尼泊尔8.1级地震后河北省数字形变观测同震响应研究

刘 静，尹宏伟，李 凤，李瑞卿，张 蕾

(河北省地震局石家庄中心地震台，河北 石家庄 050000)

尼泊尔8.1级地震后河北省数字形变观测同震响应研究

刘 静，尹宏伟，李 凤，李瑞卿，张 蕾

(河北省地震局石家庄中心地震台，河北 石家庄 050000)

北京时间2015年4月25日14时11分26.3秒在尼泊尔境内发生Ms 8.1地震。通过分析河北省各形变台站的震时观测资料，研究各形变测项对尼泊尔地震的同震响应特征，结果表明，形变测项均记录到此次地震，同震响应形态分为振荡型、振荡-阶变型、阶变型三类；不同台站相同类型仪器的同震响应幅度有很大差别；同一台站同一仪器不同方向上记录波形幅度相差较大；地震对应变场的影响以EW向为主；记录到阶变型形变波的台站主要集中在河北省的北部，南部较少；认为尼泊尔地震后河北省北部地区的地震活动可能有增强的趋势，南部相对平静。

形变观测；同震响应；尼泊尔地震

0 引言

受地震波激发，借助数字化形变前兆观测在多测点观测到的地震时倾斜、应变或应力的波动现象称为震时形变波，它反映的主要是远场面波[1]。如果地震发生时在应变仪和倾斜仪的记录曲线中，由于地震引起地表变形使曲线偏离震前的位置，这种突变称作倾斜(或应变)同震阶跃[2]。同震阶跃应为地震期间地球应变场的一种准静态调整，当地震发生时，孕震体释放能量，在震源区内的应变场调整是应力—应变的传递，故在震源区内,仪器记录到的正是这种直接调整，在震源区外特别是震中距较大的地区，仪器不可能记录到震源区的应变场调整。由于地震动导致的应力—应变传递，各地应变场也随之调整，使上千千米范围内的仪器也能观测到同震阶跃。同震响应研究一方面可以检验前兆手段对地壳介质应力—应变过程的响应程度，另一方面为研究区域应力场在巨震后的变化提供了新的研究途径。近年来，远场大震的同震效应研究成为广大地震工作者研究的热点之一[3-5]。据中国地震台网测定，北京时间2015年4月25日14时11分26.3秒在尼泊尔境内发生Ms 8.1地震，此次地震造成重大的人员伤亡和财产损失，并波及我国的西藏地区。该震中虽与河北省远隔几千公里，但由于震级较大，引起河北省境内大量前兆测项的同震响应。笔者通过分析发现，体应变、垂直摆、水管仪、伸缩仪等测项，在震后均有明显的同震响应记录，且异常表现形式不同。

1 尼泊尔8.1级地震的发震构造

尼泊尔8.1级地震的震源深度为20 km,该地震处于喜马拉雅山地震带上，震源破裂类型为逆冲型。据万永革等[6]研究提供的结果，该区域内构造应力场分区特征明显，在陆陆碰撞带处以逆冲体系为主，青藏高原内部以正断体系和走滑体系为主；大震附近最大主压应力方位为近NS向，最大主张应力方位为NWW-SEE向，说明地震是在印度板块与欧亚板块的强烈挤压作用下发生。现今，河北省及邻区中等地震的震源错动方式以走滑类型为主，兼有少量的正断层类型，这与该区存在的左旋走滑的张家口—渤海地震构造带和右旋走滑的山西地震构造带有密切关系[7]，在两带交汇处的晋冀蒙盆岭构造区多数地震为正断兼走滑类型。尼泊尔地震时，当地应变场发生剧烈变化。

2河北省形变观测在尼泊尔8.1级地震后的同震效应

2.1 体应变

河北省体应变观测仪主要是TJ-2型。观测结果表明，体应变有较好的同震响应，高频特性好，抗震动，记录动态信息不失真[8]等特点，能记录到震时变化幅度不同的压性或张性阶跃。

由图1看出，尼泊尔8.1级地震时，6个体应变台站中有5个产生同震响应(涉县台震时资料缺失)，由表1计算出各台变化幅度及初动方向，分析得出体应变台站的响应形态分为振荡型和阶跃型两类。阶跃型又分为压性和张性，各台的同震响应幅度不等。宽城台最大，大幅度的阶跃变化破坏了数据曲线形态，震后虽有所恢复，但仍维持在较低观测值；赵各庄矿台体应变同震响应幅度最小，未影响观测曲线形态，且震后恢复较好。除张家口台、赵各庄矿台体应变的同震变化初动方向为压性外，其余台站均为张性，可能与尼泊尔8.1级地震发震断层的破裂性质有关，震源破裂类型为逆冲型。逆冲型断层可能引起震源区域或远场区应力—应变能的释放，从而使应变向张性方向变化。此结果与王曰风[9]等关于河北地区体应变同震响应机理分析结果相似。据邱泽华等[10]的文献，远处地震所造成观测点的应力变化，不仅决定于震源的断层滑动，同时与观测点附近的构造活动有关。河北省体应变台站对尼泊尔8.1级地震的响应形态及幅度的差异性，可能与各台站所处的地质构造活动不同有关。

2.2 垂直摆

河北省前兆形变台网的7个台站有垂直摆测项，分别为怀来、张家口、易县、承德、涉县、赤城、宽城台站。在地震时，均记录到同震变化，形态有振荡型、振荡—阶跃复合型。选取怀来台和承德台的同震响应特征进行分析(见第19页图2)。由图2看出，两台站垂直摆EW向的同震响应幅度均大于NS向。除涉县和赤城台外，其余3个台站均是EW向大于NS向，说明地震对河北省应变场的影响以EW向为主；怀来台EW向和承德台NS向出现较明显的同震阶跃。尼泊尔8.1级地震对该区域造成较大影响，地震动导致应力—应变传递，使该区域震后应变场进行调整。垂直摆数据精度较高，说明所选台站具备干扰因素少、正常波动背景值噪声限低的优势，观测效果比较理想。

图1 尼泊尔8.1级地震时河北省体应变同震响应图Fig.1 Coseismic response of in Hebei Province during Nepal 8.1 earthquake

表1 河北省体应变数字化观测到的地震波部分参数Table 1 Partial parameters of seismic wave recorded by body strain digital observation in Hebei Province

2.3 水管仪

倾斜观测仪主要是DSQ型水管仪，观测精度高，有EW和NS两方向的测值。从第19页图3和表3看出，张家口台水管仪EW向到时比NS向早三分钟，宽城台两分向相同；张家口台记录到两分向的同震波持续时间基本相同，宽城台差异较大(EW向明显大于NS向)；张家口台水管仪EW向产生明显的向下阶跃变化，震后观测数据呈低值变化，未恢复到震前水平；宽城台水管仪NS向产生大幅向下突跳，震后恢复到震前水平。

表2 河北省垂直摆观测到的地震波部分参数Table 2 Partial parameters of seismic wave recorded by vertical pendulum tiltmeter observation in Hebei Province

图3 尼泊尔8.1级地震时张家口台、宽城台水管仪同震响应图Fig.3 Coseismic response of water tube tiltmeter at Zhangjiakou station and Kuancheng station during Nepal 8.1 earthquake

表3 河北省水管仪观测到的地震波部分参数Table 3 Partial parameters of seismic wave recorded by water tube tiltmeter observation in Hebei Province

2.4 伸缩仪

观测洞体应变采用SS-Y型伸缩仪，河北省形变监测台网有6个洞体应变台记录到此次地震，下面选取同震响应比较明显的怀来台和易县台进行分析。

由第20页图4看出，怀来台和易县台伸缩仪同震响应形态为振荡型，初动方向为张性变化。由第20页表4得出，两台站伸缩仪两分向到时和振荡持续时间基本相同；怀来台EW向振荡幅度小于NS向，易县台EW向大于NS向，同一台站同套仪器不同方向记录的同震响应波形幅度不同可能与震中位置、震源破裂过程、破裂方向、震源机制有关。

图4 尼泊尔8.1级地震时怀来台、易县台伸缩仪同震响应图Fig.4 Coseismic response of extensometer at Huailai station and Yixian station during Nepal 8.1 earthquake

表4 河北省伸缩仪观测到的地震波部分参数Table 4 Partial parameters of seismic wave recorded by extensometer observation in Hebei Province

3 不同区域同震响应分析

在强远震的影响下，发生阶变型形变波的区域，地壳应力可能处于临界状态，地下介质的力学性质发生改变，产生塑性变化，与测点所在区域地震活动增强有关。河北省形变测项对尼泊尔8.1级地震的同震响应特征，出现震时阶变响应的形变测项有：

(1) 张家口地区。张家口台的水管倾斜观测东西分量；怀来东良台的水平摆北南分量、东西分量，垂直摆东西分量；赤城台的垂直摆东西分量。

(2) 承德地区。承德台的垂直摆倾斜观测北南分量；宽城台的体应变、垂直摆北南分量。

(3) 保定及唐山地区。易县地震台的体应变、垂直摆倾斜观测北南分量、钻孔应变观测北东分量；唐山赵各庄矿台的体应变。

(4) 邢台及邯郸地区。永年台的洞体应变观测北南分量。

河北省形变观测对尼泊尔地震的阶变响应具有分区性，北部地区多台站多测项出现大量阶变响应，南部地区只有一例出现阶变响应。其中,较典型的有易县台和宽城台的体应变同震阶变幅度大；怀来东良垂直摆、张家口水管、承德垂直摆震时出现大幅度振荡并伴随阶变响应。分析结果表明，尼泊尔地震产生的能量对河北省北部地区的影响大于南部地区。

4 讨论与结论

(1) 河北省形变观测台网下设台站对尼泊尔8.1级地震均出现同震响应，说明台网观测仪器对地壳应力—应变的改变有较强的记录能力。

(2) 形变测项对尼泊尔地震的响应形态有3类：振荡型、振荡—阶变型、阶变型。

(3) 不同台站相同类型仪器的同震响应幅度不尽相同，可能与台站所属区域的地质构造活动有关。

(4) 同一台站同一套仪器不同方向上记录波形幅度相差较大，可能与尼泊尔地震的震中与台站的相对位置、震源破裂过程、破裂方向、震源机制等有关。

(5) 大部分台站垂直摆倾斜仪记录到的EW向形变波幅度大于NS向，说明地震对河北省应变场的影响以EW向为主。

(6) 记录到阶变型形变波的台站主要集中在河北省北部，南部较少，认为地震产生的能量对北部地区的影响大。

该文在撰写过程中得到张家口中心地震台王曰风高工的悉心指导，在此诚表谢意！

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StudyonCoseismicResponseofDigitalDeformationObservationinHebeiafterNepal8.1Earthquake

LIUJing,YINHong-wei,LIFeng,LIRui-qing,ZHANGLei

(ShijiazhuangCentralSeismologicalStationofEarthquakeAdministrationofHebeiProvince,Shijiazhuang,Hebei050000,China)

Beijing time at 14:11 26.3 second on April 25, 2015Ms8.1 earthquake occurred in Nepal. Based on the analysis of seismic observation data during earthquake of each deformation station in Hebei Province, the characteristics of coseismic response are studied. The results show that all the items of deformation observation recorded this earthquake, and the coseismic response is divided into three types: oscillation, oscillation-order variable, order variable; The coseismic response amplitude of the same type of instruments at different stations is very different;The amplitude of the recorded waveform of the same instrument at the same station is different in different directions; The influence of the earthquake on the strain field is dominated by EW; The stations that recordedorder variable deformation wave are mainly in the northern part of Hebei province and less in the South; It is believed that the seismic activity in the northern part of Hebei province may be enhanced and the south is relatively quiet after the earthquake.

Deformationobservation;Coseismic response; Nepal earthquake

1000-6265(2017)03-0017-05

2017-01-07

刘 静(1986— )，女，河北省邯郸人。2010年毕业于河北经贸大学，助理工程师。

P315.72+5

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