水平擺觀測(cè)中多次重現(xiàn)異常的初步分析

張紅秀，張聰聰，徐 潔

(1.山西省地震局臨汾中心地震臺(tái)，山西 臨汾 041000；2.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西 太原 030025)

0 引言

地殼形變是地震孕育、發(fā)生過程中最為突出的物理現(xiàn)象，與地震的關(guān)系最為直接。數(shù)字水平擺傾斜儀是一種監(jiān)測(cè)地球固體潮汐形變的高靈敏度儀器，是研究固體潮和地震前兆的一種重要形變觀測(cè)手段，其記錄資料中包含了豐富的信息。如何準(zhǔn)確識(shí)別觀測(cè)中的異常圖像是利用固體潮汐形變資料進(jìn)行地震分析預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)。盡管不少學(xué)者對(duì)前兆觀測(cè)中的震兆異常特征進(jìn)行了研究[1-7],但因數(shù)字化觀測(cè)時(shí)間短，對(duì)異常圖像的認(rèn)識(shí)有限，尤其對(duì)震兆異常的判定尚處于摸索階段，有必要對(duì)記錄中出現(xiàn)的不明原因異常圖像與地震的相關(guān)性進(jìn)行分析，對(duì)未來預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)地震具有積極意義。為此，文章對(duì)臨汾中心地震臺(tái)(以下簡稱臨汾臺(tái))水平擺記錄到的“兩分向同步轉(zhuǎn)向、大幅傾變”異常與地震的關(guān)系進(jìn)行初步分析。

1 臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境概況

臨汾臺(tái)位于臨汾市堯都區(qū)金殿鎮(zhèn)龍祠村西北1 km的山腳下，觀測(cè)山洞始建于1978年4月，高程550 m，基巖為中奧陶系馬家溝組灰?guī)r，山洞主巷道長76.8 m，寬1.6 m，高2.0 m。內(nèi)有10個(gè)支洞，山洞總長130.7 m。山體大部分植被為草和灌木，覆蓋層厚度約32～39 m，洞室年溫度變化幅度小于0.3 ℃，日變幅度小于0.1 ℃，濕度小于80%。

2 資料選取與分析

2.1 資料選取

兩分向同步轉(zhuǎn)向異常圖像從2008年水平擺安裝至今的觀測(cè)資料中選取，研究中的地震事件從中國地震臺(tái)網(wǎng)中心(CENC)地震數(shù)據(jù)管理與服務(wù)系統(tǒng)中提取。

2.2 幾次地震前異常變化特征

臨汾臺(tái)水平擺傾斜觀測(cè)中多次記錄到NS向、EW向變化趨勢(shì)同步轉(zhuǎn)向、大幅傾變圖像，且持續(xù)一段時(shí)間后發(fā)生方向回轉(zhuǎn)，恢復(fù)正常變化，在大幅度傾變過程中或恢復(fù)正常傾變過程中往往伴隨著地震的發(fā)生。現(xiàn)將收集到的該類異常圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以探求其與地震的相關(guān)性。異常圖像持續(xù)時(shí)間、傾變幅度與相關(guān)地震的統(tǒng)計(jì)情況如第2頁表1所示。

由表1可以看出，該類異常時(shí)間出現(xiàn)在地震之前3 d～22 d,且多數(shù)集中在1周左右。NS向都為正向大幅傾變，變化幅度在44.83～218.8 ms之間，異常持續(xù)時(shí)間(從出現(xiàn)大幅傾變到開始恢復(fù))為33 h～141 h；EW向都為負(fù)向大幅傾變，變化幅度在38.92～344.26 ms之間， 持續(xù)時(shí)間為43 h～138 h。從現(xiàn)有資料分析，與該類異常對(duì)應(yīng)的地震均為遠(yuǎn)震，震中距范圍跨度較大，從1 384 km至13 964 km均有地震事件與之對(duì)應(yīng)，且地震基本都發(fā)生在異常傾變極值附近或異常逐步恢復(fù)過程中。

2.3 典型震例異常圖像

(1) 2010年4月14日青海玉樹7.1級(jí)地震。

2010年4月14日青海玉樹MS7.1地震前，水平擺觀測(cè)資料在正常背景變化趨勢(shì)下， 12日兩分向同步發(fā)生轉(zhuǎn)向大幅傾變，在大幅度傾變過程中發(fā)震，震后記錄曲線逐步恢復(fù)正常(見第2頁圖1)。

(2) 俄羅斯西伯利亞地區(qū)兩次MS7.0地震異常。

2011年12月27日、2012年2月26日在俄羅斯西伯利亞地區(qū)分別發(fā)生一次MS7.0地震，相關(guān)參數(shù)如第2頁表2所示。

表1 異常持續(xù)時(shí)間、變化幅度與地震對(duì)應(yīng)關(guān)系統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of anomalous duration, variation amplitude and the relationship with earthquakes

圖1 2010年4月14日青海玉樹MS7.1地震異常曲線Fig.1 Anomaly curve of horizontal pendulum observation before and after the Yushu MS 7.1 earthquake, Qinghai, on April 14, 2010

從表2看出，對(duì)于發(fā)生在同一地區(qū)、相同震級(jí)且同一震源深度的兩次地震，震前異常雖然存在傾變方向的一致性，但持續(xù)時(shí)間及傾變幅度存在較大差異，地震均發(fā)生在異常恢復(fù)過程中，說明了震兆異常的復(fù)雜性及地震的不可復(fù)制性。兩次地震前異常圖像存在顯著差異(見第3頁圖2)。

(3) 2010年2月7日臺(tái)灣花蓮地區(qū)MS6.3地震。

2010年2月7日臺(tái)灣花蓮地區(qū)MS6.3地震前，觀測(cè)資料在東南傾變趨勢(shì)背景下，2010年1月29日開始，兩分向發(fā)生同步轉(zhuǎn)向，NS向向北傾變，EW向向西傾變，此西北變化一致持續(xù)到2月4日，5日記錄曲線發(fā)生方向回轉(zhuǎn)，開始恢復(fù)東南傾變，在趨勢(shì)恢復(fù)過程中發(fā)震(見第3頁圖3)。

3 結(jié)論與討論

(1) 從現(xiàn)有資料分析，初步認(rèn)為臨汾臺(tái)水平擺觀測(cè)中出現(xiàn)的兩分向同步轉(zhuǎn)向、大幅傾變異常是一種短臨震兆異常，且該異常與中、強(qiáng)遠(yuǎn)震相對(duì)應(yīng)，異常出現(xiàn)2 d～20 d左右發(fā)震，發(fā)震時(shí)段多在異常恢復(fù)期或極值附近。據(jù)此，可將其作為短臨預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的一個(gè)重要參考指標(biāo)，對(duì)震級(jí)及發(fā)震時(shí)間做出預(yù)測(cè)，結(jié)合臺(tái)站其他觀測(cè)手段的異常及變化情況，可對(duì)震中距做出大致預(yù)測(cè)。

表2 俄羅斯西伯利亞地區(qū)兩次MS7.0地震相關(guān)參數(shù)Table 2 Relevant parameters of two MS 7.0 earthquakes in Siberia, Russia

圖2 俄羅斯西伯利亞地區(qū)兩次MS7.0地震異常記錄曲線Fig.2 Anomaly curve of horizontal pendulum observation before and after two MS7.0 earthquakes in Siberia, Russia

圖3 2010年2月7日臺(tái)灣花蓮地區(qū)MS6.3震前異常記錄曲線Fig.3 Anomaly curve of horizontal pendulum observation before the MS 6.3 earthquake in Hualien area, Taiwan, on February 7, 2010

(2) 臨汾臺(tái)水平擺大幅傾變震兆異常圖像，其變化特征明顯，NS向?yàn)檎騼A變，EW向?yàn)樨?fù)向階變，且異常持續(xù)時(shí)間、變化幅度與震級(jí)、震中距不存在顯著規(guī)律性。即使同一觀測(cè)臺(tái)站對(duì)來源于同一地區(qū)、同一震級(jí)、同一震源深度的地震也不例外，說明震兆異常的復(fù)雜性。

(3) 大幅異常變化圖像出現(xiàn)后，有時(shí)會(huì)連續(xù)發(fā)生多次中、強(qiáng)地震，由于該類異常對(duì)應(yīng)震中距變化范圍跨度較大，無疑會(huì)造成確認(rèn)異常與地震對(duì)應(yīng)關(guān)系的困難性。在以后的工作中，需要不斷積累相關(guān)震例信息，為未來發(fā)震地點(diǎn)的有效預(yù)報(bào)提供參考依據(jù)。