南北地震带洞体应变趋势变化群体特征分析

闫 伟，陈国琴

(中国地震台网中心，北京 100045)

南北地震带洞体应变趋势变化群体特征分析

闫 伟，陈国琴

(中国地震台网中心，北京 100045)

根据南北地震带区域内洞体应变观测资料，利用小波分析方法提取年尺度以上的变化趋势，并结合南北地震带上部分布设的GPS观测网点得到的基线变化特征，重点分析了GPS基线趋势变化异常的群体性与南北带动力环境及该区域MS6以上地震之间的对应关系。分析结果表明：①南北地震带自2000年以来呈现整体性趋势受压变化；②2000～2004年南北带表现为压应变增强，2008年汶川MS8地震前该地区同样呈现压应变增强现象，且压缩速度明显增大；③2006年出现的显著性群体趋势异常变化与GPS基线群体性转折有一定的一致性。

南北地震带；趋势异常；GPS；群体特征

与地震发生有统计关系的前兆是地壳裂隙—破裂演变过程中的产物，而裂隙—破裂演变的前提是应力集中[1]。因而从理论上讲，观测到的前兆异常变化在一定程度上似可看作应力变化的一种表象[2]。一般而言，单个前兆观测手段观测的单条曲线出现异常变化，很难说清楚是否是由于地震孕育所致，但若在某一时段较大范围内前兆观测出现同步或准同步的群体性异常变化，前兆观测的这种群体性变化可视为是与区域应力作用有关的变化，而不能将这种群体变化视作为是噪声干扰所致的[3]。因此，可借助于区域地震前兆观测台网的观测结果，通过震例研究预测方法来探讨异常与区域前兆台网观测到的前兆群体时空演化过程的相互关系，从而判断这些异常是否与区域应力场应力增强有关[3]。毛可等人利用前兆观测资料变化异常形态、群体性特征及时空演化等方面的资料，对中国西北地区进行了震后异常与新地震异常的识别[4]。王永安等人利用定点地倾斜观测资料在提取准同步群体异常信息的基础上，研究了倾斜与强震的对应关系[5]。林辉等人在提取了单向短期异常的基础上，用群体非均匀度计算方法对各手段选取的多点观测资料进行计算，计算了判断异常的综合指标，并通过了置信度为97.5%的R检验[6]。杨又陵等人利用形变异常密度和趋势分析方法研究了新疆地区定点形变时空分布、群体异常特征，并探讨了其与地震活动之间的关系[7]。

1 研究区域及数据和处理方法

南北地震带位于中国的中部，是一条贯穿中国大陆长2 000 km的地震活动断裂带。南北带对中国大陆构造格局起到控制作用。在这一构造带以西的区域，构造线主要呈NW-NWW向展布，以东的区域构造线主要为NE-NNE向展布，靠近南北带附近构造线多呈弧形转折[8-9]。关于南北地震带南段的地震活动性和应力场特征，阚荣举等人指出，由鲜水河断裂带、安宁河断裂带、小江断裂带、通海曲江断裂带和红河断裂带所围成的一个菱形块体，由于受到印度洋板块对欧亚板块的挤压影响，向东南方向运动并控制着菱形块体及周围区域的应力场[10]。许忠淮等人指出，在南北地震带南段，主压应力轴(P轴)和主张应力轴(T轴)均处于水平方向。但P轴的方位从北部的NE-SW，中部的近EW转向南部的NNW．SSE或近N-S方向。这可以用印度洋板块的挤压和缅甸中部地震区的拖拉作用来解释[11-12]，根据在亚洲东部和东南部设为自由边界的条件下的实验模拟结果。Petzer和Tap-Ponnier认为，由北向运动的印度澳大利亚板块所产生的强挤压力控制着南北地震带南段的构造应力场[13]。采用全国前兆台网“九五”数据库中洞体应变数据，各台站的空间分布如图1所示。对于采样率为1次/天的数据来说，采用8阶小波分析可以滤除年尺度以下周期变化信息，并提取趋势项，进而提取年尺度变化以上的异常信息，这些信息作为本文的研究对象。以楚雄台伸缩仪EW分量为例处理结果如图2所示。由图2可以看出，采用DB5小波分析可以较好地拟合出原始曲线的趋势变化，并能较好地提取年周期以上的信息。

图1 研究区域及形变台站分布

图2 楚雄台伸缩EW向观测时间序列

2 定点形变趋势异常群体特征

为了定量地描述南北地震带地区应力、应变状态，将图2中小波趋势线做归一化处理后同轴显示出来，通过和研究区域内2000年以来发生的MS6以上地震进行对比分析(参见图3)。由图3可以定性地看出，南北地震带地震主要发生在该区域处于群体压应变为主的时间段；2004～2007年时间段中，该区域处于压应力减缓和张应力增加时段，本区域内无MS6以上地震发生。2006年前后南北地震带出现了趋势压缩(曲线下降)群体特征(参见图3a)，表明该区域受压增强，处于应变能积累阶段，而此时南北带地区并没有发生MS6以上地震，使该区域的应变能释放，加之此时的压应变增强的速度较快，使该区域地震危险性增大。

图3 南北地震带SSY应变小波趋势归一化曲线(a)及该区域6级以上地震M-T图(b)

3 南北地震带GPS基线趋势异常群体特征和结论

为了验证2006年前后南北带地区区域构造应力、应变存在“转折点”的想法，我们又根据中国地壳运动观测网络GPS连续站南北地震带中各站点(DXIN、DLHA、XNIN、YANC、XIAA、LUZH、KMIN、XIAG)的数据进行联合分析(参见图4)。同时为研究各GPS基线变化的共性特征，采取直线拟合的方法将其趋势变化项扣除掉，其结果如图5a所示。为了便于与SSY应变仪的观测结果进行比较分析，又将基线长度变化分解为东西分量和南北分量(参见图5b、c)。由图5可以看出，在2006年前后东西向和南北向均出现了趋势转折现象，且东西向变化较明显。由此可见，南北带地区洞体应变观测和GPS基线观测均观测到了2006年前后出现的地块受到挤压而产生压缩的现象。

图4 GPS连续站分布图(a)及基线长度时间序列(b)

图5 GPS基线线性去趋势后的结果(a)、基线东西向分量结果(b)以及基线南北向分量结果(c)

从南北地震带地区“九五”建设项目中SSY伸缩仪的东西向和南北向资料，我们讨论了南北带地区的应力状态，并结合GPS资料作了联合分析，分析认为：①南北地震带2000年以来呈现整体性趋势受压变化，与基本的动力环境相吻合；②2004年印尼MS9地震前南北带地区表现为压应变增强，2008年汶川MS8地震前该地区同样呈现压应变增强现象，且压缩速度明显增大；③2006年出现的显著性群体趋势异常变化与汶川地震前该区域孕育过程可能有一定的关系。由于受到前兆台点分布密集程度的限制，本文只是提出并分析了目前能够在GPS覆盖范围内观测到的群体异常特征现象，随着前兆台网“十五”建设项目观测数据的补充及“十一五”前兆台网建设项目的布设，南北地震带的形变监测点会越来越多，那时可以更加精确地讨论南北带地震带形变特征。

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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

中国地震局监测预报司2015年度震情跟踪定向工作任务(2015020201)资助.

闫伟(1982-),男，助理研究员，主要从事地壳形变资料处理与分析工作.Email:ywpro@163.com.

P315.725

B

1001-8115(2015)03-0021-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.03.006