銀川臺地形變觀測資料映震效能研究及動力源探討

李自芮，馬翀之，朱鵬濤，崔 瑾，馬禾青

（寧夏回族自治區地震局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

地殼形變是地震孕育、發生過程中最突出的物理現象，它與地震的關系最為直接，具有明確的幾何和物理意義。大量事實證明，如1975年海城7.3級、1976年唐山7.8級和2001年昆侖山口西8.1級地震前都出現了突出的地殼形變異常。

銀川基準臺（以下簡稱銀川臺）的定點形變觀測始于1984年，是國家基準臺。觀測初期由于洞室更換頻繁，觀測資料變化極其不穩定，1990年以后才出現穩定的、具有明顯年動態變化的觀測形態。隨著“九五”、“十五”數字化改造，目前銀川臺配有重力、水管傾斜、石英擺傾斜、洞體應變、鉆孔應變5套形變觀測儀器，成為寧夏北部震情跟蹤的重要觀測臺站之一。因此，本文通過統計和分析地形變觀測資料在寧夏及周邊地區中強以上地震前的異常特征，對該臺地形變觀測資料的映震效能做出正確的認識和客觀的評價，對地震前兆研究具有實際意義。

1 臺站背景

銀川臺位于寧夏賀蘭山東麓斷裂西側，海拔1545米。賀蘭山東麓斷裂帶北起正誼關，沿賀蘭山東麓向南西曲折延伸，止于關頭，長度約125千米，為銀川地塹的西側構造邊界，斷層西側是高聳的賀蘭山，東側為盆地，斷裂兩側的地貌對照強烈［1］。銀川地形變觀測硐體基巖為閃長花崗片麻巖，山洞進深約100米，覆蓋厚度50余米，山體表面植被稀少。儀器室日溫差小于0.01℃，年溫差小于0.6℃ ，濕度在55～80%之間，符合觀測規范要求［2］。

2 資料可靠性分析

銀川臺重力儀、水管傾斜儀于2001年進行了“九五”數字化改造，并于同年增加了石英擺伸縮儀。2007年“十五”期間，增加了一套石英擺傾斜儀、一套鉆孔應變儀。模擬石英擺傾斜儀于2010年4月由于石英絲斷裂而停止觀測。2008年以來，銀川臺配有5套地形變觀測儀器，其中石英擺伸縮儀、鉆孔應變儀受抽水干擾變化幅度顯著，應變固體潮波形不夠光滑，其它3套儀器觀測的固體潮波形光滑，可觀測到周日波、半日波等周期規律。本文分別對以上各套觀測儀器選取無人為干擾時段的觀測資料做Venedikov調和分析，結果見表1。從表1中的M2波潮汐因子中誤差可以看出，除伸縮應變、鉆孔應變受抽水影響結果較差外，重力、水管傾斜、石英擺傾斜觀測資料的質量均較高，可達到國內固體潮觀測的一類精度水平。同時，2007年“十五”數字化改造之后，銀川臺周邊未發生中強以上地震，伸縮應變、鉆孔應變觀測資料對本文前兆異常震例分析影響不大。由于地形變觀測的理論基礎及固體潮的處理方法都比較成熟［3］，所以本文側重于根據資料的不同變化形態選取相應的數據處理方法對資料進行非潮汐計算分析，提取前兆異常信息。

表1 銀川臺地形變觀測固體潮整點值調和分析結果

3 震例分析

1990年以來銀川臺及周邊地區發生中強以上地震8次，強遠震2次，地震參數見表2。其中1990年甘肅景泰6.2級地震、1991年內蒙古阿拉善左旗2次5級地震，1996年內蒙古包頭6.4級地震，2011年昆侖山口西8.1級地震和2003年甘肅民樂6.1級地震前寧夏地形變觀測均不同程度地記錄到了地震前兆異常信息［4-8］，異常變化特征分述如下。

表2 1990年以來銀川臺及周邊地區Ms5.0以上地震及強遠震統計

3.1 1990年甘肅景泰6.2級地震

1990年10月20日甘肅景泰6.2級地震前銀川石英擺傾斜儀觀測資料出現破年變異常變化。其NS向在1990年不但無下降過程，還出現了一個總體上升的變化過程，變化形態與往年同期迥異；EW向1989年下降幅度約1.2角秒，低于其它年份，并在下降過程中的7—10月出現一個局部東傾變化，該異常為中期異常；潮汐因子在1990年3—8月出現高值異常變化。

3.2 1991年內蒙古阿拉善左旗2次5級地震

1991年內蒙古阿拉善左旗連續發生2次5級以上中強地震，其中前兩次地震前銀川臺重力潮汐因子出現高值異常變化，異常最大幅度2.7%，持續時間3個月，為短期異常。

3.3 1996年內蒙古包頭6.4級地震

1996年5月3日內蒙古包頭6.4級地震前銀川重力日均值出現速率變小的異常變化。從3月23日起，重力變化速率由原來的6.3 ugal/d變成2.3 ugal/d，一直持續到4月21日，異常延續了30天，異常幅度達1302.3 ugal。4月22日起變化速率突然增大，超過原來正常變化速率，持續8天后于5月1日再次變小，5月3日發生包頭6.4級地震，震后重力資料恢復正常。石英擺傾斜儀EW向1995年8月起出現反向東傾變化，11月恢復，形成一鼓包型異常形態，其潮汐因子自1995年2月起出現不同程度的低值異常變化。

3.4 2011年昆侖山口西8.1級地震

2001年11月14日昆侖山口西8.1級強震前銀川石英擺傾斜資料出現了明顯的異常變化。其EW向自2001年4月開始出現西傾加速變化，年變幅度超出正常變化三分之一，潮汐因子NS向1999年8月開始出現2次高值波動異常，EW向1998年起出現波動連續下降，地震后各向異常逐步恢復。

3.5 2003年甘肅民樂6.1級地震

2003年10月25日甘肅民樂6.1級地震前銀川重力觀測資料出現了一定的異常變化。其日均值自8月24日開始出現規律的正弦波形態，年底前結束；潮汐因子8月底開始出現低值變化，震前恢復，但異常幅度相對較小。

銀川臺地形變觀測資料的震例統計見表3。從表3可以看出，觀測資料在幾次地震前均不同程度的記錄到了地震前兆異常信息，其中石英擺傾斜儀主要表現為中短期異常，重力儀表現多為短、臨異常，且隨著地震強度的增大，異常時間、異常幅度均有所增大。

表3 銀川臺地形變觀測資料震例異常統計

4 前兆異常信息動力背景

寧夏及其鄰近地區處在青藏亞板塊內的甘—青塊體與華北亞板塊內的鄂爾多斯塊體及新疆亞板塊內的阿拉善塊體的結合區，即寧夏及鄰區是由三個構造活動差異顯著的塊體拼合而成。其東部是鄂爾多斯塊體，是中國大陸上最完整、最穩定的斷塊之一，中生代以來的沉積蓋層變形甚微，歷史上以及近代幾乎沒有地震活動。西北部是阿拉善塊體，是一個基底面很高、蓋層很薄的古老地塊，堅硬程度不亞于鄂爾多斯塊體，但其內部近代地震活動比較顯著，曾發生了1954年甘肅民勤7級地震，顯示有活化分解的跡象。西南部是一個相對柔軟、復雜、現今構造活動和地震活動都很強烈的區域，屬于甘—青塊體。在這三個塊體相交地帶，夾持著一個構造活動強烈的三角地帶，即銀川地塹和賀蘭山地壘。銀川臺正好位于寧夏賀蘭山東麓斷裂西側，主要動力來源于青藏高原東北方向的擠壓，因此，周邊強震的發生對銀川地塹和賀蘭山地壘具有較強的作用，也造成強震前銀川臺形變資料出現顯著的異常變化。

5 結論與問題

（1）通過1990年以來銀川臺及周邊地區發生中強地震和強遠震的統計結果來看，10次震例中，銀川臺地形變觀測資料記錄到了6次地震，映震效果比較好。石英擺傾斜儀主要表現為中短期異常，重力儀表現多為短、臨異常，且隨著地震強度的增大，異常時間、異常幅度均有所增大。從其動力學背景也可以看出，寧夏周邊地質背景復雜，銀川臺由于受到青藏高原東北方向的擠壓，會在強震前捕捉到地形變的異常變化信息，對寧夏及周邊中強以上地震有一定的監測能力。

（2） 本文只討論了銀川臺形變觀測資料對中強地震和強遠震的映震效能，未來的方向希望通過更多的震例和方法，對銀川臺形變觀測資料異常變化所對應的地震方位和震級大小做一個定性或定量的研究。