廣東形變觀測臺網(wǎng)垂直擺傾斜儀同震響應(yīng)特征

鐘天任 嚴(yán) 興 劉吉平 劉 錦 陳貴美

（中國廣州510070廣東省地震局）

廣東形變觀測臺網(wǎng)垂直擺傾斜儀同震響應(yīng)特征

鐘天任 嚴(yán) 興 劉吉平 劉 錦 陳貴美

（中國廣州510070廣東省地震局）

針對廣東區(qū)域中小地震及中遠(yuǎn)強(qiáng)震的同震響應(yīng)，統(tǒng)計(jì)分析2014年汕頭、韶關(guān)、信宜地震臺垂直擺傾斜儀記錄的同震響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)除同震響應(yīng)振幅與震級、震中距的關(guān)系符合一般規(guī)律外，3臺儀器對不同區(qū)域、不同震級地震的同震響應(yīng)具有不同特點(diǎn)和敏感性。

垂直擺傾斜儀；同震響應(yīng)；數(shù)據(jù)跟蹤分析；形變臺網(wǎng)

0 引言

廣東省地震局地震前兆臺網(wǎng)2014年6月起開展地震前兆數(shù)據(jù)跟蹤分析工作，目標(biāo)之一是了解本地區(qū)各學(xué)科觀測背景和變化態(tài)勢，掌握觀測效能和運(yùn)行規(guī)律。經(jīng)1年地震數(shù)據(jù)跟蹤分析工作，除完成當(dāng)月工作任務(wù)，還對2014年1—6月的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行回溯分析，由此發(fā)現(xiàn)大量事件記錄，且垂直擺傾斜儀在近震及中遠(yuǎn)強(qiáng)震時(shí)的同震響應(yīng)比水管傾斜儀、伸縮儀及重力儀顯著。形變儀器由于靈敏度高，較容易受到場地環(huán)境及地球物理事件的影響（中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司，2005），除爆破對場地環(huán)境的影響及進(jìn)洞調(diào)零等人為干擾，地震發(fā)生后產(chǎn)生的同震響應(yīng)是垂直擺傾斜儀記錄的主要事件。牛安福等（2005）認(rèn)為，同震效應(yīng)研究是揭示地殼介質(zhì)對應(yīng)力—應(yīng)變過程響應(yīng)的最直接和最有效手段之一。

廣東省地震局的汕頭、韶關(guān)、信宜地震臺布設(shè)VS垂直擺傾斜儀開展形變觀測，3臺儀器屬于同一型號，有必要對跟蹤分析記錄進(jìn)行系統(tǒng)歸納。分析發(fā)現(xiàn)，除同震響應(yīng)的最大幅度與震級及震中距的關(guān)系符合一般規(guī)律之外，對于大多數(shù)地震，汕頭、信宜地震臺傾斜儀的NS向比EW向具有幅度更明顯的地震臺階，而韶關(guān)地震臺NS、EW向同震響應(yīng)比較平均，且該臺傾斜儀能記錄更多中小近震，而汕頭地震臺的儀器能更靈敏地記錄中遠(yuǎn)強(qiáng)震。

1 臺站概況

廣東省地處歐亞板塊東南隅，按地震活動區(qū)塊劃分屬于中國東南沿海地震帶。本省有6個(gè)地震前兆臺站，采用地傾斜、地應(yīng)變、室內(nèi)水準(zhǔn)及連續(xù)重力觀測手段開展形變觀測。其中，汕頭、韶關(guān)、信宜地震臺分布在粵東、粵北和粵西（圖1），臺站觀測環(huán)境較好，均于2007年3月底安裝VS垂直擺傾斜儀進(jìn)行觀測，自儀器運(yùn)行以來，工作狀態(tài)穩(wěn)定，積累了較為豐富的分鐘值觀測資料，觀測儀器參數(shù)見表1。

（1）汕頭地震臺（以下簡稱汕頭臺）地處東南沿海地震帶西南端，樟林—汕頭NE向斷裂與玉窖—下蓮、東山湖、椎棟山、榕江等NW向斷裂及蓬洲EW向斷裂交匯處。該地區(qū)隸屬汕頭—惠來深斷裂帶，地震活動頻繁，歷史上發(fā)生5次6級以上地震。臺基為第三紀(jì)侵入中粗黑云母花崗巖，有第四紀(jì)覆蓋，坑道掘出均為新鮮花崗巖，洞內(nèi)為新鮮黑云母花崗巖，并有小斷層切割，儀器置區(qū)覆蓋層厚度19—43 m，洞內(nèi)年溫差不大于0.5℃，日溫差小于0.1℃。

（2）韶關(guān)地震臺（以下簡稱韶關(guān)臺）地處乳源—尋烏地震帶西端，該帶曾發(fā)生多次中強(qiáng)地震。臺站所在地區(qū)屬中構(gòu)造層，即陸相雜色碎屑建構(gòu)，夾火山巖，地表出露巖層為石英砂巖，臺基條件穩(wěn)定。山洞儀器房洞深約50 m，主巷道設(shè)有多道密封門，垂直擺儀器墩長1.2 m，寬0.9 m，墩面平整，洞內(nèi)年溫差≤0.3℃，洞頂覆蓋較厚。

（3）信宜地震臺（以下簡稱信宜臺）在大地構(gòu)造上屬于粵西窿起帶，位于廉江—信宜—牛衛(wèi)斷裂帶信宜段西北，總體格局為一組NE向活動斷層和一組NW向活動斷層互相切割，形成網(wǎng)格狀構(gòu)造。臺站基巖為花崗片麻巖，巖性堅(jiān)硬、完好，節(jié)理不發(fā)育。山洞儀器房洞深約50 m，約20 m為半地下室，主巷道設(shè)有多道密封門，垂直擺儀器墩較小，墩面大于基墩，墩面平整，洞內(nèi)年溫差≤0.3℃，洞頂覆蓋較厚。

圖1　廣東省形變觀測臺網(wǎng)垂直擺分布Fig.1 The location map of vertical pendulum tiltmeter in crustal deformation networks of Guangdong Province

表1　廣東省VS垂直擺傾斜儀參數(shù)Table 1 Situation of vertical pendulum tiltmeters in Guangdong Province

2 資料選取

汕頭、韶關(guān)、信宜臺VS垂直擺傾斜儀2014年6月參與地震前兆數(shù)據(jù)跟蹤分析，對當(dāng)年1月—6月的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行回溯分析，得到該年完整的跟蹤分析數(shù)據(jù)。在此對2014年記錄的全部61次同震響應(yīng)事件進(jìn)行匯總，生成地球物理事件記錄147條，均為本區(qū)域小震及中遠(yuǎn)強(qiáng)震的同震響應(yīng)。其中，40次地震被3個(gè)臺站同時(shí)記錄到，產(chǎn)生記錄120條；6次地震被2個(gè)臺站同時(shí)記錄到，產(chǎn)生記錄12條；15次地震只對1個(gè)臺站的垂直擺產(chǎn)生影響，產(chǎn)生記錄15條。

3 同震響應(yīng)特征

3.1 振幅分布特征

2014年汕頭、信宜、韶關(guān)地震臺垂直擺傾斜儀分別記錄到同震響應(yīng)事件42條、45條、60條。對產(chǎn)生同震響應(yīng)的最大振幅、對應(yīng)地震震級和震中距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)：①EW向振幅通常較小，有些地震該側(cè)向未出現(xiàn)同震響應(yīng)；②NS向振幅較顯著，與地震震級呈正比，與震中距呈反比，符合地震波傳播衰減規(guī)律（邱永平，2011；張創(chuàng)軍等，2012；狄樑等，2013）。3個(gè)臺站垂直擺傾斜儀記錄的NS向最大響應(yīng)幅度與震級和震中距的關(guān)系見圖2，可以看出，隨著震級升高，響應(yīng)幅度上升；震中距增大，響應(yīng)幅度降低。

圖2　垂直擺傾斜儀NS向振幅分布特征（a）汕頭臺；（b）信宜臺；（c）韶關(guān)臺Fig.2 Distribution map of response amplitude of NS tilt components

對3個(gè)地震臺垂直擺記錄的同震響應(yīng)NS、EW分量最大響應(yīng)幅度統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，對于大部分地震，汕頭臺和信宜臺NS向響應(yīng)幅度較大，而EW向響應(yīng)幅度較小，對于中小地震EW向甚至看不到同震響應(yīng)，而韶關(guān)臺通常能記錄到兩個(gè)方向的同震響應(yīng)（萬永芳等，2006）。相比汕頭臺和信宜臺兩個(gè)方向上同震響應(yīng)比例的懸殊，韶關(guān)臺同震響應(yīng)比較平均（圖3）。以2014年11月25日23：19四川省甘孜藏族自治州康定縣5.8級地震（震中距166 km）為例，繪制垂直擺同震響應(yīng)曲線，見圖4。3個(gè)臺站震中距為1 200—1 600 km，差距不大，由圖4可見：汕頭和信宜臺只有NS向記錄到同震響應(yīng)，最大幅度分別為13.38×10-3″和38.24×10-3″；韶關(guān)臺同震響應(yīng)明顯，NS、EW向最大幅度分別為13.26×10-3″、5.45×10-3″。

圖3　垂直擺傾斜儀同震響應(yīng)幅度比較Fig.3 Comparison of response amplitude of NS and EW tilt components

3.2 空間分布特征

2014年汕頭、信宜、韶關(guān)地震臺同時(shí)記錄到40次同震響應(yīng)事件，震級和空間分布廣泛，小至本區(qū)域河源市東源縣3.8級地震，大至智利沿岸近海區(qū)域8.1級強(qiáng)震，均對垂直擺傾斜儀NS、EW分量產(chǎn)生明顯影響。同震響應(yīng)事件空間上主要分布在環(huán)太平洋地震帶、緬甸小版塊及中國川滇地區(qū)。地震空間分布見圖5。

圖4　2014年11月25日康定地震引起垂直擺同震響應(yīng)分鐘值曲線（a）汕頭臺；（b）信宜臺；（c）韶關(guān)臺Fig.4 Co-seismic response curve of vertical pendulum tiltmeters caused by Kangding earthquake

圖5　3臺傾斜儀同時(shí)產(chǎn)生同震響應(yīng)的地震震中分布Fig.5 Distribution of earthquakes which cause co-seismic response in three vertical pendulum tiltmeters

因距離和震級原因，某些地震只對單臺或兩臺儀器產(chǎn)生影響。例如：對于馬魯古海、日本小笠原群島等地區(qū)6級地震，汕頭臺和韶關(guān)臺傾斜儀NS向能記錄到明顯同震響應(yīng)，而信宜臺同震響應(yīng)不明顯。同樣，對于發(fā)生在云南、浙江、肇慶的中小地震，只有距離較近的信宜臺和韶關(guān)臺NS向記錄到較明顯的同震響應(yīng)。2014年兩個(gè)臺站記錄到同震響應(yīng)地震分布見圖6，圖中地震臺與地震之間的連線表示該臺垂直擺傾斜儀對該地震產(chǎn)生同震響應(yīng)。

對于廣東省臨近地區(qū)部分中等強(qiáng)度地震，僅韶關(guān)臺傾斜儀產(chǎn)生同震響應(yīng)的有14次（表2，圖7），主要分布在中國臺灣東部地區(qū)、浙江、湖北及川滇地區(qū)，多為4—5級中強(qiáng)地震。對于中國臺灣東部地區(qū)多個(gè)地震，汕頭臺震中距更近，結(jié)合圖6、圖7可知，該臺同震反應(yīng)不明顯（僅與另外兩臺儀器同時(shí)記錄到1次中國臺灣花蓮5.7級地震，見圖5）。剔除儀器自身或臺站選址因素，可能是因?yàn)樯仃P(guān)臺地質(zhì)構(gòu)造與記錄的中強(qiáng)地震區(qū)域聯(lián)系更加緊密。

圖6　兩臺傾斜儀同時(shí)產(chǎn)生同震響應(yīng)地震分布Fig.6 Distribution of earthquakes which cause co-seismic response in two vertical pendulum tiltmeters

圖7　單臺傾斜儀同震響應(yīng)地震分布Fig.7 Distribution of earthquakes which cause co-seismic response in one vertical pendulum tiltmeter

表2　韶關(guān)臺垂直擺同震響應(yīng)幅度參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of co-seismic response amplitude of vertical pendulum tiltmeter at Shaoguan Seismic Station

4 結(jié)論

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)汕頭、信宜、韶關(guān)地震臺垂直擺傾斜儀記錄的同震響應(yīng)具有以下規(guī)律：①汕頭、信宜臺傾斜儀NS向響應(yīng)幅度遠(yuǎn)大于EW向，對于一些中小地震，EW向甚至無同震響應(yīng)，而韶關(guān)臺NS、EW向同震響應(yīng)幅度比較平均；②韶關(guān)單臺記錄的同震響應(yīng)地震分布在中國臺灣東部地區(qū)、臨近北部省區(qū)及川滇地區(qū)，主要是4—5級中等強(qiáng)度地震；③汕頭臺對中強(qiáng)遠(yuǎn)震通常有反應(yīng)，而對小的近震反而不能產(chǎn)生同震響應(yīng)。

地震前兆數(shù)據(jù)跟蹤分析工作的開展，有助于掌握廣東地區(qū)垂直擺傾斜儀觀測效能和運(yùn)行規(guī)律，一些特殊現(xiàn)象對于進(jìn)一步研究深部地質(zhì)構(gòu)造，尋找構(gòu)造特征與觀測結(jié)果的關(guān)系具有重要意義。

狄樑，陸德明，丁建國.常熟地震臺水管傾斜儀與垂直擺傾斜儀同震響應(yīng)對比分析［J］.大地測量與地球動力，2013，33（A01）：79-81.

牛安福，張晶，吉平.強(qiáng)地震引起的同震形變響應(yīng)［J］.內(nèi)陸地震，2005，19（1）：1-7.

邱永平.寧波臺動水位與垂直擺對印尼8.9和日本9.0級地震的同震響應(yīng)［J］.國際地震動態(tài)，2011，4：28-33.

萬永芳，葉東華，楊向東.2004年12月26日印尼8.7級強(qiáng)震廣東地區(qū)同震效應(yīng)分析［J］.華南地震，2006，26（4）：67-73.

張創(chuàng)軍，邵輝成，史春偉，等.乾陵臺數(shù)字形變資料同震響應(yīng)特征研究［J］.大地測量與地球動力學(xué)，2012，32（6）：41-44.

中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司.2004年印度尼西亞蘇門答臘8.7級大地震及其對中國大陸地區(qū)的影響［M］.北京：地震出版社，2005.

Abstract

Since 2014，in the work of tracking and analysis to precursor data，the digital records of vertical pendulum tiltmeters have been frequently affected by geophysical events mainly including the co-seismic response to the small earthquakes in local region and moderate strong earthquakes far away.In this paper，statistical analysis to the co-seismic response of three vertical pendulum tiltmters in Shantou，Xinyi and Shaoguan shows that the amplitude has relationship with magnitude and epicenter distance.Besides，three instruments show different characteristics and sensibilities to earthquakes with different magnitude in different regions.

Co-seismic response characteristics of vertical pendulum tiltmeters in Guangdong Province

Zhong Tianren，Yan Xing，Liu Jiping，Liu Jin and Chen Guimei
（Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070，China）

vertical pendulum tiltmeter，co-seismic response，data tracking and analysis，crustal deformation networks

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.03.017

鐘天任（1984—），女，工程師，主要從事前兆臺網(wǎng)管理工作。E-mail： tcbychung@163.com

廣東省省級科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013B020200010）