﻿ 唐山地区波速比变化特征研究
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 大地测量与地球动力学  2019, Vol. 39 Issue (7): 686-690  DOI: 10.14075/j.jgg.2019.07.004

### 引用本文

WANG Yaru, SONG Zhao, LIU Xiaodan, et al. Change Characteristics of Wave Velocity Ratio in Tangshan Area[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2019, 39(7): 686-690.

### Foundation support

The Spark Program of Earthquake Technology of Hebei Earthquake Agency, No.DZ20190416005, DZ20170508026, DZ20170109002;The Spark Program of Earthquake Technology of CEA, No.XH18008Y, XH17007.

### Corresponding author

WANG Xiang, senior engineer, majors in earthquake prediction, E-mail:wangx@eq-he.ac.cn.

### 第一作者简介

WANG Yaru, engineer, majors in digital seismology and earthquake prediction, E-mail:wangyr24@163.com.

### 文章历史

1. 河北省地震局，石家庄市槐中路262号，050021

1 计算原理

 $\frac{{{V_{\rm{P}}}}}{{{V_{\rm{S}}}}} = 1 + \frac{{n\sum\limits_{i = 2}^n \Delta t_i^2 - {{\left( {\sum\limits_{i = 1}^n \Delta {t_i}} \right)}^2}}}{{n\sum\limits_{i = 1}^n \Delta {t_i}{t_{{{\rm{P}}_i}}} - \sum\limits_{i = 1}^n {{t_{{{\rm{P}}_i}}}} \sum\limits_{i = 1}^n \Delta {t_i}}}$ (1)
 $R = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {\left( {{t_{{{\rm{P}}_i}}} - {{\bar t}_{\rm{P}}}} \right)} - \left( {\Delta {t_i} - \Delta {{\bar t}_i}} \right)}}{{\sqrt {\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{t_{{{\rm{P}}_i}}} - {{\bar t}_{\rm{P}}}} \right)}^2}} \sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {\Delta {t_i} - \Delta {{\bar t}_i}} \right)}^2}} } }}$ (2)

 $\begin{array}{c} \gamma = {\left( {\frac{{{V_{\rm{P}}}}}{{{V_{\rm{S}}}}} - 1} \right)^2} \cdot \\ \sqrt {\left| {\frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {\delta {t^\prime }_{{{\rm{P}}_i}}} \right)}^2}} }}{{(n - 2)[n\sum\limits_{i = 2}^n \Delta t_i^2 - {{(\sum\limits_{i = 2}^n \Delta {t_i})}^2}]}}} \right|} \end{array}$ (3)
2 资料选取

 图 1 研究区地震及台站分布 Fig. 1 Distribution of seismic stations and earthquakes in the studied area

3 波速比计算结果分析 3.1 单台多震波速比特征分析

 图 2 唐山地区10个台站的地震射线图(左)和单台波速比时序图(右) Fig. 2 Seismic ray map of 10 stations in Tangshan region(left)and time series curve of single station wave velocity ratio(right)

2004~2014年唐山地区ML≥4.0地震显示出2 a左右的发震规律，同时兼有双震特征[8]。选取2008~2018年的震相数据进行分析，2008-03-11卢龙ML4.4地震因震前波速比数据较少，不作研究。2010-03-06和2010-04-09研究区分别发生滦县ML4.8和丰南ML4.6地震，几乎所有台站的地震射线都较好地覆盖了滦县ML4.8地震的震中，DOH、LUT、QIX、FTZ和XAZ台的地震射线基本覆盖丰南ML4.6地震。震前FTZ和DOH台均出现明显的低值下降，低值持续1 a左右后缓慢回升。LUT和XAZ台周边的地震相对稀疏，导致波速比数据连续性不佳，但震前也出现低值回升的趋势。出现异常的这4个台站中，DOH台位于唐山断裂带附近菱形块体的中间部位，距离滦县ML4.8地震最近；FTZ、LUT和XAZ台位于蓟运河断裂附近，大体位于菱形块体的南部区域，其地震射线均较好地覆盖了滦县ML4.8和丰南ML4.6地震，这两次地震也分别发生在菱形块体的中部和南部，这表明异常台站与地震具有一定的相关性。震后DOH、FTZ和LUT台的波速比从高值快速回落。研究表明，大震后由于受震源区应力释放、介质产生破裂及液体流入等因素的影响，震源区地震波速会出现同震或者震后大幅度快速下降的现象[9]，而岩石实验研究也表明[10]，地下岩石的波速和波速比随时间的变化跟其周围应力变化存在一定的相关性，这可能表明，地震发生后台站附近的应力累积有所释放，应力水平降低。2012-05-28唐山ML5.1地震为研究区近年来最为显著的地震事件，距2010-03-06滦县ML4.8地震仅5 km，距最近的DOH台约16 km。该次地震位于唐山-滦县断裂带附近，后天津宝坻又发生ML4.5地震，距离其最近的台站为FTZ。这两次地震发生前，DOH、LUT、QIL、QIX、FTZ和XAZ台在震前1.5 a左右出现同步下降，以DOH台异常最为显著，持续时间1 a左右，随后慢慢回升到均值线附近并小幅度波动直至地震发生，表现为下降-低值-恢复-发震的典型波速比异常形态。

2014-10-14滦县ML4.0地震发生于该区2 a准周期的时间节点上，相较于前两次准周期活动，本次地震序列的强度和频度都较低。随后，唐山地区的地震活动出现新的变化。2015-09-14河北卢龙ML4.7地震打破该区2 a准周期的发震规律，1 a后在2016-09-10唐山又发生ML4.6地震。其中，滦县ML4.0和卢龙ML4.7地震均位于滦县-乐亭断裂带附近，靠近菱形块体的北部；唐山ML4.6地震发生于唐山断裂带附近，位于菱形块体的中间。DOH、CLI、BDH、TLK、QIX和QIL台的地震射线较好地覆盖了这3次地震，但是卢龙ML4.7地震前并无明显的低值异常，这可能与2014-10-14滦县ML4.0地震缓解唐山地区的应力累积有一定的关系。在唐山ML4.6地震发生前，CLI、BDH、TLK、QIL台波速比出现低值异常，其中BDH台低值持续近2 a，CLI、TLK、QIL台则在2016年初出现同步下降，持续0.5 a左右后又逐步回升，随后发震。这4个台站主要位于菱形块体的东北部，也较好地对应了这3次地震的位置。目前唐山地区ML≥4.0地震已经平静了1.5 a，具有发生4级地震的背景。DOH台自2017年出现低值回升，CLI台在2017年底也出现小幅度的低值，目前已回升到均值线附近，其他台站无明显异常。综上所述，唐山地区单台波速比在中等地震发生前存在一定的异常变化，异常持续时间多为1 a左右，异常台站的方位与地震具有一定的相关性。

3.2 多台多震波速比特征分析

 图 3 唐山地区地震射线图和不同比例尺下波速比时序曲线 Fig. 3 Seismic ray map of Tangshan region and time series curve in different scale of wave velocity ratio

3.3 讨论

4 结语

 [1] 李艳娥, 王林瑛, 宋美卿, 等. 从波速比变化看汶川与芦山地震的孕震过程[J]. 大地测量与地球动力学, 2016, 36(11): 991-997 (Li Yan'e, Wang Linying, Song Meiqing, et al. Study of the Seismogenic Process from Wenchuan to the Lushan Earthquake Based on Wave Velocity Ratio Temporal Variation[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2016, 36(11): 991-997) (0) [2] 李艳娥, 王林瑛, 郑需要. 汶川地震前后波速比变化特征的再研究[J]. 地震学报, 2014, 36(3): 425-432 (Li Yan'e, Wang Linying, Zheng Xuyao. Restudy of the Variation of vP/vS before and after the Wenchuan Earthquake[J]. Acta Seismologica Sinica, 2014, 36(3): 425-432 DOI:10.3969/j.issn.0253-3782.2014.03.008) (0) [3] 李丽, 宋美琴, 吴昊昱, 等. 2010年河津MS4.8地震前后单台波速比变化特征分析[J]. 地震地磁观测与研究, 2016, 37(1): 8-14 (Li Li, Song Meiqin, Wu Haoyu, et al. Temporal Variation of vP/vS at Single Seismic Station before and after Hejin MS4.8 Earthquake in the Year 2010[J]. Seismological and Geomagnetic Observation and Research, 2016, 37(1): 8-14) (0) [4] 王亚茹, 王想, 宫猛, 等. 河北及邻区平均波速比变化特征分析[J]. 中国地震, 2016, 32(4): 747-755 (Wang Yaru, Wang Xiang, Gong Meng, et al. The Average Wave Velocity Ratio Analysis of the Characteristics in Hebei Province and Its Adjacent Areas[J]. Earthquake Research in China, 2016, 32(4): 747-755 DOI:10.3969/j.issn.1001-4683.2016.04.018) (0) [5] 虢顺民, 李志义, 程绍平, 等. 唐山地震区域构造背景和发震模式的讨论[J]. 地质科学, 1977, 12(4): 305-321 (Guo Shunmin, Li Zhiyi, Cheng Shaoping, et al. Discussion on the Regional Structural Background and the Seismogenic Model of the Tangshan Earthquake[J]. Scientia Geologica Sinica, 1977, 12(4): 305-321) (0) [6] 王峻, 刘启元, 陈九辉, 等. 首都圈地区的地壳厚度及泊松比[J]. 地球物理学报, 2009, 52(1): 57-66 (Wang Jun, Liu Qiyuan, Chen Jiuhui, et al. The Crustal Thickness and Poisson's Ratio Beneath the Capital Circle Region[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2009, 52(1): 57-66 DOI:10.3969/j.issn.1672-7940.2009.01.012) (0) [7] 董一兵.沉积盆地近震转换波及其在震源深度测定中的应用[D].合肥: 中国科学技术大学, 2017 (Dong Yibing. Locally Converted Waves and Applications in Resolving Focal Depth in Sedimentary Basins[D].Hefei: University of Science and Technology of China, 2017) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10358-1017296363.htm (0) [8] 张跃刚, 王玉珍, 尹宝军, 等. 2012年5月28日河北省唐山4.8级地震[J]. 中国地震, 2013, 29(2): 219-229 (Zhang Yuegang, Wang Yuzhen, Yin Baojun, et al. The Tangshan MS4.8 Earthquake on May 28, 2012 in Hebei Province[J]. Earthquake Research in China, 2013, 29(2): 219-229 DOI:10.3969/j.issn.1001-4683.2013.02.004) (0) [9] 施行觉, 赵闯, 杨映希, 等. 岩石临破裂前波速变化特征的实验研究[J]. 地球物理学报, 2012, 55(10): 3386-3392 (Shi Xingjue, Zhao Chuang, Yang Yingxi, et al. Experimental Study of Velocity Characteristic before Rock Fracture[J]. Chinese Journal Geophysics, 2012, 55: 3386-3392 DOI:10.6038/j.issn.0001-5733.2012.10.021) (0) [10] 王林瑛, 李艳娥, 李芳, 等. 汶川地震前后地震波速比和视速度变化特征的研究[J]. 地震学报, 2011, 33(1): 1-14 (Wang Linying, Li Yan'e, Li Fang, et al. Temporal Variation of vP/vS, vP and vS before and after 2008 Wenchuan Earthquake[J]. Acta Seismologica Sinica, 2011, 33(1): 1-14 DOI:10.3969/j.issn.0253-3782.2011.01.001) (0)
Change Characteristics of Wave Velocity Ratio in Tangshan Area
WANG Yaru1     SONG Zhao1     LIU Xiaodan1     GUO Lei1     WANG Yan1     WANG Shi1     GONG Meng1     WANG Xiang1
1. Hebei Earthquake Agency, 262 Huaizhong Road, Shijiazhuang 050021, China
Abstract: We select the seismic phase reports of Tangshan region by Hebei digital seismic network from 2008 to 2018 and calculate the wave velocity ratio by multi station-multi earthquake method and single station-multi earthquake method. We then analyze the characteristics of wave velocity ratio change combined with seismic activity. The results show that using the velocity ratio by multi station-multi earthquake method is more stable, but the results by the single station-multi earthquake method show more detail, and low value anomaly appears in varying degrees before ML≥4.5 earthquakes in the Tangshan region. The locations of abnormal stations correspond to earthquakes, to some extent.
Key words: Tangshan; earthquake; wave velocity ratio; station