银川台地形变观测资料映震效能研究及动力源探讨

李自芮，马翀之，朱鹏涛，崔 瑾，马禾青

（宁夏回族自治区地震局，宁夏 银川 750001）

0 引言

地壳形变是地震孕育、发生过程中最突出的物理现象，它与地震的关系最为直接，具有明确的几何和物理意义。大量事实证明，如1975年海城7.3级、1976年唐山7.8级和2001年昆仑山口西8.1级地震前都出现了突出的地壳形变异常。

银川基准台（以下简称银川台）的定点形变观测始于1984年，是国家基准台。观测初期由于洞室更换频繁，观测资料变化极其不稳定，1990年以后才出现稳定的、具有明显年动态变化的观测形态。随着“九五”、“十五”数字化改造，目前银川台配有重力、水管倾斜、石英摆倾斜、洞体应变、钻孔应变5套形变观测仪器，成为宁夏北部震情跟踪的重要观测台站之一。因此，本文通过统计和分析地形变观测资料在宁夏及周边地区中强以上地震前的异常特征，对该台地形变观测资料的映震效能做出正确的认识和客观的评价，对地震前兆研究具有实际意义。

1 台站背景

银川台位于宁夏贺兰山东麓断裂西侧，海拔1545米。贺兰山东麓断裂带北起正谊关，沿贺兰山东麓向南西曲折延伸，止于关头，长度约125千米，为银川地堑的西侧构造边界，断层西侧是高耸的贺兰山，东侧为盆地，断裂两侧的地貌对照强烈［1］。银川地形变观测硐体基岩为闪长花岗片麻岩，山洞进深约100米，覆盖厚度50余米，山体表面植被稀少。仪器室日温差小于0.01℃，年温差小于0.6℃ ，湿度在55～80%之间，符合观测规范要求［2］。

2 资料可靠性分析

银川台重力仪、水管倾斜仪于2001年进行了“九五”数字化改造，并于同年增加了石英摆伸缩仪。2007年“十五”期间，增加了一套石英摆倾斜仪、一套钻孔应变仪。模拟石英摆倾斜仪于2010年4月由于石英丝断裂而停止观测。2008年以来，银川台配有5套地形变观测仪器，其中石英摆伸缩仪、钻孔应变仪受抽水干扰变化幅度显著，应变固体潮波形不够光滑，其它3套仪器观测的固体潮波形光滑，可观测到周日波、半日波等周期规律。本文分别对以上各套观测仪器选取无人为干扰时段的观测资料做Venedikov调和分析，结果见表1。从表1中的M2波潮汐因子中误差可以看出，除伸缩应变、钻孔应变受抽水影响结果较差外，重力、水管倾斜、石英摆倾斜观测资料的质量均较高，可达到国内固体潮观测的一类精度水平。同时，2007年“十五”数字化改造之后，银川台周边未发生中强以上地震，伸缩应变、钻孔应变观测资料对本文前兆异常震例分析影响不大。由于地形变观测的理论基础及固体潮的处理方法都比较成熟［3］，所以本文侧重于根据资料的不同变化形态选取相应的数据处理方法对资料进行非潮汐计算分析，提取前兆异常信息。

表1 银川台地形变观测固体潮整点值调和分析结果

3 震例分析

1990年以来银川台及周边地区发生中强以上地震8次，强远震2次，地震参数见表2。其中1990年甘肃景泰6.2级地震、1991年内蒙古阿拉善左旗2次5级地震，1996年内蒙古包头6.4级地震，2011年昆仑山口西8.1级地震和2003年甘肃民乐6.1级地震前宁夏地形变观测均不同程度地记录到了地震前兆异常信息［4-8］，异常变化特征分述如下。

表2 1990年以来银川台及周边地区Ms5.0以上地震及强远震统计

3.1 1990年甘肃景泰6.2级地震

1990年10月20日甘肃景泰6.2级地震前银川石英摆倾斜仪观测资料出现破年变异常变化。其NS向在1990年不但无下降过程，还出现了一个总体上升的变化过程，变化形态与往年同期迥异；EW向1989年下降幅度约1.2角秒，低于其它年份，并在下降过程中的7—10月出现一个局部东倾变化，该异常为中期异常；潮汐因子在1990年3—8月出现高值异常变化。

3.2 1991年内蒙古阿拉善左旗2次5级地震

1991年内蒙古阿拉善左旗连续发生2次5级以上中强地震，其中前两次地震前银川台重力潮汐因子出现高值异常变化，异常最大幅度2.7%，持续时间3个月，为短期异常。

3.3 1996年内蒙古包头6.4级地震

1996年5月3日内蒙古包头6.4级地震前银川重力日均值出现速率变小的异常变化。从3月23日起，重力变化速率由原来的6.3 ugal/d变成2.3 ugal/d，一直持续到4月21日，异常延续了30天，异常幅度达1302.3 ugal。4月22日起变化速率突然增大，超过原来正常变化速率，持续8天后于5月1日再次变小，5月3日发生包头6.4级地震，震后重力资料恢复正常。石英摆倾斜仪EW向1995年8月起出现反向东倾变化，11月恢复，形成一鼓包型异常形态，其潮汐因子自1995年2月起出现不同程度的低值异常变化。

3.4 2011年昆仑山口西8.1级地震

2001年11月14日昆仑山口西8.1级强震前银川石英摆倾斜资料出现了明显的异常变化。其EW向自2001年4月开始出现西倾加速变化，年变幅度超出正常变化三分之一，潮汐因子NS向1999年8月开始出现2次高值波动异常，EW向1998年起出现波动连续下降，地震后各向异常逐步恢复。

3.5 2003年甘肃民乐6.1级地震

2003年10月25日甘肃民乐6.1级地震前银川重力观测资料出现了一定的异常变化。其日均值自8月24日开始出现规律的正弦波形态，年底前结束；潮汐因子8月底开始出现低值变化，震前恢复，但异常幅度相对较小。

银川台地形变观测资料的震例统计见表3。从表3可以看出，观测资料在几次地震前均不同程度的记录到了地震前兆异常信息，其中石英摆倾斜仪主要表现为中短期异常，重力仪表现多为短、临异常，且随着地震强度的增大，异常时间、异常幅度均有所增大。

表3 银川台地形变观测资料震例异常统计

4 前兆异常信息动力背景

宁夏及其邻近地区处在青藏亚板块内的甘—青块体与华北亚板块内的鄂尔多斯块体及新疆亚板块内的阿拉善块体的结合区，即宁夏及邻区是由三个构造活动差异显著的块体拼合而成。其东部是鄂尔多斯块体，是中国大陆上最完整、最稳定的断块之一，中生代以来的沉积盖层变形甚微，历史上以及近代几乎没有地震活动。西北部是阿拉善块体，是一个基底面很高、盖层很薄的古老地块，坚硬程度不亚于鄂尔多斯块体，但其内部近代地震活动比较显著，曾发生了1954年甘肃民勤7级地震，显示有活化分解的迹象。西南部是一个相对柔软、复杂、现今构造活动和地震活动都很强烈的区域，属于甘—青块体。在这三个块体相交地带，夹持着一个构造活动强烈的三角地带，即银川地堑和贺兰山地垒。银川台正好位于宁夏贺兰山东麓断裂西侧，主要动力来源于青藏高原东北方向的挤压，因此，周边强震的发生对银川地堑和贺兰山地垒具有较强的作用，也造成强震前银川台形变资料出现显著的异常变化。

5 结论与问题

（1）通过1990年以来银川台及周边地区发生中强地震和强远震的统计结果来看，10次震例中，银川台地形变观测资料记录到了6次地震，映震效果比较好。石英摆倾斜仪主要表现为中短期异常，重力仪表现多为短、临异常，且随着地震强度的增大，异常时间、异常幅度均有所增大。从其动力学背景也可以看出，宁夏周边地质背景复杂，银川台由于受到青藏高原东北方向的挤压，会在强震前捕捉到地形变的异常变化信息，对宁夏及周边中强以上地震有一定的监测能力。

（2） 本文只讨论了银川台形变观测资料对中强地震和强远震的映震效能，未来的方向希望通过更多的震例和方法，对银川台形变观测资料异常变化所对应的地震方位和震级大小做一个定性或定量的研究。