南北地震帶洞體應(yīng)變趨勢變化群體特征分析

閆 偉，陳國琴

(中國地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045)

南北地震帶洞體應(yīng)變趨勢變化群體特征分析

閆 偉，陳國琴

(中國地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045)

根據(jù)南北地震帶區(qū)域內(nèi)洞體應(yīng)變觀測資料，利用小波分析方法提取年尺度以上的變化趨勢，并結(jié)合南北地震帶上部分布設(shè)的GPS觀測網(wǎng)點(diǎn)得到的基線變化特征，重點(diǎn)分析了GPS基線趨勢變化異常的群體性與南北帶動(dòng)力環(huán)境及該區(qū)域MS6以上地震之間的對應(yīng)關(guān)系。分析結(jié)果表明：①南北地震帶自2000年以來呈現(xiàn)整體性趨勢受壓變化；②2000～2004年南北帶表現(xiàn)為壓應(yīng)變增強(qiáng)，2008年汶川MS8地震前該地區(qū)同樣呈現(xiàn)壓應(yīng)變增強(qiáng)現(xiàn)象，且壓縮速度明顯增大；③2006年出現(xiàn)的顯著性群體趨勢異常變化與GPS基線群體性轉(zhuǎn)折有一定的一致性。

南北地震帶；趨勢異常；GPS；群體特征

與地震發(fā)生有統(tǒng)計(jì)關(guān)系的前兆是地殼裂隙—破裂演變過程中的產(chǎn)物，而裂隙—破裂演變的前提是應(yīng)力集中[1]。因而從理論上講，觀測到的前兆異常變化在一定程度上似可看作應(yīng)力變化的一種表象[2]。一般而言，單個(gè)前兆觀測手段觀測的單條曲線出現(xiàn)異常變化，很難說清楚是否是由于地震孕育所致，但若在某一時(shí)段較大范圍內(nèi)前兆觀測出現(xiàn)同步或準(zhǔn)同步的群體性異常變化，前兆觀測的這種群體性變化可視為是與區(qū)域應(yīng)力作用有關(guān)的變化，而不能將這種群體變化視作為是噪聲干擾所致的[3]。因此，可借助于區(qū)域地震前兆觀測臺(tái)網(wǎng)的觀測結(jié)果，通過震例研究預(yù)測方法來探討異常與區(qū)域前兆臺(tái)網(wǎng)觀測到的前兆群體時(shí)空演化過程的相互關(guān)系，從而判斷這些異常是否與區(qū)域應(yīng)力場應(yīng)力增強(qiáng)有關(guān)[3]。毛可等人利用前兆觀測資料變化異常形態(tài)、群體性特征及時(shí)空演化等方面的資料，對中國西北地區(qū)進(jìn)行了震后異常與新地震異常的識(shí)別[4]。王永安等人利用定點(diǎn)地傾斜觀測資料在提取準(zhǔn)同步群體異常信息的基礎(chǔ)上，研究了傾斜與強(qiáng)震的對應(yīng)關(guān)系[5]。林輝等人在提取了單向短期異常的基礎(chǔ)上，用群體非均勻度計(jì)算方法對各手段選取的多點(diǎn)觀測資料進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算了判斷異常的綜合指標(biāo)，并通過了置信度為97.5%的R檢驗(yàn)[6]。楊又陵等人利用形變異常密度和趨勢分析方法研究了新疆地區(qū)定點(diǎn)形變時(shí)空分布、群體異常特征，并探討了其與地震活動(dòng)之間的關(guān)系[7]。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)和處理方法

南北地震帶位于中國的中部，是一條貫穿中國大陸長2 000 km的地震活動(dòng)斷裂帶。南北帶對中國大陸構(gòu)造格局起到控制作用。在這一構(gòu)造帶以西的區(qū)域，構(gòu)造線主要呈NW-NWW向展布，以東的區(qū)域構(gòu)造線主要為NE-NNE向展布，靠近南北帶附近構(gòu)造線多呈弧形轉(zhuǎn)折[8-9]。關(guān)于南北地震帶南段的地震活動(dòng)性和應(yīng)力場特征，闞榮舉等人指出，由鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶、小江斷裂帶、通海曲江斷裂帶和紅河斷裂帶所圍成的一個(gè)菱形塊體，由于受到印度洋板塊對歐亞板塊的擠壓影響，向東南方向運(yùn)動(dòng)并控制著菱形塊體及周圍區(qū)域的應(yīng)力場[10]。許忠淮等人指出，在南北地震帶南段，主壓應(yīng)力軸(P軸)和主張應(yīng)力軸(T軸)均處于水平方向。但P軸的方位從北部的NE-SW，中部的近EW轉(zhuǎn)向南部的NNW．SSE或近N-S方向。這可以用印度洋板塊的擠壓和緬甸中部地震區(qū)的拖拉作用來解釋[11-12]，根據(jù)在亞洲東部和東南部設(shè)為自由邊界的條件下的實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果。Petzer和Tap-Ponnier認(rèn)為，由北向運(yùn)動(dòng)的印度澳大利亞板塊所產(chǎn)生的強(qiáng)擠壓力控制著南北地震帶南段的構(gòu)造應(yīng)力場[13]。采用全國前兆臺(tái)網(wǎng)“九五”數(shù)據(jù)庫中洞體應(yīng)變數(shù)據(jù)，各臺(tái)站的空間分布如圖1所示。對于采樣率為1次/天的數(shù)據(jù)來說，采用8階小波分析可以濾除年尺度以下周期變化信息，并提取趨勢項(xiàng)，進(jìn)而提取年尺度變化以上的異常信息，這些信息作為本文的研究對象。以楚雄臺(tái)伸縮儀EW分量為例處理結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，采用DB5小波分析可以較好地?cái)M合出原始曲線的趨勢變化，并能較好地提取年周期以上的信息。

圖1 研究區(qū)域及形變臺(tái)站分布

圖2 楚雄臺(tái)伸縮EW向觀測時(shí)間序列

2 定點(diǎn)形變趨勢異常群體特征

為了定量地描述南北地震帶地區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，將圖2中小波趨勢線做歸一化處理后同軸顯示出來，通過和研究區(qū)域內(nèi)2000年以來發(fā)生的MS6以上地震進(jìn)行對比分析(參見圖3)。由圖3可以定性地看出，南北地震帶地震主要發(fā)生在該區(qū)域處于群體壓應(yīng)變?yōu)橹鞯臅r(shí)間段；2004～2007年時(shí)間段中，該區(qū)域處于壓應(yīng)力減緩和張應(yīng)力增加時(shí)段，本區(qū)域內(nèi)無MS6以上地震發(fā)生。2006年前后南北地震帶出現(xiàn)了趨勢壓縮(曲線下降)群體特征(參見圖3a)，表明該區(qū)域受壓增強(qiáng)，處于應(yīng)變能積累階段，而此時(shí)南北帶地區(qū)并沒有發(fā)生MS6以上地震，使該區(qū)域的應(yīng)變能釋放，加之此時(shí)的壓應(yīng)變增強(qiáng)的速度較快，使該區(qū)域地震危險(xiǎn)性增大。

圖3 南北地震帶SSY應(yīng)變小波趨勢歸一化曲線(a)及該區(qū)域6級以上地震M-T圖(b)

3 南北地震帶GPS基線趨勢異常群體特征和結(jié)論

為了驗(yàn)證2006年前后南北帶地區(qū)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、應(yīng)變存在“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”的想法，我們又根據(jù)中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)GPS連續(xù)站南北地震帶中各站點(diǎn)(DXIN、DLHA、XNIN、YANC、XIAA、LUZH、KMIN、XIAG)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析(參見圖4)。同時(shí)為研究各GPS基線變化的共性特征，采取直線擬合的方法將其趨勢變化項(xiàng)扣除掉，其結(jié)果如圖5a所示。為了便于與SSY應(yīng)變儀的觀測結(jié)果進(jìn)行比較分析，又將基線長度變化分解為東西分量和南北分量(參見圖5b、c)。由圖5可以看出，在2006年前后東西向和南北向均出現(xiàn)了趨勢轉(zhuǎn)折現(xiàn)象，且東西向變化較明顯。由此可見，南北帶地區(qū)洞體應(yīng)變觀測和GPS基線觀測均觀測到了2006年前后出現(xiàn)的地塊受到擠壓而產(chǎn)生壓縮的現(xiàn)象。

圖4 GPS連續(xù)站分布圖(a)及基線長度時(shí)間序列(b)

圖5 GPS基線線性去趨勢后的結(jié)果(a)、基線東西向分量結(jié)果(b)以及基線南北向分量結(jié)果(c)

從南北地震帶地區(qū)“九五”建設(shè)項(xiàng)目中SSY伸縮儀的東西向和南北向資料，我們討論了南北帶地區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，并結(jié)合GPS資料作了聯(lián)合分析，分析認(rèn)為：①南北地震帶2000年以來呈現(xiàn)整體性趨勢受壓變化，與基本的動(dòng)力環(huán)境相吻合；②2004年印尼MS9地震前南北帶地區(qū)表現(xiàn)為壓應(yīng)變增強(qiáng)，2008年汶川MS8地震前該地區(qū)同樣呈現(xiàn)壓應(yīng)變增強(qiáng)現(xiàn)象，且壓縮速度明顯增大；③2006年出現(xiàn)的顯著性群體趨勢異常變化與汶川地震前該區(qū)域孕育過程可能有一定的關(guān)系。由于受到前兆臺(tái)點(diǎn)分布密集程度的限制，本文只是提出并分析了目前能夠在GPS覆蓋范圍內(nèi)觀測到的群體異常特征現(xiàn)象，隨著前兆臺(tái)網(wǎng)“十五”建設(shè)項(xiàng)目觀測數(shù)據(jù)的補(bǔ)充及“十一五”前兆臺(tái)網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目的布設(shè)，南北地震帶的形變監(jiān)測點(diǎn)會(huì)越來越多，那時(shí)可以更加精確地討論南北帶地震帶形變特征。

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Analysis of crustal trend anomaly characteristics in the north south seismic belt

Yan Wei, Chen Guoqin

(China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China)

According to the crustal deformation observation data of strain meters observed in cafes distributed along the north-south seismic belts, we use the wavelet analysis to extract the trend change with the annual scale. Then we combine the trend changes with the changes of GPS baseline measurement distributed along the north-south seismic belts to analyze the relationship between the abnormal group and the seismic tendency of aboveMs6 earthquakes occurred along the north-south seismic belt. At the same times we discuss the dynamic environment and the seismicity in this region. Our result shows that the block of the north-south seismic belt since the year of 2000 was in the condition of an overall trend of pressure change. During the period from 2000 to 2004 the strain of the north-south seismic belt increases sharply. Before the 2008 WenchuanMs8 earthquake in this area, both strain and compressional speed increased. In 2006 there was some of certain consistency between the group abnormal trend changes and the group changes of GPS baseline observation data.

the north-south seismic belt; trend anomaly characteristics; GPS; population characteristic

2015-04-15

中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司2015年度震情跟蹤定向工作任務(wù)(2015020201)資助.

閆偉(1982-),男，助理研究員，主要從事地殼形變資料處理與分析工作.Email:ywpro@163.com.

P315.725

B

1001-8115(2015)03-0021-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.03.006