汶川地震前后地震波速比和视速度变化特征的研究

2008年5月12日在中国四川省境内龙门山断裂带发生了8级巨大地震．在其主震前后随着震源区附近应力状态的改变,地壳介质的物性是否也存在相应的异常变化过程？该问题成为汶川地震研究的热点科学问题之一．本研究搜集和整理了中国地震局四川数字地震台网2001年1月1日-2010年5月31日产出的震相观测报告,和中国地震局地球物理研究所流动数字地震台网2008年5月12日——9月30日产出的震相观测报告,采用多台和达法和多地震联合测定法,根据入选的直达波Pg和Sg的震相数据,重点研究了龙门山断裂及其附近地区的P波和S波视速度的时间变化特征,并与波速比的时间变化特征进行了对比分析．为保证计算结果的可靠性和稳定性,对所收集到的数据进行了较为严格的筛选和限定．研究发现,龙门山断裂及其附近地区,在汶川地震前P波和S波视速度存在4年左右的明显降低过程,到震前约半年出现快速恢复．在震前P波和S波的视速度明显降低的过程中,波速比的低值异常过程仅为2年多,且幅度小持续时间较短．在波速比和视速度异常发展的进程中,进入发震中短期异常快速恢复是两者的共同特征．      

菏泽5.9级地震前的地震波速比异常

本文使用了山东省和河南省地震台网部分台站的地震记录资料,计算了菏泽地震巢及附近地区1980—1985年的多台平均波速比和菏泽、梁山、嘉祥、邹县、泰安等台的单台波速比。分析结果表明:菏泽地震巢及附近地区的多台和单台波速比在1983年11月7日5.9级地震前均出现低值异常,且变化同步。主震前8个月波速比恢复。5.9级地震后,多台和单台波速比均在正常范围内变化。     

玉树地区波速比和视速度变化特征研究

利用青海数字地震台网观测数据,采用多台和达法,研究了2009年1月1日至2012年12月31日玉树7.1级地震震中附近地区及其前后直达波波速比和视速度分布特征,结果显示:1该区平均波速比为1.693,平均P波视速度为6.184 km/s,平均S波视速度为3.652 km/s。2研究发现玉树7.1级地震前后波速比和视速度存在变化,表现为主震前几次地震的P波视速度存在低值现象。     

新疆天山地区的波速比异常分析

收集整理了新疆地震台网2009~2014年的地震观测数据,利用多台和达法计算了新疆天山地区中小地震的波速比及其背景值。为了突出异常变化,分析了研究区内的波速比扰动值变化,同时回溯了天山地区7次中强地震。结果表明:①天山地区波速比的背景值为1.70左右,自2013年开始,波速比的低值异常主要集中在天山中东段及普昌断裂附近;②2011~2013年研究区内4次M_S5.0以上地震前,震中位置波速比扰动值多数处于低值状态;③7次中强地震前,震中及其附近区域波速比低值的地震事件占相应时段内总事件的比率大于60%,研究区内中强地震前波速比呈低值状态较明显。     

荷泽5.9级地震前小震波速比时空变化特征

本文研究了荷泽5.9级地震前小震波速比时空变化特征,发现在荷泽附近大约2°×2°范围内出现了持续两年的小震波速比低值异常集中分布区,当集中区内波速比回升到极大值后小震活动平静,然后波速比低值区向外围扩散,当外围出现波速比极小值且逐渐回升后,在低值集中区内主震发生。震前小震波速比低值异常持续三年,直到主震前半个月波速比恢复正常。最后本文对波速比异常的有关问题进行了讨论。     

河北涿鹿ML4.8地震前后单台波速比特征

2014年9月6日河北涿鹿M_L4.8地震打破了晋冀蒙地区长达4年的地震平静。通过收集并整理2008—2019年河北台网的震相数据,挑选涿鹿地震周边数据连续性较好的10个台站,分别计算这10个台站的单台波速比并滑动平均,结合涿鹿地震对其时序特征进行讨论和分析,认为涿鹿地震前SHC台站波速比出现低值—持续—回升—发震这一典型异常形态,与涿鹿地震可能存在一定关系,推断延怀盆地可能是涿鹿地震的孕震区域。     

吉林省前郭5.8级震群前后波速比变化特征

本文选取2001年1月1日—2014年8月31日模拟和数字化地震资料的P波和S波震相,对收集到的数据进行了严格的筛选和限定,利用单台多震和达法和单震多台和达法分别获得了各台站波速比随时间变化曲线以及松原地区波速比空间分布,重点分析了2013年前郭震群发生前后波速比的时空变化特征。结果显示,单台多震和达法得到的净月台、丰满台波速比在2013年前郭震群发生前存在中期异常,2个台站均表现为震前低值中期异常,震后净月台缓慢恢复;单震多台和达法得到的松原地区波速比空间分布显示,松原地区波速比横向不均匀性较强,2013年前郭震群发生前存在椭圆形低值异常区,震后异常区显著缩小。     

利用祁连山主动源资料研究2016年门源6.4级地震前后波速变化

采用叠加、互相关、插值拟合等方法对祁连山气枪主动源台网数据进行处理,针对2016年1月21日青海门源6.4级地震前后气枪激发地震P波、S波震相的走时变化特征进行了分析,结果表明,地震前约6个月时,震中附近3个台站的相对走时出现下降变化（走时减少）,至震前约3个月时低值异常恢复正常,之后再次出现走时下降变化,地震即发生于走时变化恢复过程中。S波走时变化最大下降幅度达18ms,震后走时变化逐渐恢复正常,且3个台站变化趋势较为一致,其中,距震中最近的台站的S波走时变化最明显（ZDY38台）,较远台站的走时变化幅度较小,其变化特征与震源区位置有关。走时缩短意味着速度增加,可能与区域应力积累间存在一定的关系。     

芦山M_S7.0强震前单台波速比变化特征研究

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.     

北京地区地震波速比异常变化与首都圈中等地震的关系研究

利用首都圈数字地震台网记录到的P波和S波到时资料,选取北京地区有5个以上记录台站共76个地震事件,计算北京地区地震波速比的平均值及其随时间的变化,发现首都圈地区中等地震前北京地区地震波速比出现了较明显的低值异常。因此,依据北京地区地震的波速比变化特征,可以为首都圈地区发生的中等地震提供一定程度的跟踪预测意见。     

海原弧形构造区地壳三维精细速度结构成像

利用海原弧形构造区及周围区域地震台网1970—2015年期间记录的天然地震到时数据,采用双差地震层析成像方法对构造区地壳三维速度结构与地震震源位置进行联合反演,获得了高分辨率的三维V_P、V_S以及V_P/V_S模型,分析讨论了速度、波速比分布与强震发生以及断裂等之间的关系.结果显示：研究区域内地震主要沿断裂呈弧状展布,速度在横向分布上具有较大的差异,波速比变化范围为1.60~1.80,平均值约为1.70.大型断裂诸如海原—六盘山断裂带、青铜峡—固原断裂带等位于高速与低速的过渡带,断裂两侧地震波速差异较大.研究区内历史强震多处于高低速过渡区域,海原强震下方下地壳存在低速、高导薄弱层（25~30 km深度）,推测原因主要为流体作用所致.依据相对较低的速度与波速比分布推测研究区地壳主要组成成分为酸性的长英质.速度剖面显示地壳可分为上、下两层,上、下地壳厚度变化由西南向东北逐渐减薄,减薄幅度相近;结合前人研究结果推测构造区地壳增厚模式可能主要为上、下地壳共同增厚.     

基于误差分布的震源区波速比反演及其应用:乳山震群源区介质性质变化研究

本文利用误差分布和概率统计分析改进了波速比计算方法.对于震源位置相对集中的震群活动,对台站震相到时进行两次差分,通过对差分后的震相数据对进行二维高斯分布拟合,可以稳健地估计震群活动震源区波速比.该方法充分利用了不同台站Pg、Sg到时差的所有信息,其优势是不需要地震事件的震源位置,并且不依赖震源区以外的速度变化,有效消除了震源区到台站的传播路径效应的影响;相对于传统的平均波速比,本文方法得到的震源区波速比,更能真实地反映震源区介质的性质.我们将该方法应用到2013—2016年的乳山震群,结果显示:震源区波速比的变化与震群活动过程密切相关,波速比的变化反映了序列活动的阶段性特征.     

大同窗视应力时变特征浅析

利用山自皂、恒山和阳原地震台记录,计算大同窗2001年至2015年6月小震波形视应力,并消除震级影响,获得大同窗小震差视应力随时间的变化结果。结果显示,在山西带和张渤带10次M_L 5左右地震前,差视应力震前5—517天出现明显的高值异常,震后恢复到背景应力水平。结合山自皂台(SZZ)记录的介质品质因子Q_m数值,差视应力和介质品质因子Q_m在10次M_L 5左右地震前呈现超出1倍均方差的准同步高值变化,可见区域应力和介质变化对中强地震孕育有一定反映。     

VARIATION OF THE TRAVEL TIME DIFFERENCE BETWEEN TELESEISMIC PS CONVERTED WAVE AND PP TRANSMITTED WAVE IN FOCAL REGION BEFORE AND AFTER WENCHUAN MS8.0 EARTHQUAKE

When P waves from distant earthquakes meet a velocity discontinuity in the earth's crust and upper mantle, they give rise to a series of converted PS waves besides PP refracted waves. It is possible to monitor the variation of the physical properties of the medium in the limited formation space above the transition zone of the seismogenic zone by measuring the time difference between the teleseismic PS converted wave and the first arrival P wave, that is, time-variation Δt_PS=t_PS-t_P. The advantage of this method is that the transition point of the teleseismic source with similar source is relatively stable at the transition interface, and the accuracy of the measured relative time is high, and the change of the medium in a small range of the seismogenic zone above the conversion interface can be monitored. This paper studies the variation of the travel time difference Δt_PS in focal region before and after Wenchuan M_S8.0 earthquake. We select 2001 to 2012 as the research period, use teleseismic waveforms which occurred in the southern region of Sumatra and Hindu Kush area recorded by Sichuan station YZP and JJS. These teleseisms satisfy 5.0 ≤ M ≤ 6.5, and their waveform signal-to-noise ratio is high with clear initial P-wave motion. The epicentral distance of teleseisms is less than 3 degrees. Then we obtain the variation of the travel time difference Δt_PS between teleseismic PS converted wave and PP transmitted wave recorded during the study period in the two stations. The results show that there is a slow increasing trend of Δt_PS before 2006, and an obvious low value process of Δt_PS appeared in the period about 2 years before the Wenchuan earthquake. The maximum decline was about 0.2~0.3s, more than 4~5 times the measurement error. The low value has a certain degree of return about 2~3 months before the earthquake. The change of arrival time difference indicates that the medium is in different states in different periods of seismogenic process. The sharp decrease in Δt_PS from 2006 to January 2008 may be due to the strong disturbance caused by the stress accumulation of the medium. At this stage, the velocity of P wave and S wave increases with the increase of stress, and the increase of S wave velocity will result in the decrease of Δt_PS. The change of Δt_PS is greatly affected by S wave velocity, so Δt_PS appears to decrease rapidly. Regarding the low value that has a certain degree of return about 2~3 months before the Wenchuan earthquake, the possible reason is that the release of stress is much higher than the accumulation of stress in meta-instability stage. At this stage, the velocity of S wave decreases and the decrease of S wave causes Δt_PS to increase. Then, the Wenchuan earthquake of magnitude 8.0 occurred. It is shown that the teleseismic converted wave method in this paper can monitor the variation of medium's wave velocity before large earthquakes, and it has a good prospect in seismic monitoring and worth further experimental study.     

基于主成分方法分析2013年甘肃岷县漳县6.6级地震前地磁日变化异常

选用2013—2014年兰州台、 天水台、 寺滩台3个台站地磁垂直分量分钟值数据, 利用调和分析剔除1~4次地磁日变化谐波成分, 在此基础上对3个台站地磁Z分量数据进行主成分分析, 计算结果显示: 2013年7月22日岷县漳县6.6级地震前, 最小的第三主成分在2013年4月20日至6月10日出现明显的增强变化, 超出阈值, 异常持续50 d左右; 同时, 在信号的子空间中特征矢量的方向也出现同步的异常扰动, 震后恢复到原来的水平, 其他时段第三主成分未出现类似变化。 据此认为, 这些异常信号与2013年岷县漳县6.6级地震相关。 研究结果表明, PCA方法对地震电磁异常的提取是有效的。     

2017年8月8日九寨沟7.0级地震前地磁垂直强度极化短期异常特征分析

对2017年8月8日九寨沟7.0级地震前后四川及其邻区地磁台站数据进行垂直强度极化方法计算, 使用5~100 s周期发现震前地磁极化计算结果存在如下的显著异常特征: ① 2017年3月震中附近地磁台站同步存在极化超阈值异常, 时间上显示为短期异常; ② 同步异常台站出现最大幅度的时间较一致; ③ 九寨沟地震发生在异常阈值线附近, 对该方法预测地点有一定指示意义; ④ 对比异常时段内的Dst指数, 认为此次同步超阈值异常不是空间电流体系所造成的; ⑤ 3月18日地磁台站出现极化异常的台站数量较多, 异常分布区域面积较大, 异常主要集中在西北地区可能反映了该区域的应力作用。     

2008年汶川Ms8.0地震前后地电阻率时空变化

采用归一化速率变化方法对2008年汶川M_S8.0地震震中周边19个定点台站观测到的地电阻率的时空变化过程进行了计算分析。时序分析结果显示:在汶川地震前,震中周边多个地电阻率台站准同步地出现了中短期前兆异常;空间分布过程显示,地震孕震过程中地电阻率在震中区域有负异常丛集和由远及近的迁移现象,负异常丛集呈象限分布,长轴方向与震源机制解主压力方向基本吻合,且受孕震断裂、台站位置、观测装置布设方向等的影响。     

2019年6月17日四川长宁MS6.0地震震源区三维速度结构

四川盆地南部地区自2015年以来地震活动性持续增长,并相继发生了数次M5.0及以上的中强地震.2019年6月17日的长宁MS6.0地震则是其中震级最大的一次强震,且震后相继发生了一系列M5.0及以上的中强地震,给当地的生命和财产安全造成了极大危害.研究此次大震的地下结构和发震机制有助于理解该区地震异常活跃的机理,并为今后开展防震减灾工作提供参考.基于这个出发点,本文收集了长宁地震区的丰富地震走时资料,利用双差地震成像方法对长宁地震序列进行了重定位,并获得了研究区内的三维P波和S波速度及波速比结构.结果显示,长宁地震序列主要沿着白象岩—狮子滩背斜轴部展布.长宁地震区在6 km深度附近呈现出明显的低速、高波速比异常结构,指示着可能存在流体.研究区内的速度结构在6 km之上横向不均一性较强,速度异常结构整体呈NW-NWW向展布;而在7.5~12 km横向不均一性则较弱,速度异常结构整体呈NNE或SN向展布.这种速度结构特征可能指示着该区6 km之上基本为沉积层,而7.5 km之下则基本为结晶基底,上下存在解耦.研究区内绝大多数地震事件震级较小,且集中分布在6 km以浅,表明该区绝大多数事件受沉积层结构的控制.相较于白象岩—狮子滩和双河背斜区,长宁背斜在6 km之上呈现更为明显的高速结构,对应较强的力学性质,可能阻挡了本次长宁地震的东南向破裂而使其表现出明显的单向破裂特征.     

云南地磁台地震前地磁谐波振幅比分析

采用云南永胜和通海地磁台2010年1月至2018年12月记录的地磁分钟值数据,计算谐波振幅比随时间的变化,分析发现:2014年8月3日鲁甸6.5级地震、2018年9月8日墨江5.9级地震前,谐波振幅比曲线有2次明显下降—转折—恢复异常,分别于第1次异常恢复上升过程和第2次异常转折过程中发震,异常持续时间分别为3年和2年多,持续时间越长,震级越高;距震中较近的地磁台站谐波振幅比曲线出现不同步现象,即YZHx(NS)向与YZHy(EW)向的不同步及长短周期不同步。     

用双差波速比方法分析2014—2015年安徽金寨震群

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, 把波速比指示范围限制在地震集中区的方法计算波速比值。 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。