河北邯鄲—邢臺地區波速比和泊松比分布特征研究①

張小濤，韓麗萍，張新東，張雙鳳，暢國平，尹小兵

（1.吉林大學，吉林 長春 130026；2.河北省地震局邯鄲中心臺，河北 邯鄲 056001；3.河北省地震局紅山地震臺，河北 隆堯 055350）

0 引言

在地震孕育過程中，孕震區介質性質的變化會導致波速的變化，研究波速變化可以提供地震孕育的震兆信息。我國自開展波速比研究以來，已經取得了很多成果。刁桂苓、周仕勇等討論了岫巖地震序列的平均波速比前兆異常［1］。劉繼祿等分析了張北6.2級地震前后源區與場區波速比的時空變化特征及其異常［2］。梅世蓉、陸遠忠等也有利用波速比異常做出預測的震例［3－4］。啜永清、宋美琴采用格點嘗試法、和達法分別計算了山西大同盆地的平均波速比，探討了該區平均波速比在中強震前后的變化規律，得出山西大同盆地地震波速比在主壓應力P軸取向穩定的條件下同步降低的負異常與該區中強地震有一定對應關系的結論［5］。趙晉明等從實驗上確證巖石在破裂前，波速比會發生明顯變化［6］。此外，波速比也用來分析地殼和地幔的結構。黎明曉、張曉東計算了首都圈地區的平均波速比并應用多臺法測定了華北地區地殼的平均波速比［7］。馮建剛等利用和達法計算了青藏高原東北緣平均波速比［8］。本文開展對河北省邯鄲—邢臺地區波速比和泊松比的空間分布特征研究，能夠對提取一定的震兆信息提供依據，對了解該地區的孕震環境和地質構造介質狀況也有參考價值。

1 方法及原理

假如震中周圍有n個臺的資料，則以和達法為基礎，利用不同地震臺記錄到的近震直達Pg、Sg波到時TPi、TSi，通過最小二乘法計算平均波速比：

式中ΔTi＝TSi－TPi。

相關系數R由下式計算：

根據求出的波速比γ，由波速比和泊松比之間的關系，可得到地殼的泊松比值

γ值的增加或減小反映了巖性或者巖性物理狀態及化學成分的變化。

2 觀測資料情況

本文研究的區域范圍為 35.0°～38.0°N，113.0°～116.0°E。研究區位于中、小地震較為活躍的地震帶，該地區也是邯鄲地震臺網監控最好的地區。分析了區域內9個遙測臺站所記錄的2001年1月－2008年12月間發生的535次ML≥1.5地震，震中距都在200km以內。要求每個地震保證至少有4個臺站的清晰記錄，去掉波形重疊、難以辨認的地震，經過認真篩選后，用于計算的ML≥1.5地震413次，震源深度分布在3～25km范圍內，平均深度為11.4km。研究區震中和斷裂帶分布見圖1，各臺站儀器信息主要參數見表1。用于分析的地震震源參數采用雙差精定位結果［9］。為了研究方便，我們將研究區按1°×1°分為A1～A9共計9個小區，計算每個分區內所有地震的波速比，得到該區的一個平均波速比值。

圖1 研究區震中與臺站分布圖Fig.1 Distributions of earthquake epicentres and seismic stations in the study area.

3 結果與分析

研究范圍內在A1～A9區中地震事件全部在6個以上，其中1966年邢臺7.2級大地震震中（37.5°N ，115.1°E）位于 A2區，1831年磁縣7.5級大地震震中（36.4°N，114.2°E）位于 A5區，1981年菏澤5.9級地震震中（35.3°°N，115.2°°E）位于 A9區，這三個區內地震事件較多，最多的小區A5達到了149個，表2給出各個小區計算的事件個數和結果。9個小區波速比值在1.696～1.737之間，相關系數在0.9883～0.9991之間，研究區平均波速比值為1.719，略低于地殼的平均波速比1.732。

根據式（3）計算得到了研究區內的泊松比值的分布特征。平均泊松比值為0.244，波速比值和泊松比值的空間分布見圖2。從圖2可以看出，研究區內波速比和泊松比在37°N兩側呈現反向的變化，上側的A1、A2、A3三個小區內，自東向西逐漸減小；下側自東向西逐漸增大，而37°N緯度線把1966年邢臺震區和1831年磁縣震區分開，這種分布應該與地殼的速度結構和巖石的物理性質有關。研究區有很多斷裂帶分布，其中包括新河斷裂、磁縣—大名斷裂、林縣斷裂、聊城—蘭考斷裂等發生過大地震的斷裂帶，這些復雜的地質環境通過平均波速比和泊松比都有所反映，平均波速比較為客觀的反映了地下介質在空間位置上的差異。

表1 使用的數字地震臺站信息表

表2 各小區內平均波速比及相關系數

圖2 研究區內波速比和泊松比的空間分布圖Fig.2 Distributions of wave velocity ratio values and Poisson＇s ratio values in the study areas.

為了直觀地揭示邯鄲－邢臺地區地殼介質變化的空間分布特征，我們利用從9個小區所得出的均值結果經插值得到該區波速比和泊松比的等值線分布如圖3所示。從圖3和圖1中地震空間位置分布可以看出研究區內波速比和泊松比分布比較復雜，存在四個高值區域，1966年邢臺地震震源區位于其中的一個高值區域，1831年的磁縣地震震源區位于四個高值區域的交匯處。從等值線的變化程度看出，邢臺震源區等值線值為1.726，磁縣震區為1.721，略高于研究區的均值1.719。由于地震多發生在地殼18km以上，所以這種變化是上地殼介質特性的反映。

圖3 研究區內波速比和泊松比的等值線分布圖Fig.3 The isolines of wave velocity ratio and Poisson＇s ratio in the study areas.

實驗研究表明［10］，對于普通的巖石而言，泊松比的變化范圍是0.20～0.35之間，而且它對巖石的組成特別敏感，地殼平均泊松比的變化可能由許多地球物理和地球化學因素所致，且巖石的礦物組成對泊松比的變化有著重要影響，其中花崗巖泊松比為0.24，閃長巖為0.27，輝長巖0.30［11］。同樣，部分熔融對P波和S波速度比也有很大的影響，地震波速比值隨著熔融體熔融程度的增加而增大［12］，如部分熔融程度為5% 的花崗巖的泊松比約為0.31，而沒有熔融的花崗巖的泊松比約為0.24。本文研究區域內泊松比平均值0.244，反映平均深度11.4 km，反映了上地殼沒有熔融的介質性質，本文泊松比計算結果與研究區內地質構造以花崗巖為主一致。

4 結論與討論

根據多臺和達法，利用邯鄲—邢臺地區9個數字地震臺的觀測數據對該區波速比和泊松比分布特征進行研究，獲得了具有一定參考價值的結果：

（1）分析計算了研究區的波速比和泊松比值的空間分布特征，9個小區波速比值在1.696～1.737之間，相關系數在0.988 3～0.999 1之間，研究區平均波速比值為1.719，平均泊松比值為0.244，本文泊松比計算結果與研究區內地質構造以花崗巖為主一致，同時也說明計算結果是可靠的。

（2）復雜的地質構造通過平均波速比和泊松比都有所反映，平均波速比和泊松比較為客觀的反映了地下介質在空間位置上的差異，研究區內波速比和泊松比變化比較復雜，這種變化是上地殼介質性質變化的體現。

［1］刁桂苓，周仕勇，劉杰，等.岫巖地震序列的平均波速比前兆異常［J］.華北地震科學，2005，23（4）：1－5.

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［6］趙晉明，胡毅力，楊潤海，等.巖石臨破前波速奇異變化的再研究［J］.地震研究，2001，24（2）：136－139.

［7］黎明曉，張曉東.應用多臺法測定華北地區地殼的平均波速比［J］.地震，2004，24（1）：163－169.

［8］馮建剛，代煒，董志平，等.青藏高原東北緣平均波速比的測定及研究［J］.西北地震學報，2009，31（1）：61－65.

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