宁强5.7级地震前陕西定点形变的异常现象①

2011-01-25柯昌安牛安福李正媛窦玛丽李晓妮

地震工程学报 2011年2期

柯昌安，牛安福，李正媛，窦玛丽，李晓妮

（1.陕西省地震局，陕西西安 710068；2.中国地震台网中心，北京 100045）

0 引言

汶川地震是我国历史上损失最为惨重的地震之一，许多学者对其孕育与发震过程进行了较深入的研究［1－8］，但仍有许多前兆现象值得探讨。汶川地震前陕西地形变观测未出现短期异常，而在一些较大余震前，特别是宁强5.7级强余震前短期异常反而显著。这是一个很有意义的前兆现象。由于对地震孕育过程认识有限，本文主要揭示宁强5.7级地震期间，陕西形变短期异常分布特征，以及与宁强5.7级地震的可能关系。

1 台站概况

陕西有6个数字化形变台站，分布在关中地区和陕南。关中地区位于鄂尔多斯块体南缘，有固关—功县断裂、秦岭北麓断裂、渭河断裂、乾县—蒲城断裂等，地质结构非常复杂［9］。1556年2月2日发生过华县8级地震。陕南地处大巴山脉，主要有略阳—洋县断裂和竹山断裂，788年3月12日发生过安康6.5级地震。台站概况见表1，台站分布见图1。

2 异常情况

2.1 宝鸡台水管仪

宝鸡台水管仪在震前2天开始出现向西南倾斜的异常现象（图2），NS和NE向发震后异常结束，稳定在新的平衡位置，漂移速率和方向恢复到异常前的情况；EW向震后3天异常结束，恢复到原来平衡位置。持续时间：NS＝2天，EW＝5天，NE＝2天；异常幅度：NS＝－30ms，EW＝－20ms，NE＝－45ms。

表1 陕西省定点形变数字化台站基本概况

图1 陕西定点形变台站分布及地倾斜异常方向图Fig.1 Distribution of point deformation stations in Shaanxi province and abnormal pattern of ground tilt.

图2 宝鸡台水管仪异常图象Fig.2 Abnormal images of the water meter at Baoji station.

2.2 宝鸡台伸缩仪

宝鸡台伸缩仪在震前2天开始出现异常，NS缩短，EW伸长，震后恢复正常，稳定在新的平衡位置（图3）。持续时间2天；异常幅度：NS＝－1200×10－10，EW＝780×10－10。

图3 宝鸡台伸缩仪异常图象Fig.3 Abnormal images of the extensimeter at Baoji station.

2.3 安康台垂直摆

安康台垂直摆在震前4天开始出现向西北方向倾斜的异常现象（图4），震后稳定在新的平衡位置，漂移方向和速率恢复到异常前的正常情况。持续时间：NS＝3天，EW＝4天；异常幅度：NS＝70ms，EW＝－100ms。

图4 安康台垂直摆异常图象Fig.4 Abnormal images of the vertical pendulum at Ankang station.

2.4 宁陕台垂直摆

宁陕台垂直摆在震前6天开始出现向西南方向倾斜的异常现象（图5），震后稳定在新的平衡位置，漂移方向和速率恢复到异常前的正常情况。持续时间6天；异常幅度：NS＝－70ms，EW＝－55ms。

图5 宁陕台垂直摆异常图象Fig.5 Abnormal images of the vertical pendulum at Ningshan station.

2.5 西安台水管仪

西安台水管仪在震前4天开始出现向西南方向倾斜的异常现象（图5），发震2天后稳定在新的平衡位置，NS向倾斜方向发生转折，EW向保持异常前的倾斜方向。持续时间：NS＝6天，EW＝7天；异常幅度：NS＝－20ms，EW＝90ms。

图6 西安台水管仪异常图象Fig.6 Abnormal images of the water meter at Xi＇an station.

3 分析讨论

（1）地倾斜异常方向与震源机制

宁强5.7级地震的震源机制解［10］为：深度＝14 km，方位角＝352°，倾角＝80°，滑动角＝－28°。根据宏观考察结果及震源构造断层走向判定主破裂面近乎南北向（N8°W），东为上盘，东西拉张，左旋走滑，上盘向北下倾。

由表2和图1可见，宝鸡、宁陕和西安台都在秦岭山上，位于震源的NE方向（震源上盘），海拔高度高于震中100～300m。地倾斜异常方向都为SW，这与震源机制的上盘向北下倾似乎相反，其原因可能是震前应力场受到秦岭山的抵抗，形成两端挤压中间下沉，以至秦岭南麓向SW倾斜引起的。

表2 宁强5.7级地震前异常情况统计表（水管仪、垂直摆：ms；伸缩仪：10－10）

安康台位于震源南SEE向，与震源同处大巴山脉，海拔高度低于震中约200m，异常倾向NW，与震源机制基本相同。

（2）地倾斜异常时间与地理位置

由表2和图1可见，假如以汉中盆地作为坐标原点，则位于西北的宝鸡台和位于东南的安康台（第2、4象限），异常持续时间较短，出现时间较晚，而位于东北的宁陕和西安台（第1象限），异常持续时间较长，出现时间较早。这种现象的成因还有待进一步研究。

（3）地倾斜异常幅度与震中距

由表2可见，震中距由近到远依次为：宝鸡＝230km，宁陕＝260km，安康＝320km，西安＝340 km，异常幅度（矢量合）由小到大依次为：宝鸡＝36 ms，宁陕＝89ms，西安＝92ms，安康＝122ms。整体表现为震中距越小，异常幅度越小，地形变异常特征这种分布特点与由地震引起的地形变随距离衰减特征有显著的不同［3，5，7］，这是地形变前兆观测今后需要深入研究的问题。

（4）洞体应变异常方向性

由表2可见，宝鸡台伸缩仪异常幅度为：NS＝－1200×10－10，EW＝780×10－10，表现为南北挤压，东西拉张，这与震源机制解是吻合的。

图7 2008年陕西形变资料日均值图Fig.7 The daily mean value curves of deformation at 4stations in 2008.

（5）汶川8级地震前后资料背景

图7为上述4个台站资料的日均值图。从图中可见，在汶川8级地震之前资料变化相对平静；之后极不稳定，地震活动也显著增强，直至8月5日青川6.1级地震；此后随着汶川余震区6级地震的平静，资料变化也相继稳定。平时偶尔也有短期偏离的异常现象，是单个台站的观测环境干扰或局部地下活动引起的，与地震无关。只有多个台站同时出现异常才有可能发生6级左右的地震。

4 结论

（1）汶川地震后陕西出现的形变异常与宁强地震一样，都可能是汶川地震后周边应力调整的结果。汶川地震前在围绕南北地震带的较大区域上都可能处于高应变积累或断层闭锁状态，围绕震中各种形变观测变化量较小，地震活动水平也较低。而汶川地震后高应变积累释放，周边地区更容易发生显著变形，而且形变异常与周边中强地震也具有较好的相关性。

（2）宁强5.7级地震前陕西6个形变台站中有4个台站出现了临震异常，异常台站占总数的67%。在9套倾斜仪（水管仪、垂直摆）中，4套仪器出现了临震异常，占总数的44%；在4套伸缩仪中1套出现了临震异常，占总数的25%；4套孔应变和1套重力仪均无异常。可见地倾斜的映震能力最强，其次是洞体应变。

（3）值得一提的是，在2008年7月24日宁强－青川6.0级地震前的21日至25日，陕西定点形变资料出现与本文雷同的异常现象，两个地震间距12km，后者在前者的NWW向，震前异常特征、持续时间和台项基本一致。

（4）汶川8级地震前后陕西形变异常特征明显不同：震前短期异常非常少，地震活动也很弱，降雨影响也很小；震后地震活动明显增强，且异常、地震和降雨有一定的吻合性。通过多年的统计对比分析，宝鸡台受降雨影响为100%；西安台为80%。降雨期间出现类似的短期偏离。其它台不受降雨影响。在宁强5.7级地震期间宝鸡台降雨量为50 mm，其它台没有降雨。

（5）宁强5.7级地震前形变异常台站分布在2个纬向断裂带之间，即略阳－洋县和竹山断裂以北，渭河断裂以南（图1）。震中距最近的是汉中台（170 km），位于略阳－洋县断裂以南，没有出现异常。同样乾县台位于渭河断裂以北，震中距（310km）小于安康台（320km），也未出现异常。这与由地震破裂引起的地形变场分布特征［7］有显著不同，或许这也是震前未发生破裂前形变分布的一个显著特点［4，11－12］。

（6）通过对近3年的数字化资料检索结果显示，只有在宁强5.7、宁强－青川6.0和高陵4.4级地震期间，60%以上台站出现此类异常现象。其它时间的异常顶多是一两个台站同时出现，很可能是气象因素或局部地下活动引起的。如果多个台站同时出现这类异常，且无大面积的气象突变，则有可能发生4级以上的地震。

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