水平摆观测中多次重现异常的初步分析

张红秀，张聪聪，徐 洁

(1.山西省地震局临汾中心地震台，山西 临汾 041000；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

地壳形变是地震孕育、发生过程中最为突出的物理现象，与地震的关系最为直接。数字水平摆倾斜仪是一种监测地球固体潮汐形变的高灵敏度仪器，是研究固体潮和地震前兆的一种重要形变观测手段，其记录资料中包含了丰富的信息。如何准确识别观测中的异常图像是利用固体潮汐形变资料进行地震分析预报的基础。尽管不少学者对前兆观测中的震兆异常特征进行了研究[1-7],但因数字化观测时间短，对异常图像的认识有限，尤其对震兆异常的判定尚处于摸索阶段，有必要对记录中出现的不明原因异常图像与地震的相关性进行分析，对未来预测预报地震具有积极意义。为此，文章对临汾中心地震台(以下简称临汾台)水平摆记录到的“两分向同步转向、大幅倾变”异常与地震的关系进行初步分析。

1 台站观测环境概况

临汾台位于临汾市尧都区金殿镇龙祠村西北1 km的山脚下，观测山洞始建于1978年4月，高程550 m，基岩为中奥陶系马家沟组灰岩，山洞主巷道长76.8 m，宽1.6 m，高2.0 m。内有10个支洞，山洞总长130.7 m。山体大部分植被为草和灌木，覆盖层厚度约32～39 m，洞室年温度变化幅度小于0.3 ℃，日变幅度小于0.1 ℃，湿度小于80%。

2 资料选取与分析

2.1 资料选取

两分向同步转向异常图像从2008年水平摆安装至今的观测资料中选取，研究中的地震事件从中国地震台网中心(CENC)地震数据管理与服务系统中提取。

2.2 几次地震前异常变化特征

临汾台水平摆倾斜观测中多次记录到NS向、EW向变化趋势同步转向、大幅倾变图像，且持续一段时间后发生方向回转，恢复正常变化，在大幅度倾变过程中或恢复正常倾变过程中往往伴随着地震的发生。现将收集到的该类异常图像进行统计分析，以探求其与地震的相关性。异常图像持续时间、倾变幅度与相关地震的统计情况如第2页表1所示。

由表1可以看出，该类异常时间出现在地震之前3 d～22 d,且多数集中在1周左右。NS向都为正向大幅倾变，变化幅度在44.83～218.8 ms之间，异常持续时间(从出现大幅倾变到开始恢复)为33 h～141 h；EW向都为负向大幅倾变，变化幅度在38.92～344.26 ms之间， 持续时间为43 h～138 h。从现有资料分析，与该类异常对应的地震均为远震，震中距范围跨度较大，从1 384 km至13 964 km均有地震事件与之对应，且地震基本都发生在异常倾变极值附近或异常逐步恢复过程中。

2.3 典型震例异常图像

(1) 2010年4月14日青海玉树7.1级地震。

2010年4月14日青海玉树MS7.1地震前，水平摆观测资料在正常背景变化趋势下， 12日两分向同步发生转向大幅倾变，在大幅度倾变过程中发震，震后记录曲线逐步恢复正常(见第2页图1)。

(2) 俄罗斯西伯利亚地区两次MS7.0地震异常。

2011年12月27日、2012年2月26日在俄罗斯西伯利亚地区分别发生一次MS7.0地震，相关参数如第2页表2所示。

表1 异常持续时间、变化幅度与地震对应关系统计表Table 1 Statistics of anomalous duration, variation amplitude and the relationship with earthquakes

图1 2010年4月14日青海玉树MS7.1地震异常曲线Fig.1 Anomaly curve of horizontal pendulum observation before and after the Yushu MS 7.1 earthquake, Qinghai, on April 14, 2010

从表2看出，对于发生在同一地区、相同震级且同一震源深度的两次地震，震前异常虽然存在倾变方向的一致性，但持续时间及倾变幅度存在较大差异，地震均发生在异常恢复过程中，说明了震兆异常的复杂性及地震的不可复制性。两次地震前异常图像存在显著差异(见第3页图2)。

(3) 2010年2月7日台湾花莲地区MS6.3地震。

2010年2月7日台湾花莲地区MS6.3地震前，观测资料在东南倾变趋势背景下，2010年1月29日开始，两分向发生同步转向，NS向向北倾变，EW向向西倾变，此西北变化一致持续到2月4日，5日记录曲线发生方向回转，开始恢复东南倾变，在趋势恢复过程中发震(见第3页图3)。

3 结论与讨论

(1) 从现有资料分析，初步认为临汾台水平摆观测中出现的两分向同步转向、大幅倾变异常是一种短临震兆异常，且该异常与中、强远震相对应，异常出现2 d～20 d左右发震，发震时段多在异常恢复期或极值附近。据此，可将其作为短临预测预报的一个重要参考指标，对震级及发震时间做出预测，结合台站其他观测手段的异常及变化情况，可对震中距做出大致预测。

表2 俄罗斯西伯利亚地区两次MS7.0地震相关参数Table 2 Relevant parameters of two MS 7.0 earthquakes in Siberia, Russia

图2 俄罗斯西伯利亚地区两次MS7.0地震异常记录曲线Fig.2 Anomaly curve of horizontal pendulum observation before and after two MS7.0 earthquakes in Siberia, Russia

图3 2010年2月7日台湾花莲地区MS6.3震前异常记录曲线Fig.3 Anomaly curve of horizontal pendulum observation before the MS 6.3 earthquake in Hualien area, Taiwan, on February 7, 2010

(2) 临汾台水平摆大幅倾变震兆异常图像，其变化特征明显，NS向为正向倾变，EW向为负向阶变，且异常持续时间、变化幅度与震级、震中距不存在显著规律性。即使同一观测台站对来源于同一地区、同一震级、同一震源深度的地震也不例外，说明震兆异常的复杂性。

(3) 大幅异常变化图像出现后，有时会连续发生多次中、强地震，由于该类异常对应震中距变化范围跨度较大，无疑会造成确认异常与地震对应关系的困难性。在以后的工作中，需要不断积累相关震例信息，为未来发震地点的有效预报提供参考依据。