寧強(qiáng)5.7級(jí)地震前陜西定點(diǎn)形變的異?，F(xiàn)象①

柯昌安，牛安福，李正媛，竇瑪麗，李曉妮

（1.陜西省地震局，陜西 西安 710068；2.中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045）

0 引言

汶川地震是我國(guó)歷史上損失最為慘重的地震之一，許多學(xué)者對(duì)其孕育與發(fā)震過程進(jìn)行了較深入的研究［1－8］，但仍有許多前兆現(xiàn)象值得探討。汶川地震前陜西地形變觀測(cè)未出現(xiàn)短期異常，而在一些較大余震前，特別是寧強(qiáng)5.7級(jí)強(qiáng)余震前短期異常反而顯著。這是一個(gè)很有意義的前兆現(xiàn)象。由于對(duì)地震孕育過程認(rèn)識(shí)有限，本文主要揭示寧強(qiáng)5.7級(jí)地震期間，陜西形變短期異常分布特征，以及與寧強(qiáng)5.7級(jí)地震的可能關(guān)系。

1 臺(tái)站概況

陜西有6個(gè)數(shù)字化形變臺(tái)站，分布在關(guān)中地區(qū)和陜南。關(guān)中地區(qū)位于鄂爾多斯塊體南緣，有固關(guān)—功縣斷裂、秦嶺北麓斷裂、渭河斷裂、乾縣—蒲城斷裂等，地質(zhì)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜［9］。1556年2月2日發(fā)生過華縣8級(jí)地震。陜南地處大巴山脈，主要有略陽—洋縣斷裂和竹山斷裂，788年3月12日發(fā)生過安康6.5級(jí)地震。臺(tái)站概況見表1，臺(tái)站分布見圖1。

2 異常情況

2.1 寶雞臺(tái)水管儀

寶雞臺(tái)水管儀在震前2天開始出現(xiàn)向西南傾斜的異?，F(xiàn)象（圖2），NS和NE向發(fā)震后異常結(jié)束，穩(wěn)定在新的平衡位置，漂移速率和方向恢復(fù)到異常前的情況；EW向震后3天異常結(jié)束，恢復(fù)到原來平衡位置。持續(xù)時(shí)間：NS＝2天，EW＝5天，NE＝2天；異常幅度：NS＝－30ms，EW＝－20ms，NE＝－45ms。

表1 陜西省定點(diǎn)形變數(shù)字化臺(tái)站基本概況

圖1 陜西定點(diǎn)形變臺(tái)站分布及地傾斜異常方向圖Fig.1 Distribution of point deformation stations in Shaanxi province and abnormal pattern of ground tilt.

圖2 寶雞臺(tái)水管儀異常圖象Fig.2 Abnormal images of the water meter at Baoji station.

2.2 寶雞臺(tái)伸縮儀

寶雞臺(tái)伸縮儀在震前2天開始出現(xiàn)異常，NS縮短，EW伸長(zhǎng)，震后恢復(fù)正常，穩(wěn)定在新的平衡位置（圖3）。持續(xù)時(shí)間2天；異常幅度：NS＝－1200×10－10，EW＝780×10－10。

圖3 寶雞臺(tái)伸縮儀異常圖象Fig.3 Abnormal images of the extensimeter at Baoji station.

2.3 安康臺(tái)垂直擺

安康臺(tái)垂直擺在震前4天開始出現(xiàn)向西北方向傾斜的異常現(xiàn)象（圖4），震后穩(wěn)定在新的平衡位置，漂移方向和速率恢復(fù)到異常前的正常情況。持續(xù)時(shí)間：NS＝3天，EW＝4天；異常幅度：NS＝70ms，EW＝－100ms。

圖4 安康臺(tái)垂直擺異常圖象Fig.4 Abnormal images of the vertical pendulum at Ankang station.

2.4 寧陜臺(tái)垂直擺

寧陜臺(tái)垂直擺在震前6天開始出現(xiàn)向西南方向傾斜的異常現(xiàn)象（圖5），震后穩(wěn)定在新的平衡位置，漂移方向和速率恢復(fù)到異常前的正常情況。持續(xù)時(shí)間6天；異常幅度：NS＝－70ms，EW＝－55ms。

圖5 寧陜臺(tái)垂直擺異常圖象Fig.5 Abnormal images of the vertical pendulum at Ningshan station.

2.5 西安臺(tái)水管儀

西安臺(tái)水管儀在震前4天開始出現(xiàn)向西南方向傾斜的異?，F(xiàn)象（圖5），發(fā)震2天后穩(wěn)定在新的平衡位置，NS向傾斜方向發(fā)生轉(zhuǎn)折，EW向保持異常前的傾斜方向。持續(xù)時(shí)間：NS＝6天，EW＝7天；異常幅度：NS＝－20ms，EW＝90ms。

圖6 西安臺(tái)水管儀異常圖象Fig.6 Abnormal images of the water meter at Xi＇an station.

3 分析討論

（1）地傾斜異常方向與震源機(jī)制

寧強(qiáng)5.7級(jí)地震的震源機(jī)制解［10］為：深度＝14 km，方位角＝352°，傾角＝80°，滑動(dòng)角＝－28°。根據(jù)宏觀考察結(jié)果及震源構(gòu)造斷層走向判定主破裂面近乎南北向（N8°W），東為上盤，東西拉張，左旋走滑，上盤向北下傾。

由表2和圖1可見，寶雞、寧陜和西安臺(tái)都在秦嶺山上，位于震源的NE方向（震源上盤），海拔高度高于震中100～300m。地傾斜異常方向都為SW，這與震源機(jī)制的上盤向北下傾似乎相反，其原因可能是震前應(yīng)力場(chǎng)受到秦嶺山的抵抗，形成兩端擠壓中間下沉，以至秦嶺南麓向SW傾斜引起的。

表2 寧強(qiáng)5.7級(jí)地震前異常情況統(tǒng)計(jì)表（水管儀、垂直擺：ms；伸縮儀：10－10）

安康臺(tái)位于震源南SEE向，與震源同處大巴山脈，海拔高度低于震中約200m，異常傾向NW，與震源機(jī)制基本相同。

（2）地傾斜異常時(shí)間與地理位置

由表2和圖1可見，假如以漢中盆地作為坐標(biāo)原點(diǎn)，則位于西北的寶雞臺(tái)和位于東南的安康臺(tái)（第2、4象限），異常持續(xù)時(shí)間較短，出現(xiàn)時(shí)間較晚，而位于東北的寧陜和西安臺(tái)（第1象限），異常持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，出現(xiàn)時(shí)間較早。這種現(xiàn)象的成因還有待進(jìn)一步研究。

（3）地傾斜異常幅度與震中距

由表2可見，震中距由近到遠(yuǎn)依次為：寶雞＝230km，寧陜＝260km，安康＝320km，西安＝340 km，異常幅度（矢量合）由小到大依次為：寶雞＝36 ms，寧陜＝89ms，西安＝92ms，安康＝122ms。整體表現(xiàn)為震中距越小，異常幅度越小，地形變異常特征這種分布特點(diǎn)與由地震引起的地形變隨距離衰減特征有顯著的不同［3，5，7］，這是地形變前兆觀測(cè)今后需要深入研究的問題。

（4）洞體應(yīng)變異常方向性

由表2可見，寶雞臺(tái)伸縮儀異常幅度為：NS＝－1200×10－10，EW＝780×10－10，表現(xiàn)為南北擠壓，東西拉張，這與震源機(jī)制解是吻合的。

圖7 2008年陜西形變資料日均值圖Fig.7 The daily mean value curves of deformation at 4stations in 2008.

（5）汶川8級(jí)地震前后資料背景

圖7為上述4個(gè)臺(tái)站資料的日均值圖。從圖中可見，在汶川8級(jí)地震之前資料變化相對(duì)平靜；之后極不穩(wěn)定，地震活動(dòng)也顯著增強(qiáng)，直至8月5日青川6.1級(jí)地震；此后隨著汶川余震區(qū)6級(jí)地震的平靜，資料變化也相繼穩(wěn)定。平時(shí)偶爾也有短期偏離的異?，F(xiàn)象，是單個(gè)臺(tái)站的觀測(cè)環(huán)境干擾或局部地下活動(dòng)引起的，與地震無關(guān)。只有多個(gè)臺(tái)站同時(shí)出現(xiàn)異常才有可能發(fā)生6級(jí)左右的地震。

4 結(jié)論

（1）汶川地震后陜西出現(xiàn)的形變異常與寧強(qiáng)地震一樣，都可能是汶川地震后周邊應(yīng)力調(diào)整的結(jié)果。汶川地震前在圍繞南北地震帶的較大區(qū)域上都可能處于高應(yīng)變積累或斷層閉鎖狀態(tài)，圍繞震中各種形變觀測(cè)變化量較小，地震活動(dòng)水平也較低。而汶川地震后高應(yīng)變積累釋放，周邊地區(qū)更容易發(fā)生顯著變形，而且形變異常與周邊中強(qiáng)地震也具有較好的相關(guān)性。

（2）寧強(qiáng)5.7級(jí)地震前陜西6個(gè)形變臺(tái)站中有4個(gè)臺(tái)站出現(xiàn)了臨震異常，異常臺(tái)站占總數(shù)的67%。在9套傾斜儀（水管儀、垂直擺）中，4套儀器出現(xiàn)了臨震異常，占總數(shù)的44%；在4套伸縮儀中1套出現(xiàn)了臨震異常，占總數(shù)的25%；4套孔應(yīng)變和1套重力儀均無異常。可見地傾斜的映震能力最強(qiáng)，其次是洞體應(yīng)變。

（3）值得一提的是，在2008年7月24日寧強(qiáng)－青川6.0級(jí)地震前的21日至25日，陜西定點(diǎn)形變資料出現(xiàn)與本文雷同的異常現(xiàn)象，兩個(gè)地震間距12km，后者在前者的NWW向，震前異常特征、持續(xù)時(shí)間和臺(tái)項(xiàng)基本一致。

（4）汶川8級(jí)地震前后陜西形變異常特征明顯不同：震前短期異常非常少，地震活動(dòng)也很弱，降雨影響也很??；震后地震活動(dòng)明顯增強(qiáng)，且異常、地震和降雨有一定的吻合性。通過多年的統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，寶雞臺(tái)受降雨影響為100%；西安臺(tái)為80%。降雨期間出現(xiàn)類似的短期偏離。其它臺(tái)不受降雨影響。在寧強(qiáng)5.7級(jí)地震期間寶雞臺(tái)降雨量為50 mm，其它臺(tái)沒有降雨。

（5）寧強(qiáng)5.7級(jí)地震前形變異常臺(tái)站分布在2個(gè)緯向斷裂帶之間，即略陽－洋縣和竹山斷裂以北，渭河斷裂以南（圖1）。震中距最近的是漢中臺(tái)（170 km），位于略陽－洋縣斷裂以南，沒有出現(xiàn)異常。同樣乾縣臺(tái)位于渭河斷裂以北，震中距（310km）小于安康臺(tái)（320km），也未出現(xiàn)異常。這與由地震破裂引起的地形變場(chǎng)分布特征［7］有顯著不同，或許這也是震前未發(fā)生破裂前形變分布的一個(gè)顯著特點(diǎn)［4，11－12］。

（6）通過對(duì)近3年的數(shù)字化資料檢索結(jié)果顯示，只有在寧強(qiáng)5.7、寧強(qiáng)－青川6.0和高陵4.4級(jí)地震期間，60%以上臺(tái)站出現(xiàn)此類異?，F(xiàn)象。其它時(shí)間的異常頂多是一兩個(gè)臺(tái)站同時(shí)出現(xiàn)，很可能是氣象因素或局部地下活動(dòng)引起的。如果多個(gè)臺(tái)站同時(shí)出現(xiàn)這類異常，且無大面積的氣象突變，則有可能發(fā)生4級(jí)以上的地震。

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