郭 杰 鄭 杰 雷 寧

(1.河南省濮陽市地震臺，河南 濮陽 457000;2.河南省范縣地震局，河南 濮陽 457500;3.河南林州地震臺，河南 安陽456550)

引言

地震在孕育過程中，存在著應(yīng)力在未來震源區(qū)集中的過程，孕震區(qū)域的巖石物理性狀可能會出現(xiàn)一系列變化，從而使孕震區(qū)小震和地震波經(jīng)過此地的小震，它們的運動學(xué)特征和動力學(xué)特征發(fā)生變化。這些變化攜帶著某些大震前兆異常信息可能被儀器記錄下來。利用地震學(xué)方法中的地震波特征變化提取大震前兆信息是地震預(yù)報中最基本、很重要的方法，尤其是在短期預(yù)測及大震發(fā)生后震情趨勢判斷更是如此。工作在地震監(jiān)測預(yù)報第一線的臺站科技人員能及時獲取地震波資料和地震觀測報告，利用地震波特征變化一些可行方法，提取中強地震前兆信息，對提高地震預(yù)報水平是有益的。

濮陽市地震臺位于河南省東北部豫魯冀交界處(圖1)，四周地震帶形成井子型，臺站東部約40km為東濮拗陷和聊蘭斷裂帶、地震較多，是河南省重點監(jiān)視區(qū)。隨著數(shù)字觀測儀器的使用、觀測精度的提高，從而使地震波資料測量精度和可信度大幅度提高。以下是濮陽臺利用地震波動力學(xué)特征中的P波初動符號、P波初動半周期、振幅比和運動學(xué)中的波速比、S波分裂來分析探討與震例的對應(yīng)關(guān)系，從中找出地震發(fā)生的一些規(guī)律資料來源是濮陽臺2004年1月至2012年9月記錄到的地震，范圍是震中距:20km≤△＜135km，震級ML≥1.2級所有地震，其中大部分為聊蘭斷裂帶地震。研究范圍是北緯34°30'—37°00'，東經(jīng)113°30'—116°30'。所用對照的震例為2004年1月以后，ML≥3.5、△≤110km的所有地震，另外還有周口太康較強的二次地震，分別是:2010年10月24日ML5.1、2011年3月8日ML4.7，距濮陽臺200多公里。

圖1 濮陽及鄰區(qū)地質(zhì)圖

1 地震波速比

地球內(nèi)部可以傳播兩種基本類型的地震波-縱波(P波)和橫波(S波)。波速是地震波的一種運動學(xué)特征，它與傳播介質(zhì)有關(guān)。較大地震發(fā)生前，孕震區(qū)巖石性質(zhì)的變化，將導(dǎo)致波速變化。因此，研究地震前波速的變化可以提供地震孕育的前兆信息，而波速比變化即是提供這種信息的一種方法。

一般情況下，地殼中縱波和橫波平均速度約為6.0KM/S、3.5 KM/S，它們的比值約為1.73.當?shù)貞?yīng)力積累到一定程度時，巖石出現(xiàn)微破裂，從而導(dǎo)致波速比發(fā)生一定變化，波速比Vp/Vs相應(yīng)降低。

1.1 方法原理

設(shè)臺站處在異常區(qū)內(nèi)，由震源到臺站的距離為R，則縱波、橫波波速比r=vp/vs，可用下列方法求取r=Vp/Vs=(Vp/ R)/(Vs/R)=Ts/Tp=(ts-To)/(tp-To)式中，ts為S波到時，tp為P波到時，to為發(fā)震時刻。以省局地震月報告為準。

1.2 資料處理

(1)選用記錄較好的地震資料，量圖精確，減少誤差。

(2)資料選取范圍:震中距20—120km、ML≥1.2

(3)以r為縱軸，以時間為橫軸作波速比變化曲線(圖2)。若介質(zhì)為均勻狀態(tài)，波速比人r為1.73，并作為基線繪在圖中。

圖2 濮陽臺波速比變化曲線

1.3 分析

(1)一般波速比異常特征為低值異常(相對于1.73而言)，臨震前可能出現(xiàn)高值回升，圖中2008年前地震、發(fā)震前約有9—12個月的低值異常，地震大都發(fā)生在高值兩側(cè)(4個月內(nèi))，較好的對應(yīng)性。

(2)2008年以前主要處于低值區(qū)異常，在2008高值附近發(fā)震釋放較集中。2008年8月至2011年末出現(xiàn)3年高值區(qū)，這可能與資料來源誤差有關(guān)，待以后查實。2011年末我們改用山東地震信息網(wǎng)發(fā)布的地震發(fā)震時刻為準，圖中曲線又重新回到繞基線上下波動。2008年8月—2011年末間震例都發(fā)生在高值中。

(3)2012年9月曲線又從低值區(qū)回到高值區(qū)。根據(jù)前面規(guī)律，近幾月注意聊蘭斷裂帶發(fā)生ML3.5級地震。

2 S波分裂

在各項同性均勻介質(zhì)中，S波可分解為垂直入射面的Sh分量和在入射面內(nèi)震動的Sv的垂直分量，水平向記錄的是Sh分量的合成，垂直向記錄的是Sv的垂直分量。在各方面同性介質(zhì)中，Sv和Sh傳播速度是相同的，若震源區(qū)介質(zhì)發(fā)生變化，呈現(xiàn)出明顯的各向異性，則可能導(dǎo)致S波分裂，即Sv和Sh以不同的速度傳播，它們到達地震臺三分向地震儀上的時間就出現(xiàn)了誤差。

令地震儀垂直向上讀取的Sv到時為Tsv，在水平向上S波的到時為Tsh.在正常情況下，Tsv-Tsh＜0.2s，但是，人們發(fā)現(xiàn)，某些較大地震(4級左右)前，Tsv-Tsh可達0.8秒，所以，可以把地震S波分裂作為一種地震前兆指標。

2.1 方法、范圍

(1)設(shè)南北方向S波到時為t1，東西向S波到時t2，垂直向S波到時為t3，在地震圖三分上分別量取t1，t2，t3。

(2)令△t2=t3-t*(t*為t1和t2兩者早到的一個)。

(3)△＜135km ML≥1.2由于UD向SG前常有不明震相干擾，暫不去做Tsv-Tsh圖。以下是△t1=t2-t1圖(圖3)，即水平向SG到時差，它雖沒有△t2=t3-t*曲線波幅大，但異常是一致的。

圖3 濮陽臺S波分裂變化曲線

2.2 分析

(1)圖中可以看到曲線波動與震例有較好的對應(yīng)性，地震大都處在峰值或峰值兩側(cè)，基線零值一下幾乎沒有地震。

(2)太康兩次地震發(fā)生在低值區(qū)，說明本區(qū)域地震與較遠地震在曲線上是反向指示作用或無對應(yīng)。

(3)2012年9月曲線向上致零線上方，注意本區(qū)域在今后幾月應(yīng)發(fā)生ML3.5級地震。

3 振幅比

探討地震源孕育過程學(xué)者認為，在較大地震孕育期間，孕震區(qū)內(nèi)的地殼介質(zhì)可能處于某種一定的含裂隙狀態(tài)，這就是產(chǎn)生地震波動力學(xué)特征前兆異常的一種可能原因。P波和S波振幅比基本上與震級無關(guān)，與儀器上放大倍數(shù)和頻率特性關(guān)系甚小。研究方法較為簡便。一般遵循低值-高值-發(fā)震的異常形態(tài)。

3.1 資料范圍方法

取△＜135km、ML≥1.2級所有地震。量取每次近震的垂直向P波和S波最大振幅APG、ASG，作單臺振幅比APG/ASG隨時間變化曲線。(圖4)

圖4 濮陽臺振幅比變化曲線

3.2 分析

(1)濮陽臺振幅均值為1.56，發(fā)震一般都在峰值或峰值兩側(cè)。高值前有約一年的低值異常區(qū)，但也有例外，如2008年震群就發(fā)生在均值基線附近。

(2)2012年3月高值后進入低值區(qū)，但曲線沒有運行到均值上方，注意聊蘭斷裂帶2013年發(fā)生ML≥3.5級地震。

(3)周口太康兩次地震對應(yīng)曲線變化不明顯。

4 初動半周期

較大地震發(fā)生前后，孕震區(qū)介質(zhì)性質(zhì)的變化可能是整個地震波型發(fā)生變化。根據(jù)脆性材料的破裂實驗發(fā)現(xiàn)，材料破壞前微破裂突然增長，伴隨著高頻輻射增強。前人曾觀測到大地震發(fā)生前后可觀測到孕震區(qū)內(nèi)微震輻射波譜中出現(xiàn)某種異常特征，高頻成份增多的現(xiàn)象。初動半周期分析即是提取這種信息的一種定量方法。根據(jù)文獻報道，固定臺站記錄到震，從總體上看，前震以及主震后短期內(nèi)的余震，其初動半周期較正?；顒悠诘牡卣鸷偷卣鸷筮h期的余震要小。

4.1 方法

(1)量取樣本要初動清晰、完整的垂直向P波初動半周期。

(2)樣本震級1.2≤ML≤3.5，△范圍20km＜△＜135km。

(3)以初動半周期為縱軸、做P波初動半周期時序圖(圖5)。

圖5 濮陽臺P波出動半周期變化曲線

4.2 分析

(1)濮陽臺初動半周期均值約為0.1秒，濮陽臺記錄PG初動半周期普遍偏低，但也在近震PG初動半周期范圍之內(nèi)。

(2)ML3.5以上例震多發(fā)生在峰值兩側(cè)，ML4級以上地震發(fā)生在峰值處，前面大部分都有不足1秒的低值異常。

(3)2012年9月曲線又處于低值，并且數(shù)值較低。濮陽臨區(qū)在2013年發(fā)生ML≥3.5級地震可能性很大。

5 結(jié)論與討論

(1)濮陽臺利用五種地震波特征變化方法分析與震例是有一定對應(yīng)關(guān)系的，是有一定規(guī)律可循的。工作在地震監(jiān)測預(yù)報第一線的臺站技術(shù)人員能及時獲取地震波資料，將曲線圖變化與地震的關(guān)系的理解和看法進行交流，為本地區(qū)地震預(yù)報提供重要參考意見。

(2)為了減少單臺計算隨機誤差和曲線圖波動較大的現(xiàn)象，應(yīng)對一定時期多次地震波特征曲線作算數(shù)平均或滑動較好。另外，區(qū)域臺站已聯(lián)網(wǎng)，作多臺分析是很有必要的。這些都有待于以后改進。

(本文得到了濮陽市地震局總工、教授級高工郭德科的指導(dǎo)和幫助，在此表示感謝)

［1］國家地震局科技監(jiān)測司.地震觀測技術(shù)［M］.北京:地震出版社，1995.

［2］中國地震局監(jiān)測預(yù)報司.地震學(xué)與地震關(guān)測［M］.北京:地震出版社，2007.

［3］王海濤，敖雪明，楊馬陵，等.單臺測震學(xué)地震預(yù)報方法的研究［J］.內(nèi)陸地震，1989(2).