山西河津4.8級地震前形變異常特征分析*

李 艷 高振強(qiáng) 高躍雄

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

山西河津4.8級地震前形變異常特征分析*

李 艷1，2)高振強(qiáng)1，2)高躍雄1，2)

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

應(yīng)用經(jīng)典方法對山西河津4.8級地震前周邊形變臺站測項資料的分析發(fā)現(xiàn)，大部分測項震前出現(xiàn)中、短臨前兆異常，異常測項占統(tǒng)計測項的78%。

河津地區(qū);地震;定點形變;異常特征;分析

1 前言

我國的定點形變觀測已有40多年的歷史，“十五”期間，通過實施“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”項目，共新增設(shè)水管、洞體擺、鉆孔等傾斜儀147套［1］，新增洞體應(yīng)變儀(伸縮儀)57套［2］，新增觀測手段均實現(xiàn)了“IP到儀器”的實時數(shù)據(jù)傳輸功能。這些新增手段自2008年起陸續(xù)進(jìn)入正式運行，已積累了3年多的連續(xù)觀測資料。

2010年1月24日發(fā)生的山西河津4.8級地震是近幾年山西地震帶發(fā)生的最大地震，也是“十五”項目正式運行后晉陜豫交界區(qū)發(fā)生的較大地震。本文應(yīng)用形變學(xué)科的經(jīng)典研究方法，詳細(xì)分析該區(qū)形變臺站各項資料在震前的異常變化特征。

2 資料情況

以河津地震為中心、250 km為半徑的山西臨汾臺、陜西西安臺、乾陵臺和華陰臺的觀測資料作為研究對象，由于華陰臺觀測資料的起始時間為2010年2月，故實際分析的臺站只有3個。分析資料涉及傾斜、應(yīng)變兩種測項共9套觀測手段(表1)。

表1 觀測位置與觀測儀器Tab.1 Observation site and instrument

3 異常特征分析

3.1 原始曲線分析

通過對震前各測項原始記錄曲線圖掃描，發(fā)現(xiàn)臨汾臺石英擺、垂直擺在1月11日同步出現(xiàn)加速變化，其中石英擺SN分量為北傾變化，且在變化中伴有顯著的脈沖狀突跳，垂直擺SN分量為南傾變化，兩儀器同測向觀測曲線呈明顯的相反形態(tài)變化圖像［3］。在2010年1月初，臨汾臺體應(yīng)變曲線在正常變化的背景上于6～8日連續(xù)3天脈動出現(xiàn)毛刺狀突跳(圖1(a))，1月21日，距震中249km的陜西乾陵臺垂直擺SN、EW分量同時出現(xiàn)脈動增粗及高頻跳動現(xiàn)象，脈動最大幅度3 ms，異?，F(xiàn)象持續(xù)3天，24日河津地震后曲線即恢復(fù)正常(圖1(b)、(c)虛線框)。

圖1 臨汾體應(yīng)變、乾陵垂直擺原始曲線圖Fig.1 Original curves of body strain at Linfen and vertical pendulum at Qianling

3.2 小波分析

小波分析是一種處理信號的時頻分析工具，其多分辨率分析將信號在不同分辨級上分解，分解得到低一級上的反映信號概貌的平滑信號和高一級上存在低一級上的消失信號，這種信號的分解能力能將各種交織在一起的不同頻率組成的混合信號分解成不同頻帶的子信號［4］，本文使用Matlab軟件中的db4小波函數(shù)進(jìn)行分析計算。

根據(jù)表1所列測項在河津地震前8天的小波分析結(jié)果顯示，自17日臨汾臺石英擺、垂直擺、體應(yīng)變和西安臺體應(yīng)變在小波分解細(xì)節(jié)的第1～3層相繼出現(xiàn)異常信息，異常信息的優(yōu)勢周期為2～16分鐘，呈明顯高頻特性，由于篇幅所限，僅給出小波分解的第2層結(jié)果(圖2);而乾陵臺垂直擺兩分量則是在第5、6層以后出現(xiàn)明顯的異常信息，信息的優(yōu)勢周期大于32分鐘，為典型的中低頻率特性(圖3)。

圖2 小波分解細(xì)節(jié)第2層結(jié)果Fig.2 Results of the detailed secondary level of wavelet analysis

圖3 乾陵垂直擺小波分解細(xì)節(jié)第5層結(jié)果Fig.3 Results of the detailed fifth level of wavelet analysis

3.3 潮汐因子異常

固體潮潮汐因子是表征觀測場地的介質(zhì)彈性參數(shù)，其變化反映地殼介質(zhì)的物性變化。本文應(yīng)用Mapsis軟件對表1中9種手段各分量震前整點值數(shù)據(jù)進(jìn)行兩日(48 h)調(diào)和分析。結(jié)果顯示臨汾石英擺、乾陵垂直擺、西安體應(yīng)變及乾陵體應(yīng)變M2波潮汐因子均出現(xiàn)明顯異常。

如圖4，臨汾臺石英擺SN分量潮汐因子曲線自2009年9月開始出現(xiàn)下降，至9月下旬已降到均值以下，低值現(xiàn)象一直持續(xù)了4個月，2010年1月中旬恢復(fù)到平均線以上;乾陵臺垂直擺γ值在2009年8月初至10月中旬出現(xiàn)低值，此異常可能反映了11月5日在西安高陵發(fā)生的M4.4地震，11月潮汐因子曲線恢復(fù)正常，12月曲線又呈快速下降變化，12月底至2010年1月上旬為最低值，1月中旬γ值逐步呈上升變化趨勢，河津地震前1星期恢復(fù)到均值線以上;西安體應(yīng)變γ值曲線自2009年7月中旬至12月底一直持續(xù)為低值走平狀態(tài)，期間于11月5日發(fā)生了高陵4.4級地震，地震后曲線仍為低值，2010年初γ值恢復(fù)到正常變化狀態(tài)，24日即發(fā)生了河津地震;乾陵體應(yīng)變γ值變化形態(tài)與西安體應(yīng)變非常相似，只是在幅度變化上要明顯大于后者，另外在低值恢復(fù)時間上滯后西安體應(yīng)變10天左右。

圖4 潮汐因子γ值異常變化Fig.4 Anomalous change curves of the tidal factor γ

3.4 加卸載響應(yīng)比異常

對表1中各觀測手段計算加卸載響應(yīng)比。如圖5，臨汾臺石英擺EW分量在2009-08—10月出現(xiàn)明顯異常，最大異常幅度3.18;乾陵臺垂直擺SN分量響應(yīng)比最大異常幅度約為1.0左右，但異常時間自2009年5月一直到11月，異常持續(xù)長達(dá)7個月。

3.5 其他顯著異常

圖6是距河津震中447 km的代縣水管儀SN分量曲線圖，由圖可知，地震前1天即23日，該臺水管儀SN分量出現(xiàn)明顯的異常變化，具體表現(xiàn)為固體潮形態(tài)消失，畸變特征明顯，可能是前驅(qū)波信號，地震后即恢復(fù)正常;另據(jù)文獻(xiàn)［3］的研究，安裝在臨汾臺的寬頻帶垂直擺傾斜儀(武漢地震儀器研究院研制的新型傾斜儀)，在河津地震前34天、地震后7天記錄到慢地震圖像。

圖5 加卸載響應(yīng)比異常變化曲線Fig.5 Anomalous change curves of loading and unloading respouse ratio

圖6 代縣臺水管儀SN分量原始曲線Fig.6 Original curve of the SN component of the water tube at Daxian station

4 結(jié)語

對河津4.8級地震250 km范圍內(nèi)臨汾、西安、乾陵3個形變臺的9個測項數(shù)據(jù)，經(jīng)多種方法計算分析發(fā)現(xiàn)，除西安臺水管儀、伸縮儀未有異常外，其他7個測項觀測數(shù)據(jù)震前均存在明顯的前兆異常，其異常占統(tǒng)計測項的78%。

1 呂品姬，等.定點傾斜觀測映震能力綜述［J］.大地測量與地球動力學(xué)，2010，(增刊Ⅱ)：50-56.

2 呂品姬，等.硐體應(yīng)變映震能力綜述［J］.大地測量與地球動力學(xué)，2010，(增刊Ⅱ)：63-67.

3 高振強(qiáng)，等.臨汾臺擺式傾斜儀平行觀測的差異性特征及其觀測布局建議［J］.大地測量與地球動力學(xué)，2010，(增刊Ⅱ)：22-26.

4 張燕，等.汶川8.0級地震前定點形變異常特征［J］.地震學(xué)報，2009，31(2)：152-159.

ANALYSIS OF ANOMALOUS DEFORMATION CHARACTERISTICS BEFORE HEJIN Ms4.8 EARTHQUAKE

Li Yan1，2)，Gao Zhenqiang1，2)and Gao Yuexiong1，2)

(1)Linfen Centrol station of the Earthquake Administration of Shanxi Province，Linfen 041000 2)National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan，Taiyuan030025)

By use of the classical method through the analysis of the observations before the Hejin 4.8 earthquake at the deformation stations around the epicenter，we discovered that there occured many medium-short-impending anomalies，they constitued the majority in the most of monitoring terms.

Hejin area;earthquake;fixed point deformation;anomalous characteristics;analysis

1671-5942(2011)Supp.-0010-03

2011-04-13

2010年中國地震局科研監(jiān)測預(yù)報合同制課題;地震科學(xué)聯(lián)合基金(A08051);2011年度震情跟蹤工作任務(wù)(2011011401);山西科技攻關(guān)項目(2006031106)

李艷，1971年生，工程師，主要從事臺站前兆監(jiān)測及分析工作.E-mail：liyan0725@126.com

P315.72+6

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