福建區(qū)域重力臺(tái)網(wǎng)同震響應(yīng)特征初析

俞文俊，張凱，李杏梅，鄭志泓，張翊寧，顏加進(jìn)

福建區(qū)域重力臺(tái)網(wǎng)同震響應(yīng)特征初析

俞文俊，張凱，李杏梅，鄭志泓，張翊寧，顏加進(jìn)

（福建省地震局漳州地震臺(tái)，福建 漳州 363000）

通過(guò)收集整理福建區(qū)域7個(gè)重力觀(guān)測(cè)臺(tái)組成的連續(xù)重力觀(guān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)歷年來(lái)的觀(guān)測(cè)資料，系統(tǒng)地從面波延遲時(shí)間、初動(dòng)方向、最大形變幅度、同震持續(xù)時(shí)間等方面研究區(qū)域重力臺(tái)網(wǎng)內(nèi)各臺(tái)重力儀觀(guān)測(cè)資料的特點(diǎn)，探討同震響應(yīng)在福建區(qū)域的分布特征。

gPhone型重力儀；面波；變形幅度；同震

利用固體潮汐觀(guān)測(cè)的整點(diǎn)值數(shù)據(jù)可以很好地反映地球固體潮汐的日波、半日波特征及地震孕育過(guò)程中的中短期特征，但對(duì)于臨近地震前出現(xiàn)的更短周期的短期脈動(dòng)，則不能滿(mǎn)足研究的需要。而數(shù)字化形變觀(guān)測(cè)資料提供了其研究的可能性。數(shù)字化觀(guān)測(cè)由于采樣率的大幅提高，豐富了潮汐觀(guān)測(cè)的震前變化信息[1]。本文通過(guò)對(duì)數(shù)字化儀器gPhone型重力儀的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合福建區(qū)域內(nèi)多臺(tái)重力儀所組成的重力臺(tái)網(wǎng)，研究其對(duì)遠(yuǎn)、近震的同震響應(yīng)特征及震后效應(yīng)，不僅可以加深對(duì)福建區(qū)域重力臺(tái)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)，也可為今后的科學(xué)研究與應(yīng)用工作提供基礎(chǔ)資料。

1 福建區(qū)域重力臺(tái)網(wǎng)觀(guān)測(cè)條件

福建地處歐亞大陸板塊邊緣，東臨太平洋板塊，為全球構(gòu)造-巖漿活動(dòng)最活躍的地區(qū)之一。區(qū)域內(nèi)縱橫交錯(cuò)著許多斷裂帶，其中最大的兩條政和-海豐斷裂帶和長(zhǎng)樂(lè)-詔安斷裂帶貫穿了福建全境。圍繞著這兩條大斷裂帶，福建省布設(shè)了大量的地震監(jiān)測(cè)儀器。福建地區(qū)共有7臺(tái)gPhone型相對(duì)重力儀，分別布設(shè)在福州、莆田、泉州、廈門(mén)、漳州、龍巖、南平等地，形成覆蓋福建省中南部沿海地區(qū)并延伸到內(nèi)陸部分地區(qū)的高精度重力觀(guān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)，如圖1所示。

2 福建區(qū)域同震響應(yīng)特征分析

2.1 近震

2019-04-04T09：52：56臺(tái)灣臺(tái)東縣（北緯22.95°，東經(jīng)120.87°）發(fā)生5.7級(jí)地震，如圖2所示。福建區(qū)域重力臺(tái)網(wǎng)內(nèi)各臺(tái)站都記錄到了這次地震的同震形變波，如圖3所示。同震響應(yīng)參數(shù)如表1所示。可以看出對(duì)于近震，福建區(qū)域各臺(tái)gPhone重力儀的同震響應(yīng)形態(tài)都是震蕩型，無(wú)階躍。

2019-04-04T09：52：56，臺(tái)灣臺(tái)東縣發(fā)生5.7級(jí)地震。2019-04-04T09：53：44，主震發(fā)生后48 s，泉州臺(tái)重力儀出現(xiàn)初動(dòng)，重力值向上突跳6.9×10-8·S-2，隨后向下突跳1.55×10-7·S-2，然后上下震蕩。7 s后漳州臺(tái)重力儀出現(xiàn)初動(dòng)，緊接著是福州臺(tái)，直到主震發(fā)生121 s后，南平臺(tái)才迎來(lái)初動(dòng)，整整比泉州臺(tái)慢了73 s，這明顯與震中距的遠(yuǎn)近有關(guān)。主震發(fā)生后98 s，泉州臺(tái)重力儀記錄到的波幅以大幅度震蕩的方式達(dá)到最大波值1.913×10-5·S-2，隨后曲線(xiàn)下降9.86× 10-6·S-2，2019-04-04T09：55：45達(dá)到最小值1.848 84×10-5·S-2。之后，震蕩幅度緩慢收窄，直至2019-04-04T10：14：05后曲線(xiàn)已基本恢復(fù)光滑，觀(guān)測(cè)曲線(xiàn)固態(tài)潮形態(tài)依然保持完好。其他臺(tái)站重力儀同震響應(yīng)也基本同步。

圖1 福建重力臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站分布圖

圖2 臺(tái)灣臺(tái)東縣5.7級(jí)地震

圖3 福建區(qū)域重力臺(tái)網(wǎng)對(duì)臺(tái)灣臺(tái)東縣5.7級(jí)地震的響應(yīng)曲線(xiàn)

表1 臺(tái)灣臺(tái)東縣5.7級(jí)地震的同震響應(yīng)參數(shù)表

臺(tái)站經(jīng)度緯度震中距/km面波延遲時(shí)間/s初動(dòng)方向最大形變幅度/（10-5·S-2）同震持續(xù)時(shí)間 泉州118.60°24.95°31648上3 761.8414 min 05 s 福州119.47°26.15°38059上6 369.4213 min 53 s 漳州117.64°24.48°36655下7 557.9813 min 12 s 南平118.19°26.61°485121上2 71614 min 42 s 莆田119.01°25.45°33186上3 217.199 min 46 s 龍巖117.02°25.13°45692下3 326.2711 min 15 s 廈門(mén)118.08°24.45°330104上6 068.9810 min 23 s

2.2 遠(yuǎn)震

2019-05-26T15：41：12秘魯北部（南緯5.85°，西經(jīng)75.18°）發(fā)生的7.8級(jí)地震如圖4所示。福建區(qū)域重力臺(tái)網(wǎng)內(nèi)各臺(tái)站都記錄到了這次地震的同震形變波，如圖5所示，同震響應(yīng)參數(shù)如表2所示。可以看出，對(duì)于遠(yuǎn)震，福建區(qū)域各臺(tái)gPhone重力儀的同震響應(yīng)形態(tài)也都是震蕩型，無(wú)階躍。

圖4 秘魯北部7.8級(jí)地震

2019-05-26T15：41：12，秘魯北部發(fā)生7.8級(jí)地震。2019-05-26T16：00：57，主震發(fā)生后19 min 45 s，莆田臺(tái)重力儀出現(xiàn)初動(dòng)，重力值向上突跳1.62×10-7·S-2，隨后向下突跳2.75×10-7·S-2，然后上下震蕩。1 s后廈門(mén)臺(tái)重力儀出現(xiàn)初動(dòng)，緊接著是漳州臺(tái)，主震發(fā)生19 min 51 s后，南平臺(tái)和泉州臺(tái)同時(shí)迎來(lái)初動(dòng)，比莆田臺(tái)慢了6 s。主震發(fā)生后121 min后，莆田臺(tái)重力儀記錄到的波幅以大幅度震蕩的方式達(dá)到最大波值1.02×10-6·S-2，隨后曲線(xiàn)下降2.7×10-7·S-2，于2019- 05-26T17：03：45達(dá)到最小值1.341 5×10-6·S-2。之后，震蕩幅度緩慢收窄，直至798 min后曲線(xiàn)已基本恢復(fù)光滑，觀(guān)測(cè)曲線(xiàn)固態(tài)潮形態(tài)依然保持完好。其他臺(tái)站重力儀同震響應(yīng)也基本同步。

圖5 福建區(qū)域重力臺(tái)網(wǎng)對(duì)秘魯北部7.8級(jí)地震的響應(yīng)曲線(xiàn)

表2 秘魯北部7.8級(jí)地震的同震響應(yīng)參數(shù)表

臺(tái)站經(jīng)度緯度震中距/km面波延遲時(shí)間初動(dòng)方向最大形變幅度/（10-6·S-2）同震持續(xù)時(shí)間 泉州118.60°24.95°17 45319 min 51 s下1.563 5826 min 48 s 福州119.47°26.15°17 31019 min 48 s下3.892 3726 min 53 s 漳州117.64°24.48°17 55519 min 47 s下3.902618 min 12 s 南平118.19°26.61°17 32519 min 51 s下2.081 5650 min 42 s 莆田119.01°25.45°17 38319 min 45 s下2.361 5798 min 46 s 龍巖117.02°25.13°17 65819 min 48 s下1.282 6649 min 15 s 廈門(mén)118.08°24.45°17 52819 min 46 s下2.910 5650 min 23 s

3 結(jié)論

3.1 面波延遲時(shí)間

發(fā)生在臺(tái)灣臺(tái)東縣的這次5.7級(jí)地震，福建區(qū)域內(nèi)的gPhone重力儀均能清晰地記錄到。其中，記錄到的同震形變波的延遲時(shí)間分別為48～121 s不等。這與震中距的遠(yuǎn)近正好成比例關(guān)系。可認(rèn)為，地震波在巖石中傳播的時(shí)間與其傳播的距離成正比，延遲時(shí)間的長(zhǎng)短反映震中距的遠(yuǎn)近。

3.2 初動(dòng)方向

對(duì)于同一地震，各臺(tái)gPhone重力儀所表現(xiàn)的初動(dòng)方向并不一致。考慮數(shù)字化采樣是按通道依序進(jìn)行，各手段、各分量的采樣時(shí)間并不同步，因此，數(shù)字化觀(guān)測(cè)并不能完全反映同震響應(yīng)的全部信息，即可能丟失了初動(dòng)信息，從觀(guān)測(cè)曲線(xiàn)中提取的初動(dòng)信息可能不客觀(guān)。該問(wèn)題有待今后工作中進(jìn)一步探究[2]。

3.3 最大變形幅度

同震響應(yīng)的最大變形幅度與震級(jí)大小以及震中距的遠(yuǎn)近有較強(qiáng)的關(guān)系，對(duì)于相同的地震，震級(jí)與最大變形幅度成正比，震中距也成正比。但對(duì)于不同地區(qū)發(fā)生的震級(jí)相同的地震，遠(yuǎn)震的最大變形幅度未必大于近震，可以認(rèn)為地震波的長(zhǎng)距離傳播存在能量消耗，導(dǎo)致儀器接收到同震波形時(shí)原有的變形幅度已衰減。

3.4 同震持續(xù)時(shí)間

分辨率高的儀器，能觀(guān)測(cè)到更微小的變化，因此，同震持續(xù)時(shí)間與觀(guān)測(cè)儀器的分辨率有關(guān)[3]。對(duì)于同一地區(qū)的地震，震級(jí)大的地震釋放的能量普遍更大更持久，因此同震響應(yīng)的時(shí)間與震級(jí)往往成正比。而同等震級(jí)下，震中距的遠(yuǎn)近，由于在傳播過(guò)程中存在能量消耗，也會(huì)對(duì)同震持續(xù)時(shí)間造成相應(yīng)的影響，一般同震持續(xù)時(shí)間與震中距成反比。

［1］張晶，牛安福，高福旺，等.數(shù)字化形變觀(guān)測(cè)提取的地震短臨異常特征［J］.地震，2003，23（1）：70-76.

［2］楊婕，劉水蓮，卓群，等.臺(tái)灣花蓮海域強(qiáng)震的同震響應(yīng)特征［J］.華北地震科學(xué)，2011，29（3）：39-43.

［3］張遠(yuǎn)誠(chéng)，熊先保，黃曉華.數(shù)字化形變臺(tái)站觀(guān)測(cè)資料質(zhì)量跟蹤分析［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2003（4）：125-128.

P315.7

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.063

2095－6835（2019）24－0141－02

俞文俊（1991—），男，助理工程師，研究方向?yàn)榈厍蛑亓Α?/p>

〔編輯：張思楠〕