銀川臺石英擺傾斜儀異常特征及預測指標分析

李自芮，馬翀之，崔 瑾，朱鵬濤

（寧夏回族自治區地震局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

地傾斜觀測是地殼形變測量的手段之一，它能連續監測地殼傾斜速度及方向的變化。在地震孕育的初期，地殼產生彈性形變，隨著應力的積累不斷增強，形變加速，介質發生塑性變化，當震源體的應力達到其介質破裂的臨界值時，震源區進入非穩定狀態，地殼形變也會出現一些轉折和加速等特征。總之，在構造力的作用下，致使區域應力場增強以及在一些易積累應力的構造上形成震源體，在地震孕育的整個過程中都伴隨著地殼形變[1]。

1 觀測背景介紹

銀川臺石英擺傾斜儀于80年代投入觀測，架設于寧夏賀蘭山東麓斷裂西側的一山洞里，洞體基巖為花崗片麻巖，覆蓋厚度約50m，進深約100m，無植被。經過洞室的不斷改造，觀測資料于1989年之后趨于正常，觀測精度高于10-8量級[2]。

2 研究區域

依據銀川臺臺站位置及其監測能力范圍，本文確定研究區域為銀川臺石英擺傾斜儀觀測資料異常變化與周邊400km范圍內發生的MS5.0以上地震之間的對應關系，并給出地震預測指標。根據觀測資料精度定義各級地震的監測能力范圍為：

本文統計了在銀川臺監測能力范圍內，自1989年以來發生的MS5.0以上地震震例，并且分析了對應時間段內石英擺傾斜儀觀測資料的變化情況，結果表明：在銀川臺周邊400km范圍內發生的MS5.0以上地震前，石英擺傾斜儀觀測資料均有不同程度的異常反應。1989年以來銀川臺周邊地區發生MS5.0以上地震統計如表1所示。

表1 1989年以來銀川臺周邊地區發生MS5.0以上地震統計

值得一提的是：在離銀川臺千里之外的昆侖山口西8.1級強震前，銀川臺石英擺傾斜儀同樣記錄到了信度較高的異常變化[3]，2008年四川汶川8.0級地震與銀川臺石英擺傾斜儀觀測資料也存在一定程度的關聯。因此，在分析資料異常變化特征與地震對應關系時一并進行了統計分析。

3 觀測資料異常特征分析

3.1 形態分析

形態分析是根據原始資料的變化形態進行分析的一種方法。通常當資料的正常變化規律被打破而出現異常變化時，若經分析斷定非干擾所致，便可認為資料出現了異常。

圖1 銀川臺石英擺傾斜儀五日均值曲線Fig.1 The 5-day mean curve of quartz pendulum in Yinchuan Seismic Station

表2 銀川臺石英擺傾斜儀五日均值異常變化特征及對應地震情況

銀川臺石英擺傾斜儀觀測曲線存在正弦曲線形態的年變規律，兩個方向的變化規律基本一致：每年NS向先向北傾斜，EW向先向東傾斜，2—4月NS向轉為向南傾斜，EW向轉為向西傾斜，9—11月NS向又轉為向東傾斜，EW向又轉為向東傾斜，變化幅度NS向約1.3角秒/年，EW向約1.4角秒/年，總體趨勢上來說NS向北傾，EW向西傾。石英擺傾斜儀形態曲線在幾次中強地震和昆侖山8.1級地震、汶川8.0級地震前均出現了異常變化，銀川臺石英擺傾斜儀五日均值線圖如圖1所示，異常變化特征以及對應地震情況如表2所示。

3.2 潮汐因子γ值分析

地球固體潮汐是人們事先可以預測和精確測量到的一種自然現象。通過理論研究和長期觀測確認，地殼內應變積累到一定程度，會使介質物性發生變化，從而導致該地實測的固體潮振幅發生變化。在正常情況下，假設地球為剛體時所計算的當地的理論潮振幅為A，與當地實測的固體潮振幅A′之比AA′稱為傾斜固體潮振幅因子γ，它是十分穩定的[4]。使用M2波的潮汐因子值作為實用指標，維尼迪可夫調和分析方法進行計算，潮汐因子值經過三月一平均，一月一滑動處理，如果潮汐因子值偏離正常值的1.5倍中誤差，便認為自偏離時刻起資料進入異常變化時段。圖2為銀川臺石英擺傾斜儀M2波潮汐因子曲線，從圖中可以看出，M2波潮汐因子值曲線在幾次中強地震前出現異常變化，異常變化特征見表3。

3.3 異常成功率統計

本文使用寧夏形變觀測資料，對形變監測能力范圍內形變異常的成功率進行分析統計。成功率η定義為[5]：

按觀測資料異常特征與地震對應情況，統計了銀川臺石英擺傾斜儀觀測資料異常成功率，結果如表4所示。

圖2 銀川臺石英擺傾斜儀M2波潮汐因子曲線（三月一平均，一月一滑動）Fig.2 The quartz pendulum tiltmeter M2 wave tidal factor curve in Yinchuan Seismic station(on average once every 3 months, sliding once a month)

表3 銀川臺石英擺傾斜儀M2波潮汐因子異常變化特征及對應地震情況

表4 銀川臺石英擺傾斜儀觀測資料異常成功率

4 結論與討論

綜合以上分析可知，銀川臺石英擺傾斜儀對監測能力范圍內中強以上地震有一定的監測能力，震前異常主要體現為趨勢異常、破年變異常、M2波潮汐因子低于1.5倍中誤差。依據本文對觀測資料的分析總結，給出了銀川臺石英擺傾斜儀觀測資料預報地震的預測指標如下：

（1）銀川臺石英擺傾斜儀觀測資料出現長趨勢異常、破年變異常，可判斷未來2年將會發生MS5.0以上地震；特別注意在趨勢異常背景下出現的破年變異常，可判斷較長時間發生強震的可能；

（2）用維尼迪可夫調和分析方法按月計算M2波潮汐因子值，經過三月一平均，一月一滑動處理，潮汐因子值若偏離正常值1.5倍中誤差，便認為自偏離時刻起進入異常變化時段，異常變化出現明顯轉折，可判斷未來1年左右將會發生MS5.0以上地震。