滎陽傾斜潮汐形變震前異常分析

摘 要：河南周口太康4.7級淺源地震的發生，是少震的中原地區地震活動加強的標志。本文旨在通過這一地區震例的傾斜潮汐形變數據的映震特征分析，研究地震地形變數據的映震機理，探尋傾斜潮汐單臺資料的地震信息提取方法。

關鍵詞：太康地震；傾斜潮汐；形變數據；異常形態

1 前言

2010年10月24日，河南省周口市太康縣、扶溝縣、西華縣交界處發生M4.7級地震。2011年3月8日再次發生M4.3級地震，震中距離鄭州滎陽形變觀測站約120km。通過對太康地震震前水管傾斜儀觀測資料的異常分析和太康地震的發震機理研究來提高了臺站人員的綜合分析與對震例總結研究的能力。

2 臺址、資料概況

鄭州地震臺滎陽形變臺站所處地質構造部位為秦嶺東西復雜構造帶北緣偏東，二級構造單元屬華北沉降帶開封中坳和嵩（山）萁（山）中臺隆起的交界部位。臺基為第三紀灰巖。目前已積累近10年的觀測資料。除傳感器、前置放大器易出現故障導致短時間觀測數據出現顯著變化外，形變資料可靠性較高。2010年7月10日水管儀傳感器進行故障維修，調試后很快即恢復正常運行，并沒有影響異常的形態和對異常的判斷。

3 資料異常情況分析

3.1 傾斜形變速率的突變：梅謝里科夫（Mesherikov，J·A）、藤井楊一郎等人，從收集30個震例（其中日本14個）歸納總結出與地震有關的地形變階段特征，即長期形變、震前快速形變、震時突變、震后調整。依據形變階段特征我們對周口太康4.7級地震前滎陽地震臺水管傾斜儀前兆異常的階段性進行分析（圖1），認為該特征能較好地解釋傾斜儀的前兆異常現象。在背景觀測中，從2009年以來的水管儀日均值曲線可以看出，傾斜EW總體向東向漂移，漂移速率0.041/天，SN向總體向南向漂移，漂移速率0.007/天。NS分量從2009年10月至2010年7月份曲線折轉加速南傾，8月份發生發生轉向。EW分量2009年10月加速向東，直到2010年7月速率減小，觀測曲線出現的“趨勢性加速”和“突變性反向”，持續到2010年10月24日和2011年3月8日分別發生了4.7和4.3級地震。

圖1 滎陽臺傾斜異常的主要特征

3.2 傾斜形變方向的改變

潮汐是固體地球在月亮、太陽引潮力作用下所產生的周期性形變。觀測實踐表明，當實際觀測到的年周變與理論值（正常值）產生顯著差異時，被認為是出現了年周變畸變。地震孕育過程中產生的地震地形變，破壞了理論（正常）年周變，可能是導致年周變畸變的重要原因之一。因此地形變年周變畸變可能是地震中短期異常。但某些非地震原因也有可能導致地形變年周變畸變。

地震孕育過程中產生的地震地形變，破壞了理論（正常）年周變，可能是導致年周變畸變的重要原因之一。因此地形變年周變畸變可能是地震中短期異常。采用地震分析預報系統Mapsis軟件[1]繪制了水管傾斜EW、SN 2010年1月-2011年4月五日均值矢量圖，發現在非異常時段矢量圖基本呈線性變化，于2010年4月15日出現“打結”現象，5月20日恢復原矢量，于7月4日、9月25日多次出現“打折”現象，10月24日太康發生M4.7級地震。2011年1月10日-3月10再次出現“打結”現象并于2011年3月9日發生太康3.4級地震。

3.3 潮汐因子的系統偏離

地震在孕育過程中，微破裂、微裂隙的產生、串通及擴張，使震源體介質的物理性質發生變化。一般認為，固體潮汐因子有可能反映震源區介質物性在孕震過程中隨時間的變化，特別是短、臨階段的變化。由于日波可能受氣象要素周日變的干擾，故常用半日波潮汐（M2）因子。當值出現系統偏離，越出置信區間時，可視為短期異常。臨近發震時，可能出現潮汐因子值的急劇增大或不穩定跳動。

我們采用潮汐分析方法[2]計算了水管傾斜儀的潮汐因子變化，發現地震前兩分量也發生了顯著異常變化（NS分量尤為明顯）。正常時段M2波潮汐因子變化范圍EW 向0.604～0.0.711，SN 向0.547-0.706，EW 向潮汐因子優于SN 向；總體上看EW 向變化幅度為0.106，SN變化幅度為0.169。M2波潮汐因子正常變化形態穩定，但在周口4.7級地震前EW、SN 向同時出現低值異常現象，異常幅值分別為0.671（EW）、0.274（SN），并且在恢復20天發震。通過從屬函數Y=ax'b對M2波潮汐因子進行異常提取（圖3），可以明顯看出EW、SN 向M2波潮汐因子在周口4.7級地震前異常。潮汐因子的系統偏離很大程度說明了地震前滎陽當地或附近地殼內部介質或介質彈性量發生了顯著的變化，同時反映了此地區的運動速率變化和斷層蠕滑速率的變化[2]。

4 初步討論

地傾斜測量是國際公認的預測地震的前兆之一，地殼形變是地震發生過程中最直接的伴隨現象[3]。滎陽水管傾斜異常現象為我們研究形變前兆異常階段性特征提供了很好的觀測震例。

滎陽水管傾斜分量在太康地震前3-5個月出現了明顯方向改變，傾斜矢量出現的“打結”和“轉折”和潮汐因子“低值”異常等現象表明地震前震源區附近介質的力學性質存在明顯的階段性變化，在地震后，這些異常逐漸減弱恢復到正常狀態。地傾斜的矢量合成方向出現指向震中的偏轉，表明在應力積累過程中，局部地殼開始了不平衡的變化。但需要指出的是在地震孕育過程中，在不同地區構造背景又有所不同等原因，造成了前兆異常的復雜性。

對于形變傾斜前兆而言，其階段性特征應由三個主要方面加以描述：（1）速率的變化；（2）方向的變化；（3）巖石特征（裂隙擴展、不穩態出現），傾斜儀出現打破以往年變正常規律的形態及γ因子超出二倍中誤差時或出現轉折、大幅度波動時，即可視為進入短中期階段。

參考文獻

[1]蔣駿，李勝樂，張雁濱，等.2002.地震前兆信息與軟件系統EIS2000[M].北京：地震出版社.

[2]陳德福，蘇凱之，耿士昌.地震地形變觀測技術[M].北京：地震出版社，1995.

[3]陳德福，聶磊著.液體靜力水準儀及其應用[M].北京：地震出版社，2008.