河北赞皇震群波速比变化特征研究

李冬圣，蔡玲玲，常　亮，王莉蝉，张从珍

(河北省地震局，石家庄　050021)



河北赞皇震群波速比变化特征研究

李冬圣，蔡玲玲，常亮，王莉蝉，张从珍

(河北省地震局，石家庄050021)

摘要：收集了记录河北赞皇震群的固定台站和2个流动台站的震相观测数据，提取P波、S波走时信息，采用多台和达法计算了震群的波速比,发现波速比在该震群中最大的6月3日ML3.2地震前后变化稍大，其余时间基本在均值±0.04范围内波动，波速比经历了低值异常-回升-下降-加速回升-下降的变化。

关键词：赞皇震群；和达法；波速比变化

0引言

地震波是地球内部信息的来源，因观测区内介质的物理性质存在各向异性，波速分布通常都会不均匀一致，地震波速或波速比可以反映断层活动情况及地下介质流变性质等的改变[1]。我国自20世纪70年代开展波速比的研究，目前已经取得很多研究成果，如隗永刚等[2]对芦山7.0级地震前单台波速异常变化进行了研究；马林等[3]对京津唐张地区5级左右地震前后波速比的变化进行了研究，表明了波速比异常存在的事实；王林瑛等[4]对2008年5月12日四川汶川8级巨大地震前后地震波速比的分析表明，主震前后波速比存在异常变化；梁向军等[5]、张小涛[6]、徐鑫等[7]分别对不同区域发生的中强地震前后的波速比进行研究，取得了一定的成果。随着台站密度的增加和数字观测仪器的改进，观测数据的精度得到很大提高，计算得到的波速比值也更准确，在中强以上地震缺少的地区开展波速比变化的研究很有意义。

1原理与方法

计算波速比的方法主要有和达法、双台直达波求波速比、四震相法、虚拟台站法和联合求波速比法。由于研究区域台站分布相对较好，所以本文采用多台和达法计算赞皇震群波速比。和达法求波速比由1928年日本地震学家和达清夫首先提出[4]，他指出对于一个地震，以一组台站记录的Pg波走时tp和Sg 波走时ts之差拟合直线求得斜率，再加1即为波速比。

(1)

相关系数R表示为：

(2)

2资料选取与处理

根据河北省遥测台网监测，2013年5月20日河北省赞皇县发生小震群活动，当日记录地震事件11次，震群活动一直持续到7月3日，共记录地震事件220次。其中，单台记录地震49次，ML2.0以上的地震9次，ML3.0以上的地震1次，最大为6月3日ML3.2地震[8]。

赞皇地震定位时主要用到赞皇台(HEZAH)、元氏台(HEYUS)、临城台(HELIC)3个河北省所属台站以及省外共享山西昔阳台(SXXIY)。为了更好的监测震情，5月27日河北省地震局监测网络中心在赞皇县以西临时架设2套流动台(L1301，L1303)，这样台站均匀分布在震中四周，形成了较好的监测条件，即使ML0地震也至少有3～4个台站可以监测到。本文搜集了河北遥测台网分析处理赞皇震群的观测报告，选取ML0以上地震的直达Pg波和Sg波震相数据，采用多台和达法计算公式，计算出赞皇震群的波速比。

图1　河北赞皇震中及台站分布图

计算波速比的关键要点是震相判读的精度和可靠性判定[4]，为了得到较为可靠的波速比值，对使用的震相数据进行了一定的条件约束：使用4个台以上震相数据；只使用震中距在120 km以内的Pg、Sg波走时数据，以防止Pn的出现影响对直达波的判读精度；对于发震时间相差较短导致震相重叠的数据舍去不用。按照上述要求筛选出95个地震事件，总计938个震相对，在数值进行拟合过程中对明显偏离回归直线的台站进行了删除。

3计算结果分析

3.1　相关系数的分析

计算中，选取同时被4个台站记录到的地震事件为有效事件,计算地震事件95次，其中相关系数在0.980～1.000之间的有81次，占总数的85.3%，平均相关系数为0.995 1(图2)。地震事件虽然震级都不大，但由于台站分布较好使得计算事件的相关性很好。从图2中看出，大部分相关系数都集中在0.990～1.000之间，且随着震级的增大，相关系数趋于稳定在0.995～1.000之间。相关系数(纵坐标)小的震级(横坐标)低，有可能是个别小地震定位台站少、振幅小，震相到时难以准确判断。

图2　相关系数随震级的变化

3.2　波速比的时间变化特征

赞皇地区地震活动微弱，序列是在平静的背景下发生，没有长期的资料可供分析、比较。由于赞皇震群最大地震仅仅ML3.2，其孕育、发生对于地壳介质的影响量值很小，而且前后发生的地震时间短，范围小，难以分辨其在正常背景值下是否与强震前介质物理变化存在显著变化，我们只分析它们的平均状态，及波速比反映的基本信息。

按照地震序列发展，以地震的波速比做3点滑动平均值， 滑动步长为1个数据点(图3)。从波速比随时间的变化可以看出，赞皇震群的波速比最低值为1.656 2，最高值为1.768 3，波速比的平均值为1.70，方差0.000 68，标准差0.026，总体波动变化小。相对而言在序列中的最大地震(6月3日ML3.2地震)前后的变化稍大，其余时间基本在均值±0.04范围内波动；6月18日波速比虽然也出现一个高值，但是参与计算的台站较少，数据不够稳定。

图3　波速比的时间变化与M-t图

3.3　波速比和震级的关系

图4为波速比随震级的变化图，震级在ML<1.5范围内波速比变化幅度较大，平均波速比值为1.701 4，ML>1.5时波速比变化较平稳，平均波速比范围为1.712 4。从整个序列分析发现：小地震具有强随机性，随着震级的增大波速比值越趋于稳定，变化范围较小。

图4　波速比随震级的变化图

3.4　波速比和震源深度的关系

地震事件的震源深度分布为从图5可见， 波速比随深度分布大多数集中在4～8 km范围内，6 km以下基本集中在1.66～1.73的范围，6～8 km存在大于1.74的较高值，可能上地壳在6 km上下的速度结构存在差别。

3.5　波速比和台站数目的关系

台站数目少的波速比变化范围大，线性拟合数据越多结果越稳定(图6)，使用台站越多意味着代表的区域尺度越大，更反映了区域的平均状态，但是也可能淹没了局部的差异。

图5　波速比随震源深度的变化

图6　波速比和地震台站数目的关系

4结论

应用多台和达法对赞皇波速比进行测定，并对波速比的变化进行分析，得出如下结论：

(1)赞皇震群虽然震级都不大，但由于台站分布较好，相关系数在0.99～1.00之间的地震事件有81次，占总数的85.3%，具有较高的可信度。

(2)由于赞皇震群最大地震仅仅为ML3.2级，其孕育、发生对于地壳介质的影响量值应当很小，而且前后发生的地震时间短，范围小，难以分辨其在正常背景值下是否与强震前介质物理变化存在显著关系，只能分析波速比反映的基本信息。通过波速比随地震序列时间的变化分析，认为波速比经历了低值异常—回升—下降—加速回升(发生ML3.2地震)—下降的变化过程，在最大的6月3日的ML3.2地震前后的变化范围稍大，其余时间基本在均值±0.04范围波动。

参考文献：

[1]张学民，刁桂苓，束沛镒，等．华北地区地下介质波速比值(Vp/Vs)研究[J]．地震地质，2004，26(2)：305-317．

[2]隗永刚，陈学忠，郭祥云，等．芦山7.0级地震前单台波速异常变化研究[J]．地震，2014，34(2)：105-113．

[3]马林，卓玉如．京津唐张地区5级左右地震前后波速比的变化[J]．地震，1992，92(1)：1-10．

[4]王林瑛，李艳娥，李芳，等．汶川地震前后地震波速比和视速度变化特征的研究[J]．,地震学报，2011，33(1)：1-14．

[5]梁向军,刘林飞,李丽,等. 山西地区的波速比(VP/VS)特征研究[J]. 华北地震科学,2014, 32(2):20-24.

[6]张小涛，吕坚，马广庆，等．九江一瑞昌地震序列的波速比特征研究[J]．华北地震科学，2006，24(4)：36-40．

[7]徐鑫,刘东旺,刘泽民. 安徽及邻区中强震前波速比变化研究[J].华北地震科学,2013, 31(1):16-19.

[8]杨锐,王晓山,王想,等. 2013年河北赞皇小震群活动特征及其指示意义[J]. 华北地震科学,2014, 32(4):17-22,28.

Wave Velocity Ratio Variation of Hebei Zanhuang Earthquake Swarm

LI Dong-sheng, CAI Ling-ling, CHANG Liang, WANG Li-chan, ZHANG Cong-zhen

(Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050021,China)

Abstract:To calculate the velocity ratio of the Zanhuang earthquake swarm in Hebei province, we picked up the travel time information of P wave and S wave from seismic phase observation data recorded by 5 fixed seismic station and two other temporary stations. The results show that the velocity ratio changing range is little larger around the ML3.2 mainshock on June 3rd, 2015 than the average changing range of -0.04—0.04; The velocity ratio of the earthquake swarm went through a process of low value anomaly rebounding-decreasing-rapid recovery-decreasing.

Key words:Zanhuang earthquake swarm; multi-station methods; average seismic wave velocity ratios

doi:10.3969/j.issn.1003-1375.2015.04.004

中图分类号:P315.31

文献标志码:A

文章编号:1003-1375(2015)04-0020-04