山西數字水平擺傾斜儀對安德裂亞諾夫群島7.0級、巴基斯坦7.8級地震的記錄特征分析

2014-09-11 01:17:24馮建琴董甲弟程冬焱郭林旺張聰聰

山西地震 2014年2期

馮建琴，董甲弟，程冬焱，呂睿，郭林旺，李軍，張聰聰

(1.山西省地震局臨汾中心地震臺，山西臨汾 041000；2.山西省地震局，山西太原 030021；

3.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西太原 030025)

0 引言

地傾斜觀測的目的是研究地殼形變垂直的相對運動和固體潮汐的動態變化，是地殼形變學科不可缺少的一個重要組成部分[1]。地傾斜觀測的連續記錄包含了大量與局部地殼介質特性有關的信息[2-4]。隨著山西“十五”數字化網絡的建成，從北到南逐步形成太原、離石、昔陽、臨汾數字前兆綜合觀測臺。文中試圖以不同臺站的水平擺觀測資料，分析安德裂亞諾夫群島7.0級地震、巴基斯坦7.8級地震的異常特征，為地震預測提供一定的參考依據。

1 山西水平擺觀測儀器概況

山西前兆臺網始建于上世紀70年代，形成于80年代末期。現有地磁、地電、形變、流體4個學科，布設在9個省級專業臺站和8個地方流體臺。臨汾、太原、離石、昔陽是山西數字前兆綜合觀測臺，均安裝SSQ-2I水平擺傾斜儀，水平擺觀測的對象是地平面與水平面之間夾角及其隨時間的變化，是研究固體潮地震前兆的重要手段之一。數字化水平擺于2008年1月(昔陽臺2013年1月)正式開始觀測，采用分采樣記錄，至今已積累8年的連續觀測資料。通過對多年觀測資料的分析，發現臨汾、太原、離石、昔陽地震臺站的水平擺在多次中強地震前有很好的映震性能。山西數字前兆觀測臺布設如第18頁圖1所示。

太原、臨汾、離石、昔陽4個前兆綜合觀測臺設在山西省地震斷陷帶上，主要分布在太原盆地、臨汾盆地和部分隆起區，整個布局與山西地震地質構造背景一致，臺站周圍斷層分布較多。臨汾臺地處臨汾盆地西緣，構造上位于臨汾凹陷內的龍祠沉降中心，緊靠控制盆地西緣的羅云山山前斷裂。臺站形變觀測山洞山體為奧陶系中統馬家溝組灰巖，距洞室150 m處羅云山斷裂在山前通過，該斷層為N40°E走向、傾向SE的正斷層；昔陽地震臺地處太行山西麓、虎頭山北坡、贊黃隆起和西部沁水凹陷的過渡帶，沁水煤盆地的東北邊緣，以NNE向構造運動為主，臺站以北約380 m處有一長約8 m(N38°E)的正斷層名為大寨斷裂，它屬于一組走向為N20°E的燕行排列斷裂帶。沿斷裂線有新生代的玄武巖出露，該臺是晉獲斷裂帶活動帶的臺站之一。以上各臺站洞內年溫差小于0.3 ℃，觀測條件均符合形變觀測規范要求。

2 異常特征分析

近年來，不少研究者發現，遠場前兆往往出現在對應力、應變變化反應靈敏的特殊部位，稱為“應力窗”“穴位”“敏感點”等，馬宗晉等曾應用多應力集中點和塊體整體活動的觀點討論遠場前兆問題，利用數值模擬方法，研究震源區孕震過程中應力應變變化，發現孕震過程可能對場內的某些特殊部位造成應力狀態的大幅度變化，從而在這些部位可能出現遠距離前兆[5]，臨汾綜合前兆地震臺可能處于此類敏感部位。本研究闡述侯馬形變臺對2013年8月31日安德裂亞諾夫群島7.0級、9月24日巴基斯坦7.8級地震的短臨異常，地震參數如第18頁表1所示。

圖1 山西數字前兆觀測臺站

表1 巴基斯坦、安德裂亞諾夫群島地震參數

2.1 兩次地震同震響應特征

(1) 巴基斯坦7.8級地震。

短臨前兆異常是在區域構造場的影響下，受震源應力場及活動構造之間綜合作用的結果[6]。地震短臨階段時，位于孕震區臺站的形變突跳可能受到引潮力的觸發，但由于大地震的發生是斷層兩側體積相當大的兩個塊體相對的運動，發震斷層兩側塊體的形變或微動形變，可能會牽動相鄰塊體甚至更遠處塊體某些敏感點部位的形變或微動，這可能是巴基斯坦7.8級地震前臨汾臺、昔陽臺水平擺突跳的一種解釋。

2013年9月24日19點29分發生的巴基斯坦7.8級地震，山西境內的太原、臨汾、離石、昔陽4個數字形變觀測臺站，均不同程度地記錄到典型的震前或震后的形變異常特征(見表2)。

由第19頁圖2可知，昔陽臺水平擺EW向，在震前42小時出現成簇的單點數據突跳，向上階跳最大幅度為12 ms，震后曲線恢復正常；離石臺NS向震前52小時出現向上單點數據突跳，EW向48小時前向下階跳；臨汾臺EW向震前48小時，頻繁數據突跳，而后緩慢正常，呈尖刀狀，突跳最大幅度3 ms。

表2 巴基斯坦7.8級、安德裂亞諾夫群島7.0級地震的同震響應特征

(2) 安德裂亞諾夫群島7.0級地震。

2013年8月安德裂亞諾夫群島7.0級地震，臨汾臺EW向震前2天，震后4天數據突跳，尖刀形呈鋸齒波；昔陽臺震前17小時、震后1天成簇的單點數據突跳；離石臺震前12小時向下脈沖階跳，39小時前曲線高頻抖動；太原臺震前5天、震后4天曲線高頻抖動(見第19頁圖3)。

2.2 差分分析

地傾斜的一階差分值反映傾斜速率的變化，能描述震源區及周圍地區的巖石在主震發生前由微破裂或加速變形引起的突變異常[6]。通常以2倍中誤差為警戒線，超過2倍中誤差，視為異常，2013年9月24日巴基斯坦7.8級地震前后，臨汾臺、離石臺水平擺均超出2倍中誤差。

圖2 臨汾臺、昔陽臺、離石臺分鐘值異常曲線圖

圖3 臨汾臺、離石臺、太原臺、昔陽臺8月29—31日分鐘值曲線

2.3 潮汐因子分析

NS分量潮汐因子≥0.79，EW分量潮汐因子≥0.39時，則可能會在中國境內發生7.0級以上地震，山西地區發生4.0級以上地震[7-8]。通過對2013年8月至12月山西省水平擺資料的整點值數據，做潮汐變化TID分析，得出太原臺、離石臺、臨汾臺水平擺M2波潮汐因子異常突出較為明顯。太原臺M2波潮汐因子正常觀測值在0.5左右波動，離石臺水平擺M2波潮汐因子正常觀測值在0.41左右波動，臨汾臺在0.61左右波動，3個臺站從9月22日至10月28日潮汐因子最大變化為0.38、0.14、 0.03。期間發生9月24日巴基斯坦7.8級地震和11月9日山西朔州3.8級地震，多年記錄資料的分析表明，潮汐因子的變化很可能與近場地震有關，此觀點需今后更多的震例進行驗證。