山西河津4.8级地震前形变异常特征分析*

李 艳 高振强 高跃雄

(1)山西省地震局临汾中心地震台，临汾 041000 2)太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，太原030025)

山西河津4.8级地震前形变异常特征分析*

李 艳1，2)高振强1，2)高跃雄1，2)

(1)山西省地震局临汾中心地震台，临汾 041000 2)太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，太原030025)

应用经典方法对山西河津4.8级地震前周边形变台站测项资料的分析发现，大部分测项震前出现中、短临前兆异常，异常测项占统计测项的78%。

河津地区;地震;定点形变;异常特征;分析

1 前言

我国的定点形变观测已有40多年的历史，“十五”期间，通过实施“中国数字地震观测网络”项目，共新增设水管、洞体摆、钻孔等倾斜仪147套［1］，新增洞体应变仪(伸缩仪)57套［2］，新增观测手段均实现了“IP到仪器”的实时数据传输功能。这些新增手段自2008年起陆续进入正式运行，已积累了3年多的连续观测资料。

2010年1月24日发生的山西河津4.8级地震是近几年山西地震带发生的最大地震，也是“十五”项目正式运行后晋陕豫交界区发生的较大地震。本文应用形变学科的经典研究方法，详细分析该区形变台站各项资料在震前的异常变化特征。

2 资料情况

以河津地震为中心、250 km为半径的山西临汾台、陕西西安台、乾陵台和华阴台的观测资料作为研究对象，由于华阴台观测资料的起始时间为2010年2月，故实际分析的台站只有3个。分析资料涉及倾斜、应变两种测项共9套观测手段(表1)。

表1 观测位置与观测仪器Tab.1 Observation site and instrument

3 异常特征分析

3.1 原始曲线分析

通过对震前各测项原始记录曲线图扫描，发现临汾台石英摆、垂直摆在1月11日同步出现加速变化，其中石英摆SN分量为北倾变化，且在变化中伴有显著的脉冲状突跳，垂直摆SN分量为南倾变化，两仪器同测向观测曲线呈明显的相反形态变化图像［3］。在2010年1月初，临汾台体应变曲线在正常变化的背景上于6～8日连续3天脉动出现毛刺状突跳(图1(a))，1月21日，距震中249km的陕西乾陵台垂直摆SN、EW分量同时出现脉动增粗及高频跳动现象，脉动最大幅度3 ms，异常现象持续3天，24日河津地震后曲线即恢复正常(图1(b)、(c)虚线框)。

图1 临汾体应变、乾陵垂直摆原始曲线图Fig.1 Original curves of body strain at Linfen and vertical pendulum at Qianling

3.2 小波分析

小波分析是一种处理信号的时频分析工具，其多分辨率分析将信号在不同分辨级上分解，分解得到低一级上的反映信号概貌的平滑信号和高一级上存在低一级上的消失信号，这种信号的分解能力能将各种交织在一起的不同频率组成的混合信号分解成不同频带的子信号［4］，本文使用Matlab软件中的db4小波函数进行分析计算。

根据表1所列测项在河津地震前8天的小波分析结果显示，自17日临汾台石英摆、垂直摆、体应变和西安台体应变在小波分解细节的第1～3层相继出现异常信息，异常信息的优势周期为2～16分钟，呈明显高频特性，由于篇幅所限，仅给出小波分解的第2层结果(图2);而乾陵台垂直摆两分量则是在第5、6层以后出现明显的异常信息，信息的优势周期大于32分钟，为典型的中低频率特性(图3)。

图2 小波分解细节第2层结果Fig.2 Results of the detailed secondary level of wavelet analysis

图3 乾陵垂直摆小波分解细节第5层结果Fig.3 Results of the detailed fifth level of wavelet analysis

3.3 潮汐因子异常

固体潮潮汐因子是表征观测场地的介质弹性参数，其变化反映地壳介质的物性变化。本文应用Mapsis软件对表1中9种手段各分量震前整点值数据进行两日(48 h)调和分析。结果显示临汾石英摆、乾陵垂直摆、西安体应变及乾陵体应变M2波潮汐因子均出现明显异常。

如图4，临汾台石英摆SN分量潮汐因子曲线自2009年9月开始出现下降，至9月下旬已降到均值以下，低值现象一直持续了4个月，2010年1月中旬恢复到平均线以上;乾陵台垂直摆γ值在2009年8月初至10月中旬出现低值，此异常可能反映了11月5日在西安高陵发生的M4.4地震，11月潮汐因子曲线恢复正常，12月曲线又呈快速下降变化，12月底至2010年1月上旬为最低值，1月中旬γ值逐步呈上升变化趋势，河津地震前1星期恢复到均值线以上;西安体应变γ值曲线自2009年7月中旬至12月底一直持续为低值走平状态，期间于11月5日发生了高陵4.4级地震，地震后曲线仍为低值，2010年初γ值恢复到正常变化状态，24日即发生了河津地震;乾陵体应变γ值变化形态与西安体应变非常相似，只是在幅度变化上要明显大于后者，另外在低值恢复时间上滞后西安体应变10天左右。

图4 潮汐因子γ值异常变化Fig.4 Anomalous change curves of the tidal factor γ

3.4 加卸载响应比异常

对表1中各观测手段计算加卸载响应比。如图5，临汾台石英摆EW分量在2009-08—10月出现明显异常，最大异常幅度3.18;乾陵台垂直摆SN分量响应比最大异常幅度约为1.0左右，但异常时间自2009年5月一直到11月，异常持续长达7个月。

3.5 其他显著异常

图6是距河津震中447 km的代县水管仪SN分量曲线图，由图可知，地震前1天即23日，该台水管仪SN分量出现明显的异常变化，具体表现为固体潮形态消失，畸变特征明显，可能是前驱波信号，地震后即恢复正常;另据文献［3］的研究，安装在临汾台的宽频带垂直摆倾斜仪(武汉地震仪器研究院研制的新型倾斜仪)，在河津地震前34天、地震后7天记录到慢地震图像。

图5 加卸载响应比异常变化曲线Fig.5 Anomalous change curves of loading and unloading respouse ratio

图6 代县台水管仪SN分量原始曲线Fig.6 Original curve of the SN component of the water tube at Daxian station

4 结语

对河津4.8级地震250 km范围内临汾、西安、乾陵3个形变台的9个测项数据，经多种方法计算分析发现，除西安台水管仪、伸缩仪未有异常外，其他7个测项观测数据震前均存在明显的前兆异常，其异常占统计测项的78%。

1 吕品姬，等.定点倾斜观测映震能力综述［J］.大地测量与地球动力学，2010，(增刊Ⅱ)：50-56.

2 吕品姬，等.硐体应变映震能力综述［J］.大地测量与地球动力学，2010，(增刊Ⅱ)：63-67.

3 高振强，等.临汾台摆式倾斜仪平行观测的差异性特征及其观测布局建议［J］.大地测量与地球动力学，2010，(增刊Ⅱ)：22-26.

4 张燕，等.汶川8.0级地震前定点形变异常特征［J］.地震学报，2009，31(2)：152-159.

ANALYSIS OF ANOMALOUS DEFORMATION CHARACTERISTICS BEFORE HEJIN Ms4.8 EARTHQUAKE

Li Yan1，2)，Gao Zhenqiang1，2)and Gao Yuexiong1，2)

(1)Linfen Centrol station of the Earthquake Administration of Shanxi Province，Linfen 041000 2)National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan，Taiyuan030025)

By use of the classical method through the analysis of the observations before the Hejin 4.8 earthquake at the deformation stations around the epicenter，we discovered that there occured many medium-short-impending anomalies，they constitued the majority in the most of monitoring terms.

Hejin area;earthquake;fixed point deformation;anomalous characteristics;analysis

1671-5942(2011)Supp.-0010-03

2011-04-13

2010年中国地震局科研监测预报合同制课题;地震科学联合基金(A08051);2011年度震情跟踪工作任务(2011011401);山西科技攻关项目(2006031106)

李艳，1971年生，工程师，主要从事台站前兆监测及分析工作.E-mail：liyan0725@126.com

P315.72+6

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