四川九寨沟7.0级、新疆精河6.6级地震山西定点形变异常分析

2019-10-10冯建琴张聪聪沈晓松

山西地震 2019年3期

冯建琴，杨静，张聪聪，李军，李艳，沈晓松

(1.山西省地震局临汾中心地震台，山西临汾 041000；2.山西省地震局，山西太原 030021；3.山西省地震局太原基准地震台，山西太原 030025；4.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

我国是全球地震多发的国家之一，据统计，2008年至2017年发生过几次Ms≥7.0以上地震。其中，新疆于田在2008年3月21日、2014年2月12日分别发生两次7.3级地震;2008年5月12日四川汶川8.0级、2013年4月20四川庐山7.0级地震、2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震。一个地震前兆场能够影响多大范围，很多学者研究认为，7级以上强震突变点距震中的距离可达到1 000 km[1]。九寨沟7.0级地震前，山西地区的侯马水管、神池、沁源分量钻孔应变仪，均记录到明显的前兆异常。在异常出现期间，观测仪器、观测环境正常，无人为干扰，初步判定为地震前兆异常。其他形变台站的同类仪器在九寨沟地震前未记录到明显的前兆异常，认为与各台站(点)所处的位置、地质环境不同有关。随着数字化定点形变资料的不断积累和深入研究，发现山西定点形变观测仪器多次记录到中强地震的前兆异常现象，包括趋势性异常、中短期异常和短临异常[2-6]。

1 形变异常及特征

山西地区定点形变资料的突变主要出现在中强地震前的短临阶段，表现为震前几天到几十天速率快速增大和方向突变，可能多次出现又消失，随着地震的临近，异常显示为幅度更大的、持续时间更短的突变[7]。长期观测发现，山西洞体形变对于国内强远地震的短临异常，通常在远离震中区域有较好的映震性能[8]。

文章对九寨沟7.0级地震前山西地区的定点形变资料做分析研究，发现出现异常的台站有3个，共计7个测项：侯马台水管仪NS、EW分量，钻孔分量应变仪的沁源台EW、NE、NW分量和神池台NE、NW分量。3个台站的观测数据，在震前均出现较明显的异常变化，均位于震中的东北方向。(见图1)。

图1 断裂、形变台站和地震分布图Fig.1 Distribution map of faults, deformation stations and earthquakes

1.1 侯马台水管仪资料分析

侯马台属临汾中心地震台的一个子台，有水管倾斜仪、洞体应变仪2套形变观测仪器，地处临汾盆地南缘与峨眉台地的交界地带。峨眉台地北缘断裂带的紫金山山前断裂下盘，台站观测环境较好，周边无明显的环境干扰。侯马水管仪NS分量正常年变曲线在每年的1月下旬或2月初北倾至5月，5至11月达到最高值，在高值位置波动，11月下旬至次年的1月底南倾；EW向在每年的2至5月东倾，6至12月在高值位置缓慢波动，12月至次年2月西倾。(见图2)。

图2 侯马台水管仪日均值曲线图Fig.2 Graph of daily mean value of water pipe tiltmeter in Houma station

侯马台水管仪NS向观测曲线于2017年2月27日至3月21日出现破年变转折南倾，震前8月5日19时至6日17时16分观测曲线加速南倾,最大变化幅度达31.1 ms；EW向2017年7月19日至30日转折加速西倾，最大变化幅度29.2 ms，EW分量在震前20 d出现转折、加速异常(见图3)。该水管仪NS、EW分量变化出现时，台站周边无干扰，仪器工作正常。两分量观测数据恢复至原变化趋势时，8月8日发生了四川九寨沟7.0级地震、8月9日新疆精河6.6级地震。此次异常变化与2014年2月12日新疆于田7.3地震前的异常相似，异常信度较高。

1.2 沁源台资料分析

沁源台地处山西中南部，是隶属山西长治的一个子台，有YRY-4分量钻孔应变仪。台站位于长治市沁源县交口镇仁义村，台站周边有人居住，建有养殖场，抽水时有明显的阶跳干扰，除此之外，周边环境无其他的干扰因素，观测资料稳定可靠。EW、NE、NW分量整点值曲线在2017年7月27-30日出现同步转折前兆异常，于7月31日开始回返，恢复至正常变化趋势时发震(见图4、第31页图5和图6)；同时段各分量日均值差值、日均值差分曲线在7月27日至8月2日均出现超过2倍中误差的异常变化。此次异常是该观测资料自2015年以来的首次异常，当时台站周边无干扰，仪器工作正常。

图3 侯马台水管仪2017年7至8月分钟值曲线Fig.3 Minute value curve of water pipe tiltmeter in Houma station from July to August 2017

图4 沁源台钻孔分量仪2017年7至8月整点值曲线Fig.4 Integer point curve of drilling component instrument in Qinyuan station from July to August 2017

1.3 神池台资料分析

神池台安装有YRY-4分量钻孔应变仪、井水位、气压辅助观测及防雷隔离电源和信号光纤防雷设备。观测项目于2012年9月3日安装，16日开始试运行，2015年7月由省地震局管理移交到大同中心地震台，投入正式运行。神池台位于山西北部忻州市神池县大严备乡大羊泉村西600 m，台基岩为石灰岩，台站观测环境良好，无交通和抽水等人为干扰，观测仪器运行正常。该台为无人值守台，运用太阳能供电，采用无线通讯数据传输方式，自2015年7月正式运行以来，积累了近2 a的资料。2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震前，该台EW、NE分量7月26日至8月2日出现同步转折，通过7-8月日均值差分分析发现，神池台差分异常能量、差分异常频次累加序列均在震前7～22 d出现超过2倍中误差现象(见图7、图8)。在时间上与沁源台分量应变仪数据变化有准同步性。该台资料连续完整，仪器运行稳定，周边无明显干扰源。此次异常变化与九寨沟7.0级地震发生较为吻合，判断为九寨沟地震的短临异常。

图5 沁源台钻孔分量仪2017年7至8月日均差值曲线Fig.5 Daily average difference curve of drilling component instrument in Qinyuan station from July to August 2017

图6 沁源台钻孔分量仪2017年7至8月日均值差分曲线Fig.6 Daily mean difference curve of drilling component instrument in Qinyuan station from July to August 2017

2 前兆异常特征分析

近年来，侯马水管仪、沁源台和神池台分量应变仪观测具有稳定的年变动态。水管仪倾斜资料最为显著的异常变化是在震前3 d短时间内加速转向。此次异常变化与2014年2月12日新疆于田7.3级地震前的异常相似，只是异常的分量不同。侯马水管仪异常信度较高，体现在YRY钻孔分量应变仪显著异常变化在震前7 d张压交替转折，2017年九寨沟7.0级地震前，以上3项资料均有较可靠的地震前兆异常，均存在时间同步和形态类似的特征(见第32页表1)，异常信度较高。

图7 神池台钻孔分量仪2017年6至8月分钟值曲线图Fig.7 Minute value curve of drilling component instrument in Shenchi station from June to August 2017

图8 神池台钻孔分量仪2017年7至8月日均值差分曲线Fig.8 Daily mean difference curve of drilling component instrument in Shenchi station from July to August 2017

3 结论

(1) 通过对山西地区定点形变资料的分析发现，九寨沟7.0级地震前山西地区有3个形变台站(侯马、神池、沁源)共7个测项出现了显著的地震前兆异常。其中侯马台距离震中最近约746 km，神池台距离震中最远约993 km，表明此次九寨沟地震远场效应较为明显。

(2) 三台站形变仪器各测项短临异常的时间同步，形态相似，均为趋势性转折。侯马水管仪异常开始时间为震前6个月，NS分量于2017年2月至3月出现趋势转折异常，震前3 d出现明显的短临异常，持续时间仅1 d左右；沁源台和神池台YRY钻孔分量应变仪出现的为短临趋势转折异常，日均值差分曲线、差分能量异常，两台项异常时间较一致。