监测地下介质速度变化在地震预测方面具有重要的意义。Poupinet等^[1]和Ratdomopurbo 等^[2]使用重复地震波形资料，首次采用移动窗互相关技术计算重复地震波形间的时间偏移，进而计算研究区的波速变化；Snieder等^[3-4]发展了这一方法，将其命名为尾波干涉法。尾波干涉方法基于尾波的多次散射特性，利用相近台站记录到的震中位置相同的重复地震波形资料，可以研究地下介质弹性参数的细微变化^[5-7]。地壳介质弹性参数变化与介质的物性和应力应变相关，可推测地下介质的动态变化^[8-11]。大地震前后地下介质的动态变化一定程度上反映了地震的孕育和演化规律，与应力状态变化有关^[12]，因此获取区域地壳介质变化信息，有助于更好地了解应力状态的变化，可为地震（火山）的孕育、形成及发震提供研究思路和指导意义^[13]。尾波干涉测量目前国内的研究结果有限，在中强地震发生前后的地壳介质变化研究方面，肖卓运用尾波干涉技术监测了2014年盈江双震期间地壳介质状态的变化^[14]；汪建等运用尾波干涉技术研究了2017年重庆武隆M_S5.0地震后震源区地壳介质动态变化^[15]；郭雨帆等对2005年11月26日九江-瑞昌M_S5.7和2011年9月10日瑞昌-阳新M_S4.6地震后的地壳介质变化进行了分析^[16-17]。以上研究均发现了重复地震发生期间波速的细微变化。

寻乌及邻区构造断裂纵横交错，历史上共记录到4.7级以上地震5次，最大地震为1806年会昌南6.0级地震，该地震也是江西省有史以来发生的最大地震。研究区小震活动较为频繁，2017—2021年共发生4次M_L≥2.0震群活动，最大为2017年11月6日至2018年4月5日寻乌M_L3.8地震震群，该地区应力变化和应力状态成为密切关注的问题。本文利用寻乌及邻区台站记录的数字地震波形资料，采用波形互相关方法挑选重复地震，然后利用尾波干涉方法计算重复地震发生期间的波速变化，结合b值计算结果，探讨地壳介质变化和应力状态。

寻乌及邻区主要的控震断裂带为石城-寻乌断裂、宜黄-安远断裂、全南-周田断裂和寻乌-全南断裂带，2009年1月至2021年5月发生M_L≥1.0地震400次，其中M_L1.0～1.9地震334次，M_L2.0～2.9地震56次，M_L3.0～3.9地震10次。本文选取400次M_L≥1.0地震波形进行重复地震挑选，然后利用尾波干涉方法对重复地震对进行地壳介质变化分析。地震波形资料由国家数字测震台网数据备份中心提供^[18]，使用了江西、福建和广东区域地震台网记录的波形资料。研究区地震和台站分布见图1。

图  1  地震、台站和构造分布

Figure 1.  Distribution of earthquakes, stations and structures

重复地震的震源性质和传播路径基本一致，因此其在同一台站记录的地震波形极其相似，同一组重复地震内的波形差异认为是由于介质的变化所引起，因此利用重复地震可以研究地壳介质的波速变化^[14]。进行重复地震挑选时，首先对波形去倾斜、去线性趋势及0.5～10 Hz带通滤波预处理，然后计算同一台站任意两个地震波形的互相关系数，计算起点为P波到时前1 s，长度为4倍Sg、Pg震相走时差^[15]，2个以上台站相关系数大于等于0.95且精定位距离1 km以内的地震群事件可判定为重复地震^[14]。由于本研究区域地震震级较小，位置不集中，精定位效果不好，地震定位采用区域地震台网结果，重复地震之间的距离放宽至1.5 km。

筛选得到4组重复地震对（地震群），编号为D1、D2、D3、D4，分别分布在会昌、安远、平远和寻乌县，由XUW（寻乌）、HUC（会昌）、ANY（安远）、SHLC（上杭临城）台站记录，震级在M_L1.9以上，震级差最大为0.5，最小为0.1，重复地震对之间的距离均在1.5 km内（表1）。D1、D2、D3各包含2个地震事件，D4包含4个地震事件，该4个事件可分为3个地震对，编号为D4-1、D4-2、D4-3，一共得到6个地震对。D1地震对的2个地震发震时间较长，间隔时间近3年，其他5个地震对间隔较短，均在1个月以内。重复地震和台站分布见图2。

图  2  重复地震和记录台站分布

Figure 2.  Distribution of repeating earthquakes and its seismic recording station

本文采用移动窗口互相关法^[19]，将发震较早的重复地震当作参考地震，从初至P波到时开始对重复地震对进行尾波干涉分析。为获得更小的走时延迟，在尾波干涉测量之前，采用插值法将原始信号的采样率提升至10 000 Hz^[7]，即两列波形的走时延迟最小为0.000 1 s。通过移动时间窗，计算每一个时间窗内波形的走时延迟，得到走时延迟及不相关系数随流逝时间的分布。参数设置参考肖卓等^[14]和汪建等^[15]的经验，选取P波初至到时至S波到时的2倍加4 s作为尾波干涉测量窗口，移动窗口长度为1 s，移动步长为0.05 s，即每1 s内有20个干涉测量点。

假设介质中波速变化是均匀的，若波速下降（增大），则两列波形的走时偏移将随着流逝时间线性上升（减小），波速变化和误差估计的原理见文献[5,15,20]。

由于震源区外的地壳介质变化更小，距离较远的台站尾波干涉不明显，本文挑选D1、D2、D3、D4-2地震对45 km以内的记录台站（XUW、ANY、HUC）进行尾波干涉分析，D4-1和D4-3记录台站的震中距均超出80 km，在此不进行尾波干涉分析。

对于XUW台，共记录到4个地震对D1、D2、D3、D4-2，分别分布在会昌、安远、平远和寻乌县，D1、D2发生在台站以北，震中距分别为20 km和33 km，D3、D4-2发生在台站以南，震中距分别为28 km和21 km（图2）。图3a给出了D1在XUW台的尾波干涉结果，可见在P 波尾波段不相关系数出现一个短周期的“尖峰”变化，走时延迟也有小幅脉冲变化，S波段不相关系数和走时延迟变化平稳；S波早期尾波段(5.1～6.1 s)延迟时间上升加快，意味着波速减小，选取该段计算其相对波速变化，结果约为4.5‰。图3b给出了D2的尾波干涉结果，在P波尾波段不相关系数和走时延迟出现了同步阶降变化，在S波段不相关系数和走时延迟变化平稳；S波早期尾波段(5.95～8.25 s)走时延迟变化复杂，整体呈下降变化，代表波速增大，相对波速变化约为2.5‰，变化不显著。图3c给出了D3的尾波干涉结果，在P波尾波段，不相关系数和走时延迟先上升后阶降，在S波段相关系数较高，走时延迟平稳；S波早期尾波段(4.1～5.0 s)走时延迟加速上升，波速减小，波速变化约为1.1%，变化幅度较大。图3d给出了D4-2的尾波干涉结果，显示在P波尾波段不相关系数和走时延迟先下降后转平，在S波段相关系数较高，走时延迟平稳；在S波早期尾波段(4.0～4.6 s)走时延迟加速线性上升，波速减小，波速变化约为2.4%。总的来看，记录的4个地震对波形在P波尾波段不相关系数和走时延迟有不同程度“尖峰”或阶变变化，在S波段不相关系数和走时延迟变化均较为稳定；S波早期尾波段走时延迟有明显增加或者减小的现象，与肖卓等^[14]和汪建等^[15]研究结果一致。其中，D台站南部的2个重复地震对记录到的波速相对变化比北部明显，在2016年8月1—4日和2017年12月15日至2018年1月1日2个时段波速均表现为下降变化。

图  3  XUW台重复地震对的波形、不相关系数和走时延迟随时间变化

Figure 3.  The results of waveforms, uncorrelation coefficient and travel time delay of repeated earthquakes at XUW Station

对于ANY台，45 km内共记录到3个地震对D1、D2、和D4-2，分别分布在会昌、安远、和寻乌县。D1、D2发生在台站的北东、北东东方向，震中距分别为30 km和20 km；D4-2发生在台站东南方向，震中距为44 km（图2）。图4a给出了D1在ANY台的尾波干涉结果，在P波尾波段不相关系数和走时延迟出现显著下降变化，在S波段总体变化平稳，S波早期尾波段(4.65～7.30 s)走时延迟加速上升，意味着波速减小，波速变化为6.2‰。图4b给出了D2的尾波干涉结果，在P波尾波段不相关系数和走时延迟出现尖峰变化，在S波和S波尾波段不相关系数波动不大，走时延迟总体呈下降趋势，选取S波尾波段（3.65～4.95 s）计算得到相对波速变化为4.2‰。图4c给出了D4-2的尾波干涉结果，在P波尾波、S波及S波早期尾波段不相关系数变化平稳，相关系数较高，P波尾波段走时延迟上下波动明显，S波段走时延迟先上升后下降，S波早期尾波段(10～13.5 s)走时延迟缓慢上升，但幅度较小，计算得到相对波速变化约为1.3‰，低于误差值，可见波速变化不明显，这可能是D4-2的震中距相对较远有关。总的来看，ANY台东南向的波速变化不明显，北东向波速变化明显，在2014年8月3日至2014年9月1日波速呈下降变化。

图  4  ANY台重复地震对的波形、不相关系数和走时延迟随时间变化

Figure 4.  The results of waveforms, uncorrelation coefficient and travel time delay of repeated earthquakes at ANY Station

对于HUC台，45 km内共记录到1个地震对D2，发生在安远县，地震分布在台站西南方向，震中距为44 km（图2）。图5给出了D2在HUC台的尾波干涉结果，在P波尾波段不相关系数出现尖峰变化，走时延迟出现阶升，在S波段不相关系数和走时延迟变化平稳，S波早期尾波段(6.2～7.7 s)走时延迟呈下降变化，计算得到相对波速变化为3.1‰，波速变化不显著。

图  5  HUC台重复地震对D2的波形、不相关系数和走时延迟随时间变化

Figure 5.  The results of waveforms, uncorrelation coefficient and travel time delay of repeated earthquakes D2 recorded by HUC Station

通过对XUW、ANY和HUC台记录到的重复地震对进行尾波干涉分析，发现XUW台记录到的D3、D4-2地震对在2016年8月1—4日和2017年12月15日至2018年1月1日2个时段波速均表现为明显下降变化，ANY台记录的D1地震对在2014年8月3日至2014年9月1日波速也明显下降，反映了台站到重复地震对之间地壳介质的变化。由于地壳介质变化一定程度反映了地震的孕育与演化规律，与应力状态变化相关^[12]。为了进一步分析台站到重复地震对之间的应力状态，对区域b值进行分析。研究区1978年以来具有较好的监测能力，选用1978—2021年M_L≥1.0地震确定最小完整性震级M_C为M_L2.0，再利用M_L≥2.0地震进行b值空间分布计算^[21]。对低于研究区平均值的b值进行绘图（图6）后可见，XUW和ANY台周边b值最低，台站到重复地震对之间的b值也很低，表明应力水平较高。结合尾波干涉分析结果，认为XUW和ANY台到重复地震对之间的地壳介质在震间发生了明显下降变化，与高应力区域相吻合，也与未来几年的小震活跃区域相一致（图7）。

图  6  寻乌及邻区b值空间分布

Figure 6.  The spatial distribution of b value in Xunwu and its adjacent area

图  7  寻乌及邻区2018—2021年地震分布

Figure 7.  Earthquake distribution in Xunwu and its adjacent area from 2018 to 2021

本文对寻乌及邻区2009年1月至2021年5月发生的400次M_L≥1.0地震进行重复地震筛选，得到4组地震对（群），选择重复地震对45 km内的记录台站进行尾波干涉分析，并结合b值计算结果，获得了如下结论。

1）XUW台南部的2个重复地震对D3和D4-2的S波早期尾波段记录到了显著的波速变化，其次是 ANY台记录的D1，其他地震对波速变化不显著，特别是ANY和HUC台记录的相对较远的地震对，走时延迟变化最小。因为尾波干涉结果反映的是整个传播路径上介质变化的平均结果，因而在距离较远的台站，这种变化并不明显，与肖等^[14]和汪建等^[15]研究结果一致。半数地震对的尾波干涉结果显示在P波尾波段不相关系数和走时延迟有不同程度“尖峰”或阶变变化，根据Niu等^[19]实验结果，P波尾波的“尖峰”变化可能与地下介质中散射体的运移有关。

2）XUW和ANY台到重复地震对之间的b值偏低，结合尾波干涉分析结果认为，XUW和ANY台到重复地震对之间的地壳介质在震间发生了明显下降变化，与低b值高应力区域相吻合，也与地震活跃区域相一致，表明介质变化与应力状态和地震活动性关系密切。

3）尾波干涉技术目前应用并不广泛，其原因可能与该方法对地震观测资料要求较高有关。由于只适合对重复地震的计算，天然地震经筛选后的重复地震对往往较少，所以研究的时间和空间尺度都有限，影响分析结果的应用。虽然利用人工主动源和背景噪声监测介质波速变化可以丰富基础资料，但人工震源能量小，穿透距离有限，背景噪声则在去除干扰因素方面存在困难^[13]。因此，尽管尾波干涉方法对地震的形成和发展研究意义重大，理论上可以为介质的动态变化提供精细的结果，但由于受观测资料限制以及观测干扰因素的影响，想要得到准确的介质变化结果比较困难。

致谢　中国地震局地球物理研究所“国家数字测震台网数据备份中心”为本研究提供地震波形数据，江西省地震局查小惠工程师提供所用程序，重庆市地震局汪建工程师提出宝贵分析意见，在此表示感谢！