利用三分量背景噪声互相关技术测量2008年汶川震中区的波速变化

刘志坤黄金莉Zhigang Peng苏金蓉中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京 1000832）中国科学技术大学地球和空间科学学院，合肥 2300263）中国地震局地震预测研究所，北京 100036School of Earth and Atmospheric Sciences, Georgia Institute of Technology, Georgia, USA四川省地震局，成都 610044

利用三分量背景噪声互相关技术测量2008年汶川震中区的波速变化

刘志坤1，3）黄金莉1）Zhigang Peng4）苏金蓉5）
1）中国地质大学（北京）地球物理与信息技术学院，北京 100083
2）中国科学技术大学地球和空间科学学院，合肥 230026
3）中国地震局地震预测研究所，北京 100036
4）School of Earth and Atmospheric Sciences, Georgia Institute of Technology, Georgia, USA
5）四川省地震局，成都 610044

2008年汶川地震导致龙门山断裂带中段的北川-映秀断裂和灌县-江油断裂分别产生了约240 km和72 km的地表破裂，地震引起地表显著破裂的同时，也一定会使地下介质属性和状态发生改变，研究这些变化对于了解汶川地震机理、断层带演化和地震危险性分析都有重要意义。近年来迅速发展的利用背景噪声测量波速变化的方法，为研究地震引起地下介质随时间变化提供了新的思路。国内外几个研究小组已经利用该方法对汶川地震引起的地壳介质波速变化情况进行了研究，这些研究应用了四川区域台网或川西台阵的数据。这两个台网台站平均间距较大，四川区域台网的平均台间距大于50 km，川西台站则约为20～30 km；而且这些台站距离汶川地震震中和地表断裂带相对较远，难以获得震中区地震波速度随时间变化的过程。而距离汶川地震震中较近的紫坪铺水库台网台间距较小（小于10 km），且在汶川地震前后均有良好的连续观测资料，为研究震中区介质波速的时空变化提供了宝贵的数据。

本研究利用靠近汶川震中的紫坪铺水库台网6个台站和区域台网离震中最近的YZP台2004—2011年的三分量连续波形，发展了基于三分量背景噪声的波速变化测量方法，使噪声互相关的分量组合由只用垂直分量资料时的单分量组合增加到9个，通过多分量组合的叠加极大地提高了波速变化的测量精度和计算结果的稳定性；采用分周期（频带）测量的方法，有效地约束了波速变化的赋存深度。

研究结果表明，对于1～8 s周期（反映地下约数百米至10 km深度），在汶川地震前长达4年的时间里（2004年8月至2008年5月）波速变化一直保持平稳；在汶川地震发生时所有的周期（1～2 s、2～4 s 和4～8 s）均观测到了明显的同震波速降低，其中2～4 s周期范围（敏感深度约为1～4 km）观测到的波速降低最大，约为0.2%；汶川地震后波速逐渐恢复，在震后的前几十天波速呈现近似对数形态的快速恢复特征，之后3年（至2011年9月）波速恢复过程非常缓慢，波速降低基本固定在一恒定值（周期2～4 s 和4～8 s波速降低分别为0.13%和0.08%）可能说明断层区内部介质结构在地震中产生了永久性破坏；汶川地震震中区周边同震波速变化的空间分布结果显示，不同周期波速变化的平面分布不同，但一个基本特征是靠近汶川地震地表破裂带附近的同震波速降低较大。

根据本研究结果并结合人工地震测深和小区域层析成像资料对汶川地震引起震中区介质结构波速变化的物理机制进行了分析，认为主要机制为浅层地壳和断层区内部结构破坏与震后孔隙弹性回弹。

研究结果还首次观测到了与水库蓄水过程相关的波速变化，紫坪铺水库蓄水后，1～2 s周期范围（约数百米至2 km深度的浅层地壳）的波速变化与库区水位变化呈明显的负相关，但震后的波速变化对库区水位变化比震前更为敏感，其机制可能为：汶川地震造成浅层地壳裂隙张开，导致了岩石渗透性和水的流动性显著增强，进而引起了对水位变化更为敏感的波速变化。