瓊中地震臺(tái)重力儀記錄同震響應(yīng)特征分析①

郭明瑞，郭昱琴，胡久常，劉 偉，鄭 華，盧永健

（海南省地震局，海南 ?？?570203）

0 引言

利用固體潮汐觀測(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)程的中期特征，但對(duì)于臨近地震前出現(xiàn)的更短周期的中短期的脈動(dòng)，則不能滿足研究的需要。而數(shù)字化形變觀測(cè)資料提供了其研究的可能性。數(shù)字化觀測(cè)由于采樣率的大幅度的提高，豐富了潮汐觀測(cè)的震前變化信息［1］，如地震前短周期的脈動(dòng)，突跳，前驅(qū)波［2］等短臨信息及全球大地震的同震形變等，借助形變觀測(cè)有可能建立形變異常與遠(yuǎn)距離地震之間的關(guān)系或研究遠(yuǎn)震對(duì)形變觀測(cè)的影響及其關(guān)系［3］。本文選取發(fā)生在2013年2月6日、8日圣克魯斯群島的6次大地震，從瓊中地震臺(tái)重力儀記錄的面波的延遲時(shí)間、最大變形幅度、同震持續(xù)時(shí)間3個(gè)方面研究瓊中臺(tái)重力儀對(duì)遠(yuǎn)震的同震響應(yīng)特征［4］。

1 瓊中地震臺(tái)重力觀測(cè)概況

海南島在大地構(gòu)造上位于華南塊體西南部。瓊中地震臺(tái)地處海南隆起的中部，受區(qū)域性的兩大EW向深大斷裂與NE向主體構(gòu)造斷裂以及次一級(jí)的NW向構(gòu)造斷裂所控制。臺(tái)站位于海南島中部瓊中黎族苗族自治縣營(yíng)根鎮(zhèn)，周圍10km內(nèi)無(wú)大斷裂通過(guò)，臺(tái)址巖基為海西－印支期花崗巖，巖性致密堅(jiān)硬。臺(tái)站自2008年購(gòu)置安裝重力儀，其觀測(cè)資料穩(wěn)定、可靠、完整性好。從觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，重力儀具有較寬的動(dòng)態(tài)線形測(cè)量范圍，較低的噪聲水平和漂移率［5］。

2 重力儀記錄的同震響應(yīng)特征分析

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，2013年2月，圣克魯斯群島發(fā)生6次強(qiáng)震（表1）。

表1 2013年2月圣克魯斯群島6次MS6．0以上強(qiáng)震參數(shù)Table 1 Basic parameters of 6strong earthquakes（MS＞6．0）in Santa Cruz Islands in February 2013

因數(shù)字化觀測(cè)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，主要包括面波的延遲時(shí)間、最大形變幅度及同震持續(xù)時(shí)間等。這6次地震瓊中地震臺(tái)的重力儀都記錄到同震形變波（圖1），同震響應(yīng)參數(shù)見表2。

圖1 瓊中重力儀對(duì)圣克魯斯群島6次強(qiáng)震的響應(yīng)曲線Fig．1 Response curves of the gravimeter at Qiongzhong seismostation to 6strong earthquakes in Santa Cruz Islands

2013年2月6日，圣克魯斯群島連續(xù)發(fā)生3次地震。地震發(fā)生之前重力儀的觀測(cè)曲線是光滑 的［6］。09時(shí)12分圣克魯斯群島發(fā)生MS7．5地震，從圖2中可以看到，09時(shí)22分，即主震發(fā)生后10分鐘重力儀分鐘值觀測(cè)曲線出現(xiàn)了突跳，隨后開始震蕩，于9點(diǎn)44分達(dá)到最小波值2 690×10－8m·s－2；在最小波值只停留1分鐘，隨即大幅度震蕩上升，于9點(diǎn)46分達(dá)到最大波值2 996×10－8m·s－2，這一波值持續(xù)了約3分鐘；9點(diǎn)50分，曲線震蕩幅度明顯變小，同震約持續(xù)42分鐘，振幅為306×10－8m·s－2。9點(diǎn)23分該地點(diǎn)發(fā)生7．6級(jí)的地震，此時(shí)7．5級(jí)的地震對(duì)重力儀觀測(cè)的影響尚未停止，觀測(cè)曲線尚未恢復(fù)光滑，無(wú)法把該次的同震形變波與上次地震的同震形變波區(qū)分開來(lái)，因而無(wú)法分析響應(yīng)特征。09點(diǎn)54分7．3級(jí)地震發(fā)生后，瓊中重力儀的同震響應(yīng)形式仍為脈沖，從觀測(cè)曲線中可看到，10點(diǎn)23分，即主震發(fā)生后25分鐘，曲線出現(xiàn)較大幅度的脈沖形態(tài)，10點(diǎn)27分達(dá)到最小波值2 689×10－8m·s－2，隨后大幅度上又將達(dá)到最大波值2 987×10－8m·s－2，再經(jīng)過(guò)62分鐘的震蕩后恢復(fù)光滑。

表2 瓊中重力儀記錄的2013年2月圣克魯斯群島強(qiáng)震同震響應(yīng)參數(shù)Table 2 Co－seismic response parameters of gravimeter at Qiongzhong seismostation to 6strong earthquakes in Santa Cruz Islands in February 2013

圖2 2013年2月6日瓊中重力儀器觀測(cè)曲線Fig．2 Observation curve of the gravimeter at Qiongzhong seismostation on Feb．6，2013

2013年2月8日，圣克魯斯群島發(fā)生MS6．8地震，從圖3瓊中臺(tái)重力儀觀測(cè)曲線中可以看到，03點(diǎn)09分，即主震發(fā)生后10分鐘，重力儀分鐘值觀測(cè)曲線出現(xiàn)突跳；隨后開始震蕩，于3點(diǎn)32分達(dá)到最小波值2872×10－8m·s－2；之后便大幅度震蕩上升，在最大波值只停留1分鐘，于9點(diǎn)33分達(dá)到最大波值2971×10－8m·s－2，持續(xù)了約8分鐘；3點(diǎn)41分，曲線震蕩幅度明顯變小。同震約持續(xù)58分鐘，振幅為62×10－8m·s－2。

圖3 2013年2月8日瓊中重力儀器觀測(cè)曲線（一）Fig．3 Observation curve（Ⅰ）of the gravimeter at qiongzhong seismostation on Feb．8，2013

2月8日圣克魯斯群島又發(fā)生MS7．2的地震（圖4），19點(diǎn)23分，即主震發(fā)生后11分鐘，重力儀分鐘值觀測(cè)曲線出現(xiàn)的突跳，隨后開始震蕩；于19點(diǎn)45分達(dá)到最大波值3 009×10－8m·s－2；在最大波值只停留1分鐘，便大幅度震蕩下降，于19點(diǎn)46分達(dá)到最小波值2 801×10－8m·s－2，這一波值持續(xù)了約2分鐘；20點(diǎn)02分，曲線震蕩幅度明顯變小。同震約持續(xù)45分鐘，振幅為208×10－8m·s－2。

圖4 2013年2月8日瓊中重力儀器觀測(cè)曲線（二）Fig．4 Observation curve（Ⅱ）of the gravimeter at Qiongzhong seismostation on Feb．8 2013

3 重力儀記錄的同震響應(yīng)的面波延遲時(shí)間、最大波幅、持續(xù)時(shí)間

3．1 面波延遲時(shí)間

發(fā)生在圣克魯斯群島這6次地震對(duì)于瓊中臺(tái)震中距基本相同。其中5次地震時(shí)重力儀記錄能清晰的辨別出初動(dòng)時(shí)刻。瓊中臺(tái)重力儀記錄到的同震形變波的延遲時(shí)間約10分或11分鐘?？紤]到數(shù)字化觀測(cè)的采樣間隔為1分鐘，可認(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 最大變形幅度

同震響應(yīng)的最大波幅可能與震級(jí)大小有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，該特征對(duì)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(cè)研究是有意義的［7］，從數(shù)字觀測(cè)資料的異常形態(tài)看，瓊中臺(tái)重力儀記錄對(duì)圣克魯斯群島這6次地震的同震響應(yīng)都是脈沖形式，6．8級(jí)地震的響應(yīng)幅度明顯比較小，波幅僅有99×10－8m·s－2，7．5級(jí)的地震的波幅則達(dá)到最大306×10－8m·s－2，震級(jí)大的對(duì)應(yīng)同震形變波的波幅也比較大。2月8日23：26與19：12兩次地震震級(jí)一樣大，地點(diǎn)相同，但其深度不同，故波幅則有差別，進(jìn)一步可以確認(rèn)淺震造成的災(zāi)害要比深震嚴(yán)重。

3．3 同震持續(xù)時(shí)間

分辨率高的儀器，能觀測(cè)到更微小的變化，因此同震持續(xù)時(shí)間與觀測(cè)儀器的分辨率有關(guān)［8］。對(duì)于同樣的觀測(cè)儀器，震級(jí)大的地震釋放出的更多的能量，同震持續(xù)時(shí)間應(yīng)該更長(zhǎng)。同等震級(jí)，震中距遠(yuǎn)的地震造成的形變應(yīng)該最小，同震持續(xù)時(shí)間有可能較短。瓊中臺(tái)重力儀記錄在圣克魯斯群島這幾次強(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(shì)線上，無(wú)階躍，漂移速率也沒有改變。

4 結(jié)論

2013年2月6日至8日圣克魯斯群島發(fā)生6次6．0級(jí)以上的強(qiáng)震。通過(guò)對(duì)瓊中臺(tái)重力儀記錄到的同震形變波資料進(jìn)行分析，認(rèn)為：（1）這6次遠(yuǎn)震，瓊中臺(tái)重力儀都記錄到同震形變波，說(shuō)明瓊中臺(tái)重力儀對(duì)巨大遠(yuǎn)震的映震能力很強(qiáng)。

（2）瓊中臺(tái)重力儀的記錄曲線在圣克魯斯群島6次強(qiáng)震后都回到原趨勢(shì)線上，沒有階躍，漂移速率也沒有改變，表明該儀器比較穩(wěn)定，適合固體潮潮汐觀測(cè)。

（3）連續(xù)定點(diǎn)形變觀測(cè)到的遠(yuǎn)震傳播的地面震動(dòng)信號(hào)的表現(xiàn)形式為脈沖或脈沖疊加階躍。脈沖是由遠(yuǎn)震地震波經(jīng)長(zhǎng)距離傳播形成的面波，當(dāng)面波的頻率與形變觀測(cè)儀器自振頻率接近時(shí)產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。瓊中臺(tái)重力儀對(duì)這6次強(qiáng)震的響應(yīng)形式都是脈沖，無(wú)階躍，說(shuō)明重力儀的自振周期和圣克魯斯群島遠(yuǎn)震的地震波的優(yōu)勢(shì)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(duì)瓊中臺(tái)重力儀而言，這6次遠(yuǎn)震都發(fā)生在圣克魯斯群島中，震中距相同，其中5次同震波的初動(dòng)明顯，延遲時(shí)間也相同。

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