芦山地震前后介质波速变化与GPS应变场相关性研究∗

戴宗辉 张晓东（中国地震局地震预测研究所，北京 100036）

芦山地震前后介质波速变化与GPS应变场相关性研究∗

戴宗辉 张晓东
（中国地震局地震预测研究所，北京 100036）

∗基金项目：国家科技支撑计划项目（2012BAK19B02）资助。

利用地震背景噪声研究地下介质波速变化是近些年发展起来的一种新方法，基于该方法的连续监测能力，通过分析研究区内各台站对间介质波速的时变曲线，可以提取地震发生前后介质波速变化的时空分布；并可通过进一步的对比分析，寻找引起介质波速变化的原因，从而为地震预测提供一定参考。

以2013年4月20日的芦山MS7.0地震为例，选取了四川地震台网沿龙门山断裂带分布的11个宽频带数字地震台站，应用其2013年1月至12月期间的垂直向连续波形资料，利用背景噪声方法进行周边区域介质波速相对变化的反演。数据处理过程主要包括：①通过单台数据预处理获得0.1～0.5 Hz的地震背景噪声信号；②对各台站对的地震背景噪声数据进行互相关运算，提取单日经验格林函数，并将所有单日经验格林函数进行叠加获得相应台站对的参考格林函数，以及通过宽度为31天的滑动窗口的叠加提高单日经验格林函数的信噪比；③利用移动窗口互谱方法测量不同时段的单日经验格林函数与相应参考格林函数的走时偏移；④计算各台站对间介质波速随时间的相对变化。

应用上述数据及方法获得了龙门山断裂带附近介质波速随时间的变化，并提取了芦山地震引起的相对波速变化。结果显示，研究区内大部分台站对出现了明显的同震波速变化。在同震波速变化表现为波速降低的大部分台站对中，其波速时变曲线显示地震发生前约一个月内介质波速具有上升趋势；而同震波速变化表现为升高的大部分台站对，地震前约一个月内介质波速则具有下降趋势。另外，此次芦山地震对介质波速的影响还具有明显的区域差异性，如图1所示。在11个台站所分布区域范围内，同震波速变化大致以龙门山断裂带为界，断裂带以西（川西高原）表现为波速降低，断裂带以东（四川盆地）表现为波速升高。周边介质波速的最大降幅约为0.25%，出现在震中西北方向距震中约50 km处；介质波速最大增幅约为0.2%，出现在震中东北方向约90 km处。为了分析引起波速变化的原因，利用研究区内部分GPS台站的连续观测数据计算了XJI-TQU和XJI-MXI台站对间的基线长度变化。通过对比发现：台站对间介质波速的同震变化与该台站对基线长度的同震变化具有密切联系。其中，XJI-TQU台站对间介质波速的同震变化约为-0.2%，其基线长度在地震发生后增大了约10 mm；XJI-MXI台站对间介质波速未出现明显的同震变化，其基线长度也未出现明显的同震变化。在介质波速与区域面应变的对比中发现，地震后面应变增大的区域其介质的同震波速变化表现为波速降低，而面应变减小的区域其波速增大。

图1　芦山地震引起的介质波速同震变化的空间分布

计算及分析结果表明，介质波速的同震变化与GPS观测的台站基线长度、区域面应变的同震变化具有较好的一致性；该一致性表明，芦山地震引起的区域应变场的变化很可能是波速变化的主要机制。