岷縣—漳縣6.6級地震洞體應變異常特征

史繼平 王小娟 翟 瑋

（中國蘭州 730000 甘肅省地震局）

岷縣—漳縣6.6級地震洞體應變異常特征

史繼平 王小娟 翟 瑋

（中國蘭州 730000 甘肅省地震局）

對宕昌地震臺洞體應變觀測資料異常變化進行分析，認為EW分量記錄到岷縣—漳縣6.6級地震地形變過程，即震間形變→震前形變（包括加速變化期和失穩期）→同震形變→震后形變（包括震后滑動和震后調整）→震間形變。長時間的震后滑動記錄在中國較為少見，此觀測資料為地震孕育過程的研究提供了寶貴資料。

洞體應變；岷縣—漳縣MS6.6地震；加速變化期；失穩期；震后調整

0 引言

地殼形變是一種有希望的地震預報手段，可以較為“直接”地顯示地殼深部震源區變化。而洞體應變觀測是連續監測地殼應變狀態的一種地形變觀測手段，也是地震預報研究的一種重要手段。

近年來中國洞體應變觀測逐漸增多，捕捉到很多地震前兆異常變化現象。在汶川8.0級、新源—和靜6.6級、河津4.8級、攀枝花6.1級、寧強5.7級、精河5.1級、高郵—寶應4.9級、大同—陽高4.5級、岷縣—漳縣6.6級等地震前，洞體應變儀均觀測到不同程度的異常變化（蘇樹朋等，2009；王新剛等，2009；邱桂蘭等，2010；柯昌安等，2011；郭國祥等，2012；韓勝等，2012；王在華等，2012；方燕勛等，2013；姜振海等，2013）。本文對宕昌地震臺（以下簡稱宕昌臺）洞體應變異常變化進行分析，并判斷是否記錄到完整的地震地形變過程：α（震間形變）→β（震前形變）→γ（同震形變）→δ（震后形變）→α（震間形變）。

1 臺站背景

宕昌地震臺始建于1987年，1989年建成，距臨潭—宕昌斷裂約5km。臺站形變觀測山洞，長約108 m，深65.5 m，山體由三迭系碎硝巖和板巖組成，洞體垂直覆蓋層厚約35 m。山洞內儀器室年溫差小于0.2℃，安裝SS-Y型伸縮儀和DSQ型水管傾斜儀。

臨潭—宕昌斷裂西起合作以西，向東南經臨潭北、岷縣延伸至宕昌以南，長約250km，由數條規模不等、相互平行或斜列的次級斷裂組合而成。該斷裂位于東昆侖斷裂和西秦嶺北緣斷裂之間，同迭部—白龍江斷裂帶、光蓋山—迭山斷裂帶、文縣—康縣—略陽斷裂、康縣—略陽斷裂帶、成縣盆地南緣斷裂、兩當—江洛斷裂、禮縣—羅家堡斷裂等規模較大的斷裂共同組成該地區復雜的“V”字型構造體系（袁道陽，2003；袁道陽等2004；鄭文俊等，2005）。

2 洞體應變觀測原理

洞體應變觀測是連續監測地殼應變狀態的一種地形變觀測，原理是，測量地表兩點間水平距離的相對變化量（中國地震局監測預報司，2008；呂寵吾等，2001，2009）。即

式中，L為原地殼表面兩點間的距離，L′為變化后地殼表面兩點間距離，ΔL為兩點間的絕對變化量，ε為應變量。根據約定：ε＜0時，L壓縮；ε＞0時，L伸張。

3 資料分析

據中國地震臺網中心測定，北京時間2013年7月22日7時45分56秒在甘肅省定西市岷縣—漳縣交界發生MS6.6強烈地震，震中位于34.5°N，104.2°E，震源深度約20km。該地震發生在臨潭—宕昌斷裂（北支）上，距宕昌地震臺53km。

3.1 干擾剔除

不同的干擾因素影響機理不同，變化特征也存在較大差異，根據影響幅度和時間，分為：①使觀測數據產生突跳、臺階、畸變等明顯的干擾變化，如：人為干擾、儀器故障、爆破、停電等；②沒有明顯的短期異常變化，干擾疊加在趨勢變化中，如：溫度、氣壓、地下水位、水庫、河流、大型倉庫、大型工廠、大型施工場地等。明顯干擾在日常預處理中基本消除，本文主要分析溫度和氣壓對宕昌洞體應變的干擾（在宕昌臺附近未開展地下水位觀測，無法對地下水位影響進行分析）。宕昌臺洞體應變與氣溫、氣壓的相關性分析見表1。

由表1可見：宕昌臺洞體應變與氣溫、氣壓的變化基本不相關。2009—2014宕昌臺SS-Y儀EW分量日均值曲線見圖1。由圖1可見：自2011年起，洞體應變EW分量變化幅度和速率急劇增加，變化幅度是2009年和2010年的3倍多，而氣溫和氣壓干擾不可能造成如此大的變化。因此，本文在分析洞體應變資料時忽略氣溫與氣壓干擾。

表1 洞體應變與氣溫、氣壓的相關分析結果Table 1 Correlation analysis of cave volume strain and temperature，barometric pressure

圖1 宕昌臺SS-Y儀EW分量日均值曲線Fig.1 The average daily value curves of SS-Y EW components of volume strain at Dangchang Seismic Station

3.2 異常變化分析

宕昌地震臺洞體應變2008年1月1日起正式產出觀測資料。由于2008年汶川地震對宕昌臺觀測資料影響較大，且在2009—2013年宕昌臺附近無MS5.0以上地震干擾，因此截取2009—2014年觀測資料進行分析。

在2011年6月30日至2012年3月21日及2013年5月16日至8月7日，宕昌臺洞體應變儀器出現故障，NS分量數據不可靠，故本文主要對EW分量進行分析。

王雙緒等（2013）研究認為：在印度板塊北推碰撞作用下，青藏塊體NE向擠壓和向東擠出構造應力是本區運動變形的主控應力。李桂榮等（2013）對“陸態網絡”基準站GPS數據的研究認為，異常方向主要為EW方向。通過以上分析可以確認：岷縣—漳縣6.6級地震期間，該地區主應變方向為EW方向，因此，宕昌臺洞體應變EW分量能夠反映該地區主要異常過程。

研究表明，地震地形變存在一個由繼承性運動→偏離繼承性運動→發生地震→震后調整逐步回復到繼承性運動的過程。對應到地形變觀測當中，就是：震間形變→震前形變→同震形變→震后形變。

3.2.1 EW分量。（1）震間形變。宕昌臺洞體應變EW分量在2009—2010年呈現準線性變化，并具備一定年變規律——在一個下降通道內波動，每年2月、7月為高點，5月、10月為低點，具有較為穩定的變化趨勢（圖1），說明臨潭—宕昌斷裂帶正處于能量積累的繼承性運動期間，為正常動態背景。EW方向受到壓縮。

（2）震前形變。包括加速變化期（β1）、失穩期（β2）、臨震預滑動（γ1）。震前形變劃分為：①2011年初至2013年4月為加速變化期，2013年4月至7月為失穩期，沒有臨震預滑動（臨震預滑動指未來震中附近觀測到的量級顯著大于α時期和β1時期的異常變化，并不是每一個大震之前都存在）；②β1、β2與第1種情況相同，2013年4月至2013年7月為失穩期，7月3日至14日為臨震預滑動（姜振海，2013）。本文采用第1種劃分方法。

EW分量在2011年1月至2013年4月打破年變規律，觀測數據持續下降，進入加速變化期，2011年 5月擊穿下降通道下沿，9月達到最低點，變化幅度達10 094.2×10-10，是2009年和2010年年變幅的3倍多，呈明顯加速變化（圖1）。加速度的出現意味著，在正常應力背景上出現增量應力過程，斷裂帶由此開始打破并偏離繼承性運動。

EW分量在2013年4月16日至6月7日出現快速下滑形態，幅度達到10 085.4×10-10，相當于2011年最大年變幅，平均日變化達到193.9×10-10；7月3日至7月14日出現快速上升形態，變化3 482.4×10-10，平均日變化為316.6×10-10（圖1）。說明在此期間宕昌臺洞體應變EW分量進入無序波動期，出現較大波動，顯示失穩期特點。臨潭—宕昌斷裂帶此時已經偏離繼承性運動，隨時可能發生地震。

圖2 2013年7月22日SS-Y儀EW分鐘值曲線Fig.2 The minutes value curves of SS-Y EW component on July 22，2013

（3）同震形變指地震導致巖體破裂錯斷時記錄的異常變化（唐磊等，2011，2013）。2013年7月22日宕昌臺洞體應變EW分量同震形變達6 763.4×10-10（圖2）；安裝在同一觀測墩的水管傾斜也出現同震變化，變化幅度NS分量為-170.54×10-3″，EW分量為-109.93×10-3″。這些同震變化說明，在2013年7月22日7時45分56秒，臨潭—宕昌斷裂帶發生主破裂，將積累的能量轉變為熱能和彈性能釋放出來。

（4）震后形變。分為：震后滑動（γ3）和震后調整（δ）。震后滑動指地震后緊跟的慣性滑動，并非每個地震后都會出現，而岷縣6.6級地震后出現慣性滑動，且幅度較大，時間較長，比較少見。2013年7月22日到8月16日，變化幅度高達15 860.7×10-10（圖1）。此時巖體受慣性作用，在EW方向呈現壓縮變化。

震后調整指地震后地殼自動逐步回歸到震間形變的過程。由圖2可以看出：當宕昌臺洞體應變EW分量降到最低點后，出現一個回調過程，幅度達到17 917.9×10-10，將震后滑動包含在內，并恢復到以前的下降通道之內。此過程結束后，宕昌臺洞體應變EW分量再次進入震間形變期，臨潭—宕昌斷裂帶恢復到應力積累期。

3.2.2 洞體應變觀測NS分量。由圖3可見： NS分量故障較多，仍存在較為明顯的異常變化。NS分量平均日變速率2009年1月1日至2011年6月29日為5.3×10-10，2012年4月29日至2013年5月15日為10.6×10-10，2013年8月14日至2014年3月6日為29.6×10-10，對應震間變化、震前變化、震后變化。

3.2.3 水管傾斜觀測。宕昌臺形變山洞內安裝水管傾斜儀，與洞體應變儀SS-Y安裝在同一個儀器墩上。DSQ儀記錄到岷縣—漳縣6.6級地震的震間形變、震前形變、同震形變、震后形變等地形變過程（圖4），從而說明洞體應變真實可信。

圖3 宕昌臺SS-Y儀NS分量日均值曲線Fig.3 The average daily value curves of SS-Y NS component at Dangchang Seismic Station

圖4 宕昌臺DSQ日均值曲線Fig.4 The average daily value curves of DSQ at Dangchang Seismic Station

4 結論

通過對宕昌臺洞體應變觀測數據進行分析，得出以下結論。

（1）宕昌臺洞體應變EW分量記錄到岷縣—漳縣6.6級地震地形變過程：震間形變→震前形變→同震形變→震后形變→震間形變。為地震孕育過程的研究提供了寶貴資料。

（2）宕昌臺洞體應變異常時間較長，內容豐富，有中長期異常，如：2011年變幅是2009年和2010年的3倍多，也有短臨異常，如：2013年4月16日至6月7日出現快速下滑形態，7月3日至14日出現快速上升形態，表現為失穩期內劇烈波動，地震隨時可能發生。

（3）岷縣—漳縣6.6級地震的發生，預示著未來幾年該地區可能是甘東南地區的地震活動主要區域（張元生等，2013）。宕昌臺洞體應變可以監測甘東南地區應力變化，為今后地震監測預報提供重要觀測資料及判定依據。

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The abnormal change of cave volume strain for Minxian - Zhangxian MS6.6 earthquake

Shi Jiping，Wang Xiaojuan and Zhai Wei
（Earthquake Administration of Gansu Province，Lanzhou 730000，China）

In this paper，the anomalous variation of cave volume strain data at Dangchang Seismic Station is analyzed.The result suggests that the data has recorded the whole process of earthquake deformation.The process is:interseismic deformation，then，preseismic deformation（which include the acceleration period and unstable period），then，coseismic deformation，then，postseismic deformation（which include the post seismic slip and the adjustment），and last，interseismic deformation.The post seismic slip of long duration is extremely rare in our country，so this data is extremely valuable for the study of earthquake gestation process.

cave volume strain，Minxian-Zhangxian MS6.6 earthquake，accelerated change period，unstable period，adjustment after the earthquake

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.011

史繼平（1978—），男，工程師，主要從事地震前兆監測及研究工作

中國地震局監測、預測、科研三結合課題（152802）

本文收到日期：2015-05-27