利用三分量背景噪聲互相關技術測量2008年汶川震中區的波速變化

劉志坤黃金莉Zhigang Peng蘇金蓉中國地質大學（北京）地球物理與信息技術學院，北京 1000832）中國科學技術大學地球和空間科學學院，合肥 2300263）中國地震局地震預測研究所，北京 100036School of Earth and Atmospheric Sciences, Georgia Institute of Technology, Georgia, USA四川省地震局，成都 610044

利用三分量背景噪聲互相關技術測量2008年汶川震中區的波速變化

劉志坤1，3）黃金莉1）Zhigang Peng4）蘇金蓉5）
1）中國地質大學（北京）地球物理與信息技術學院，北京 100083
2）中國科學技術大學地球和空間科學學院，合肥 230026
3）中國地震局地震預測研究所，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年汶川地震導致龍門山斷裂帶中段的北川-映秀斷裂和灌縣-江油斷裂分別產生了約240 km和72 km的地表破裂，地震引起地表顯著破裂的同時，也一定會使地下介質屬性和狀態發生改變，研究這些變化對于了解汶川地震機理、斷層帶演化和地震危險性分析都有重要意義。近年來迅速發展的利用背景噪聲測量波速變化的方法，為研究地震引起地下介質隨時間變化提供了新的思路。國內外幾個研究小組已經利用該方法對汶川地震引起的地殼介質波速變化情況進行了研究，這些研究應用了四川區域臺網或川西臺陣的數據。這兩個臺網臺站平均間距較大，四川區域臺網的平均臺間距大于50 km，川西臺站則約為20～30 km；而且這些臺站距離汶川地震震中和地表斷裂帶相對較遠，難以獲得震中區地震波速度隨時間變化的過程。而距離汶川地震震中較近的紫坪鋪水庫臺網臺間距較小（小于10 km），且在汶川地震前后均有良好的連續觀測資料，為研究震中區介質波速的時空變化提供了寶貴的數據。

本研究利用靠近汶川震中的紫坪鋪水庫臺網6個臺站和區域臺網離震中最近的YZP臺2004—2011年的三分量連續波形，發展了基于三分量背景噪聲的波速變化測量方法，使噪聲互相關的分量組合由只用垂直分量資料時的單分量組合增加到9個，通過多分量組合的疊加極大地提高了波速變化的測量精度和計算結果的穩定性；采用分周期（頻帶）測量的方法，有效地約束了波速變化的賦存深度。

研究結果表明，對于1～8 s周期（反映地下約數百米至10 km深度），在汶川地震前長達4年的時間里（2004年8月至2008年5月）波速變化一直保持平穩；在汶川地震發生時所有的周期（1～2 s、2～4 s 和4～8 s）均觀測到了明顯的同震波速降低，其中2～4 s周期范圍（敏感深度約為1～4 km）觀測到的波速降低最大，約為0.2%；汶川地震后波速逐漸恢復，在震后的前幾十天波速呈現近似對數形態的快速恢復特征，之后3年（至2011年9月）波速恢復過程非常緩慢，波速降低基本固定在一恒定值（周期2～4 s 和4～8 s波速降低分別為0.13%和0.08%）可能說明斷層區內部介質結構在地震中產生了永久性破壞；汶川地震震中區周邊同震波速變化的空間分布結果顯示，不同周期波速變化的平面分布不同，但一個基本特征是靠近汶川地震地表破裂帶附近的同震波速降低較大。

根據本研究結果并結合人工地震測深和小區域層析成像資料對汶川地震引起震中區介質結構波速變化的物理機制進行了分析，認為主要機制為淺層地殼和斷層區內部結構破壞與震后孔隙彈性回彈。

研究結果還首次觀測到了與水庫蓄水過程相關的波速變化，紫坪鋪水庫蓄水后，1～2 s周期范圍（約數百米至2 km深度的淺層地殼）的波速變化與庫區水位變化呈明顯的負相關，但震后的波速變化對庫區水位變化比震前更為敏感，其機制可能為：汶川地震造成淺層地殼裂隙張開，導致了巖石滲透性和水的流動性顯著增強，進而引起了對水位變化更為敏感的波速變化。