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基于祁连山主动源资料的介质波速变化研究

邹锐  
【摘要】:地震的孕育和发生往往伴随着地下介质应力状态的变化,而介质应力状态的变化会引起地震波波速的变化。研究地下介质的波速变化有助于我们研究地下介质的物性变化、了解地震的孕育过程、认识地震发生的机理。在利用人工震源对地下介质进行探测的诸多震源中,大容量气枪震源具有高度的可重复性、能量强、探测距离远、绿色环保等独特优势。基于此,中国地震局兰州地震研究所在甘肃省张掖市西流水水库建立了我国第三个大容量气枪发射平台—祁连山主动源气枪信号发射平台,用以探测和监测祁连山地区的地下介质结构及其变化。本文依托已建设完成的祁连山主动源气枪信号发射平台,首先分析了祁连山主动源气枪发射平台的震源重复性、最佳沉放激发深度、监测能力等特点。在简要介绍地下介质波速变化的计算方法基础上,利用2015年7月至2016年11月祁连山主动源气枪信号资料,对祁连山中段地区台站接收到气枪信号的走时进行了测量,并讨论分析了影响祁连山主动源台站走时变化的因素,得到以下认识与结论:1.祁连山主动源气枪信号发射平台性能良好,气枪震源重复性高,最佳沉放深度为25m,激发信号强和探测范围大等特点,非常适合开展祁连山地区地下介质的探测与监测。波形叠加和相关系数结果表明气枪震源重复性非常好,祁连山主动源气枪不同沉放深度的激发试验结果分析认为,气枪震源沉放深度应选择为25m效果为最佳,其主频约为7Hz;单次激发的气枪震源信号最远可以在距气枪震源304km的古浪台(GLT)识别,110次叠加的信号可以追踪到412km的安西台(AXX),通过4600次的信号叠加可以在距气枪震源677km的乌图美仁台站(WTM)观测到。2.两次中强地震前存在较明显的走时异常变化。利用祁连山主动源自2015年7月至2016年11月的气枪激发数据,采用互相关时延检测技术对祁连山中段地区各个台站的走时变化进行测量,结果表明:在2016年青海门源、2015年青海祁连地震发生前各自震源区内台站均出现了两次相对走时下降变化(走时减少),地震发生于走时变化恢复过程中。两次地震(2016年门源地震、2015年祁连地震)发生前后在各自震源区的台站存在明显的Pg和Sg震相走时变化,祁连Ms5.2、门源Ms6.4各自地震震源区内台站的震相走时变化具有同步性和一致性,两次地震震前S波走时变化最低幅度达13~18ms。3.2015年7月至2016年11月时期内,除青海门源和青海祁连地区地下介质波速在地震期间存在明显较大变化外,祁连山中段地区地下介质相对波速变化较为平稳。其中门源地震震源区内ZDY38台站震前S波平均波速相对变化为0.38%,ZDY37号台站震前S波平均相对波速变化为0.27%,62430台站震前S波平均波速相对变化为0.15%,HJT台站震前S波平均波速变化约为0.34%。祁连地震震源区内63001台站震前S波平均波速变化约0.24%,63005震前S波平均波速变化约为0.09%,QIL台站震前S波平均波速变化约为0.06%。而震源区外各个台站的平均波速变化均在0.001%~0.02%之间,且变化幅度相对稳定。4.讨论分析了影响走时变化的因素,如水库水位,固体潮等。通过对祁连山主动源激发场地所在水库(西流水水库)水位进行分析,得到了水库水位最大落差引起的走时变化约为5ms。2015年9月31日至2015年11月5日我们进行了固体潮实验,通过求取P波最大值所对应时间位置并与这期间肃南洞体应变仪记录到的洞体应变进行分析对比,发现与其记录到的应变有较好的一致性,祁连山主动源台站受到固体潮的影响所引起的最大走时变化约为10ms。综合分析认为:两次中强震震前各自震源区内各个台站的走时低值变化与这些影响因素关系不大,很可能是由于震前孕震过程中该区域内断裂带附近的应力状态改变造成的。


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