戴宗輝 張曉東（中國地震局地震預(yù)測研究所，北京 100036）

蘆山地震前后介質(zhì)波速變化與GPS應(yīng)變場相關(guān)性研究?

戴宗輝 張曉東
（中國地震局地震預(yù)測研究所，北京 100036）

?基金項目：國家科技支撐計劃項目（2012BAK19B02）資助。

利用地震背景噪聲研究地下介質(zhì)波速變化是近些年發(fā)展起來的一種新方法，基于該方法的連續(xù)監(jiān)測能力，通過分析研究區(qū)內(nèi)各臺站對間介質(zhì)波速的時變曲線，可以提取地震發(fā)生前后介質(zhì)波速變化的時空分布；并可通過進一步的對比分析，尋找引起介質(zhì)波速變化的原因，從而為地震預(yù)測提供一定參考。

以2013年4月20日的蘆山MS7.0地震為例，選取了四川地震臺網(wǎng)沿龍門山斷裂帶分布的11個寬頻帶數(shù)字地震臺站，應(yīng)用其2013年1月至12月期間的垂直向連續(xù)波形資料，利用背景噪聲方法進行周邊區(qū)域介質(zhì)波速相對變化的反演。數(shù)據(jù)處理過程主要包括：①通過單臺數(shù)據(jù)預(yù)處理獲得0.1～0.5 Hz的地震背景噪聲信號；②對各臺站對的地震背景噪聲數(shù)據(jù)進行互相關(guān)運算，提取單日經(jīng)驗格林函數(shù)，并將所有單日經(jīng)驗格林函數(shù)進行疊加獲得相應(yīng)臺站對的參考格林函數(shù)，以及通過寬度為31天的滑動窗口的疊加提高單日經(jīng)驗格林函數(shù)的信噪比；③利用移動窗口互譜方法測量不同時段的單日經(jīng)驗格林函數(shù)與相應(yīng)參考格林函數(shù)的走時偏移；④計算各臺站對間介質(zhì)波速隨時間的相對變化。

應(yīng)用上述數(shù)據(jù)及方法獲得了龍門山斷裂帶附近介質(zhì)波速隨時間的變化，并提取了蘆山地震引起的相對波速變化。結(jié)果顯示，研究區(qū)內(nèi)大部分臺站對出現(xiàn)了明顯的同震波速變化。在同震波速變化表現(xiàn)為波速降低的大部分臺站對中，其波速時變曲線顯示地震發(fā)生前約一個月內(nèi)介質(zhì)波速具有上升趨勢；而同震波速變化表現(xiàn)為升高的大部分臺站對，地震前約一個月內(nèi)介質(zhì)波速則具有下降趨勢。另外，此次蘆山地震對介質(zhì)波速的影響還具有明顯的區(qū)域差異性，如圖1所示。在11個臺站所分布區(qū)域范圍內(nèi)，同震波速變化大致以龍門山斷裂帶為界，斷裂帶以西（川西高原）表現(xiàn)為波速降低，斷裂帶以東（四川盆地）表現(xiàn)為波速升高。周邊介質(zhì)波速的最大降幅約為0.25%，出現(xiàn)在震中西北方向距震中約50 km處；介質(zhì)波速最大增幅約為0.2%，出現(xiàn)在震中東北方向約90 km處。為了分析引起波速變化的原因，利用研究區(qū)內(nèi)部分GPS臺站的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)計算了XJI-TQU和XJI-MXI臺站對間的基線長度變化。通過對比發(fā)現(xiàn)：臺站對間介質(zhì)波速的同震變化與該臺站對基線長度的同震變化具有密切聯(lián)系。其中，XJI-TQU臺站對間介質(zhì)波速的同震變化約為-0.2%，其基線長度在地震發(fā)生后增大了約10 mm；XJI-MXI臺站對間介質(zhì)波速未出現(xiàn)明顯的同震變化，其基線長度也未出現(xiàn)明顯的同震變化。在介質(zhì)波速與區(qū)域面應(yīng)變的對比中發(fā)現(xiàn)，地震后面應(yīng)變增大的區(qū)域其介質(zhì)的同震波速變化表現(xiàn)為波速降低，而面應(yīng)變減小的區(qū)域其波速增大。

圖1　蘆山地震引起的介質(zhì)波速同震變化的空間分布

計算及分析結(jié)果表明，介質(zhì)波速的同震變化與GPS觀測的臺站基線長度、區(qū)域面應(yīng)變的同震變化具有較好的一致性；該一致性表明，蘆山地震引起的區(qū)域應(yīng)變場的變化很可能是波速變化的主要機制。