漠河台gPhone重力仪同震响应特征分析

赵建通

（牡丹江地震台，黑龙江 牡丹江 157009）

0 引言

漠河地震台位于黑龙江省东北端的漠河县，是中国最北端的无人值守的综合台站，其独特的地理位置，对于监测、研究中国北部乃至北极地区地震活动有着极其重要的作用。台站配有重力和测震两种观测手段，其gPhone 重力仪的采样周期可达秒值采样，高频的秒值观测资料给我们提供了更丰富、更准确的地震信息[1]。

地震引起的同震形变波包括了地震破裂及传播过程中的大部分信息，因此可用这些同震信息估计地震震源的一些参数和认识地震短临前兆的动力学特征[2-3]。研究表明，同震响应研究由于具有加载区域广、响应特征更易识别等优势，是揭示地壳介质对应力—应变过程最直接最有效的手段之一[4]，因此，同震响应已经成为地震前兆研究的热点[5]。本文选取了2016 年至2018 年在科曼多尔群岛地区发生的5 次Ms≥6.5以上地震作为震例，利用漠河地震台gPhone重力仪的观测数据，对五次地震从首波初至、地震频带响应、地震长周期面波、同震变形幅度、同震持续时间等方面进行了重力仪的同震响应特征分析。结果表明gPhone 重力仪也能提供丰富的由地震引起的地面运动信息，且独具特性，研究结果与前人研究具有一致性特征。

1 漠河地震台gPhone 重力观测条件

漠河地震台为新建重力台，主要以重力观测为主。2011 年对漠河台进行山洞扩建，2012年完成了漠河台观测室所有项目建设。2013 年重力仪安装后投入使用，运行良好。漠河地震台重力观测为新建项目，总建筑面积98.99 m2，山洞内面积80 m2，进深为32 m，宽2 m，高2.5 m 的钢筋混凝土结构，一次性浇筑完成。山洞完全用新型防水材料做防水处理。山洞门口有一个保温防盗门，山洞内共有7 道塑钢门，基本能保障室内温度日变化≤1℃，相对湿度≤90%。

2 同震响应特征分析

据中国地震台网测定，2016 年至2018 年，科曼多尔群岛发生五次Ms≥6.5 地震，其中Ms≥7.0 以上地震两次（表1）。漠河地震台的gPhone 重力仪完整的记录到了这5 次地震的同震形变波（图1-5），同震响应特征见表2。

表1 科曼多尔群岛5 次Ms 6.5 级以上地震基本参数

表2 漠河台重力仪记录的5 次Ms≥6.5 以上强震的同震响应参数

2.1 2016 年9 月6 日06 时54 分科曼多尔群岛Ms6.5 地震

2016 年9 月6 日06 时54 分，科曼多尔群岛发生Ms6.5 地震，地震发生前重力的观测曲线是光滑的，固体潮清晰。在同震形变波分钟值图（图1）中看出，06 时59 分，即主震发生5 分37 秒后，重力仪分钟值观测曲线出现483.79× 10-8m·s-2向上突跳，随后波形一直处于震荡状态，在07 时11 分达到最大波值551.85× 10-8m·s-2，随后震荡在2 分钟之后达到最小波值367.29×10-8m·s-2。7 时18 分，曲线震荡幅度明显变小，在8 时25 分曲线基本恢复光滑，回到此次震前状态。同震效应持续时间约89 分钟，波幅为184.56×10-8m·s-2。

2.2 2017 年7 月17 日19 时05 分科曼多尔群岛Ms6.6 地震

2017 年7 月17 日19 时05 分07 秒，科曼多尔群岛发生Ms6.6 地震，地震发生前重力的观测曲线是光滑的，固体潮清晰。在同震形变波分钟值图（图2）中看出，06 时59 分，即主震发生5 分40 秒后，重力仪分钟值观测曲线出现1650.26× 10-8m·s-2向上突跳，随后波形一直处于震荡状态，在19 时22 分达到最小波值1587.65×10-8m·s-2，随后震荡在1 分钟之后达到最大波值1728.11 × 10-8m·s-2。19 时34 分，曲线震荡幅度明显变小，在20 时55 分曲线基本恢复光滑，回到此次震前状态。同震效应持续时间约105 分钟，波幅为140.46×10-8m·s-2。

图1 2016 年9 月6 日漠河台重力仪观测曲线Fig.1 The gravity observation curve of Mohe Seismic Station on Sep. 6，2016

图2 2017 年7 月17 日漠河台重力仪观测曲线Fig.2 The gravity observation curve of Mohe Seismic Station on Jul. 17，2017

2.3 2017 年7 月18 日07 时34 分科曼多尔群岛Ms7.9 地震

2017 年7 月18 日07 时34 分13 秒，科曼多尔群岛发生Ms7.9 地震，地震发生前重力的观测曲线是光滑的，固体潮清晰。在同震形变波分钟值图（图3）中看出，06 时59 分，即主震发生5 分37 秒后，重力仪分钟值观测曲线出现1480.28×10-8m·s-2向上突跳，随后波形一直处于震荡状态，在7 时53 分达到最小波值-409.17× 10-8m·s-2，随后震荡在1 分钟之后达到最大波值2639.65 × 10-8m·s-2。8 时36 分，曲线震荡幅度明显变小，在10 时53 分曲线基本恢复光滑，回到此次震前状态。同震效应持续时间约195 分钟，波幅为3048.82×10-8m·s-2。

图3 2017 年7 月18 日漠河台重力仪观测曲线Fig.3 The gravity observation curve of Mohe Seismic Station on July 18，2017

2.4 2018 年1 月25 日10 时10 分科曼多尔群岛Ms6.5 地震

2018 年1 月25 日10 时10 分34 秒，科曼多尔群岛发生Ms6.5 地震，地震发生前重力的观测曲线有小的毛刺，固体潮清晰。在同震形变波分钟值图（图4）中看出，10 时14 分，即主震发生5 分27 秒后，重力仪分钟值观测曲线出现2216.64× 10 × 10-8m·s-2向上突跳，随后波形一直处于震荡状态，在10 时26 分达到最大波值2229.52×10-8m·s-2，随后震荡在1 分钟之后达到最小波值2176.63×10-8m·s-2。8 时36分，曲线震荡幅度明显变小，在10 时53 分曲线基本恢复光滑，回到此次震前状态。同震效应持续时间约195 分钟，波幅为52.89×10-8m·s-2。

图4 2018 年1 月25 日漠河台重力仪观测曲线Fig.4 The gravity observation curve of Mohe Seismic Station on Jan. 25，2018

2.5 2018 年12 月21 日01 时01 分科曼多尔群岛Ms7.4 地震

2018 年12 月21 日01 时01 分55 秒，科曼多尔群岛发生Ms7.4 地震，地震发生前重力的观测曲线是光滑的，固体潮清晰。在同震形变波分钟值图（图5）中看出，01 时07 分，即主震发生5 分15 秒后，重力仪分钟值观测曲线出现3298.41× 10-8m·s-2向上突跳，随后波形一直处于震荡状态，在01 时18 分达到最大波值4018.24×10-8m·s-2，随后震荡在2 分钟之后达到最小波值2564.64 × 10-8m·s-2。02 时34分，曲线震荡幅度明显变小，在04 时27 分曲线基本恢复光滑，回到此次震前状态。同震效应持续时间约200 分钟，波幅为1453.60×10-8m·s-2。

图5 2018 年12 月21 日漠河台重力仪观测曲线Fig.5 The gravity observation curve of Mohe Seismic Station on Dec. 21，2018

3 分析与讨论

3.1 首波初至

由表2 和图1-5 所示，gPhone 重力仪记录的5 次地震均能清晰显示初动时刻和方向。初动到时分别为5 分37 秒、5 分40 秒、5 分37秒、5 分27 秒和5 分15 秒。除去发震时刻、震中距等偏差及不确定因素影响，可以看作初动到时与震中距存在正相关性。

3.2 面波特征

由图所示，gPhone 重力仪记录的5 次地震面波振幅因震级大小、震中距差别而存在差异。同一地区的地震，震级越大，面波幅度越大，响应时间越长。其中2017 年7 月18 日在该地区发生的Ms7.9 地震，面波幅度最大，约为3048.82×10-8m·s-2，而震中位置最相近的2017年7 月17 日发生的Ms6.6 地震，面波幅度只有140.46×10-8m·s-2，说明同震响应的波幅与震级存在正相关性。

3.3 同震响应时间

震中距相同的地震，震级越大，同震响应时间越长。经过图表发现，震级相同的地震，同震响应时间随着震中距变大而减小。由2016年9 月6 日的Ms6.5 地震和2018 年1 月25 日的Ms6.5 地震，两次地震距离漠河地震台的震中距分别为2951 km、2805 km，面波响应时间分别为86 分钟、139 分钟。说明地震的响应时间除与震级存在正相关性以外，与震中距存在负相关关系。

4 结论

根据以上5 次在科曼多尔群岛发生的强震的数据分析，得到以下结论：

（1）仪器完整的记录到了该地区5 次Ms6.5以上的地震，说明漠河地震台重力仪对强震的响应能力很强；

（2） 重力仪在经过震级较大的地震之后，曲线能快速恢复到震前趋势，说明重力仪稳定性良好；

（3）首波初至时间除去受发震时刻、震中距等偏差，以及仪器采样周期间隔为1 秒外，初动到时与震中距存在正相关性；

（4）同震响应持续时间与震级存在正相关关系，震级越大，持续时间越长，并且同震响应持续时间与震中距也存在负相关关系；

（5）同震响应的面波振幅与震级存在正相关性，即震级越大，面波幅度越大；

（6） 2017 年7 月17 日发生的的Ms6.6 和2018 年1 月25 日发生的Ms6.3 地震距离漠河地震台的震中距分别为2984 km、2805 km，理论上1 月25 日的地震应该面波幅度更大，但从图标中可以看出，震中距根源的7 月17 日的地震曲线的面波幅度更大。由此可以看出，以上结论得到的振幅的相关性受地质结构和破裂方式不同等未知因素影响，并不存在线性关系。