利用气枪震源信号研究2016年云龙MS5.0地震前后波速变化特征
陈佳+叶泵+高琼+王军+李孝宾+杨军
摘要：以2016年5月18日云南云龙MS5.0地震为例，选取距震中较近的3个台站和较远的5个台站记录的2016年1—9月的气枪震源信号，使用互相关检测技术得到地震前后这8个台站各自稳定震相走时变化特征。结果表明：云龙地震前，各台均存在不同程度的走时异常变化。离震中较近的3台站中，震中西侧和东侧台站走时变化有一定差别，但都在地震前的3、4月变化较大；而离地震较远的5个台站则变化趋势特征一致，幅度略有差别；离地震较近台站走时变化幅度明显大于离地震较远台站；地震前小于0.7 m的水位变化并未对各台走时变化产生实质性影响。同时对比了云龙台FSQ水管倾斜的形变观测数据，监测到同一时段地下应力发生变化。
关键词：气枪震源；互相关检测技术；走时变化；云龙MS5.0地震
中图分类号：P315.31文献标识码：A文章编号：1000-0666（2017）04-0550-07
0引言
地震波在地球介质中传播，带来了丰富的介质信息，为探索地球介质的动态变化提供了天然条件。在地震孕育的过程中，伴随着介质的应力改变，由于很难直接测量地球应力变化，很多地球物理学家通过监测地震波速的改变来研究地球介质的变化（Birch，1960，1961；Aggarwal et al，1973；Reasenberg，Aki，1974）。Li等（2007）采用重复地震和爆破记录分析了圣安德列斯断层在2004年帕克菲尔德6级地震前后地震波波速变化，发现宽200 m、深6 km的断层带内地震波速降低达2.5%。王伟涛等（2009）利用电动落锤作为主动源，监测汶川地震余震时2次面波波速异常变化，变化幅度最高达到2%。魏芸芸等（2016）利用气枪震源波形，得到新疆2次中强地震前相对走时变化幅度约为0.1%～0.26%。杨微等（2010）等对精密控制的人工震源进行连续试验，在棉竹M5.6地震前后观测到5～9 ms的地下介质波速的微弱变化。可见跟踪分析地下介质波速变化对地震监测研究及减轻地震灾害有重要的意义。
气枪震源最初被应用于海洋石油勘探和海洋结构探测（丘学林等，2007）。经过大量专家学者在中国大陆开展了多次试验（陈颙，朱日祥，2007；Chen et al，2008；Wang，2010），陈颙院士将气枪震源从海中借鉴到内陆湖来使用，至此大容量气枪震源已经在中国大陆南北开始了大量的试验，并取得了很多卓有成效的结果。宾川的大容量气枪发射台是“云南省陈颙院士工作站”在国内最早投入运行的发射台，这一固定气枪震源的建设及激发，为连续跟踪地下介质变化提供了可靠的数据来源。
云南宾川气枪主动源自2012年年底开始持续激发信号，目前已运行4年多，本文以2016年5月18日云龙MS5.0地震（26.1°N，99.53°E）为样本，主要截取离云龙地震较近的和较远的8个台站接收到的气枪激发信号，选择各台站的稳定震相进行走时的初步分析，得到各个震相在云龙地震前后的走时变化特征，从而分析地下介质应力状态的时空演变。
1云南宾川气枪发射台及观测情况
云南宾川大容量气枪发射台始建于2011年，2012年正式投入运行，其位于20世纪70年代末至80年初建成的滇西地震预报实验场内，大容量气枪发射台在此处建立与当时建场的科学思路不谋而合，即为了集中各种观测手段，进行地震学基础理论和地震前兆机制研究。从区域构造上讲，此发射台位于著名的红河断裂带和程海断裂带交汇区域，属于地震重点监视防御区内。
宾川大容量气枪激发水体为当地大银甸水库，位于宾川县牛井镇西南8 km处，是一座中型水库，属金沙江水系，海拔1 488 m。水体下的发射气枪组由4支单枪容量为2 000 in3的Bolt Longlife型气枪组成，4支气枪的工作深度为浮台下10 m左右。
云南宾川主动源激发基地，在建台之初是以达到常规观测为目的。气枪激发信号的日常主要观测系统由滇西实验场区原有5个台站、云南测震台网46个台站和40个流动台组成，固定台站地震计以BBVS-60和KS 2000为主，数据采集器为EDAS-24IP。流动台地震计为Guralp-40T，数据采集器为Reftek130B，每个台每日的观测数据约为24 M。在这4年的观测当中，夏季为枯水期，不适宜激发实验，其他时段除了仪器检修都开展激发实验。图1给出了2013—2016年每日激发情况。2013—2015年由于水库在每年5—8月经历旱季枯水期，不符合激发条件。2016年水库在枯水期仍然有15 m以上的水位，故除了在仪器保养维护期间，都能获得激发数据，整个2016年，每天激发次数都保持在13枪左右，因此本文选取了2016年1—9月共8个台站的数据，激发数据基本连续，为分析云龙地震前后各台站震相走时变化提供了稳定的数据资料。
2数据处理方法
气枪在水中激发，其激发波形不但携带了有用的地下介质信息，还携带了水体、水位、激发条件等信息。要得到真实的地下介质信息，必须消除水体、激发条件不同等因素的影响。Wang等（2008）探索出了尾波干涉技术来处理气枪震源波，从而得到介质的波速变化。尾波干涉技术将气枪震源激发的近场记录近似为震源时间函数，通过反卷积的方法将远场记录波形中的震源特性扣除，从而得到近似由震源到台站的格林函数（王宝善等，2012；翟秋实等，2016）。对近似格林函数，再采用波形互相关的方法得到不同震相的高精度走时变化。由于每个台站信噪比不同，在得到每个台站的走时变化前，需要用不同叠加的方法来增加信号的信噪比。
本文数据处理流程如图2 所示。每个台站气枪激发波形会携带仪器零漂、台基不稳等一些信息。因此，在做相关干涉之前，首先要对波形去均值、去趋势、去倾斜，及滤波分析；第二步，手动挑选波形。在日常分析主动源数据工作中，可以手动去除一些干扰较大数据，这样可以提高数据的信噪比；在气枪源50 m附近架设了一个参考台，可以近似为源的信息，上文中提到通过对此参考台进行反卷积可以得到源到台站之间路径上的格林函数，在做反卷积之前对波形进行2～5 Hz的滤波，因为气枪主频集中在2～5 Hz（陈佳等，2016）。通过滤波及反卷积之后的波形，震相更清晰，有利于相关干涉来提取震相走时变化；考虑到距离较远台站一枪的数据不能清楚地看到震相，在分析时，将一天激发约13次的波形疊加作为每一个单点来分析走时变化；第三步进行波形互相关计算精确走时变化时，需要一个对比的参考模板，将2015年后半年的数据进行叠加，作为对比的参考模板，如何得到要对比的每日波形与参考模板之间的时间延迟结果，刘自凤等（2015）给出了比较细致的讲解，这里不再赘述。
3云龙MS5.0地震前后走时变化特征及影响因素分析
3.1各台站走时变化特征分析2016年5月18日在大理白族自治州云龙县发生MS5.0地震，震源深度15 km，该地震震中位置距离主动源激发源102 km。本文共选取了8个台站来分析云龙地震前后各震相走时变化。从图3可以看出，距离云龙地震较近台有云龙台（YuL）、洱源台（ErY），EY16台。其中洱源台距离云龙MS5.0地震震中最近，为7 km，云龙台、洱源台为固定台站，分别距离震中8 km、41 km。离震中较远的5个台站为主动源台，分别为53254、53258、53266、53268和53272台，震中距在90～129 km之间。
通过波形互相关干涉法得到这8个台站的走时变化，每个台站都选取了相关系数最大的时间窗。图4、5分别给出了离云龙地震较近的3个台站及较远的5个台站在2016年1—9月走时变化曲线。从图4、5看出，走时变化幅度为10-5～10-2，精度达到10-4。
图4给出2016年1—9月距离震中较近的云龙、EY16和洱源3个台站各自稳定震相走时变化曲线，这3个台站距离宾川气枪源大于60 km。从走时变化趋势图上看，EY16台和云龙台在地震前变化趋势一致，而洱源台则相反，这和EY16台位于震中西侧、洱源台位于震中东侧有关。我们对5月18日云龙MS5.0地震前走时变化情况，分3个时段进行分析：第一时段：1—2月，云龙台走时变化有一抬升过程，变化幅度为0.01 s；洱源台则相对较平稳；EY16是临时台站，架设在2月，刚开始有记录。第二时段：3月10日—4月25日，这一时段这3个台站走时均出现剧烈变化，特别是在4月3—18日之间，水位相对一致情况下，云龙和洱源台波速变化剧烈。整个时段内云龙和EY16台变化一致，这是因为这2个台站离震中最近，同在震中西侧，应力场相对一致，变化趋势则一致。在这一时段内，EY16台走时相对变化达8.84×10-3 s，云龙台为6.24×10-3 s，洱源台为1.14×10-2 s。在第二时段中共有2次水位下降变化，3月31日—4月3日下降0.56 m，4月18—20日下降0.68 m，虽然这2个时间段的水位下降深度相差不大，但波速变化相差很大，4月18—20日水位下降更多，但走时变化却相对没有那么大，可见在水位变化不大时，并不能对走时变化产生影响。第三时段：5月3—17日，各台相对走时变化相比于第二个时段，变化幅度略小，而比第一个时段变化幅度要大。在接近地震发生的过程中，越接近发震时间，地下应力变化越复杂。云龙地震后，洱源台和EY16台波速变化仍然剧烈，说明地震后地下应力需要一个调整过程，一直到6月底7月初，走时变化才趋于稳定。由于云龙台波形数据较少，误差较大，本文不做分析。
图5为2016年1—9月53266、53258、53272、53268、53254台共5个离震中较远台站初至波的走时变化曲线，这5个台分布在宾川气枪激发源的不同方位，且距离云龙地震震中从近到远分别为90、92、97、97、129 km，且除53254台离宾川气枪源较远，超过30 km，其他4个台站均在离气枪源30 km范围内，这5个台站记录激发波形清楚，信噪比高。对在云龙MS5.0地震前各台站走时变化情况，同样分3个时段进行分析：第一时段为1月—2月22日，5个台走时变化较为平稳，除了53268台有一抬升过程，其余4个台走时变化差别不大，53268台可能对地壳应力改变响应更明显。第二阶段为3月17日—4月26日，各台站走时变化趋势一致，但变化幅度不同，53272台走时变化幅度最小，为1.13×10-3 s，53268台走时变化幅度最大，为5.16×10-3 s。在这一时间段，各台站走时变化一致性较好，分析其原因可能和区域应力场应力加载有关。从变化幅度上看，离震中较近台站为走时变化达6.24×10-3～1.14×10-2 s，变化幅度较大的53268台走时变化幅度明显小于离震中较近台站。第三时段：5月1—17日，相比于第一个时段，这个时段各台站走时变化波动较大，地下应力场较第二个时段已经发生改变。这3个时段内，相对水位基本一致，1月31日—2月2日，水位从22.66 m变化为22.25 m，下降0.41 m。3月31日—4月3日，水位从21.27 m下降到20.71 m，下降0.56 m。5月4—7日有一水位突升和突降过程，从19.54 m降到18.85 m再升至19.7 m。这3个时段中，无论是水位3～4天的缓慢下降还是突然的下降上升，并未引起每个台站一致的走时变化或者很大波动，而且这5个台离激发水库较近，可见不到1 m的水位上升或下降并未对走时变化产生很大的影响，反而地震之前区域应力场的变化可能成为走时变化一致性的主导。
从5月18日地震发生后走时变化的情况看，离地震震中较近的台站如洱源台受地壳应力改变的影响较大，5月底其走时变化波动仍较大，到7月才恢复至平稳变化。离震中较远台站，由于离宾川激发源较近，这时地震已经发生，应力得到释放，而水库水位也发生了相对于地震前较大的变化，从5月26日的17.17 m下降到6月9日的14.25 m再上升至8月24日的20.26 m，最大变化幅度达6 m，之后比较平稳。地震后水位变化剧烈，再加上震后区域应力场调整，引起了走时变化相对较大的波动，但是并未出现震前多个台走时变化趋势一致情况。可见这一时间走时变化可能是由区域应力场和水库水位双重作用的结果。
3.2主动源激发波形一致性分析
测量波速的微小变化，要求所选择的震源具有较高的重复性。本文使用的气枪震源前人已经做过很多一致性分析（林建民等，2008；張元生，2016），已经被证实为是可重复性好、可控性强的、性能卓越的人工震源。因为它主要受激发水体的影响，气枪激发对水体及周围环境几乎没有影响，气枪震源在同一地点进行多次重复激发时产生的信号波形具有高度可重复性。
洱源台离宾川气枪源64 km，我们以此台为例，说明主动源激发波形的重复性。图6给出了洱源台主动源激发波形单天事件叠加和模板相关性分析图。图6a为2016年7月8日13枪数据叠加波形，图6b是对比模板，图6c为单天叠加数据和模板波形相关性分析的相关系数。从图中可看出，整个波形从始至终相关系数都在1.0附近，我们选择20.4～20.7之间的稳定震相，把每天的叠加波形与模版进行相关性分析，且相关系数大于0.9的波形进行最终走时计算。其余各台站在计算走时变化前，我们都会参照这个参数来对数据进行取舍，这样可以保证结果的准确性。
3.3水位对走时影响
地震发生前的2016年1月至5月18日时间段内，水库水位总体呈下降趋势，8个台站走时变化并未像预期的那样，朝一定趋势性方向发展。特别是的5月1—17日，水位相对一致，而各台走时变化波动很大，这主要与震前地壳介质应力变化有关，可见与水位对走时变化影响相比，各台走时变化更易响应地壳介质应力变化。5月19日—9月17日，水位先下降后上升，特别是水位从6月9日的14.25 m上升至8月24日的20.26 m，之后才趋于稳定，这一时间段内，水位下降上升幅度明显比震前大，但各台走时并未表现出一致性趋势，可见水库水位变化对走时变化影响还需要进行更深入的研究。
4云龙台形变资料分析
云龙地震台位于大理州云龙县城石门南山，海拔1 710 m，1970年建台，属国家级形变台站。台基岩性为侏罗纪细砂岩，岩性完整而且比较坚硬。地震台有300 m的仪器观测洞室，1987年12月架设高精度FSQ自记水管倾斜仪。此地震台观测洞室深、覆盖层较厚、干扰源少、仪器观测精度高、故其资料可信度高。图7给出了2013年至2017年3月初的云龙台水管倾斜日均值走势图。从圖7a来看，2014、2015年水管倾斜NS分量有明显的年变趋势，而从2016年年初开始，年变趋势改变，一路向下，一直持续到5月18日发生了云龙地震。而图5也显示3、4月走时变化呈现明显上升趋势，可见地下应力场的改变影响水管NS分量变化。从图7b可以看出，从2013年年底开始，其表现为向西倾斜，2016年年初则表现为相对平稳趋势，之后发生云龙地震。即云龙台水管倾斜2个分量变化趋势在云龙地震之前有明显改变，可以与走时变化相互印证。
5讨论与结论
本文将2016年1—9月气枪激发信号去均值、去趋势、滤波并剔除质量差波形，通过对参考台作反卷积来消除震源影响，再采用波形互相关的方法得到不同震相的高精度走时变化。通过分析2016年5月18日云龙MS5.0地震前后走时变化特征，得到以下结论：
（1）本文使用的气枪震源，可控性强，从离激发源64 km的洱源台单天13枪叠加波形和2015年后半年叠加模板相关性分析看，激发波形重复性高，为我们监测地下介质波速变化提供了可能。
（2）不论是离地震震中较近还是较远的台站，在地震发生前，都存在不同程度的走时变化。3个距离地震较近的台站走时变化最大，达（0.624～1.14）×10-2 s，另外5个距离较远台站最大的走时变化为（1.13～5.16）×10-3 s。可见距离地震较近的台走时异常变化幅度大于较远台站。
（3）云龙地震台水管倾斜走势图分析显示，NS向分量在地震前有破年变现象，EW向分量从2014年开始产生西倾，于2016年初出现转折，均指示这一地区地壳应力变化。从时间上看，2016年1—5月开始水管倾斜NS和EW向分量有大的变化；对于走时变化，2016年1—2月部分台站出现走时的明显变化，一直到3—4月多数台站走时明显变化。可见不论是水管倾斜记录变化还是走时变化均与此次地震应力积累相关。
（4）在地震前应力积累过程中，有短期2～3 d的水位变化，但水位变化并未对走时变化产生实质性影响，一是本文中数据处理已经利用对参考台的反褶积消除激发震源影响；二是在地震前每次水位变化不足0.7 m；三是对比了多次水位变化，并未同时影响多个台站产生一致的走时变化，相比于水位下降较小的时间段，水位下降较大的那一时间段，走时变化反而更小。
参考文献：
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关键词：气枪震源；互相关检测技术；走时变化；云龙MS5.0地震
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气枪震源最初被应用于海洋石油勘探和海洋结构探测（丘学林等，2007）。经过大量专家学者在中国大陆开展了多次试验（陈颙，朱日祥，2007；Chen et al，2008；Wang，2010），陈颙院士将气枪震源从海中借鉴到内陆湖来使用，至此大容量气枪震源已经在中国大陆南北开始了大量的试验，并取得了很多卓有成效的结果。宾川的大容量气枪发射台是“云南省陈颙院士工作站”在国内最早投入运行的发射台，这一固定气枪震源的建设及激发，为连续跟踪地下介质变化提供了可靠的数据来源。
云南宾川气枪主动源自2012年年底开始持续激发信号，目前已运行4年多，本文以2016年5月18日云龙MS5.0地震（26.1°N，99.53°E）为样本，主要截取离云龙地震较近的和较远的8个台站接收到的气枪激发信号，选择各台站的稳定震相进行走时的初步分析，得到各个震相在云龙地震前后的走时变化特征，从而分析地下介质应力状态的时空演变。
1云南宾川气枪发射台及观测情况
云南宾川大容量气枪发射台始建于2011年，2012年正式投入运行，其位于20世纪70年代末至80年初建成的滇西地震预报实验场内，大容量气枪发射台在此处建立与当时建场的科学思路不谋而合，即为了集中各种观测手段，进行地震学基础理论和地震前兆机制研究。从区域构造上讲，此发射台位于著名的红河断裂带和程海断裂带交汇区域，属于地震重点监视防御区内。
宾川大容量气枪激发水体为当地大银甸水库，位于宾川县牛井镇西南8 km处，是一座中型水库，属金沙江水系，海拔1 488 m。水体下的发射气枪组由4支单枪容量为2 000 in3的Bolt Longlife型气枪组成，4支气枪的工作深度为浮台下10 m左右。
云南宾川主动源激发基地，在建台之初是以达到常规观测为目的。气枪激发信号的日常主要观测系统由滇西实验场区原有5个台站、云南测震台网46个台站和40个流动台组成，固定台站地震计以BBVS-60和KS 2000为主，数据采集器为EDAS-24IP。流动台地震计为Guralp-40T，数据采集器为Reftek130B，每个台每日的观测数据约为24 M。在这4年的观测当中，夏季为枯水期，不适宜激发实验，其他时段除了仪器检修都开展激发实验。图1给出了2013—2016年每日激发情况。2013—2015年由于水库在每年5—8月经历旱季枯水期，不符合激发条件。2016年水库在枯水期仍然有15 m以上的水位，故除了在仪器保养维护期间，都能获得激发数据，整个2016年，每天激发次数都保持在13枪左右，因此本文选取了2016年1—9月共8个台站的数据，激发数据基本连续，为分析云龙地震前后各台站震相走时变化提供了稳定的数据资料。
2数据处理方法
气枪在水中激发，其激发波形不但携带了有用的地下介质信息，还携带了水体、水位、激发条件等信息。要得到真实的地下介质信息，必须消除水体、激发条件不同等因素的影响。Wang等（2008）探索出了尾波干涉技术来处理气枪震源波，从而得到介质的波速变化。尾波干涉技术将气枪震源激发的近场记录近似为震源时间函数，通过反卷积的方法将远场记录波形中的震源特性扣除，从而得到近似由震源到台站的格林函数（王宝善等，2012；翟秋实等，2016）。对近似格林函数，再采用波形互相关的方法得到不同震相的高精度走时变化。由于每个台站信噪比不同，在得到每个台站的走时变化前，需要用不同叠加的方法来增加信号的信噪比。
本文数据处理流程如图2 所示。每个台站气枪激发波形会携带仪器零漂、台基不稳等一些信息。因此，在做相关干涉之前，首先要对波形去均值、去趋势、去倾斜，及滤波分析；第二步，手动挑选波形。在日常分析主动源数据工作中，可以手动去除一些干扰较大数据，这样可以提高数据的信噪比；在气枪源50 m附近架设了一个参考台，可以近似为源的信息，上文中提到通过对此参考台进行反卷积可以得到源到台站之间路径上的格林函数，在做反卷积之前对波形进行2～5 Hz的滤波，因为气枪主频集中在2～5 Hz（陈佳等，2016）。通过滤波及反卷积之后的波形，震相更清晰，有利于相关干涉来提取震相走时变化；考虑到距离较远台站一枪的数据不能清楚地看到震相，在分析时，将一天激发约13次的波形疊加作为每一个单点来分析走时变化；第三步进行波形互相关计算精确走时变化时，需要一个对比的参考模板，将2015年后半年的数据进行叠加，作为对比的参考模板，如何得到要对比的每日波形与参考模板之间的时间延迟结果，刘自凤等（2015）给出了比较细致的讲解，这里不再赘述。
3云龙MS5.0地震前后走时变化特征及影响因素分析
3.1各台站走时变化特征分析2016年5月18日在大理白族自治州云龙县发生MS5.0地震，震源深度15 km，该地震震中位置距离主动源激发源102 km。本文共选取了8个台站来分析云龙地震前后各震相走时变化。从图3可以看出，距离云龙地震较近台有云龙台（YuL）、洱源台（ErY），EY16台。其中洱源台距离云龙MS5.0地震震中最近，为7 km，云龙台、洱源台为固定台站，分别距离震中8 km、41 km。离震中较远的5个台站为主动源台，分别为53254、53258、53266、53268和53272台，震中距在90～129 km之间。
通过波形互相关干涉法得到这8个台站的走时变化，每个台站都选取了相关系数最大的时间窗。图4、5分别给出了离云龙地震较近的3个台站及较远的5个台站在2016年1—9月走时变化曲线。从图4、5看出，走时变化幅度为10-5～10-2，精度达到10-4。
图4给出2016年1—9月距离震中较近的云龙、EY16和洱源3个台站各自稳定震相走时变化曲线，这3个台站距离宾川气枪源大于60 km。从走时变化趋势图上看，EY16台和云龙台在地震前变化趋势一致，而洱源台则相反，这和EY16台位于震中西侧、洱源台位于震中东侧有关。我们对5月18日云龙MS5.0地震前走时变化情况，分3个时段进行分析：第一时段：1—2月，云龙台走时变化有一抬升过程，变化幅度为0.01 s；洱源台则相对较平稳；EY16是临时台站，架设在2月，刚开始有记录。第二时段：3月10日—4月25日，这一时段这3个台站走时均出现剧烈变化，特别是在4月3—18日之间，水位相对一致情况下，云龙和洱源台波速变化剧烈。整个时段内云龙和EY16台变化一致，这是因为这2个台站离震中最近，同在震中西侧，应力场相对一致，变化趋势则一致。在这一时段内，EY16台走时相对变化达8.84×10-3 s，云龙台为6.24×10-3 s，洱源台为1.14×10-2 s。在第二时段中共有2次水位下降变化，3月31日—4月3日下降0.56 m，4月18—20日下降0.68 m，虽然这2个时间段的水位下降深度相差不大，但波速变化相差很大，4月18—20日水位下降更多，但走时变化却相对没有那么大，可见在水位变化不大时，并不能对走时变化产生影响。第三时段：5月3—17日，各台相对走时变化相比于第二个时段，变化幅度略小，而比第一个时段变化幅度要大。在接近地震发生的过程中，越接近发震时间，地下应力变化越复杂。云龙地震后，洱源台和EY16台波速变化仍然剧烈，说明地震后地下应力需要一个调整过程，一直到6月底7月初，走时变化才趋于稳定。由于云龙台波形数据较少，误差较大，本文不做分析。
图5为2016年1—9月53266、53258、53272、53268、53254台共5个离震中较远台站初至波的走时变化曲线，这5个台分布在宾川气枪激发源的不同方位，且距离云龙地震震中从近到远分别为90、92、97、97、129 km，且除53254台离宾川气枪源较远，超过30 km，其他4个台站均在离气枪源30 km范围内，这5个台站记录激发波形清楚，信噪比高。对在云龙MS5.0地震前各台站走时变化情况，同样分3个时段进行分析：第一时段为1月—2月22日，5个台走时变化较为平稳，除了53268台有一抬升过程，其余4个台走时变化差别不大，53268台可能对地壳应力改变响应更明显。第二阶段为3月17日—4月26日，各台站走时变化趋势一致，但变化幅度不同，53272台走时变化幅度最小，为1.13×10-3 s，53268台走时变化幅度最大，为5.16×10-3 s。在这一时间段，各台站走时变化一致性较好，分析其原因可能和区域应力场应力加载有关。从变化幅度上看，离震中较近台站为走时变化达6.24×10-3～1.14×10-2 s，变化幅度较大的53268台走时变化幅度明显小于离震中较近台站。第三时段：5月1—17日，相比于第一个时段，这个时段各台站走时变化波动较大，地下应力场较第二个时段已经发生改变。这3个时段内，相对水位基本一致，1月31日—2月2日，水位从22.66 m变化为22.25 m，下降0.41 m。3月31日—4月3日，水位从21.27 m下降到20.71 m，下降0.56 m。5月4—7日有一水位突升和突降过程，从19.54 m降到18.85 m再升至19.7 m。这3个时段中，无论是水位3～4天的缓慢下降还是突然的下降上升，并未引起每个台站一致的走时变化或者很大波动，而且这5个台离激发水库较近，可见不到1 m的水位上升或下降并未对走时变化产生很大的影响，反而地震之前区域应力场的变化可能成为走时变化一致性的主导。
从5月18日地震发生后走时变化的情况看，离地震震中较近的台站如洱源台受地壳应力改变的影响较大，5月底其走时变化波动仍较大，到7月才恢复至平稳变化。离震中较远台站，由于离宾川激发源较近，这时地震已经发生，应力得到释放，而水库水位也发生了相对于地震前较大的变化，从5月26日的17.17 m下降到6月9日的14.25 m再上升至8月24日的20.26 m，最大变化幅度达6 m，之后比较平稳。地震后水位变化剧烈，再加上震后区域应力场调整，引起了走时变化相对较大的波动，但是并未出现震前多个台走时变化趋势一致情况。可见这一时间走时变化可能是由区域应力场和水库水位双重作用的结果。
3.2主动源激发波形一致性分析
测量波速的微小变化，要求所选择的震源具有较高的重复性。本文使用的气枪震源前人已经做过很多一致性分析（林建民等，2008；張元生，2016），已经被证实为是可重复性好、可控性强的、性能卓越的人工震源。因为它主要受激发水体的影响，气枪激发对水体及周围环境几乎没有影响，气枪震源在同一地点进行多次重复激发时产生的信号波形具有高度可重复性。
洱源台离宾川气枪源64 km，我们以此台为例，说明主动源激发波形的重复性。图6给出了洱源台主动源激发波形单天事件叠加和模板相关性分析图。图6a为2016年7月8日13枪数据叠加波形，图6b是对比模板，图6c为单天叠加数据和模板波形相关性分析的相关系数。从图中可看出，整个波形从始至终相关系数都在1.0附近，我们选择20.4～20.7之间的稳定震相，把每天的叠加波形与模版进行相关性分析，且相关系数大于0.9的波形进行最终走时计算。其余各台站在计算走时变化前，我们都会参照这个参数来对数据进行取舍，这样可以保证结果的准确性。
3.3水位对走时影响
地震发生前的2016年1月至5月18日时间段内，水库水位总体呈下降趋势，8个台站走时变化并未像预期的那样，朝一定趋势性方向发展。特别是的5月1—17日，水位相对一致，而各台走时变化波动很大，这主要与震前地壳介质应力变化有关，可见与水位对走时变化影响相比，各台走时变化更易响应地壳介质应力变化。5月19日—9月17日，水位先下降后上升，特别是水位从6月9日的14.25 m上升至8月24日的20.26 m，之后才趋于稳定，这一时间段内，水位下降上升幅度明显比震前大，但各台走时并未表现出一致性趋势，可见水库水位变化对走时变化影响还需要进行更深入的研究。
4云龙台形变资料分析
云龙地震台位于大理州云龙县城石门南山，海拔1 710 m，1970年建台，属国家级形变台站。台基岩性为侏罗纪细砂岩，岩性完整而且比较坚硬。地震台有300 m的仪器观测洞室，1987年12月架设高精度FSQ自记水管倾斜仪。此地震台观测洞室深、覆盖层较厚、干扰源少、仪器观测精度高、故其资料可信度高。图7给出了2013年至2017年3月初的云龙台水管倾斜日均值走势图。从圖7a来看，2014、2015年水管倾斜NS分量有明显的年变趋势，而从2016年年初开始，年变趋势改变，一路向下，一直持续到5月18日发生了云龙地震。而图5也显示3、4月走时变化呈现明显上升趋势，可见地下应力场的改变影响水管NS分量变化。从图7b可以看出，从2013年年底开始，其表现为向西倾斜，2016年年初则表现为相对平稳趋势，之后发生云龙地震。即云龙台水管倾斜2个分量变化趋势在云龙地震之前有明显改变，可以与走时变化相互印证。
5讨论与结论
本文将2016年1—9月气枪激发信号去均值、去趋势、滤波并剔除质量差波形，通过对参考台作反卷积来消除震源影响，再采用波形互相关的方法得到不同震相的高精度走时变化。通过分析2016年5月18日云龙MS5.0地震前后走时变化特征，得到以下结论：
（1）本文使用的气枪震源，可控性强，从离激发源64 km的洱源台单天13枪叠加波形和2015年后半年叠加模板相关性分析看，激发波形重复性高，为我们监测地下介质波速变化提供了可能。
（2）不论是离地震震中较近还是较远的台站，在地震发生前，都存在不同程度的走时变化。3个距离地震较近的台站走时变化最大，达（0.624～1.14）×10-2 s，另外5个距离较远台站最大的走时变化为（1.13～5.16）×10-3 s。可见距离地震较近的台走时异常变化幅度大于较远台站。
（3）云龙地震台水管倾斜走势图分析显示，NS向分量在地震前有破年变现象，EW向分量从2014年开始产生西倾，于2016年初出现转折，均指示这一地区地壳应力变化。从时间上看，2016年1—5月开始水管倾斜NS和EW向分量有大的变化；对于走时变化，2016年1—2月部分台站出现走时的明显变化，一直到3—4月多数台站走时明显变化。可见不论是水管倾斜记录变化还是走时变化均与此次地震应力积累相关。
（4）在地震前应力积累过程中，有短期2～3 d的水位变化，但水位变化并未对走时变化产生实质性影响，一是本文中数据处理已经利用对参考台的反褶积消除激发震源影响；二是在地震前每次水位变化不足0.7 m；三是对比了多次水位变化，并未同时影响多个台站产生一致的走时变化，相比于水位下降较小的时间段，水位下降较大的那一时间段，走时变化反而更小。
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