中国及邻区7.0级以上地震形变特征分析

巫继兰冯建琴洛旦巴珠多布拉沈晓松董甲弟

1）中国云南 650204 昆明基准地震台

2）中国贵州 550018 贵阳基准地震台

中国及邻区7.0级以上地震形变特征分析

巫继兰1）冯建琴2）洛旦巴珠1）多布拉1）沈晓松3）董甲弟2）

1）中国云南 650204 昆明基准地震台

2）中国贵州 550018 贵阳基准地震台

对拉萨地震台2008—2015年水平摆观测资料进行研究，结果发现，在中国发生的5次7.0级地震及周边发生的1次8.1级地震前，日均值表现出反年变现象，背景值发生反向改变，五日均值均方差出现超过正常观测值2倍中误差现象，体应变短临异常特征比较明显，主要体现在速率的加速转向和发震前后的阶跃变化。

背景值；中误差；短临异常；转向；阶跃变化

0 引言

地震前近震源区域形变前兆变化是进行地震预报的基础，但震前如何变化仍有争议。基于扩容扩散和扩容引起的摩擦滑动模型及地震破裂成核过程模型（Nur，1972；Mjachkin et al，1975），地倾斜应变观测等被认为是监测地壳形变和捕捉地震前兆的重要手段。实际观测结果表明，这些模型对于小震可能有效，对于强地震，临震前尽管观测到一些突出的短期异常，但通常远离震中区域（Mogi，1985；牛安福等，2009，2012）。2008年至今，中国及邻区相继发生6次7.0级以上强震，中国地震台网中心专家表示，于田7.3级地震与汶川8.0级、玉树7.1级、芦山7.1级地震同属一个地块。汶川、玉树、芦山地震属于逆冲型地震，是印度洋板块由南向北碰撞欧亚板块并发生挤压的结果（http:// www.sxeq.com.cn，http://news.sina.com.cn）。6次地震发生前，拉萨地震台水平摆、体应变不同程度记录到形变异常，由不同观测仪器，记录到不同的形变异常。本文利用拉萨地震台2008—2015年地震形变数据，对拉萨周边7.0级以上地震进行分析，为地震预报提供参考资料。

1 拉萨地震台观测背景

拉萨地震台（以下简称拉萨台）地处青藏高原，地理位置独特，位于拉萨市北郊，距市区4km，海拔高度3 789 m，是中国海拔最高的地震台站之一，台基为花岗岩，台站周围无重大干扰源，从建台起一直参与国际地震资料交换，2007年11月拉萨台改建为数字地震观测台，新建数字化测项5项，即重力仪、SSQ-2I石英摆倾斜仪、TJ-2体应变、信息节点、国家数字强震动，涉及测震、前兆、强震动和信息4个分项目。2008年数字化试运行1年，2009年正式投入数字化观测。拉萨台现为中国地震局地震基本台网I类台，日温差小于13℃，年温差20℃，相对湿度30%，地震观测数据连续、完整，记录的地形变异常真实、可靠。

2 形变特征

岩石破裂实验研究发现，主破裂前往往存在应变扰动，即在长趋势形变变化背景上还有突升、突降或类似波的应变扰动（王贤仁等，2002）。在大地震之前，一些连续观测的形变仪器能记录到扰动或波动现象，是否为地震短临前兆反应？在此以2008年以来中国及邻区发生的6次地震为例（表1），分析拉萨台地形变特征，以期揭示以上现象的本质。

表1 中国及邻区发生的6次7.0级以上地震参数Table 1 The parameters of the M≥7.0 earthquakes in China and its adjacent regions

2.1 异常与地震对应关系

拉萨台体应变自2008年数字化观测以来，对中国7级以上地震前兆反应敏感，体应变形变特征体现在地震前几天或几小时的转向、加速。2008年5月12日汶川地震前7天，体应变转向并向张应变方向阶跃，幅度达205×10-9/mV，发震后曲线恢复正常［图1（a）］。石英摆倾斜仪异常特征，体现在震后几小时固体潮曲线的阶跃。2013年4月20日四川雅安7.0级地震同震波幅度4 374×10-3″，震后13小时向北阶跃148×10-3″［图1（b）］。2008年至今，拉萨台体应变出现上述异常现象一般有地震对应发生，而有些地震的发生并无异常现象对应，如：2015年4月25日尼泊尔8.1级地震前，水平摆、体应变无明显短临异常现象。异常与地震的对应关系见表2。

图1 拉萨台体应变、水平摆分钟值曲线（a）2008年5月汶川地震；（b）2013年4月20日雅安庐山地震Fig.1 The minute curves for body strain and horizontal pendulum at Lhasa Seismic Station

表2 拉萨台短临异常与中国及邻区7.0级以上地震对应关系Table 2 The relationship between the short impending anomaly and the seismic response of the M≥7 earthquakes in China and its adjacent areas

2.2 日均值异常特征

（1）拉萨台石英摆NS分量正常年变，通常是每年1—5月以较大速率向北倾斜，6—12月转向南倾。2009—2015年拉萨台石英摆日均值曲线整体变化趋势南倾，2015年NS分量1—5月的年变曲线，变化趋势与往年相反，向南倾斜，方向发生改变，日均背景值高值逐年降低［图2（a）］；EW向与往年同期相比，变化趋势一致，高值较低［图2（b）］。

（2）2009—2015年拉萨台体应变年变曲线见图2（c）。由图可见，体应变沿张应变方向趋势性扩张，持续至2014年4月底。2014年4月至2015年5月，日均值曲线沿压应变方向扩张，张压交替变换，呈鼓包状，2015年4月25日发生尼泊尔8.1级地震，此次地震发生前，体应变背景值发生反向变化，呈压性变化。由图2（c）可见，中国近期发生的MS≥7.0地震前，体应变均呈压性变化。

图2 2009—2015年拉萨台水平摆、体应变日均值Fig.2 The day average of horizontal pendulum and body strain at Lhasa Seimic Station from the year 2009 to 2015

2.3 五日均值均方差分析

地倾斜、洞体应变测值的一阶差分值反映倾斜速率的变化，能描述震源区及周围地区岩石在主震发生前，由微破裂或加速形变引起的突变异常。利用该方法能较好地消除长周期变化，突出短期变化（杨又陵等，1999）。图3为拉萨台2009—2015年体应变五日均值及均方差曲线，从图中可见，在玉树7.1级、雅安7.0级、于田7.3级、尼泊尔8.1级地震前，五日均值及均方差均出现超出2倍中误差现象。

图3 2009—2015年拉萨台体应变五日均值及均方差（a）五日均值；（b）五日均值均方差Fig.3 The fve-day average value and its mean square error for body strain at Lhasa Seismic Station from the year 2009 to 2015

3 结论

（1）拉萨台 SSQ-2I石英摆倾斜仪、TJ-2体应变自2009年正式数字化观测以来，观测资料连续、 完整、 可靠，记录的固体潮汐清晰、完整。在中国发生的5次7.0级地震前，体应变震前转向、加速。 拉萨台石英摆原始记录曲线多次出现脉动变粗、曲线畸变，经核实，该资料异常期间，观测环境无变化，观测仪器正常，无人为干扰，拉萨台形变仪器表现出很好的映震性能。

（2）拉萨台水平摆、体应变均能记录到中国MS≥7.0地震的短临异常，体应变能记录几天至数月的地应力大幅扩张变化。中国多次7.0级以上地震前，地形变具有明显特征，地应力均呈压性变化。石英摆倾斜仪记录的同震阶跃、震后效应比较明显，由于两部仪器的观测原理不同，导致两套仪器的记录异常形态各异。

（3）短临异常具有单方向性（冯建琴等，2011）。2008年至今，对于中国5次7.0以上地震，石英摆倾斜仪NS向具有短临异常，而EW向无明显异常表现。

（4）体应变日均值、五日均值均方差，在中国发生多次7.0级以上中强地震时，均出现超过2倍中误差现象。

（5）体应变的形变特征主要体现在震前形变，水平摆体现在震后形变，拉萨台体应变的映震性能优于水平摆。

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About analysis of deformation characteristics for M≥7.0 earthquakes in China and its adjacent region

Wu Jilan1），Feng Jianqin2），Luodanbazhu1），Duobula1），Shen Xiaosong3）and Dong jiadi2）
1） Lhasa Seismic Station，Tibet Autonomous Region 850000，China
2） Linfen Central Seismic Station，Shanxi Province 041000，China
3） Taiyuan Seismic Station，Shanxi Province 030025，China

The observations of horizontal pendulum at Lhasa Seismic Station from 2008 to 2015 are studied.The results show that，before fve M7 earthquakes in China and one M8.1 earthquake in the vicinity of China，the average daily values show the anti year variation and the background values are changed.And the variance of five day average value becomes more than 2 times of normal error.It is an obvious short impending anomaly of body strain，mainly showing accelerated steering of ratio and step change before and after the earthquake.

background value，errors，short impending anomaly，steering，step change

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.015

巫继兰（1964—），女，工程师，主要从事台站前兆监测及分析工作。E-mail：wjl9131@163.com

中国地震局监测、预报、科研三结合课题（152601）

本文收到日期：2015-07-28