遼寧地區(qū)中強震前形變異常特征分析

孔祥瑞, 翟麗娜,李夢瑩, 錢 蕊,吳建霆, 付 聰

（1.遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034；2.遼陽地震臺，遼寧 遼陽 111002）

遼寧地區(qū)中強震前形變異常特征分析

孔祥瑞1, 翟麗娜1,李夢瑩1, 錢 蕊1,吳建霆2, 付 聰1

（1.遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034；2.遼陽地震臺，遼寧 遼陽 111002）

基于中國震例及相關(guān)文獻(xiàn)資料，通過收集遼寧及周邊地區(qū)中強地震震前形變前兆異常信息，對震前形變異常特征進(jìn)行分析研究。分析表明，遼寧地區(qū)中強地震前形變前兆異常具有分布范圍廣、異常數(shù)量多、持續(xù)時間長、異常變化幅度大且具有同步性變化特征等特點；形變異常的主要發(fā)震特征為破年變異常，異常具體體現(xiàn)為趨勢轉(zhuǎn)向、短期加速等動態(tài)特征；異常主要集中在300km范圍內(nèi)；異常主要以傾斜和應(yīng)變?yōu)橹?；持續(xù)時間以中長期異常為主，出現(xiàn)時間同步性較好。

形變；震例；異常特征；遼寧地區(qū)

0 引言

地殼形變是地震的最直接的伴隨現(xiàn)象，用地殼形變測量的結(jié)果描述與地震有關(guān)的前兆信息是很有成效的，它提供了具有明確物理意義的地殼運動的直接證據(jù)和定量特征，這些在國內(nèi)外歷史上的多次地震中均有明顯的體現(xiàn)[1]。在遼寧省內(nèi)1975年海城7.3級和1999年岫巖5.4級地震的成功預(yù)報中，金州短水準(zhǔn)、營口水平擺、沈陽水平擺、大面積水準(zhǔn)和流動重力等形變學(xué)科異常變化為地震的成功預(yù)報提供了重要依據(jù)； 2013年巴林左5.9級和2013年燈塔5.1級和內(nèi)蒙科爾沁5.3級地震前遼寧地區(qū)部分形變學(xué)科均有較明顯的異常變化。

1 地震地質(zhì)背景

遼寧省大部分地區(qū)位于中國、朝鮮準(zhǔn)地臺上，其大地構(gòu)造演化可分為地臺形成、蓋層發(fā)育和大陸邊緣活動3個階段。喜馬拉雅運動形成了遼寧境內(nèi)的東、西部大型隆起和中部坳陷的整體構(gòu)造格局[2]。遼寧區(qū)域內(nèi)構(gòu)造以北東向為主，北西向次之。北東向斷裂主要包括郯廬斷裂帶沈陽段，遼西地區(qū)朝陽—北票斷裂、醫(yī)巫閭山斷裂，遼東地區(qū)錦州斷裂、金州斷裂、鴨綠江斷裂等，北西向斷裂主要包括海城河隱伏斷裂、柳河斷裂、熊岳—莊河斷裂等（圖1）。

自公元419年以來，遼寧境內(nèi)共記載4.7級以上破壞性地震38次(不含大震的強余震)，其中4.7～4.9級地震15次，5～5.9級地震l8次，6級以上地震4次，7級以上地震1次，即1975年2月4日海城7.3級地震。有儀器記錄以來，遼寧及周邊海域地區(qū)共記錄1.0≤ML≤5.0級地震2萬多次，其中絕大多數(shù)為海城7.3級地震的前、余震。遼寧地區(qū)地震活動特征表現(xiàn)為，破壞性地震以中強震為主、小震活動較為頻繁[3]。正因為這么嚴(yán)峻的地震形勢，我們更需要對地震預(yù)報工作進(jìn)行更深入的科學(xué)研究與經(jīng)驗積累，從而提高地震預(yù)報的準(zhǔn)確性。

2 形變異常資料選取

本文對于遼寧地區(qū)形變異常資料的收集與分析主要基于中國震例（1966—2014年）[4～5]與前人公開發(fā)表的相關(guān)論文文獻(xiàn)。歷史中強地震主要時間范圍為1974年以來的5.0級以上地震，對所收集到的遼寧及鄰區(qū)發(fā)生的中強地震震例進(jìn)行分析，挑選出有遼寧地區(qū)形變異常對應(yīng)的地震（表1），后對所挑選的地震進(jìn)行形變異常特征分析。對長期、中期、短期和臨震異常的時間尺度劃分依據(jù)中國震例，分別為震前5年以上、震前0.5～5年、1～6個月和1個月以內(nèi)[6]。

表1 遼寧地區(qū)形變前兆異常對應(yīng)地震表

3 形變異常特征

3.17級地震形變異常特征

基于異常震例，遼寧地區(qū)7級以上地震形變異常特征主要基于1975年2月4日海城7.3級地震震例，各項異常特征具體見表2。

海城地震前兆異常數(shù)量豐富，而且分布廣，幾乎分布全省；由于其主要受金州斷裂和海城河斷裂的影響，異常以海城為中心的北西和北東兩個條帶較為突出[7]，從震中與異常點距離來看，在海城7.3級地震發(fā)生前，在距震中小于100km范圍內(nèi)海城地震形變前兆異常測項共2項（中長期2項），其中一項在震前出現(xiàn)短臨變化；震中距在100～200km范圍內(nèi)的形變前兆異常共4項（中長期4項）；震中距大于200km的形變前兆異常共2項（中長期1項、短期1項）；背景異常1項（圖2）。

從異常時間尺度上來看（圖3），中長期水準(zhǔn)異常具持續(xù)時間長的特點，海城地震發(fā)生前，水準(zhǔn)異常持續(xù)時間達(dá)到13個月，參考省內(nèi)其他5級以上地震，大震前場地水準(zhǔn)異常時間比較長，水準(zhǔn)異常持續(xù)時間最長的時間為43個月（2003年巴林左旗地震）。從同步性上來看，金縣短水準(zhǔn)和營口地傾斜出現(xiàn)同步現(xiàn)象；在震前有明顯的轉(zhuǎn)向加速特征，以營口傾斜為例（圖4），1974年初營口NS、EW測項同時出現(xiàn)轉(zhuǎn)向現(xiàn)象，異常持續(xù)約5個月，出現(xiàn)加速并且在10月份左右加速減緩，在年底NS測項再次出現(xiàn)明顯加速，EW測項則出現(xiàn)轉(zhuǎn)向加速的短期變化，與此同時金州短水準(zhǔn)也出現(xiàn)了轉(zhuǎn)向加速的動態(tài)變化，更加證明了其所受的為同一個應(yīng)力場的影響。

表2 地震形變前兆異常信息表

從異常測項及發(fā)震特征上來看，形變學(xué)科異常主要以傾斜異常為主，傾斜異常達(dá)到4項，其余為跨斷層異常及應(yīng)力異常（圖5）。對異常的變化及發(fā)震特征進(jìn)行分析，形變異常的主要發(fā)震特征為趨勢轉(zhuǎn)向和破年變的特征，破年變主要體現(xiàn)為短期加速，年變變幅增大或較小等動態(tài)特征，以營口傾斜為例，其EW項表現(xiàn)為E傾加速，接著又出現(xiàn)W傾轉(zhuǎn)向的短期異常，NS測項則為S傾加速異常為主。

由于遼寧地區(qū)7級以上地震資料較少，以海城7.3級地震為例，遼寧地震發(fā)生7級以上大地震具有如下幾個特點：

（1）異常數(shù)量多，質(zhì)量高。從表2可以看出，震前遼寧地區(qū)僅形變異常達(dá)到9項；

（2） 異常幅度大。以部分形變異常為例，從表2可以看出金州短水準(zhǔn)異常幅度大到4.5mm，為正常0.11mm的41倍，沈陽地傾斜擬合余差已經(jīng)達(dá)到28.76σ（σ表示標(biāo)準(zhǔn)誤差）；

（3） 異常持續(xù)時間長，存在準(zhǔn)同步性。海城地震發(fā)生前，相距200km的金縣短水準(zhǔn)和營口地傾斜也出現(xiàn)同步現(xiàn)象，即都在1973年 7—8月陸續(xù)出現(xiàn)異常，在1974年下半年又同時出現(xiàn)一次加速過程；

（4）異常在空間上相對集中。從震中與異常點距離來看（圖2），8項形變異常，1項背景異常形變異常均在250km以內(nèi)。

3.25～6級地震形變異常特征

基于形變學(xué)科異常震例，遼寧地區(qū)5級地震形變異常特征主要基于營口5.9級地震、岫巖5.4級地震、內(nèi)蒙古巴林左旗5.9級地震、遼陽燈塔5.1級以及科爾沁5.3級地震震例，各項異常特征見表2。

從震中與異常點距離來看，在距震中小于100km范圍內(nèi)5級地震形變前兆異常測項共5項（中長期1項、短期4項、臨震異常0項）；震中距在100～200km范圍內(nèi)的形變前兆異常共12項（中長期10項、短期2項、臨震異常0項）；震中距大于200km的形變前兆異常共7項（中長期6項、短期1項、臨震異常0項）（圖2）。就遼寧區(qū)域內(nèi)的地震來說，形變異常在預(yù)報地震短臨危險性上有一定的指示意義，以燈塔5.1級和岫巖5.4級地震為例，形變異常均在2個月內(nèi)出現(xiàn)異常；在地點預(yù)測方面，由于形變異常分布較為分散，指示意義并不明顯[8]。

異常持續(xù)時間尺度進(jìn)一步分析，可以發(fā)現(xiàn)中長期跨斷層水準(zhǔn)異常具有持續(xù)時間長的特點，水準(zhǔn)異常持續(xù)時間相對較長，多為趨勢性異常；傾斜類異常和應(yīng)力類異常持續(xù)時間則相對較短，大多出現(xiàn)在震前幾個月，主要以短期異常為主。從異常出現(xiàn)時間來看，趨勢性異常以及中短期異常同步性相對較好，異常出現(xiàn)時間大多數(shù)相差2到3個月。

從異常測項及發(fā)震特征上來看，形變異常主要以傾斜異常為主，跨斷層異常和應(yīng)變異常次之，此三項異常占總異常的94%（圖6）。對異常的變化及發(fā)震特征進(jìn)行分析，應(yīng)變異常的發(fā)震特征與7級地震發(fā)震特征一致，形變異常的主要發(fā)震特征為破年變的特征，具體表現(xiàn)為趨勢轉(zhuǎn)向，短期加速等動態(tài)特征。

4 結(jié)論

（1）遼寧地區(qū)7級地震形變前兆異常空間上相對集中，震中距在250km內(nèi)；異常持續(xù)時間長，最大可多達(dá)1年以上；異常變化幅度大，最大可達(dá)正常值幾十倍以上，并且具有一定存在同步性；異常發(fā)震特征主要以趨勢轉(zhuǎn)向和破年變?yōu)橹?，破年變體現(xiàn)為短期加速，年變變幅增大或較小等動態(tài)特征；在異常出現(xiàn)轉(zhuǎn)向加速和固體潮畸變后一個月內(nèi)發(fā)震。

（2）遼寧地區(qū)5級地震形變前兆異常多集中在距震中300km范圍內(nèi)，異常主要以傾斜異常為主，其次為跨斷層異常，其中跨斷層異常持續(xù)時間相對較長，多為趨勢性異常，趨勢及中短期異常同步性變化相對較差。異常發(fā)震特征和發(fā)震時間與7級地震類似，主要以破年變?yōu)橹?，發(fā)震前異常出現(xiàn)轉(zhuǎn)向加速和固體潮畸變。

本文通過總結(jié)1970年以來遼寧地區(qū)M5.0級以上地震，提取遼寧地震形變異常特征，但由于遼寧地區(qū)強震較少，7級以上地震僅1975年海城7.5級地震一次，且無6.0～6.9級地震，因此，遼寧地區(qū)形變學(xué)科指標(biāo)具有一定的局限性，仍需要進(jìn)一步的積累經(jīng)驗，進(jìn)行完善。[M]．北京：地震出版社，1988．

[5] 陳棋福，鄭大林，高榮林，等．中國震例（1997-1999）[M]．北京：地震出版社，2003．

[6] 車時，蔣海昆，付虹，等．中國震例（2003-2006）[M].北京：地震出版社，2014．

[7] 李宇彤,焦明若,李芳. 岫巖MS5.4與海城MS7.3地震的共性和個性研究[J]. 地震研究，2005，28（03）：231-235.

[8] 焦明若,王海燕,曹鳳娟. 2013年1月23日遼陽燈塔5.1級地震異常分析[J]. 防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報，2014，30（01）：1-6.

[1] 王玉瑩,陳德峰,王麗華. 岫巖-海城5.6級地震震前遼寧地區(qū)形變前兆異常特征[J]. 東北地震研究，2000，16（02）：61-65.

[2] 馬杏垣．中國巖石圈動力學(xué)地圖集[M]. 北京：中國地圖出版社，1979．

[3] 雷清清，廖旭，董曉燕．遼寧省地震構(gòu)造研究[J]．東北地震研究，2008b，24（4）：1-10．

[4] 張肇成，羅蘭格，陳立德，等．中國震例（1966-1975）

THE ANALYSIS OF THE DEFORMATION ANOMALY FEATURES BEFORE MERATE-STRONG EARTHQUAKES IN LIAONING AREA

KONG Xiang -rui1，ZHAI Li-na1，LI Meng -ying1， QIAN Rui1，WU Jian-ting2，F(xiàn)U Cong1

（1.Earthquake Administration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China 2.Liaoyang Seismic Station，Liaoning Liaoyang 111002，China）

act: Based on the earthquake cases in China and related documents, we collect the information of the deformation precursor anomaly features before moderate-strong earthquakes in Liaoning and its neighbor areas, this paper analyzed the precursor anomaly features before earthquakes and built the index system of the deformation precursor subject. It shows that the deformation precursor anomalies of M≥5.0 earthquakes have the features of wide distribution numerous anomalies, lasting longer, large amplitude of anomaly variation , synchronism and so on. The mainly feature of the earthquake-triggering deformation anomaly is broken annual variation abnormality , it’ s embodied in many dynamic features such as trend change and short-term acceleration; The anomaly is mainly focused on the range of 300km or so; The Anomaly is mainly composed of tilt and strain; The duration is most of the medium to long term anomalies, and the time synchronization is better .

s: deformation; earthquake cases; anomaly features; index system

P315.3

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.04.003

1674-8565（2016）04-0018-07

2016-07-24

2016-08-28

孔祥瑞（1990-），男，遼寧省沈陽市人，2003年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，本科，助理工程師，現(xiàn)主要從事地震前兆學(xué)科研究工作。