安徽及鄰區中強震前波速比變化研究

徐 鑫，劉東旺，劉澤民

（安徽省地震局，合肥 230031）

0 引言

地震活動與區域構造、地殼應力狀態等有關，而地震波速或波速比可以反映斷層活動情況及地下介質流變性質等的改變。在較大地震前，由于區域構造應力場的增強，可能會導致震源及其周圍地區介質特性發生變化；在孕震的中期階段出現擴容現象，從而使得該地區地震波速度發生變化。因此地震波速及波速比研究一直是地震研究中的重要組成部分［1］。戴維樂等對1976—1987年華東地區MS5.0級以上地震震前波速比變化情況進行了震例總結并取得了較好的效果［2－3］；刁桂苓等討論了岫巖地震序列的平均波速比前兆異常［4］；張小濤等研究了九江－瑞昌地震序列的波速比特征［5］；王林瑛等研究了文安地震前后首都圈分區波速比時變特征［6］；林眉等分析了菏澤－濮陽及附近地區波速比變化特征［7］。這一系列研究都表明部分中強震前存在波速比異常。本文收集了1976年以來安徽及鄰省地震臺網觀測報告的震相資料，采用和達法和更多的約束條件，運用自編寫的程序計算了安徽及鄰區的波速比，重點分析了各種參數對計算結果的影響，總結了該地區中強震前的波速比變化情況，主要目的是提高計算結果的可靠性并論證異常的信度。

1 波速比計算基本原理

根據彈性地震波理論，介質的彈性特征決定傳播速度，則

其中：VP為縱波速度，VS為橫波速度，σ為泊松比，E為楊氏模量，ρ為介質密度。

利用震中周圍多臺資料（不少于4個臺），以和達圖為基礎，計算平均波速比。

其中：Tpi為縱波到時，Tsi為橫波到時，ΔTi為縱波與橫波到時差，T0為發震時刻，n為到時數據個數，γ0為波速比，R為相關系數，S為波速比計算誤差，δtpi′為縱波理論與實際到時差。

2 波速比計算參數、正常值及其范圍的選取

為使波速比計算的結果更加可靠，根據有關專家研究結果［1－3］以及穩定性分析結論，結合波速比計算各參數的物理含義及安徽及鄰區的實際情況，本項研究中波速比計算各參數的閾值分別為：臺站個數NS≥4，相關系數R≥0.99，波速比計算誤差S≤0.05，縱橫波到時差Ts－p≤23s，震相精選δTp≤1.0s；波速比正常值來源于李敏莉等的研究成果［8］，正常值范圍取研究區域內地震相對平靜期間波速比的變化范圍。

3 穩定性分析

為了準確計算每個地震的波速比，充分了解波速比計算參數對計算結果的影響，分析計算結果的穩定性，主要研究分析了大小臺網、臺網布局、研究區域范圍大小選擇對波速比計算結果的影響。

3.1 大小臺網對波速比計算結果的影響

一般情況下，在Ts－p≤15s，即小臺網范圍內，直達波震相記錄清晰且易于識別，而在Ts－p≤23s，即大臺網范圍內，由于Sn波的出現，此時S波列震相變得較為復雜，Sg的判讀可能會出現一個周期誤差［2］。為了驗證Sg波判讀是否有誤，本文分別根據小臺網與大臺網內的震相計算了安徽及鄰區2001—2010年的波速比，時間進程如圖1?？梢?，大小臺網對波速比計算的結果影響較小，為取得盡可能多的樣本，本項研究采用大臺網計算波速比，即Ts－p≤23s。

圖1 安徽及鄰區大、小臺網波速比時間進程圖

3.2 臺網布局對波速比計算結果的影響

安徽霍山地區很多小震都是近臺震相，在計算波速比時，從數學的角度其相關系數、計算誤差均滿足條件，但其震相存在叢集現象，誤差較大，而加入遠近臺到時差比值可以有效避免這種情況。圖2為安徽及鄰區2001—2010年不考慮和考慮遠近臺比值兩種情況下計算出的波速比時間進程圖。加入遠近臺波速比值限制后，波速比變化范圍有很大程度的減?。ㄓ?.579～1.835 縮小到1.634～1.782），異常時間段也更為清晰，說明計算結果更科學。因此，在資料允許的情況下，在安徽地區計算波速比時，需加入遠近臺到時差比值限制。

3.3 研究區域范圍大小選擇對波速比計算結果的影響

圖3為選取1995年蒼山地震前震中附近不同范圍內1990—1999年10年間地震震相分別計算出的波速比時間進程圖?？梢?，當研究區域選取過小時，可能異常就無法在時間進程圖上反映出來，過大可能又會導致異常信息被掩蓋，因此選取合適的研究區域是很重要的。通過大量的震例計算表明，華東地區MS5.5級左右地震選取震中附近3°×3°范圍內地震計算波速比、MS4.5級左右地震選取震中附近2°×2°范圍內地震計算波速比相對比較合理，與相應強度地震的孕震范圍較為吻合。

圖2 安徽及鄰區無、含遠近臺到時差比值波速比時間進程圖

圖3 蒼山地震前震中不同范圍內波速比時間進程圖

4 震例分析

根據穩定性分析的結果，本文對安徽及鄰區1979年以來的部分中強地震震前波速比變化情況進行了統計（表1）和分析。

由表1可見：在7次震例中，有5次地震前均出現了波速比低值異常，異常持續時間不等；在時間特征上，其中3例表現為中期，2例為短期。地震基本都發生于異?；謴椭?，僅2005年九江MS5.7地震發生于異常期內，且震后波速比低值異常持續了大約2年。

5 結論與討論

本文總結了1979年以來安徽及鄰區部分中強地震震前的波速比變化情況，并分析了波速比計算的穩定性，得到以下幾點認識：

（1）安徽及鄰區中強震前波速比低值異?，F象較為普遍。

（2）2005年九江MS5.7地震震后有多次較大余震發生，這可能是導致九江地震發生于波速比低值異常期內且震后異常持續大約2年時間的原因，同時也表明較大余震前有可能出現波速比低值異常。

（3）2006年定遠和隨州2次MS4.2級地震前波速比無明顯低值異常，而這2次地震都是緊隨2005年九江地震之后發生且強度相對不大，震前無波速比異常出現，可能與其受九江地震影響且孕震時間短有關。

（4）在條件允許的情況下，在安徽地區計算波速比應加入遠近臺到時差比值，采用大臺網并選取合適研究區域的震相數據。

表1 1979年以來安徽及鄰區部分中強地震震前波速比特征

［1］ 馮德益.地震波速異常［M］.北京：地震出版社，1981.

［2］ 許紹燮，陸遠忠，朱傳鎮，等.地震學專輯［M］.北京：學術書刊出版社，1989：379－394.

［3］ 國家地震局科技監測司.地震學分析預報方法程式指南［M］.北京：地震出版社，1990：45－47.

［4］ 刁桂苓，周仕勇，劉杰，等.岫巖地震序列的平均波速比前兆異常［J］.華北地震科學，2005，23（4）：1－5.

［5］ 張小濤，呂堅，馬廣慶，等.九江－瑞昌地震序列的波速比特征研究［J］.華北地震科學，2006，24（4）：36－40.

［6］ 王林瑛，郭永霞，劉芳，等.文安地震前后首都圈分區波速比時變特征［J］.地震學報，2008，30（3）：240－253.

［7］ 林眉，王洪水，冀東普，等.菏澤—濮陽及附近地區震源深度及波速比變化［J］.華北地震科學，2010，（1）：31－35.

［8］ 李敏莉，劉東旺，劉澤民，等.安徽及鄰區平均波速比的測定及研究［J］.地震地磁觀測與研究，2005，26（1）：22－27.