银川台石英摆倾斜仪异常特征及预测指标分析

2018-07-25李自芮马翀之朱鹏涛

防灾减灾学报 2018年2期

李自芮，马翀之，崔瑾，朱鹏涛

（宁夏回族自治区地震局，宁夏银川 750001）

0 引言

地倾斜观测是地壳形变测量的手段之一，它能连续监测地壳倾斜速度及方向的变化。在地震孕育的初期，地壳产生弹性形变，随着应力的积累不断增强，形变加速，介质发生塑性变化，当震源体的应力达到其介质破裂的临界值时，震源区进入非稳定状态，地壳形变也会出现一些转折和加速等特征。总之，在构造力的作用下，致使区域应力场增强以及在一些易积累应力的构造上形成震源体，在地震孕育的整个过程中都伴随着地壳形变[1]。

1 观测背景介绍

银川台石英摆倾斜仪于80年代投入观测，架设于宁夏贺兰山东麓断裂西侧的一山洞里，洞体基岩为花岗片麻岩，覆盖厚度约50m，进深约100m，无植被。经过洞室的不断改造，观测资料于1989年之后趋于正常，观测精度高于10-8量级[2]。

2 研究区域

依据银川台台站位置及其监测能力范围，本文确定研究区域为银川台石英摆倾斜仪观测资料异常变化与周边400km范围内发生的MS5.0以上地震之间的对应关系，并给出地震预测指标。根据观测资料精度定义各级地震的监测能力范围为：

本文统计了在银川台监测能力范围内，自1989年以来发生的MS5.0以上地震震例，并且分析了对应时间段内石英摆倾斜仪观测资料的变化情况，结果表明：在银川台周边400km范围内发生的MS5.0以上地震前，石英摆倾斜仪观测资料均有不同程度的异常反应。1989年以来银川台周边地区发生MS5.0以上地震统计如表1所示。

表1 1989年以来银川台周边地区发生MS5.0以上地震统计

值得一提的是：在离银川台千里之外的昆仑山口西8.1级强震前，银川台石英摆倾斜仪同样记录到了信度较高的异常变化[3]，2008年四川汶川8.0级地震与银川台石英摆倾斜仪观测资料也存在一定程度的关联。因此，在分析资料异常变化特征与地震对应关系时一并进行了统计分析。

3 观测资料异常特征分析

3.1 形态分析

形态分析是根据原始资料的变化形态进行分析的一种方法。通常当资料的正常变化规律被打破而出现异常变化时，若经分析断定非干扰所致，便可认为资料出现了异常。

图1 银川台石英摆倾斜仪五日均值曲线Fig.1 The 5-day mean curve of quartz pendulum in Yinchuan Seismic Station

表2 银川台石英摆倾斜仪五日均值异常变化特征及对应地震情况

银川台石英摆倾斜仪观测曲线存在正弦曲线形态的年变规律，两个方向的变化规律基本一致：每年NS向先向北倾斜，EW向先向东倾斜，2—4月NS向转为向南倾斜，EW向转为向西倾斜，9—11月NS向又转为向东倾斜，EW向又转为向东倾斜，变化幅度NS向约1.3角秒/年，EW向约1.4角秒/年，总体趋势上来说NS向北倾，EW向西倾。石英摆倾斜仪形态曲线在几次中强地震和昆仑山8.1级地震、汶川8.0级地震前均出现了异常变化，银川台石英摆倾斜仪五日均值线图如图1所示，异常变化特征以及对应地震情况如表2所示。

3.2 潮汐因子γ值分析

地球固体潮汐是人们事先可以预测和精确测量到的一种自然现象。通过理论研究和长期观测确认，地壳内应变积累到一定程度，会使介质物性发生变化，从而导致该地实测的固体潮振幅发生变化。在正常情况下，假设地球为刚体时所计算的当地的理论潮振幅为A，与当地实测的固体潮振幅A′之比AA′称为倾斜固体潮振幅因子γ，它是十分稳定的[4]。使用M2波的潮汐因子值作为实用指标，维尼迪可夫调和分析方法进行计算，潮汐因子值经过三月一平均，一月一滑动处理，如果潮汐因子值偏离正常值的1.5倍中误差，便认为自偏离时刻起资料进入异常变化时段。图2为银川台石英摆倾斜仪M2波潮汐因子曲线，从图中可以看出，M2波潮汐因子值曲线在几次中强地震前出现异常变化，异常变化特征见表3。

3.3 异常成功率统计

本文使用宁夏形变观测资料，对形变监测能力范围内形变异常的成功率进行分析统计。成功率η定义为[5]：

按观测资料异常特征与地震对应情况，统计了银川台石英摆倾斜仪观测资料异常成功率，结果如表4所示。

图2 银川台石英摆倾斜仪M2波潮汐因子曲线（三月一平均，一月一滑动）Fig.2 The quartz pendulum tiltmeter M2 wave tidal factor curve in Yinchuan Seismic station(on average once every 3 months, sliding once a month)