尼泊爾8.1級地震后河北省數字形變觀測同震響應研究

劉 靜，尹宏偉，李 鳳，李瑞卿，張 蕾

(河北省地震局石家莊中心地震臺，河北 石家莊 050000)

尼泊爾8.1級地震后河北省數字形變觀測同震響應研究

劉 靜，尹宏偉，李 鳳，李瑞卿，張 蕾

(河北省地震局石家莊中心地震臺，河北 石家莊 050000)

北京時間2015年4月25日14時11分26.3秒在尼泊爾境內發生Ms 8.1地震。通過分析河北省各形變臺站的震時觀測資料，研究各形變測項對尼泊爾地震的同震響應特征，結果表明，形變測項均記錄到此次地震，同震響應形態分為振蕩型、振蕩-階變型、階變型三類；不同臺站相同類型儀器的同震響應幅度有很大差別；同一臺站同一儀器不同方向上記錄波形幅度相差較大；地震對應變場的影響以EW向為主；記錄到階變型形變波的臺站主要集中在河北省的北部，南部較少；認為尼泊爾地震后河北省北部地區的地震活動可能有增強的趨勢，南部相對平靜。

形變觀測；同震響應；尼泊爾地震

0 引言

受地震波激發，借助數字化形變前兆觀測在多測點觀測到的地震時傾斜、應變或應力的波動現象稱為震時形變波，它反映的主要是遠場面波[1]。如果地震發生時在應變儀和傾斜儀的記錄曲線中，由于地震引起地表變形使曲線偏離震前的位置，這種突變稱作傾斜(或應變)同震階躍[2]。同震階躍應為地震期間地球應變場的一種準靜態調整，當地震發生時，孕震體釋放能量，在震源區內的應變場調整是應力—應變的傳遞，故在震源區內,儀器記錄到的正是這種直接調整，在震源區外特別是震中距較大的地區，儀器不可能記錄到震源區的應變場調整。由于地震動導致的應力—應變傳遞，各地應變場也隨之調整，使上千千米范圍內的儀器也能觀測到同震階躍。同震響應研究一方面可以檢驗前兆手段對地殼介質應力—應變過程的響應程度，另一方面為研究區域應力場在巨震后的變化提供了新的研究途徑。近年來，遠場大震的同震效應研究成為廣大地震工作者研究的熱點之一[3-5]。據中國地震臺網測定，北京時間2015年4月25日14時11分26.3秒在尼泊爾境內發生Ms 8.1地震，此次地震造成重大的人員傷亡和財產損失，并波及我國的西藏地區。該震中雖與河北省遠隔幾千公里，但由于震級較大，引起河北省境內大量前兆測項的同震響應。筆者通過分析發現，體應變、垂直擺、水管儀、伸縮儀等測項，在震后均有明顯的同震響應記錄，且異常表現形式不同。

1 尼泊爾8.1級地震的發震構造

尼泊爾8.1級地震的震源深度為20 km,該地震處于喜馬拉雅山地震帶上，震源破裂類型為逆沖型。據萬永革等[6]研究提供的結果，該區域內構造應力場分區特征明顯，在陸陸碰撞帶處以逆沖體系為主，青藏高原內部以正斷體系和走滑體系為主；大震附近最大主壓應力方位為近NS向，最大主張應力方位為NWW-SEE向，說明地震是在印度板塊與歐亞板塊的強烈擠壓作用下發生。現今，河北省及鄰區中等地震的震源錯動方式以走滑類型為主，兼有少量的正斷層類型，這與該區存在的左旋走滑的張家口—渤海地震構造帶和右旋走滑的山西地震構造帶有密切關系[7]，在兩帶交匯處的晉冀蒙盆嶺構造區多數地震為正斷兼走滑類型。尼泊爾地震時，當地應變場發生劇烈變化。

2河北省形變觀測在尼泊爾8.1級地震后的同震效應

2.1 體應變

河北省體應變觀測儀主要是TJ-2型。觀測結果表明，體應變有較好的同震響應，高頻特性好，抗震動，記錄動態信息不失真[8]等特點，能記錄到震時變化幅度不同的壓性或張性階躍。

由圖1看出，尼泊爾8.1級地震時，6個體應變臺站中有5個產生同震響應(涉縣臺震時資料缺失)，由表1計算出各臺變化幅度及初動方向，分析得出體應變臺站的響應形態分為振蕩型和階躍型兩類。階躍型又分為壓性和張性，各臺的同震響應幅度不等。寬城臺最大，大幅度的階躍變化破壞了數據曲線形態，震后雖有所恢復，但仍維持在較低觀測值；趙各莊礦臺體應變同震響應幅度最小，未影響觀測曲線形態，且震后恢復較好。除張家口臺、趙各莊礦臺體應變的同震變化初動方向為壓性外，其余臺站均為張性，可能與尼泊爾8.1級地震發震斷層的破裂性質有關，震源破裂類型為逆沖型。逆沖型斷層可能引起震源區域或遠場區應力—應變能的釋放，從而使應變向張性方向變化。此結果與王曰風[9]等關于河北地區體應變同震響應機理分析結果相似。據邱澤華等[10]的文獻，遠處地震所造成觀測點的應力變化，不僅決定于震源的斷層滑動，同時與觀測點附近的構造活動有關。河北省體應變臺站對尼泊爾8.1級地震的響應形態及幅度的差異性，可能與各臺站所處的地質構造活動不同有關。

2.2 垂直擺

河北省前兆形變臺網的7個臺站有垂直擺測項，分別為懷來、張家口、易縣、承德、涉縣、赤城、寬城臺站。在地震時，均記錄到同震變化，形態有振蕩型、振蕩—階躍復合型。選取懷來臺和承德臺的同震響應特征進行分析(見第19頁圖2)。由圖2看出，兩臺站垂直擺EW向的同震響應幅度均大于NS向。除涉縣和赤城臺外，其余3個臺站均是EW向大于NS向，說明地震對河北省應變場的影響以EW向為主；懷來臺EW向和承德臺NS向出現較明顯的同震階躍。尼泊爾8.1級地震對該區域造成較大影響，地震動導致應力—應變傳遞，使該區域震后應變場進行調整。垂直擺數據精度較高，說明所選臺站具備干擾因素少、正常波動背景值噪聲限低的優勢，觀測效果比較理想。

圖1 尼泊爾8.1級地震時河北省體應變同震響應圖Fig.1 Coseismic response of in Hebei Province during Nepal 8.1 earthquake

表1 河北省體應變數字化觀測到的地震波部分參數Table 1 Partial parameters of seismic wave recorded by body strain digital observation in Hebei Province

2.3 水管儀

傾斜觀測儀主要是DSQ型水管儀，觀測精度高，有EW和NS兩方向的測值。從第19頁圖3和表3看出，張家口臺水管儀EW向到時比NS向早三分鐘，寬城臺兩分向相同；張家口臺記錄到兩分向的同震波持續時間基本相同，寬城臺差異較大(EW向明顯大于NS向)；張家口臺水管儀EW向產生明顯的向下階躍變化，震后觀測數據呈低值變化，未恢復到震前水平；寬城臺水管儀NS向產生大幅向下突跳，震后恢復到震前水平。

表2 河北省垂直擺觀測到的地震波部分參數Table 2 Partial parameters of seismic wave recorded by vertical pendulum tiltmeter observation in Hebei Province

圖3 尼泊爾8.1級地震時張家口臺、寬城臺水管儀同震響應圖Fig.3 Coseismic response of water tube tiltmeter at Zhangjiakou station and Kuancheng station during Nepal 8.1 earthquake

表3 河北省水管儀觀測到的地震波部分參數Table 3 Partial parameters of seismic wave recorded by water tube tiltmeter observation in Hebei Province

2.4 伸縮儀

觀測洞體應變采用SS-Y型伸縮儀，河北省形變監測臺網有6個洞體應變臺記錄到此次地震，下面選取同震響應比較明顯的懷來臺和易縣臺進行分析。

由第20頁圖4看出，懷來臺和易縣臺伸縮儀同震響應形態為振蕩型，初動方向為張性變化。由第20頁表4得出，兩臺站伸縮儀兩分向到時和振蕩持續時間基本相同；懷來臺EW向振蕩幅度小于NS向，易縣臺EW向大于NS向，同一臺站同套儀器不同方向記錄的同震響應波形幅度不同可能與震中位置、震源破裂過程、破裂方向、震源機制有關。

圖4 尼泊爾8.1級地震時懷來臺、易縣臺伸縮儀同震響應圖Fig.4 Coseismic response of extensometer at Huailai station and Yixian station during Nepal 8.1 earthquake

表4 河北省伸縮儀觀測到的地震波部分參數Table 4 Partial parameters of seismic wave recorded by extensometer observation in Hebei Province

3 不同區域同震響應分析

在強遠震的影響下，發生階變型形變波的區域，地殼應力可能處于臨界狀態，地下介質的力學性質發生改變，產生塑性變化，與測點所在區域地震活動增強有關。河北省形變測項對尼泊爾8.1級地震的同震響應特征，出現震時階變響應的形變測項有：

(1) 張家口地區。張家口臺的水管傾斜觀測東西分量；懷來東良臺的水平擺北南分量、東西分量，垂直擺東西分量；赤城臺的垂直擺東西分量。

(2) 承德地區。承德臺的垂直擺傾斜觀測北南分量；寬城臺的體應變、垂直擺北南分量。

(3) 保定及唐山地區。易縣地震臺的體應變、垂直擺傾斜觀測北南分量、鉆孔應變觀測北東分量；唐山趙各莊礦臺的體應變。

(4) 邢臺及邯鄲地區。永年臺的洞體應變觀測北南分量。

河北省形變觀測對尼泊爾地震的階變響應具有分區性，北部地區多臺站多測項出現大量階變響應，南部地區只有一例出現階變響應。其中,較典型的有易縣臺和寬城臺的體應變同震階變幅度大；懷來東良垂直擺、張家口水管、承德垂直擺震時出現大幅度振蕩并伴隨階變響應。分析結果表明，尼泊爾地震產生的能量對河北省北部地區的影響大于南部地區。

4 討論與結論

(1) 河北省形變觀測臺網下設臺站對尼泊爾8.1級地震均出現同震響應，說明臺網觀測儀器對地殼應力—應變的改變有較強的記錄能力。

(2) 形變測項對尼泊爾地震的響應形態有3類：振蕩型、振蕩—階變型、階變型。

(3) 不同臺站相同類型儀器的同震響應幅度不盡相同，可能與臺站所屬區域的地質構造活動有關。

(4) 同一臺站同一套儀器不同方向上記錄波形幅度相差較大，可能與尼泊爾地震的震中與臺站的相對位置、震源破裂過程、破裂方向、震源機制等有關。

(5) 大部分臺站垂直擺傾斜儀記錄到的EW向形變波幅度大于NS向，說明地震對河北省應變場的影響以EW向為主。

(6) 記錄到階變型形變波的臺站主要集中在河北省北部，南部較少，認為地震產生的能量對北部地區的影響大。

該文在撰寫過程中得到張家口中心地震臺王曰風高工的悉心指導，在此誠表謝意！

[1] 牛安福，張 晶，吉 平.強地震引起的同震形變響應 [J].內陸地震，2005，19(1)：1-7.

[2] 陳德福.地殼形變動力學觀測與研究[M].北京：海洋出版社，1993：166-173.

[3] 張環曦，郭建芳，薛志芳,等.昌黎井數字化水位水溫對汶川地震同震響應機理分析[J].華北地震科學,2009(4):46-49.

[4] 尹宏偉，梁麗環，韓文英，等.河北省地下流體水位對遠場大震的響應特征研究[J]. 防災科技學院學報，2015,17(3)：37-44.

[5] 袁 媛，趙文舟，陳 軍，等.2011年3月11日日本9.0級強震上海地區同震效應分析[J]. 華南地震，2014,34(1)：38-42.

[6] 萬永革,沈正康，盛中書，等. 2008年汶川大地震對周圍斷層的影響[J]. 地震學報，2009，31(2):128-139.

[7] 魏光興，周翠英，趙興蘭.華北地區中小地震應力場的優勢方向[J].地球物理學報，1982，25(4): 333-343.

[8] 蘇愷之.地應力資料的物理解釋(三)：應變固體潮，地震波和地震前兆異常[M].北京：地震出版社,2003.

[9] 王曰風，張秀萍，張彥青,等.張家口臺2008年汶川大地震鉆孔應變觀測報告[J].地殼構造與地殼應力，2008(2):40-47.

[10] 邱澤華，石耀霖．地震應力觸發和觀測體應變階[G]//蘇愷之，李海亮，張鈞,等．鉆孔地應變觀測新進展.北京：地震出版社，2003：57-62.

StudyonCoseismicResponseofDigitalDeformationObservationinHebeiafterNepal8.1Earthquake

LIUJing,YINHong-wei,LIFeng,LIRui-qing,ZHANGLei

(ShijiazhuangCentralSeismologicalStationofEarthquakeAdministrationofHebeiProvince,Shijiazhuang,Hebei050000,China)

Beijing time at 14:11 26.3 second on April 25, 2015Ms8.1 earthquake occurred in Nepal. Based on the analysis of seismic observation data during earthquake of each deformation station in Hebei Province, the characteristics of coseismic response are studied. The results show that all the items of deformation observation recorded this earthquake, and the coseismic response is divided into three types: oscillation, oscillation-order variable, order variable; The coseismic response amplitude of the same type of instruments at different stations is very different;The amplitude of the recorded waveform of the same instrument at the same station is different in different directions; The influence of the earthquake on the strain field is dominated by EW; The stations that recordedorder variable deformation wave are mainly in the northern part of Hebei province and less in the South; It is believed that the seismic activity in the northern part of Hebei province may be enhanced and the south is relatively quiet after the earthquake.

Deformationobservation;Coseismic response; Nepal earthquake

1000-6265(2017)03-0017-05

2017-01-07

劉 靜(1986— )，女，河北省邯鄲人。2010年畢業于河北經貿大學，助理工程師。

P315.72+5

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