利用重复地震研究盖州震群地区介质变化

李彤霞，钱 蕊，付 聪，孔祥瑞，李梦莹

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

利用重复地震研究盖州震群地区介质变化

李彤霞，钱 蕊，付 聪，孔祥瑞，李梦莹

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

盖州震群自2012年2月2日开始活动,截至2016年12月已活动了近5年的时间,其中持续活动的青石岭序列精定位后的空间展布在5km以内,深度也较为集中，可作为重复地震进行研究。通过计算盖州地区2012年2月—2016年12月ML≥2.0重复地震序列经射线追踪法校正后的P波走时差,得到了盖州震群区域至岫岩台、辽阳台、高升台、瓦房店台四象限的介质变化情况，结果介质短期的变化受震群本身显著事件活动影响较为明显。中强地震前后周边地区介质变化显著。

重复地震；盖州震群；射线追踪；地壳介质变化

0 引言

对地球地壳的介质变化的研究目前方法较多，其主要的方法大都是通过地震波波速的变化来研究地壳地下介质的变化，如对波速比、视速度的研究等。20世纪50、60年代提出重复地震的概念之后，有很多专家学者通过重复地震来研究区域的介质变化，如Poupinet[1]利用天然重复地震的波形相似性来测量地壳介质波速随时间的变化。周龙泉等[2]研究了大姚重复地震，发现在震源区地壳P波速度在震前出现了快速上升。叶秀微[3]利用重复地震研究了广东阳江地区地壳介质变化。

盖州震群从2012年2月2日开始活动，其地震分布主要集中在青石岭、西海域、熊岳盆地、营口海域4个区域，其中青石岭区域的地震活动持续时间最长，从2012年2月2日至2016年12月持续存在地震活动，经过重新定位后，发现盖州震群空间展布在5km以内，深度分布也较为集中，从空间集中度上可以作为重复地震，以此来研究盖州震群活动过程中周边的介质变化情况。

1 方法原理

对于一丛重复地震，假设地震事件1从震源到达台站的走时可以用t1表示，地震事件2从震源到达同一台站的走时用t2表示，假设两次地震发生期间地壳介质未发生变化，由于天然重复地震不可能全部是完全意义上的重复，此时在台站接收到的这两个地震事件走时差t∆主要是由于震源位置不同引起的，其走时差可表示为：

当地震事件2发生前，介质发生了变化，走时由t2变为了：

式中，tδ表示由于介质发生了变化而引起的从地震事件2的震源到台站的走时变化。根据费马原理，可以将射线路径在介质变化前后视为未扰动，tδ纯粹是由介质变化引起的。结合式（1）、式（2），地震事件1、2在同一台站的走时差20t∆可表示为：

即走时差20t∆可以视为由震源位置不同引起的走时差1t∆和由介质变化引起的走时差tδ两部分组成，而其中tδ正是我们需要得到的介质变化的信息。根据式（1）～（3），只需计算介质未扰动时事件1和事件2到达台站的走时就可以消除由于震源位置不同引起的走时差。实际观测中，两个重复地震在同一台站观测得到的走时差t20除了由于震源位置不同而引起的走时差外，还包括了由于走时读取误差引起的走时差以及定位误差ε。很多专家在研究重复地震时，采用了波形互相关的方法来消除读数误差，但总体来说，读数误差2t∆相对较小，在不进行波形互相关的校正下，对研究结果的影响不大。本文研究的盖州震群区域经过重新定位可以消除定位误差，读数误差又相对较小，所以本文的研究中不再进行波形互相关来消除读数误差。

2 数据整理与速度模型的选取

为了具体研究盖州震群周边的介质变化情况，本文首先对2012年以来的盖州震群震相报告进行了整理，剔除了大于2倍均方差的走时数据，得到了2012年以来盖州震群较为准确的震相观测资料。同时为了进行介质变化的计算需要确定盖州震群地下的一维速度模型。

本文查询了诸多相关资料，最后借鉴了李志伟[4]环渤海地区层析成像对该地区的结果，并通过附近地震的观测报告，应用velest软件进行校正，得到了在盖州地区的P波速度一维模型，如图1所示。

图1 盖州地区地壳P波一维速度模型Fig.1 The 1-D crustal P wave velocity model of Gaizhou area

3 计算结果

为了使研究的结果更为可靠，本文在对盖州附近介质变化的研究之前，应用双差定位方法对2012年以来盖州震群中ML2.0以上地震进行了重新定位研究，研究结果显示，盖州震群主要活动区域分为东部的青石岭序列、中部的西海域序列及西部的营口海域序列，其中以青石岭序列活动时间持续最长，地震活动的强度最高。本文也将以此序列作为研究对象，通过精定位结果显示青石岭序列震中较为集中，空间展布在5km左右，深度也较为集中（图2）。这也使得对盖州震群周边介质变化的研究更为可靠。

图2 盖州震群双差定位前后（a为定位前、b为定位后）Fig.2 The results of double difference location of Gaizhou earthquake swarm

本文研究的地震序列为2012年2月2日至2016年12月30日盖州青石岭震群序列，并给定序列的中心为40.485oN、122.395oE，震源深度6 km，序列半径5km，如图3所示。为研究不同方向的介质变化情况，本文分别选取了台站到地震序列中心的距离大于5倍序列半径、四象限不同的4个台站，分别为：辽阳台、岫岩台、高升台和瓦房店台。

图3 盖州震群位置及台站空间分布图Fig.3 The distribution of earthquake swarm and seismic stations in Gaizhou

图4a、5a、6a、7a分别给出了盖州重复地震在辽阳地震台、岫岩地震台、高升地震台、瓦房店地震台的P波走时随时间变化情况, 图4b、5b、6b、7b给出的是校正位置后的盖州重复地震在各上述台站的P波走时随时间变化情况。通过盖州重复地震在辽阳地震台P波走时的变化情况来看（图4），2013年1月之前和2013年5月后，都存在P波走时差逐渐减小，这可能是由于辽阳台的位置距离2013年灯塔MS5.1级地震较近，而盖州重复地震至辽阳地震台这段的走时变化可能反映了灯塔MS5.1级地震前的应力积累和地震后应力调整所引起的该段的介质发生变化。通过盖州重复地震在岫岩地震台P波走时的变化情况来看（图5），盖州震群与岫岩地震台呈近东西向展布，其展布方向与盖州震群的破裂方向较为一致，剔除位置影响因素后，走时变化较为明显（图5b），其主要的走时变化主要与盖州震群的几次明显4级显著活动相关。主要反映了盖州震群应力积累过程中，介质的变化情况。盖州重复地震至高升地震台（图6）和瓦房店地震台（图7）的P波走时变化较小，可能是由于盖州至这两个台间的应力积累所引起的介质变化不明显。

图4 盖州重复地震在辽阳台的P波走时随时间变化Fig.4 The variation of the P wave travel time with time of Gaizhou recurrent earthquakes at Liaoning Seismic Station

图5 盖州重复地震在岫岩台的P波走时随时间变化Fig.5 The variation of the P wave travel time with time of Gaizhou recurrent earthquakes at Xiuyan Seismic Station

图6 盖州重复地震在高升台的P波走时随时间变化Fig.6 The variation of the P wave travel time with time of Gaizhou recurrent earthquakes at Gaosheng Seismic Station

图7 盖州重复地震在瓦房店台的P波走时随时间变化Fig.7 The variation of the P wave travel time with time of Gaizhou recurrent earthquakes at Wafangdian Seismic Station

4 结论

（1）盖州震群至岫岩地震台的P波走时变化情况说明，显著震群活动的发生区域在受到应力积累发生显著地震活动时，其本区的地下介质是会出现一定的变化。

（2）盖州震群至辽阳地震台的P波走时变化情况显示，在2013年1月23日灯塔MS5.1级地震前，P波走时差降低，说明该段介质存在P波速度逐渐升高的情况，证明震前存在应力积累的情况，而地震发生后的P波走时变化可能表明在5级地震后，应力逐步恢复到了另一个平衡阶段。

（3）本文通过盖州震群在4个象限上台站的P波走时变化情况，研究了盖州震群至几个台站方向的介质变化情况，发现介质变化显著的方向与地震的相关性较好。证明将显著的集中震群活动作为重复地震来研究辽宁地区的介质变化情况在理论上是可行的。

致谢：本研究采用的程序由中国地震台网中心周龙泉研究员提供，特此致谢！

[1] Poupinet G， Ellsworth W L， Frechet J. Monitoring Velocity Variations in the Crust Using Earthquake Doublets: An Application to the Calaveras Fault， California[J]. J Geophys Res， 1984， 89（B7）: 5719-5731.

[2] 周龙泉， 刘桂萍， 马宏生， 等. 利用重复地震观测地壳介质变化 [J]. 地震， 2007， 27（3）: l-9.

[3] 叶秀薇， 闻则刚， 刘锦， 等. 利用重复地震研究广东阳江地区介质变化 [J]. 地震， 2008， 28（4）: 103-111.

[4] 李志伟， 胥 颐， 郝天珧， 等 . 环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构[J]. 地球物理学报， 2006， 49（3）: 797-804.

Abstract:By the time of December 2016 Gaizhou earthquake swarm activities has been lasted for nearly 5 years. The spatial distribution of the Qingshiling sequence of the continuous activity is within 5km. The depth is also more concentrated and can be used as the study of recurrent earthquakes. Through the calculation of Gaizhou areaML≥2.0 recurrent seismic sequence from February, 2012 to December, 2016 by ray tracing method after correction of P wave travel time difference, the four quadrant medium changes from Gaizhou earthquake swarm to Xiuyan Seismic Station, Liaoyang Seismic Station, Wafangdian Seismic Station. The results showed that the short-term change of media is obviously influenced by the events of the earthquake swarm itself. Before and after medium strong earthquake, the surrounding area has significant changed.

Key words:recurrent earthquake; Gaizhou earthquake swarm; ray tracing; variation crustal media

Monitoring Crustal Media Variation in Gaizhou Area of Liaoning Province by Using Recurrent Earthquakes

LI Tong-xia，QIAN Rui，FU Cong，KONG Xiang-rui，LI Meng-ying
（Earthquake Administration of Liaoning Province, Liaoning Shenyang 110034, China）

P315.6

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.03.001

1674-8565（2017）03-0001-04

2017-04-18

2017-06-07

李彤霞（1980-），女，辽宁省辽阳市人，2002年毕业于防灾科技学院，本科，工程师，现主要从事地震预测研究方面的工作。E-mail：ltx80@sohu.com