中空间分布图Fig.3 Epicentral distribution of Sichuan Province and its adjacent regions from January 2001 to March 2013

图6给出了五马坪台和峨眉山台2001年1月—2013年6月的波速比时间变化曲线． 计算的限定条件除峨眉山台样本组的样本为40次地震外， 其它参数与蒙顶山台一致． 上述这两个台站为芦山地震前波速比出现低值异常过程差异较大的台站． 五马坪台的波速比异常降低过程大致始于2009年， 首先出现显著升高过程， 而后维持低值状态， 持续到芦山地震发生， 异常持续4年多， 异常恢复过程较为缓慢； 峨眉山台的波速比异常降低过程最短， 大致始于2009年， 2010年下降到最低点后， 2011年异常逐渐恢复， 震前2年处于波速比显著高值状态．

对比图5与图6可见， 蒙顶山台、 小金台、 油罐顶台和花马寺台这4个异常台站的异常起始时间与持续时间大体一致， 但异常的恢复特征具有一定的差异； 峨眉山台和五马坪台这种异常特征与上述4个台差异较大． 芦山地震前的波速比异常从空间上和时间上具有一定的复杂性， 这种复杂性也可能与芦山地震东西两侧地质构造和环境的差异性有关．

图4 芦山地震前波速比异常台站和正常台站的空间分布Fig.4 Distribution of stations with wave velocity ratio decreasing (denoted by red triangles) and those with normal ratio (denoted by blue triangles) before the Lushan MS7.0 earthquake

图5 蒙顶山台(a)、 小金台(b)、 油罐顶台(c)和花马寺台(d)2001年1月—2013年6月波速比时间变化曲线蓝色曲线为实际波速比值， 红色曲线为10个点滑动平均值, 黑色实线为波速比平均值， 黑色虚线为1倍方差值， 灰色竖线为每组数据的计算误差

Fig.5vP/vSversustime curves for the stations MDS (a), XJI (b),YGD (c) and HMS (d) from January 2001 to June 2013 The blue curve denotesvP/vSvalues, the red curve denotes moving average ratio over 10 points, the solid black line denotes the averagevP/vSratio, dashed black lines denote the standard deviation, and the grey vertical bars denote deviation

图6 五马坪台(a)和峨眉山台(b) 2001年1月—2013年6月波速比时间变化曲线Fig.6 vP/vSversus time curves for the stations WMP (a) and EMS (b) from January 2001 to June 2013

图7分别给出了雷波台、 姑咱台、 成都台、 道孚台、 汶川台和马尔康台的波速比时间变化曲线． 满足计算约束条件为：tS-P≤20 s， 计算样本组为80次地震， 相关系数R≥0.95， 误差估计γ≤0.05， 震级下限ML≥2.7． 这6个台站为芦山地震前波速比变化基本正常的台站． 从汶川台波速比的时间变化过程可以看到汶川MS8.0地震前波速比长期低值变化的异常过程(震前波速比平均值为1.671)， 震后缓慢恢复到平均值1.684左右(图7e， 表1)． 对比上述6个波速比变化平稳的台站发现， 其它台站在芦山地震前后的变化特征大体与这6个台基本相似． 从正常平稳变化台站的角度， 也可基本排除上述6个台站存在的异常可能与2008年后数字台网加密改造和定位系统的调整有关． 因为如果这种影响因素存在， 相应的变化特征应具有全局性．

图7 雷波台(a)、 姑咱台(b)、 成都台(c)、 道孚台(d)、 汶川台(e)和马尔康台(f) 2001年1月—2013年6月波速比时间变化曲线Fig.7 vP/vSversus time curves for the stations LBO (a), GZA (b), CD2 (c), DFU (d), WCH (e) and MEK (f) from January 2001 to June 2013

2.2 芦山地震近距离异常台站波速比时间变化的分区细化分析

利用单台多震法， 可对强震附近的多个台站， 进行波速比异常时间变化过程的准同步性和空间分布的集中性分析(图2). 该方法不仅可提高异常判别的可靠性， 还可根据异常集中交汇的特点， 对未来可能的孕震区分布范围予以一定的约束．

表1 龙门山断裂西侧台站波速比平均值对比表Table 1 Average velocity ratios for the stations in the west of Longmenshan fault zone

该方法假定： 如果在近距离分布的台站下方或附近区域存在强震的孕震区域， 则这些台站所观测到的地震波将在某特定方位上不同程度地穿透孕震体， 会在孕震区存在的方位上观测到时间空间一致性较好的异常． 为此特别考察了小金、 油灌顶和蒙顶山等3个台站． 从图4中可明显看到这3个台站波速比异常时间变化特征的同步性， 它们共同表现的异常特征有效地提高了计算结果的可靠性和真实性． 同时， 这种对比分析也可从某种程度上排除人为判读震相误差产生的影响．

图8给出了小金台分区细化的分析结果. 本研究选取以小金台为中心、 半径为168 km的圆域内的地震震相数据， 满足计算约束条件tS-P≤20 s， 计算样本组地震次数为80， 相关系数R≥0.95， 误差估计γ≤0.05， 震级下限ML≥2.5． 将该圆域以台站经度为中线， 划分东区和西区分别计算波速比的时间变化数值． 图8a为以小金台为中心、 半径为168 km的圆域内入选地震的空间分布及东区和西区的空间范围示意图； 图8b, c分别为小金台东区和西区的波速比时间变化曲线．

图8 小金台(XJI)选定地震的空间分布图(a)及东区(b)和西区(c)的波速比时间变化曲线Fig.8 The selected epicentral distribution for XJI station (a), vP/vSversus time curves for the east area (b) and west area (c) of the XJI station

从图8中可见， 小金台东区和西区的波速比时间变化特征在芦山地震前具有明显的差异性． 西区不含有孕震区， 波速比十分稳定； 东区则明显不同， 由于含有孕震区， 波速比在2010年后存在明显的大幅度低值变化过程．

图9给出了油罐顶台分区细化的分析结果， 满足计算约束条件为tS-P≤20 s， 其它限定条件与小金台相同． 图9a为以油罐顶台为中心、 半径为168 km的圆域内入选地震的空间分布及东区和西区的空间范围示意图； 图9b, c分别为油罐顶台东区和西区的波速比时间变化曲线．

图9 油罐顶台(YGD)选定地震的空间分布图(a)及东区(b)和西区(c)的波速比时间变化曲线

Fig.9 The selected epicentral distribution for the YGD station (a),vP/vSversustime

curves for the east area (b) and west area (c) of the YGD station

由图9b, c可见， 与小金台完全相同， 油罐顶台东区和西区的波速比时间变化特征在芦山地震前也具有明显的差异性． 由于油罐顶台位于芦山地震东侧， 东区不含有孕震区， 波速比基本稳定. 由于该台东区地震很少， 震相数据有限， 数据的连续性不够理想． 但从整体上看， 波速比在较高水平上变化平稳(平均值1.685)． 西区由于含有孕震区， 波速比变化在2010—2013年存在明显的大幅度低值变化过程(平均值1.666)．

图10为蒙顶山台分区细化的分析结果． 分别计算了该圆域中东区和西区的波速比时间变化． 图10a为以蒙顶山台为中心、 半径为134 km的圆域内入选地震的空间分布及东区和西区的空间范围示意图, 满足计算约束条件tS-P≤16 s; 图10b, c分别为蒙顶山台中东区和西区的波速比时间变化曲线． 由图10b, c可见， 与上述两个台完全相同， 蒙顶山台中东区和西区的波速比时间变化特征在芦山地震前同样具有明显的差异性． 由于蒙顶山台位于芦山地震附近， 西区不含有孕震区， 波速比基本稳定; 中东区含有孕震区， 波速比在2009—2013年同样存在明显的大幅度长时间低值变化过程．

上述3个台站的分区细化研究表明， 小金台东区、 蒙顶山台中东区和油罐顶台西区为异常显著地区， 这3个异常交汇区基本可将芦山地震的孕震区范围圈定出来． 由此可见， 这种近台异常区方位的细化对比分析， 对判断和基本圈定未来可能的强震孕育的空间范围是有意义的． 上述3个台站的波速比异常所具有的明显方位性和时间过程的同步性， 不仅可证明这3个台站出现波速比异常的部位与芦山地震的孕震区密切相关， 而且也可基本排除上述异常可能存在人为震相判读误差所导致的“伪异常”的可能性．

图8a, 9a, 10a所选定的震中分布中包含了部分汶川余震区的地震． 由于汶川地震余震较多， 有可能上述结果主要反映的是汶川余震区附近的变化． 为分析判断芦山孕震区附近地区是否存在波速比变化， 本文专门选取油榨坪台和成都台的西南地区进行了波速比变化特征的分析计算． 增加这两个台站的分区研究结果， 一是考虑成都台为国家基准台， 数据可靠性高； 二是油榨坪台与芦山地震震中距离很近， 具有比测意义．

图10 蒙顶山台(MDS)选定地震的空间分布图(a)及中东区(b)和西区(c)波速比时间变化曲线Fig.10 The selected epicentral distribution for MDS station (a), vP/vSversus time curves for the middle-east area (b) and west area (c) of the MDS station

图11和图12分别给出了油榨坪台和成都台的分区细化分析结果． 这两个台与小金台、 蒙顶山台和油罐顶台不同， 如果选取整个圆域的研究范围， 在芦山地震前看不到明显的波速比异常降低过程． 但是， 如果将研究区域限定在芦山地震的方位上， 即在其西南部位， 则可看到在芦山地震前出现十分显著的波速比降低过程， 与上述3个台站的过程相似.

图11 油榨坪台(YZP)选定地震的空间分布图(a)和西南区波速比时间变化曲线(b)Fig.11 The selected epicentral distribution for YZP station (a) as well as vP/vSversustime curve for the southwest area of YZP station (b)

图11为油榨坪台分区细化的分析结果. 图11a为以油榨坪台为中心、 半径为201 km的圆域内西南区入选地震的空间分布图； 图11b为油榨坪台西南区的波速比时间变化曲线． 满足计算约束条件为tS-P≤24 s， 计算样本组地震次数为40， 其它限定条件与小金台相同． 从该图中可见芦山地震前存在与上述异常台站相似的明显的波速比异常变化过程．

图12给出了成都台分区细化的分析结果． 图12a给出了以成都台为中心、 半径为201 km的圆域内西南区入选地震的空间分布； 图12b给出了成都台西南区的波速比时间变化曲线． 满足计算约束条件为tS-P≤24 s， 计算样本组地震次数为40， 其它限定条件与小金台相同． 从该图中同样可以看到芦山地震前存在与上述异常台站相似的明显的波速比异常变化过程． 由于成都台与油榨坪台距离很近， 具有很好的比测意义． 这两个台站的西南区出现的波速比异常过程受汶川余震的影响很小．

图12 成都台(CD2)选定地震的空间分布图(a)和西南区波速比时间变化曲线(b)Fig.12 (a) The selected epicentral distribution for CD2 station; (b) vP/vSversustime curve for the southwest area of CD2 station

上述两台在芦山地震的方位上基本同步出现的波速比异常过程， 进一步验证了小金、 蒙顶山和油罐顶等3个台站异常的可靠性． 这5个台站分别位于芦山地震的不同方位， 在震前存在的基本同步异常不仅可以增加异常过程的可靠性和真实性， 也可以从多台方位性验证的角度， 再次排除了上述异常是由于震相数据判读误差所造成的假象的可能性．

油榨坪台和成都台在芦山MS7.0地震前的异常仅限于其西南方位， 如果分析全区波速比时间变化过程， 则看不到明显的异常变化； 尤其是在汶川MS8.0地震前， 也未看到明显的异常变化， 这是令人十分困惑和矛盾的问题． 本研究还发现, 在龙门山断裂带西侧和东侧的地震台站， 利用单台法计算的波速比值的总体背景平均值在汶川地震前存在较大的差异． 选取tS-P≤20 s， 计算样本组地震次数为80， 相关系数R≥0.95， 误差估计γ≤0.05， 震级下限ML≥2.5． 将龙门山断裂带西侧的黑水台、 松潘台、 平武台、 青川台和汶川台与龙门山断裂带东侧的仲家沟台、 安县台、 金鸡寺台、 油榨坪台和成都台的波速比总平均值分别列于表1与表2， 选取资料时间为2001年1月—2013年7月． 从表1和表2中可见， 龙门山西侧的波速比总平均值偏高， 变化范围在1.683—1.707之间； 而龙门山东侧的波速比则偏低， 除油榨坪台为1.675外， 其余4个台均在1.650—1.666之间． 表1中的5个台站为龙门山断裂带西侧的地震台站， 汶川地震前处于低值状态， 震后明显升高， 上升幅度在0.013—0.025之间(表1)， 具有震前低震后高的特点． 表2中的5个台站为龙门山断裂带东侧的地震台站. 这5个台在汶川地震前后变化较为复杂， 安县台下降0.028， 仲家沟台上升0.016， 南部的金鸡寺台、 油榨坪台和成都台则变化很小， 基本维持稳定． 从图7c和图7e成都台与汶川台的波速比时间变化曲线来看， 总体上两个台站的变化趋势基本一致． 由于成都台取全区域的计算结果， 变化幅度较小， 异常显著性不高， 因此本文未将其作为汶川地震异常反应突出的台站．

表2 龙门山断裂东侧台站波速比平均值对比表Table 2 Average velocity ratios for the stations in the east of Longmenshan fault zone

从总体意义上看， 龙门山西侧台站的波速比总平均值为1.691， 震后比震前平均值上升了0.020， 上升的幅度较大． 龙门山东侧台站的波速比总平均值为1.661， 震后比震前平均值反而下降了0.004， 但幅度很小． 可见龙门山断裂东西两侧的波速比总背景值确实存在较大差异．

汶川地震异常主要以龙门山断裂西侧台站表现最为突出， 且具有持续时间长的特点． 龙门山断裂东侧的油榨坪台和成都台， 尽管与龙门山断裂西侧的汶川台一样， 距离汶川主震位置都很近， 但由于断裂两侧横向介质非均匀性很大， 地质环境差异显著， 因此计算结果也存在较大差异性．

2.3 单台异常波速比不同空间范围的时间变化特征分析

单台多震法还可假定， 如果可能的震源体在台站下方某个部位且具有一定的空间尺度， 则对比不同空间距离波速比变化的共性和差异性， 不仅可以考察异常存在的稳定性， 也可为判定可能的震源体尺度提供粗略的判断依据．

图13给出了以蒙顶山台为中心、 半径分别为134.4， 168.0， 201.6和235.2 km的圆域内的波速比时间变化曲线． 图13a给出了以蒙顶山台为中心， 选取235 km(tS-P≤28 s)为半径的圆域范围内符合入选条件的地震震中分布， 图中4个同心圆圈从内到外分别表示tS-P≤16， 20， 24和28 s的圆域范围． 蒙顶山台距离芦山地震震中约30 km， 为距离芦山地震震中最近的台站． 对比图13b, c, d, e蒙顶山台波速比的时间变化曲线可见， 在134 km范围内的波速比异常最为显著， 具有异常幅度大且持续时间长的特点； 而该台大于134 km范围内的波速比时间变化随着研究半径的增大， 波速比异常幅度逐渐下降， 但其异常过程的基本形态并未改变． 由此可粗略推断， 芦山MS7.0地震的孕震区范围可能在百千米左右．

图14给出了以小金台为中心， 分别以134.4， 168.0， 201.6和235.2 km为半径的圆域内的波速比时间变化曲线． 图14a给出了以小金台为中心， 选取235 km为半径的圆域范围内符合入选条件的地震震中分布， 图中4个同心圆圈从内到外分别表示tS-P≤16， 20， 24和28 s的圆域范围． 小金台距离芦山MS7.0地震震中约98 km， 为芦山地震西侧异常反应突出的台站． 与图13相似， 该台在134 km圆域范围内的波速比异常最为显著， 具有异常幅度大且持续时间长的特点； 大于134 km圆域内的波速比时间变化随着研究范围的扩大逐渐趋于稳定．

图13 蒙顶山台(MDS)选定地震的空间分布图(a)及分别以134.4 km (b)， 168.0 km (c), 201.6 km (d) 和 235.2 km (e)为半径的圆域内的波速比时间变化曲线Fig.13 The selected epicentral distribution for the station MDS (a), vP/vSversus time curves for the MDS station at the radia 134.4 km (b), 168.0 km (c), 201.6 km (d) and 235.2 km (e)

图14 小金台(XJI)选定地震的空间分布图(a)及分别以134.4 km (b)， 168.0 km (c), 201.6 km (d) 和 235.2 km (e)为半径的圆域内的波速比时间变化曲线Fig.14 The selected epicenter distribution for XJI station (a), vP/vSversus time curves for XJI station at the radia 134.4 km (b), 168.0 km (c), 201.6 km (d) and 235.2 km (e)

3 讨论与结论

1) 龙门山断裂南段及附近地区的小金、 蒙顶山、 油罐顶、 花马寺和五马坪等5个台站在芦山地震前均存在较明显的波速比降低过程． 小金台、 蒙顶山台和油榨坪台在芦山地震前波速比异常时间均持续了3年半左右的时间， 震前除小金台和五马坪台未见明显回返过程外， 蒙顶山台、 油罐顶台、 花马寺台均在震前1年左右出现回返特征． 从动态跟踪芦山地震前波速比时间变化的特征中还发现， 强震前波速比异常区的范围具有向未来震中区及其附近收缩的趋势．

在芦山地震孕育过程中， 出现异常的单台波速比随时间变化的过程， 与以往膨胀-扩容模式描述的孕震不同演化阶段的波速比变化特征基本相同． 本文利用现代化数字地震记录得到的波速比时间变化特征， 再一次证实了以往孕震模式研究结果的科学性．

2) 小金台、 蒙顶山台、 油罐顶台、 油榨坪台和成都台为距离芦山强震较近的5个台站. 通过对比这5个台站不同方位波速比的分区时间变化特征表明， 小金台东部、 蒙顶山台中东部、 油罐顶台西区、 油榨坪台和成都台西南区为异常最显著的交汇部位， 这些异常部位的交汇区基本可将芦山地震的孕震区圈定出来， 该震的孕震区范围可粗略地判定在百千米尺度内． 由此可见， 这种近台异常区部位的分区细化分析， 对判断和基本圈定未来可能强震孕育的空间范围是有意义的．

3) 如果可能的孕震体在台站下方某个部位， 且具有一定的空间尺度， 则根据单台不同空间范围的波速比变化的共性与差异性的对比， 不仅可考察异常过程的稳定性， 也可为推测可能的孕震体的空间尺度提供粗略的判断依据．

4) 芦山地震前波速比异常变化时空演化特征表明， 在强震孕育过程中很可能存在地壳介质弹性特性的改变． 波速比方法是动态跟踪监视某区域地壳介质的物性变化， 以及推断未来强震的孕震动力系统所处演化阶段和可能空间范围的有效手段之一．

本文采用的单台多震和达法计算波速比为平均意义上的“视波速比”， 尽管试图利用细化分析和多台多方位一致性和同步性分析消除和减弱由于该方法本身固有的局限性和可能的非介质物性因素导致的“伪异常”， 但是其影响因素仍是客观存在的． 对于这些影响因素， 必须在分析方法上进一步改进． 例如相对固定路径的单台单震法、 四震相法和重复地震法等， 都是需要深入研究的方面． 在地震预测应用的研究中， 多方法的联合使用可能对于判别异常更为重要和严谨．

感谢许忠淮、 张天中、 车时和宋晓东教授给予本研究的指导和帮助； 感谢审稿人对本文提出的中肯意见和建议．

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交通银行金融研究中心高级研究员赵亚蕊认为，银行理财子公司从提出设立与最终落地之间，仍有一段长路要走，未来的运行可能会面临诸多问题。“未来银行系理财子公司的设立虽然促使理财业务更加市场化，但从中短期来看，还存在投研能力不足、资源获得能力欠缺等问题，因此其运行的定位或仍在总行体系内部，从产品销售到投资管理等各环节还需依托总行的实力。”

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Temporal variation ofvP/vSat single seismic station before the 2013 LushanMS7.0 earthquake

(InstituteofGeophysics,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100081,China)

Based on the seismic phase data recorded by Sichuan Digital Seismic Network from January of 2001 to July of 2013, this study analyzes the spatio-temporal variation of wave velocity ratiovP/vSbefore the LushanMS7.0 earthquake by using Wadati method of single station and multi-earthquake. To ensure the accuracy and stability of the calculated results, we carefully winnow the data. Moreover, we compare the wave velocity ratios calculated by using phase data recorded by the stations with different azimuths and different epicentral distances, so that we discuss the size of potential seismogenic body for future earthquakes. Our results show that, in the southern Longmenshan fault and its surrounding area, there was an obvious decrease in wave velocity ratio at five stations (XJI, MDS, YGD, HMS and WMP) before the LushanMS7.0 earthquake. In particular, for the four stations (XJI, MDS, YGD and HMS), there had been an obviousvP/vSdecrease for 3.5 years before the Lushan earthquake; except the station XJI, at other three stations appeared a recovery ofvP/vSratio one year before the earthquake. The anomalous characteristics are largely different for the stations EMS and WMP, indicating some complexity. Tracing the temporal variations ofvP/vS, it is also found that the extent of the region with anomalous wave velocity ratio tends to concentrate at the future epicenter and its surrounding regions.

LushanMS7.0 earthquake; wave velocity ratio; seismogenic zone; Wadati method of single station and multi-earthquake

10.3969/j.issn.0253-3782.2014.01.004.

中国地震局地球物理研究所基本科研业务专项(DQJB11C09)和地震局老专家科研基金“地震波速比时空演化场的分析研究”联合资助.

2013-05-16收到初稿， 2013-09-05决定采用修改稿.

e-mail: wang_linying@163.com

10.3969/j.issn.0253-3782.2014.01.004

P315.72

A

王林瑛, 李艳娥, 郑需要, 王生文. 2014. 芦山MS7.0强震前单台波速比变化特征研究. 地震学报, 36(1): 42--58.

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