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使用双差波速比方法对小震震群的发震原理研究

时间:2017-03-29    点击: 次    来源:原创    作者:贾漯昭 - 小 + 大

研究思路:使用扣除同一个地震台站记录到的两个距离相近地震的地震波的相同路径,计算波速比值,把波速比指示范围限制在地震集中区的方法。利用区域台网记录到的地震波形和震相数据,对2014年8月-2015年8月间,安徽金寨地区发生的小震震群进行波速比计算,分析了该方法在该地区震相数据上的误差影响和应用情况。得到金寨震群震中集中区的波速比值,结果显示,震中集中区波速比略低,结合当地断层分布情况,这可能体现了该区域的介质硬度稍高,应力积累高于周边区域。

背景资料:地震活动与区域构造、地壳应力状态等因素有关,而地震波速比可以反映地下介质性质改变以及间接反映断层活动情况。一些中强地震前由于地壳构造应力的增大,可能会导致震中位置及其周边区域地下介质特性发生变化,从而引起地震波速变化,而波速比可以将地震波的速度变化进行量化。早在20世纪50年代就有日本学者对大地震前波速比异常进行对比观测。波速比间接体现了地下介质的变化情况。
现在主流的震中区波速比研究方法,一般对大量地震观测得到的P波和S波到时数据使用和达法对比拟和,得到波速比信息。其代表从接收到地震记录的台站到地震震中这段距离的地壳介质的平均波速比情况;且台站分布不均匀时,只能计算出局部区域的波速比值。对于震中较为集中的震群型地震,使用传统方法计算波速比,不能准确反映震中集中区的地下介质情况。G.Lin等提出了将距离同一地震台站相近的两个地震组成一组,通过扣除这两个地震到同一台站相同路径部分,获得震中区波速比的方法,并对美国南加州地区地震群集进行了限定震群范围内的波速比计算。王志铄使用该方法对汶川余震进行了分区的波速比判断,获得了汶川余震区波速比分布的情况。该方法提出了基于P波、S波的双差思想扣除地震射线相同路径,将计算波速比反映地区限定为震群集中活动区域的研究方法,本文简称为“双差波速比”计算方法。该方法将波速比计算范围缩小到地震活动区,提高波速比计算在震群当中的应用精度。
2014年8月-2015年8月期间,鄂豫皖交界金寨地区发生了一系列的小震集中活动,地震集中区发生地震618次,但其发震范围集中在小于0.5度的范围内,使用传统的波速比方法计算波速比值范围较大。本文尝试采用“双差波速比”方法对该区域进行研究分析,扣除成对地震的共同路径,把波速比计算范围限定在地震活动区内,从而提高地震波速比的指示意义。

原理及实验情况:地震活动区双差波速比研究方法是用发生在一个小的区域内(地震活动区)的多次地震来测定地震区波速比的方法。 该方法假设一对相距很近的地震(地震A与地震B),有N个地震台记录到该地震,如果这两个地震之间的距离与地震到地震台的距离相比足够的小,则认为这两个地震的体波(P波,S波)在出了地震区域到达同一地震台走基本相同的路径。这两个地震对于同一地震台i和p波走时差由地震区域内的介质波速和路径之差决定。

通过对安徽金寨震群集中区66个ML2.0级以上地震的双差波速比分析结果,可能真实反映了金寨震群集中地区的波速比情况,根据波速比对地震预测预报的意义,在华北地区,中强地震前可能会出现波速比的持续低值异常;根据岩石破裂实验结果,在岩石受压初期,波速比却随压力的增大而增大,但在岩石破裂前,当压力超过岩石强度50%左右以后,波速比却随压力的增大而明显下降。这种现象的一般解释是由于介质结构发生变化并出现微破裂所致,随之伴有体积膨胀(或称“扩容”)现象。一般波速比低值异常,是由于断裂面或结构不连续面上有效应力减少和抗剪强度降低发生脆性断裂而导致发生地震。

由于双差波速比计算方法反映了震群集中区的波速比情况,无法使用该方法获得周边地区的波速比值,而根据安徽地区的研究结果,研究地区使用其他方法计算的波速比正常值在1.71-1.74之间。线性弹性体的波速比一般认为是1.73。我们计算出的安徽金寨震群震中集中区的波速比值微低于这些值。从当地的地壳结构判断,震群集中区附近蒲山-青山断裂,东岳庙断裂,金刚台断裂等错综分布,可能导致震群集中区介质硬度稍高,地壳应力积累略高于周边地区,可能间接解释了震中集中区小震频发的原因。

本研究所用的双差波速比方法从理论上可以验证计算安徽金寨地区震群的波速比可靠性,该方法组合震中集中区的成对地震进行共同路径扣除计算,可以有效弥补发震地区因地震数量或台站数量不足导致的数据样本少,计算不可靠的弊端。但该方法也受到多种因素的制约和影响,如震相读取误差,时钟误差,成对地震的震中距,台站布局,震群集中区直径等导致的计算误差等,一般来说震群中下限震级越大,地震数越多,计算结果可靠性越高。在研究过程中我们对数据进行了预处理,尽量排除数据质量带来的影响,但尽管如此,数据质量存在的问题仍不可完全避免,对于所得结论,仍需要利用其他数字地震学方法佐证,从实际观测的地震波形中找到更为确凿的证据。在后续研究中,我们将采用精确的波形互相关技术深化这方面的研究。

本方法的具体研究思路和实验情况已经发表在 《地震》 2017年01期 可直接下载原文阅读



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