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甘肃定西6.6级地震前昔阳地震台SSQ-2I水平摆异常特征

甘肃定西6.6级地震前昔阳地震台SSQ-2I水平摆异常特征 宋志英1,2, 吕永青1,2, 李宏伟2,3, 宫静芝1,2, 王振江1,2    1. 中国山西 045300 昔阳地震台;
2. 中国山西 030025 太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站;
3. 中国太原 030021 山西省地震局  本文收到日期:2015-03-16 基金项目:山西省地震局科研项目(部分内容)(SBK-1120)  作者简介:宋志英 (1964-), 男, 大专学历, 工程师, 昔阳地震台台长, 主要从事形变仪器观测研究工作。E-mail:xytyb@163.com            摘要:2013年7月22日甘肃岷县、漳县6.6级地震前,昔阳台SSQ-2I数字化石英水平摆倾斜仪于7月9日出现趋势性变化,通过对震前数据异常变化的特征进行异常判定,并利用前兆矢量图、多台资料对比分析、辅助测项对比分析、与后续发生的甘肃岷县、漳县4.0级地震震情数据变化对比分析等相关研究工作后认为本次昔阳台水平摆在甘肃定西6.6级地震前的数据异常变化与地震有一定的对应关系。关键词水平摆倾斜仪    定西地震    震前异常    特征分析    About anomaly characteristics of SSQ-2 I horizontal pendulum at Xiyang Seismic Station before Dingxi M 6.6 earthquake in Gansu Province Song Zhiying1,2, Lv Yongqing1,2, Li Hongwei2,3, Gong Jingzhi1,2, Wang Zhenjiang1,2    1. Xiyang Seismic Station, Shanxi Province 045300, China;
2. Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan 030021, China;
3. National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan, Shanxi Province 030025, ChinaAbstract: The observations of SSQ-2I digital horizontal pendulum at Xiyang Seismic Station appeared tendency variation on July 9, before Minxian and Zhangxian M 6.6 earthquake in Gansu Province, on July 22, 2013. The anomaly determination is conducted by analyzing the characteristics of abnormal data before the earthquake. And using precursor vector, comparative analysis of multiple data, auxiliary measurement analysis, comparing with data of follow-up Minxian and Zhangxian M 4.0 earthquake in Gansu Province and other related research work, it is believed that the abnormal change of the data before the Dingxi M 6.6 earthquake in Gansu Province is in correspondence with the earthquake.horizontal pendulum tiltmeter    Dingxi earthquake    anomaly before earthquake    characteristics analysis     0 引言

地震前兆是地震预报的重要依据和基础,大量震例表明,强震 (指MS≥6.0地震) 和大震活动 (指MS≥7.0地震) 往往有种类和数量不等的地震前兆存在,且地震前兆异常的平均数量、最长持续时间、最远距离等均随震级的增大而增加 (张肇诚等,1988),利用形变手段,尤其是连续观测的地倾斜及固体潮水平分量来预报地震是一条有希望的途径 (陈德福等,1993)

2013年7月22日7时45分,甘肃定西市岷县、漳县 (34.5°N,104.2°E) 发生6.6级地震,震源深度20 km。该地震发生在临潭-宕昌断裂,震害波及6市 (州)22县 (区),计12.3万人受灾。此次地震前,昔阳地震台 (以下简称昔阳台) SSQ-2I数字化石英水平摆倾斜仪于2013年7月9日记录到观测曲线出现趋势变化,与地震是否有对应关系,是否反映了地壳内部变化,本文就此进行分析。

1 观测背景1.1 地质构造

昔阳台 (高程960 m) 位于山西断陷带以东的太行山断块隆起区,台址一带出露的地层主要有奥陶系下统含燧石结核的白云质灰岩及白云岩;奥陶系中统泥灰岩、灰色石灰岩;石灰系上统砂岩、砂质页岩及煤层;新生界第四系的中更新统离石黄土和上更新统马兰黄土。基岩构造上,昔阳台位于其东部赞皇隆起和南部沁水凹陷的过渡地带,沁水煤盆地东北边缘,以北北东向构造为主,同时存在北南向和北东向构造。台址以北约380 m处为大寨断层,走向N38°E,倾向NW,倾角70°,长8 km,沿断层线有新生代玄武岩出露。大寨断层属晋获断裂带,晋获断裂带全长330 km,最新活动时代为中更新世。

1.2 石英摆倾斜仪观测系统

昔阳台配置SSQ-2I石英水平摆倾斜仪进行形变观测,该仪器于2010年10月4日-6日安装,本台固有倾角值 (ψ) 为:ψNS = 0.132 86″(NS测向),ψEW = 0.127 76″(EW测向);摆体直角边距离 (S) 为:SNS = 328.5 mm (NS测向),SEW = 330 mm (EW测向)。

1.3 形变资料

昔阳台形变观测环境较好,无明显环境干扰因素 (宋志英等,2013)。该台观测山洞于1971年9月至12月底建成,1972年4月金属水平摆倾斜仪投入观测,2008年4月对观测山洞进行改造,金属水平摆倾斜仪停测;2010年10月安装SSQ-2I石英摆倾斜仪;2012年7月观测数据并入中国地震前兆台网中心系统。

(1) 模拟资料。分析昔阳台1990-2008年金属水平摆资料日均值可知,形变观测数据年变规律明显,观测资料长期性和稳定性较好,见图 1

图  1(Fig. 1)

图 1 昔阳台金属水平摆EW分量日均值曲线Fig.1 The daily mean value curve of EW com-ponent of metal horizontal pendulum at Xiyang Seismic Station

(2) 数字化资料。昔阳台SSQ-2I数字化石英摆倾斜仪观测数据自2011年2月起基本完整,在此选用2011年2-12月的分钟值数据,分析整点值观测曲线特征,见图 2,图中明显可见:形变观测数据稳定,固体潮曲线圆滑,大潮小潮分明;从形态上看,NS分量倾向北,年倾斜量为1 230.6×10-3″,EW分量倾向西,倾斜量为-1 180.2×10-3″。

图  2(Fig. 2)

图 2 昔阳台石英水平摆2011年2-12月日均值曲线Fig.2 The daily mean value curve of quartz horizontal pendulum at Xiyang Seismic Station from February to December, 2011

2 异常分析2.1 震前趋势变化特征

2013年7月昔阳台石英水平摆倾斜仪记录到形变异常,分钟值曲线见图 3,从图中可见:① 7月9日曲线形态出现异常,其中:NS向9日开始加速向南倾斜,12日加速折向北,其后于13日12时50分前后快速折向南倾,EW向9日开始加速东倾 (倾向未变),13日开始转折向西倾斜;② 7月15日14时59分前后开始NS分量向南、EW分量向西急速倾斜,至16时20分前后,EW向数据变化量约867×10-3″,NS向数据变化量约410×10-3″,随后倾速逐渐变缓,但倾向西南未变。

图  3(Fig. 3)

图 3 昔阳台2013年7月石英水平摆数据分钟值曲线Fig.3 The minute value curve of quartz horizontal pendulum at Xiyang Seismic Station in July, 2013

2.2 异常判定

此次观测数据出现趋势变化后,主要采取以下手段进行异常判定:① 对仪器运行状况、观测环境进行全面检查,发现观测系统运行正常,观测环境未发生改变 (中国地震局监测预报司2008);② 根据7月9日降雨量较大的实际情况,收集历史气象数据进行资料相关性对比,分析认为降雨对水平摆运行影响不显著。薄万举等 (2005)通过对华北地区地倾斜倾向分布研究认为,强震孕育中后期地形变有可能出现空间配套和有序特征,地倾斜多指向或背向震中,张红秀等 (2012)而此次昔阳台水平摆倾斜仪观测数据变化契合指向震中的特点。因此,判定此次形变观测数据趋势变化为前兆趋势性异常。

2.3 矢量图分析

选取2013年1-8月观测数据,绘制日均值矢量图,见图 4,从图中可见,9日开始曲线反向转折,至13日形成一个不规则圆圈,与原直线交叉后,成一条直线反方向加速倾斜,22日发生甘肃定西6.6级地震,从矢量图分析震前存在异常指标 (中国地震局预测预防司,1998)。

图  4(Fig. 4)

图 4 昔阳台石英水平摆2013年1-8月日均值矢量曲线Fig.4 The daily mean value vector curve of quartz horizontal pendulum at Xiyang Seismic Station

2.4 同类仪器对比

选取太原基准地震台、离石中心地震台、临汾中心地震台2013年7月地倾斜NS向整点值观测数据,与昔阳台观测数据进行对比,见图 5,发现观测数据无同步异常出现,可见此次昔阳台石英水平摆短期异常属个例。可能是因为昔阳台距断裂带较近,接收地壳内部信息较灵敏,而其他形变台不具备该观测条件,因而只有昔阳台记录到2013年甘肃定西6.6级地震异常。

图  5(Fig. 5)

图 5 昔阳台与山西省其他台站2013年7月数据对比(a) 太原基准地震台;(b) 昔阳地震台;(c) 离石中心地震台;(d) 临汾中心地震台Fig.5 Comparison of data at Xiyang and other seismic station of Shanxi Province in July, 2013

2.5 与甘肃定西岷县4.0级地震关系

2013年10月20日在甘肃省定西市岷县发生4.0级地震,震中距岷县县城约16.7 km,震源深度较浅。对昔阳台10月17-20日水平摆观测数据进行分析,见图 6,从图中可见,10月18日开始水平摆NS向和EW向同时出现掉格状突跳,倾向基本未变,NS向南倾,EW向东倾,只是在突跳时间段内,二者倾向为西南,至20日发生甘肃定西市岷县4.0级地震。本次震前突跳与7月22日6.6级震前变化相比幅度小,持续时间短,发震震级小,2次地震前兆变化有无关联有待进一步研究。

图  6(Fig. 6)

图 6 2013年10月17—20日水平摆分钟值曲线Fig.6 The minute value curve of horizontal pendulum from October 17 to 20, 2013

3 结束语

2013年7月昔阳台记录到甘肃定西6.6级地震前趋势异常变化,与山西省其他形变地震台同类仪器做对比,认为该趋势性变化属个例,与此次6.6级地震有一定对应关系,可能与昔阳台距断裂带较近,接收地壳内部信息较灵敏有关。因昔阳台钻孔体应变仪遭雷击停测,仅石英水平摆倾斜仪单套仪器进行形变观测,不利于识别地震异常,建议安装VS型垂直摆倾斜仪并行观测 (冯建琴等,2011),以便进行地震前兆异常判定。

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