上海定點形變異常特征及機理分析＊

王小平 尹京苑 倪友忠 陳 軍

(上海市地震局,上海 200062)

上海定點形變異常特征及機理分析＊

王小平 尹京苑 倪友忠 陳 軍

(上海市地震局,上海 200062)

2009年 11月上海松江地震序列距佘山形變觀測點約 18 km,距查山形變臺約 32 km。地震前這兩個定點的形變觀測均出現不同程度的異常。結合形變資料和震源機制解分析結果發現,此次異常的應力方向與該區域的背景應力場方向基本一致,因此認為,觀測到的形變異常很可能反映的是區域構造應力場的變化情況。

松江地區;形變異常;震源機制解;應力場;地震序列

1 引言

地殼形變是地殼介質在構造應力和天體引力以及地表載荷力作用下發生變形的一種表現形式。而與地震有關的地形變則是在孕震過程中,隨著構造應力的不斷集中直到發震前后的一種最直接的伴隨現象[1,2]。2009年 10月 18日—11月 7日松江附近共發生 8次小震(表 1),震中離佘山臺約 17 km,離查山臺約 30 km,臺站及地震分布見圖 1。此次系列地震前上海兩個定點形變觀測多個測項出現異常變化(表 2)。經過異常落實,無儀器、環境等因素的干擾。本文將通過對形變觀測資料和震源機制解的分析,探討異常變化與該區域構造應力場變化的關系。

2 臺址條件及儀器概況

佘山臺位于上海市松江區余山腳下,地理位置為東經 121.1°,北緯 31.2°。山洞洞頂覆蓋層厚度大于 40 m,旁側覆蓋層厚度大于 50 m,洞深 200多米,儀器室年溫差小于 0.2℃,日溫差小于 0.1°C。巖性為上侏羅系天馬組的安山巖。佘山臺洞體條件良好,密封保溫設施齊全,因此固體潮汐記錄完好、零漂小。

表 1 2009年 10月 18-11月 7日小震信息Tab.1 Small earthquakes from Oct.18 to Nov.7,2009

圖 1 上海形變臺站及松江系列地震分布圖Fig.1 Distribution of deformation stations in Shanghai and Songjiang earthquake sequence

表 2 松江系列地震前定點形變出現的短臨異常Tab.2 Short-i mpendi ng anomalies at fixed deformation observation before the Songji nag earthquake sequence

山洞內水管儀、伸縮儀共用儀器墩,水管儀 NS分量基線長 22.86 m,方位N18.5°W,EW分量基線長 8.82 m,方位 N71.5°E。水管儀、伸縮儀和垂直擺均為中國地震局地震研究所生產,于 2001年正式使用。資料的連續率和內在精度達到 I類潮汐形變臺精度要求。

查山形變臺位于上海金山區張堰鎮,整個區域地勢低平,臺站地理位置為東經 121.3°,北緯30.8°。該臺站海拔高度約 10 m,離杭州灣水域最近距離約 10 km。該地區的巖相為晚侏羅的火山巖。院內有一個鉆孔井深 90多米,28.44～90 m為凝灰巖。鉆孔傾斜儀器 CZB2為河南省地震局研制,安裝在 67 m左右深處,2007年 4月安裝,2008年資料正式使用。

3 形變短臨異常特征分析

佘山水管儀NS分量 8月中旬開始北傾,10月初轉為南傾斜,傾斜變化量為 0.14角秒(圖 2(a)), 10月 7日恢復平穩趨勢;水管儀 EW分量由于基線較短,無年變規律,整體呈現東傾趨勢,但 8月下旬東傾斜趨勢發生變化,變化量達 0.2角秒,10月 10日基本恢復平穩(圖 2(b));垂直擺NS分量 9月底向北傾斜,10月初急劇向南傾斜,傾斜變化量為0.056角秒 (圖 3(a)),EW分量 9月初向東傾斜,9月下旬向西傾斜,10月 7日恢復平穩,傾斜變化量為 0.058角秒(圖 3(b))。水管儀、垂直擺兩傾斜觀測資料反映的變化方向均為北東東方向。

圖2 水管儀器兩分量短臨異常圖Fig.2 Short-impending anomalies of two-component water tube

伸縮儀 NS分量觀測曲線 8、9、10月總體呈現受壓狀態,但自 9月 21日—10月 2日曲線變化出現異常,走向呈現水平狀態,并有擾動。10月 2日恢復受壓狀態趨勢,其變化量為 129×10-10,見圖 4 (a);EW兩分量自 9月 21至 10月 5日出現異常現象,偏離正常的年變曲線,其變化量為 557×10-10,見圖 4(b)。

查山CZB鉆孔傾斜儀自 2009年3月維修后NS分量呈現南傾趨勢,7月下旬至 11月初南傾趨勢加劇,并時常伴有擾動異常,偏離量達 0.34角秒 (圖 5 (a));EW分量 9月底至 10月初出現較大的轉折,先東轉向西傾斜,很快又向東傾斜,隨后呈現東傾斜變化,變化量為0.1角秒(圖5(b))。查山鉆孔傾斜儀傾斜變化為南東東方向。

據上述分析,佘山傾斜異常變化方向為北東東,查山傾斜變化方向為南東東。兩臺站傾斜異常變化方向基本為背向震中方向 (圖 1),這一現象與大多數傾斜異常總結結果一致。同時佘山水管儀、垂直擺異常變化量不同說明同一臺站不同類型的傾斜儀器監測地震前兆信息的能力有很大差異。

4 地震發生的地質構造背景及形變異常機理分析

4.1 地質環境及區域應力場特征

圖3 垂直擺兩分量短臨異常圖Fig.3 Short-impending anomalies of two-component vertical pendulum

圖4 伸縮儀兩分量短臨異常圖Fig.4 Short-impending anomalies of t wo-component extensometer

松江系列地震震中位置地處揚子地塊東北段的東南邊緣,位于青浦-龍華斷裂和楓涇-川沙斷裂夾持的天馬山火山巖構造盆地中央,該盆地是晚侏羅世至白堊世長期繼承性發育的箕狀構造盆地,地層由西北向東南逐漸趨新,以安山巖、安山玢巖為主,向東南變為溶結凝灰巖、流紋巖為主(黃組 K2s),再變為以凝灰巖為主,至晚白堊世的紫紅色砂泥巖夾石膏(松江組 K2s)等。盆地北側為青浦-龍華斷裂,走向北 70°～80°東,最晚活動時代為早更新世。南側楓涇-川沙斷裂,走向北 60°～70°東,傾向北西為主,傾角 75°,最晚活動時代為中更新世,兩者皆隱伏于 200～300 m的第四紀覆蓋層之下。盆地中部構造平穩,僅于天馬山頂見北 60°東的張性-張扭性正斷裂,長度有限。

文獻[3]研究得出上海佘山臺站下方主應力方向為 55.9°。考慮到上海佘山臺站距震中位置僅約18 km,可以近似認為震中位置區域范圍內主應力方向大致在 55.9°左右。周翠英[4]等人 2004年使用143組中小地震單震震源機制解和 l7組小區域綜合機制解資料,統計分析了華東地區的現代構造應力場特征,得出華東地區現今處在NEE向(約 80°)主壓、NNW向(350°左右)主張應力場的控制下。

4.2 形變異常機理分析

圖5 查山臺鉆孔傾斜異常圖Fig.5 Anomalies of borehole tiltmeter at Chashan station

伸縮儀NS分量基線長 22.86 m,EW分量基線長8.82 m。9月底至10月初伸縮儀NS、EW兩分量變化量分別為 129×10-10與 557×10-10;可以按公式(1)分別計算出兩分量的變化速率,其中ΔL/L為應變觀測量 (10-10)。NS分量變化速率為 3.69× 10-5mm/天,EW分量變化速率為 6.14×10-6mm/天。

伸縮儀NS分量方位為N18.5°W,EW分量方位為N71.5°E,根據公式 (2)計算出相應的主應力場方向約為北 40°東。

利用 10月 18日至 11月 7日發生的 8次地震上海及其鄰近地區臺站記錄的初動(臺站分布見圖6)計算出的該區域復合震源機制解 (平均解)為該次地震節面走向 10°,傾角 73°,滑動角 138°,主要受壓應力作用下,NNE向斷層產生傾滑右旋逆沖活動引起。P軸壓應力方位角為 67°,方向北東東,T軸張應力方位角為 324°,方向北北西。

圖6 松江系列地震及臺站分布圖Fig.6 Distribution of the Songjiang earthquake sequence and stations

利用伸縮儀變化速率計算的主應力方向和利用P波初動計算出的震源機制解主應力方向基本與本地區區域應力場方向基本一致。結合形變傾斜的異常變化方向,從而可以得出此段時間內上海定點形變觀測到的異常與該區域構造應力場的變化有關,為這次地震序列的形變前兆異常。

5 結論

松江地震系列前上海定點形變 4個數字化形變測項在異常時間上均顯示出很好的一致性。通過形變資料和震源機制解分析,發現這些異常變化與該區域的構造應力場變化有關。

1 陳德福,李正媛,陳鵬.定點形變觀測與 GPS大地測量[J].大地測量與地球動力學,2003,(1)：107-113.

2 吳翼麟,等.定點形變方法多指標判別地震異常的追蹤分析[J].地殼形變與地震,1991,(1)：10-22.

3 劉希強.利用剪切波分裂研究中國大陸上地幔各向異性[D].中國科學技術大學,1999.

4 周翠英,等.華東地區現代地殼應力場及地震斷層錯動性質[J].地震地質,2005,27(2)：273-288.

5 李杰,等,岫巖Ms5.4地震前煙臺形變異常特征及機理分析[J].地震,2006,26(3)：71-78.

6 張衛華,等.九江-瑞昌 5.7級地震定點潮汐形變的異常分析[J].大地測量與地球動力學,2006,(2)：34-38.

7 中國地震局監測預報司.地震前兆異常落實工作指南[M].北京：地震出版社,2000.

STUDY ON CHARACTERISTICS AND M ECHANISM OF DEFORMATION ANOMALY AT SHANGHA I FIXED DEFORMAT ION STATIONS

Wang Xiaoping,Yin Jingyuan,Ni Youzhong and Chen Jun
(Earthquake Adim inistration of ShanghaiM uniciplity,Shanghai 200062)

The distances bet ween Shanghai Songjiang seis mic sequence in Novemeber,2009 and Sheshan defor mation station,Chashan deformation station are about 18 km and 32 km respectively.The deformation observations appeared of different anomaly degree at these two stations before the earthquakes.The results combined the defor mation data with focalmechanis m solution show that the direction of the anomaly is consistentwith the direction of background stress field of this area,so we think that the observed deformation anomalies are likely to reflect the changes in tectonic stress field.

Songjiang area;deformation anomaly;focalmechanism solution;stress field;seismic sequence

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0050-04

2010-04-18

王小平,女,1970年生,高級工程師,主要從事地殼形變、地震預報方向的研究.E-mail：xpwang123@hotmail.com

P315.72+5

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