廈門地震臺重力儀同震響應(yīng)特征分析＊

楊 婕 占 惠 卓 群 黃曉華 林立峰 劉仲達(dá)

(1)廈門地震臺,廈門 361003 2)廈門地震勘測研究中心,廈門 361021 3)廈門市地震遙測中心,廈門 361003)

廈門地震臺重力儀同震響應(yīng)特征分析＊

楊 婕1)占 惠2)卓 群3)黃曉華1)林立峰1)劉仲達(dá)3)

(1)廈門地震臺,廈門 361003 2)廈門地震勘測研究中心,廈門 361021 3)廈門市地震遙測中心,廈門 361003)

2007年 9月,印度尼西亞發(fā)生 8次強(qiáng)震,廈門地震臺的重力儀都有同震響應(yīng)。從面波延遲時(shí)間、最大變形幅度、同震持續(xù)時(shí)間 3個(gè)方面研究了 8次強(qiáng)震的同震響應(yīng)特征。

同震響應(yīng)特征;重力儀;儀器性能;面波;變形幅度

1 引言

廈門地震臺 (以下簡稱廈門臺)為固體潮數(shù)字化觀測綜合臺,集重力、傾斜與應(yīng)變固體潮觀測于一身,觀測手段齊全,資料完整,其中重力儀的映震能力最強(qiáng)[2]。地震引起的同震形變波包括了地震破裂及傳播過程中的大部分信息,并因此可應(yīng)用這些同震信息對地震震源的一些參數(shù)進(jìn)行估計(jì),更有意義的是通過對同震形變波物理性質(zhì)的研究,有益于認(rèn)識短臨前兆的動力特性[3]。我們選取 2007年 9月印度尼西亞發(fā)生的 8次強(qiáng)震,從面波延遲時(shí)間、最大變形幅度、同震持續(xù)時(shí)間 3個(gè)方面研究了廈門臺重力儀對該組遠(yuǎn)震的同震響應(yīng)特征。

2 觀測條件

廈門位于福建的東南部,廈門島及鄰區(qū)地處長樂-詔安斷裂帶中段 (圖 1),主要有北東向、北西向及近東西向 3組斷裂,并且由北東向斷裂控制下發(fā)育形成了筼筜港。北西向和北東向兩組斷裂互相切割。北東向有文灶-龍山-五通斷裂 (F1)和狐尾山-鐘宅斷裂(F2),廈門西港斷裂 (F7)等;北西向斷裂有石胄頭-高崎斷裂 (F3)和濠頭塔頭斷裂 (F4)等[4]。

廈門臺所在的廈門島四周環(huán)海,南部為中低丘陵地形,制高點(diǎn)云頂巖,海拔 339.6 m。沿南海岸線向西延伸,鴻山是西段制高點(diǎn),海拔 92.4 m。廈門臺位于鴻山東北麓。臺站位于花崗巖風(fēng)化山丘上,山脊走向?yàn)镹NE-SS W,山坡坡度 20～30°。數(shù)字化儀器安放在臺站院子內(nèi)的平洞中,平洞由主巷、支巷和洞室組成,洞內(nèi)巖石為燕山中期花崗巖,質(zhì)地堅(jiān)硬[5]。2001年 6月在洞室(覆蓋層厚 28 m)內(nèi)安裝DZ W重力儀,觀測精度 10-8ms-2。廈門臺離海岸線直線距離約 620 m,是全國地震臺站中離海岸線最近的臺站,無疑也是受海潮干擾最嚴(yán)重的臺站[6]。

圖1 廈門地區(qū)主要斷裂分布圖Fig.1 Distribution of faults in Xiamen and its adjacent

3 同震響應(yīng)特征分析

印度尼西亞蘇門答臘島及其附近海域位于印度板塊和歐亞板塊交匯部位的安達(dá)曼弧構(gòu)造帶上,板塊作用強(qiáng)烈,強(qiáng)震、大震頻發(fā)[7]。

據(jù)中國地震臺網(wǎng)測定,2007年 9月,印尼蘇門答臘南部海中發(fā)生 8次強(qiáng)震(表 1)。

表 1 2007年 9月印尼 8次Ms6.0以上強(qiáng)震基本參數(shù)Tab.1 Basic parameters of 8 strong earthquakes(Ms＞6.0)in I ndonesi a i n September 2007

由于數(shù)字化觀測的采樣間隔為 1分鐘,受采樣間隔局限,同震形變波主要集中在面波頻段,其主要包括面波延遲時(shí)間、最大變形幅度及同震持續(xù)時(shí)間等[8]。這 8次地震,廈門地震臺的重力儀都記錄到同震形變波(圖 2),同震響應(yīng)參數(shù)見表 2。

圖 2 廈門臺重力儀對印尼 8次強(qiáng)震的響應(yīng)曲線Fig.2 Response curves of the gravimeter at Xiamen seismostation to 8 strong earthquakes in Indonesia

2007年 9月 12日 19時(shí) 10分,印度尼西亞蘇門答臘南部海中發(fā)生Ms8.5地震 (圖 2(a))。從廈門臺重力儀觀測曲線 (圖 3)中可以看到,地震發(fā)生之前,重力儀的觀測曲線是光滑的,19時(shí) 17分,即主震發(fā)生后 7分鐘,重力儀分鐘值觀測曲線出現(xiàn) -42 ×10-8ms-2的突跳,隨后開始震蕩,于 19時(shí) 27分達(dá)到最小波值 -5 008×10-8ms-2,在最小波值僅停留1分鐘,即大幅度震蕩回升,于19時(shí)41分達(dá)到最大波值 -3 149×10-8ms-2,這一波值持續(xù)了約 2分鐘。20時(shí) 10分,曲線震蕩幅度明顯變小,于 22時(shí)40分基本恢復(fù)光滑,回到地震前的趨勢線上,沒有階躍。同震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間約 190分鐘,振幅為 1 859 ×10-8ms-2。

表 2 廈門臺重力儀對 2007年 9月印尼 8次強(qiáng)震的同震響應(yīng)參數(shù)Tab.2 Coseis m ic response parameters of gravi meter at Xiamen seismostation to 8 strong earthquakes i n Indonesia in September 2007

圖 3 2007年 9月 12日廈門臺重力儀觀測曲線Fig.3 Observational curve of the gravi meter at Xiamen seis mostation on Sep.12,2007

9月 13日,印度尼西亞蘇門答臘南部海中連續(xù)發(fā)生 3次地震 (圖 2(b))。07時(shí) 49分發(fā)生 8.3級地震,07時(shí) 57分(主震發(fā)生后 8分鐘),重力儀觀測值由 07時(shí) 56分的 -3 920×10-8ms-2向下突跳 266 ×10-8ms-2,到達(dá) -4 186×10-8ms-2(圖 2(b)),隨后向上突跳 253×10-8ms-2,在 -3 933×10-8ms-2這個(gè)波值保持 2分鐘,再以大幅度震蕩的方式達(dá)到最大波值 -2 863×10-8ms-2(08時(shí) 06分,持續(xù) 1分鐘),隨后下降 2 091×10-8ms-2,于 08時(shí) 07分達(dá)到最小波值 -4 954×10-8ms-2,09時(shí) 30分,曲線震蕩震蕩幅度在 ±30×10-8ms-2內(nèi),趨于平穩(wěn)。

硫酸銅溶液在濃縮結(jié)晶槽內(nèi)完成蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶之后，邊攪拌邊用氣動雙隔膜泵抽取至真空帶式過濾機(jī)進(jìn)料口；硫酸銅晶體在帶式過濾機(jī)上過濾、洗滌、吸干［1］，然后通過埋刮板給料運(yùn)輸機(jī)輸送至流化床受料斗，進(jìn)入干燥包裝工序。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明過濾后的硫酸銅含水率在5%～10%，與原過濾器含水5%～9%基本一致，可滿足后段工序流化床干燥設(shè)備的工藝要求。

10時(shí) 30分,該地點(diǎn)發(fā)生 6.6級地震,此時(shí),8.3級地震對重力儀觀測的影響尚未停止,觀測曲線尚未恢復(fù)光滑,無法把該次地震的同震形變波與 8.5級地震的同震形變波的影響區(qū)分開來,因此無法分析響應(yīng)特征。

11時(shí) 35分,7.5級地震發(fā)生后,廈門臺重力儀的同震響應(yīng)形式仍為脈沖,從觀測曲線 (圖 4)中可以看到,11時(shí) 47分,即主震發(fā)生后 12分鐘,曲線才出現(xiàn)較大幅度的脈沖形態(tài),從 11時(shí) 46分的 -3 705 ×10-8ms-2突跳至 -3 671×10-8ms-2,幅度為 +34 ×10-8ms-2,11時(shí) 53分達(dá)到最大波值 -3 322× 10-8ms-2后,又以 -1 076×10-8ms-2向下突降的方式達(dá)到最小波值 -4 398×10-8ms-2,并停留 1分鐘。再經(jīng)過 30分鐘的震蕩恢復(fù)光滑。

圖 4 2007年 9月 13日廈門臺重力儀觀測曲線Fig.4 Observational curve of the gravimeter at Xiamen seis mostation on Sep.13,2007

由于曲線受此前 2次地震的影響,一直未恢復(fù)光滑,因此,不能把 11時(shí) 47分判定為 7.5級地震的的同震形變波初動時(shí)間,計(jì)算出的波幅也不是這次7.5級地震單獨(dú)影響的結(jié)果,不適合與其他幾次地震的同震波波幅進(jìn)行數(shù)值比較。

9月 14日、9月 19日、9月 20日和 9月 26日,該地區(qū)發(fā)生 4次地震,廈門臺重力儀的響應(yīng)特征全部是同震脈沖(圖 2(a～d))。限于篇幅,在此不贅述,僅將響應(yīng)特征列于表 2。

3.1 面波延遲時(shí)間

對于廈門臺重力儀,這 8次地震都發(fā)生在印度尼西亞蘇門答臘南部海中,震中距離相同。其中 5次能清晰辨別出初動時(shí)刻,廈門臺重力儀記錄到的同震形變波的延遲時(shí)間為 7分鐘或者 8分鐘?？紤]到數(shù)字化觀測的采樣間隔為 1分鐘,可以認(rèn)為延遲時(shí)間是相同的。地震波在巖石中傳播的時(shí)間與其傳播距離成正比,延遲時(shí)間的長短反映震中距的遠(yuǎn)近。

3.2 最大變形幅度

同震響應(yīng)的波幅可能與震級大小有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系,該特征對于分析地震短臨前兆的特點(diǎn)及依據(jù)短臨前兆進(jìn)行地震預(yù)測研究是有意義的[5]。從數(shù)字觀測資料的異常形態(tài) (表 2)看,廈門臺重力儀對印尼這 8次地震的同震響應(yīng)都是脈沖形式,6.2級地震的響應(yīng)幅度明顯比較小,波幅僅有 23×10-8ms-2;6.9級地震的波幅為 169×10-8ms-2,8.5級地震的波幅則達(dá)到 1 859×10-8ms-2。震級大的同震形變波的波幅也比較大。

9月 13日的 8.3級地震,同震波幅為 2 090× 10-8ms-2,比 9月 12日 8.5級地震的同震波幅更大,表明這 2次地震雖然發(fā)生的時(shí)間接近,地點(diǎn)相近,深度也相同,但地震造成的破裂帶長度可能不同,因而釋放能量的方式有所不同,巨大能量隨地震波傳到幾千千米之外的廈門臺時(shí),是有差異的。

3.3 同震持續(xù)時(shí)間

分辨率高的儀器,能觀測到更微小的變化,因此同震持續(xù)時(shí)間與觀測儀器的分辨率有關(guān)[5]。對于同樣的觀測儀器,震級大的地震釋放出更多的能量,同震持續(xù)時(shí)間應(yīng)該更長。同等震級,震中距遠(yuǎn)的地震造成的形變應(yīng)該較小,同震持續(xù)時(shí)間有可能較短。

廈門臺重力儀在印尼這幾次強(qiáng)震之后都是出現(xiàn)同震脈沖,震后曲線快速恢復(fù)光滑,回到震前趨勢線上,無階躍,漂移速率也沒有改變。8.5級地震的同震持續(xù)時(shí)間稍長,但同震持續(xù)時(shí)間與震級的關(guān)系并不成比例。9月 13日,3次地震引起的地形變疊加影響,重力儀恢復(fù)正常觀測的時(shí)間也比較長一些。

4 結(jié)論

2007年 9月 12日至 26日,印度尼西亞發(fā)生 8次 6.0級以上強(qiáng)震。通過對廈門臺的重力儀記錄到的同震形變波資料進(jìn)行分析,認(rèn)為：

1)這8次遠(yuǎn)震,廈門臺重力儀都記錄到同震形變波,說明廈門臺重力儀對巨大遠(yuǎn)震的映震能力很強(qiáng);

2)廈門臺重力儀的記錄曲線在印尼 8次強(qiáng)震后都回到原趨勢線上,沒有階躍,飄移速率也沒有改變。表明該類儀器比較穩(wěn)定,適合固體潮汐觀測;

3)連續(xù)定點(diǎn)形變觀測到的遠(yuǎn)震傳播的地面震動信號的表現(xiàn)形式為脈沖或脈沖疊加階躍。脈沖是由遠(yuǎn)場地震波經(jīng)長距離傳播形成面波,當(dāng)面波的頻率與形變觀測儀器自振頻率接近時(shí)產(chǎn)生的共振現(xiàn)象[9]。廈門臺重力儀對這8次強(qiáng)震的響應(yīng)形式都是脈沖,無階躍,說明重力儀的自振周期與印尼遠(yuǎn)震的地震波的優(yōu)勢周期相近;

4)地震波在巖石中傳播的時(shí)間與其傳播距離成正比。對廈門臺重力儀而言,這 8次遠(yuǎn)震都發(fā)生在印尼蘇門答臘南部海中,震中距相同,其中 5次同震形變波的初動明顯,延遲時(shí)間也相同;

5)震級大的同震響應(yīng)波幅也較大,同震響應(yīng)的波幅與震級有較強(qiáng)的依賴關(guān)系,但沒有嚴(yán)格的比例關(guān)系;

6)同震持續(xù)時(shí)間與震級有一定的關(guān)系,震級大的,持續(xù)時(shí)間稍長,但沒有嚴(yán)格的比例關(guān)系。

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ANALYSIS OF CHARACTERISTICS OF COSEISM IC RESPONE OF GRAVITY INSTRUM ENT AT XIAM EN SEISMOSTATION

Yang Jie1),Zhan Hui2),Zhuo Qun3),Huang Xiaohua1),Lin Lifeng1)and Liu Zhongda3)

(1)X iam en Sei m ostation,Xiam en 361003 2)X iam en Research Centre of Seism ologic Survey,Xiam en 361021 3)X iam en Seism ic D igital Telem etering Centre,Xiam en 361003)

In September 2007,8 earthquakes broke out in Indonesia,and there was coseis mic response of the gravimeter at Xiamen seismostation.The coseis mic response characteristics in three aspects of delay ti me of surface wave,the greatest deformation range and coseis mic duration were researched.

characteristic of coseismic response;gravity instrument;perfor mance of instrument;surface wave;defor mation range

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0096-04

2010-05-01

楊婕,女,1974年生,工程師,主要從事地形變觀測與分析預(yù)報(bào)工作.E-mail：xmwjh@sina.com

P315.63

A