尼泊爾8.1級(jí)地震后河北省數(shù)字形變觀測(cè)同震響應(yīng)研究

劉 靜，尹宏偉，李 鳳，李瑞卿，張 蕾

(河北省地震局石家莊中心地震臺(tái)，河北 石家莊 050000)

尼泊爾8.1級(jí)地震后河北省數(shù)字形變觀測(cè)同震響應(yīng)研究

劉 靜，尹宏偉，李 鳳，李瑞卿，張 蕾

(河北省地震局石家莊中心地震臺(tái)，河北 石家莊 050000)

北京時(shí)間2015年4月25日14時(shí)11分26.3秒在尼泊爾境內(nèi)發(fā)生Ms 8.1地震。通過(guò)分析河北省各形變臺(tái)站的震時(shí)觀測(cè)資料，研究各形變測(cè)項(xiàng)對(duì)尼泊爾地震的同震響應(yīng)特征，結(jié)果表明，形變測(cè)項(xiàng)均記錄到此次地震，同震響應(yīng)形態(tài)分為振蕩型、振蕩-階變型、階變型三類；不同臺(tái)站相同類型儀器的同震響應(yīng)幅度有很大差別；同一臺(tái)站同一儀器不同方向上記錄波形幅度相差較大；地震對(duì)應(yīng)變場(chǎng)的影響以EW向?yàn)橹?；記錄到階變型形變波的臺(tái)站主要集中在河北省的北部，南部較少；認(rèn)為尼泊爾地震后河北省北部地區(qū)的地震活動(dòng)可能有增強(qiáng)的趨勢(shì)，南部相對(duì)平靜。

形變觀測(cè)；同震響應(yīng)；尼泊爾地震

0 引言

受地震波激發(fā)，借助數(shù)字化形變前兆觀測(cè)在多測(cè)點(diǎn)觀測(cè)到的地震時(shí)傾斜、應(yīng)變或應(yīng)力的波動(dòng)現(xiàn)象稱為震時(shí)形變波，它反映的主要是遠(yuǎn)場(chǎng)面波[1]。如果地震發(fā)生時(shí)在應(yīng)變儀和傾斜儀的記錄曲線中，由于地震引起地表變形使曲線偏離震前的位置，這種突變稱作傾斜(或應(yīng)變)同震階躍[2]。同震階躍應(yīng)為地震期間地球應(yīng)變場(chǎng)的一種準(zhǔn)靜態(tài)調(diào)整，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，孕震體釋放能量，在震源區(qū)內(nèi)的應(yīng)變場(chǎng)調(diào)整是應(yīng)力—應(yīng)變的傳遞，故在震源區(qū)內(nèi),儀器記錄到的正是這種直接調(diào)整，在震源區(qū)外特別是震中距較大的地區(qū)，儀器不可能記錄到震源區(qū)的應(yīng)變場(chǎng)調(diào)整。由于地震動(dòng)導(dǎo)致的應(yīng)力—應(yīng)變傳遞，各地應(yīng)變場(chǎng)也隨之調(diào)整，使上千千米范圍內(nèi)的儀器也能觀測(cè)到同震階躍。同震響應(yīng)研究一方面可以檢驗(yàn)前兆手段對(duì)地殼介質(zhì)應(yīng)力—應(yīng)變過(guò)程的響應(yīng)程度，另一方面為研究區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)在巨震后的變化提供了新的研究途徑。近年來(lái)，遠(yuǎn)場(chǎng)大震的同震效應(yīng)研究成為廣大地震工作者研究的熱點(diǎn)之一[3-5]。據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定，北京時(shí)間2015年4月25日14時(shí)11分26.3秒在尼泊爾境內(nèi)發(fā)生Ms 8.1地震，此次地震造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，并波及我國(guó)的西藏地區(qū)。該震中雖與河北省遠(yuǎn)隔幾千公里，但由于震級(jí)較大，引起河北省境內(nèi)大量前兆測(cè)項(xiàng)的同震響應(yīng)。筆者通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，體應(yīng)變、垂直擺、水管儀、伸縮儀等測(cè)項(xiàng)，在震后均有明顯的同震響應(yīng)記錄，且異常表現(xiàn)形式不同。

1 尼泊爾8.1級(jí)地震的發(fā)震構(gòu)造

尼泊爾8.1級(jí)地震的震源深度為20 km,該地震處于喜馬拉雅山地震帶上，震源破裂類型為逆沖型。據(jù)萬(wàn)永革等[6]研究提供的結(jié)果，該區(qū)域內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)分區(qū)特征明顯，在陸陸碰撞帶處以逆沖體系為主，青藏高原內(nèi)部以正斷體系和走滑體系為主；大震附近最大主壓應(yīng)力方位為近NS向，最大主張應(yīng)力方位為NWW-SEE向，說(shuō)明地震是在印度板塊與歐亞板塊的強(qiáng)烈擠壓作用下發(fā)生。現(xiàn)今，河北省及鄰區(qū)中等地震的震源錯(cuò)動(dòng)方式以走滑類型為主，兼有少量的正斷層類型，這與該區(qū)存在的左旋走滑的張家口—渤海地震構(gòu)造帶和右旋走滑的山西地震構(gòu)造帶有密切關(guān)系[7]，在兩帶交匯處的晉冀蒙盆嶺構(gòu)造區(qū)多數(shù)地震為正斷兼走滑類型。尼泊爾地震時(shí)，當(dāng)?shù)貞?yīng)變場(chǎng)發(fā)生劇烈變化。

2河北省形變觀測(cè)在尼泊爾8.1級(jí)地震后的同震效應(yīng)

2.1 體應(yīng)變

河北省體應(yīng)變觀測(cè)儀主要是TJ-2型。觀測(cè)結(jié)果表明，體應(yīng)變有較好的同震響應(yīng)，高頻特性好，抗震動(dòng)，記錄動(dòng)態(tài)信息不失真[8]等特點(diǎn)，能記錄到震時(shí)變化幅度不同的壓性或張性階躍。

由圖1看出，尼泊爾8.1級(jí)地震時(shí)，6個(gè)體應(yīng)變臺(tái)站中有5個(gè)產(chǎn)生同震響應(yīng)(涉縣臺(tái)震時(shí)資料缺失)，由表1計(jì)算出各臺(tái)變化幅度及初動(dòng)方向，分析得出體應(yīng)變臺(tái)站的響應(yīng)形態(tài)分為振蕩型和階躍型兩類。階躍型又分為壓性和張性，各臺(tái)的同震響應(yīng)幅度不等。寬城臺(tái)最大，大幅度的階躍變化破壞了數(shù)據(jù)曲線形態(tài)，震后雖有所恢復(fù)，但仍維持在較低觀測(cè)值；趙各莊礦臺(tái)體應(yīng)變同震響應(yīng)幅度最小，未影響觀測(cè)曲線形態(tài)，且震后恢復(fù)較好。除張家口臺(tái)、趙各莊礦臺(tái)體應(yīng)變的同震變化初動(dòng)方向?yàn)閴盒酝猓溆嗯_(tái)站均為張性，可能與尼泊爾8.1級(jí)地震發(fā)震斷層的破裂性質(zhì)有關(guān)，震源破裂類型為逆沖型。逆沖型斷層可能引起震源區(qū)域或遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)應(yīng)力—應(yīng)變能的釋放，從而使應(yīng)變向張性方向變化。此結(jié)果與王曰風(fēng)[9]等關(guān)于河北地區(qū)體應(yīng)變同震響應(yīng)機(jī)理分析結(jié)果相似。據(jù)邱澤華等[10]的文獻(xiàn)，遠(yuǎn)處地震所造成觀測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力變化，不僅決定于震源的斷層滑動(dòng)，同時(shí)與觀測(cè)點(diǎn)附近的構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。河北省體應(yīng)變臺(tái)站對(duì)尼泊爾8.1級(jí)地震的響應(yīng)形態(tài)及幅度的差異性，可能與各臺(tái)站所處的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)不同有關(guān)。

2.2 垂直擺

河北省前兆形變臺(tái)網(wǎng)的7個(gè)臺(tái)站有垂直擺測(cè)項(xiàng)，分別為懷來(lái)、張家口、易縣、承德、涉縣、赤城、寬城臺(tái)站。在地震時(shí)，均記錄到同震變化，形態(tài)有振蕩型、振蕩—階躍復(fù)合型。選取懷來(lái)臺(tái)和承德臺(tái)的同震響應(yīng)特征進(jìn)行分析(見(jiàn)第19頁(yè)圖2)。由圖2看出，兩臺(tái)站垂直擺EW向的同震響應(yīng)幅度均大于NS向。除涉縣和赤城臺(tái)外，其余3個(gè)臺(tái)站均是EW向大于NS向，說(shuō)明地震對(duì)河北省應(yīng)變場(chǎng)的影響以EW向?yàn)橹鳎粦褋?lái)臺(tái)EW向和承德臺(tái)NS向出現(xiàn)較明顯的同震階躍。尼泊爾8.1級(jí)地震對(duì)該區(qū)域造成較大影響，地震動(dòng)導(dǎo)致應(yīng)力—應(yīng)變傳遞，使該區(qū)域震后應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整。垂直擺數(shù)據(jù)精度較高，說(shuō)明所選臺(tái)站具備干擾因素少、正常波動(dòng)背景值噪聲限低的優(yōu)勢(shì)，觀測(cè)效果比較理想。

圖1 尼泊爾8.1級(jí)地震時(shí)河北省體應(yīng)變同震響應(yīng)圖Fig.1 Coseismic response of in Hebei Province during Nepal 8.1 earthquake

表1 河北省體應(yīng)變數(shù)字化觀測(cè)到的地震波部分參數(shù)Table 1 Partial parameters of seismic wave recorded by body strain digital observation in Hebei Province

2.3 水管儀

傾斜觀測(cè)儀主要是DSQ型水管儀，觀測(cè)精度高，有EW和NS兩方向的測(cè)值。從第19頁(yè)圖3和表3看出，張家口臺(tái)水管儀EW向到時(shí)比NS向早三分鐘，寬城臺(tái)兩分向相同；張家口臺(tái)記錄到兩分向的同震波持續(xù)時(shí)間基本相同，寬城臺(tái)差異較大(EW向明顯大于NS向)；張家口臺(tái)水管儀EW向產(chǎn)生明顯的向下階躍變化，震后觀測(cè)數(shù)據(jù)呈低值變化，未恢復(fù)到震前水平；寬城臺(tái)水管儀NS向產(chǎn)生大幅向下突跳，震后恢復(fù)到震前水平。

表2 河北省垂直擺觀測(cè)到的地震波部分參數(shù)Table 2 Partial parameters of seismic wave recorded by vertical pendulum tiltmeter observation in Hebei Province

圖3 尼泊爾8.1級(jí)地震時(shí)張家口臺(tái)、寬城臺(tái)水管儀同震響應(yīng)圖Fig.3 Coseismic response of water tube tiltmeter at Zhangjiakou station and Kuancheng station during Nepal 8.1 earthquake

表3 河北省水管儀觀測(cè)到的地震波部分參數(shù)Table 3 Partial parameters of seismic wave recorded by water tube tiltmeter observation in Hebei Province

2.4 伸縮儀

觀測(cè)洞體應(yīng)變采用SS-Y型伸縮儀，河北省形變監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)有6個(gè)洞體應(yīng)變臺(tái)記錄到此次地震，下面選取同震響應(yīng)比較明顯的懷來(lái)臺(tái)和易縣臺(tái)進(jìn)行分析。

由第20頁(yè)圖4看出，懷來(lái)臺(tái)和易縣臺(tái)伸縮儀同震響應(yīng)形態(tài)為振蕩型，初動(dòng)方向?yàn)閺埿宰兓Ｓ傻?0頁(yè)表4得出，兩臺(tái)站伸縮儀兩分向到時(shí)和振蕩持續(xù)時(shí)間基本相同；懷來(lái)臺(tái)EW向振蕩幅度小于NS向，易縣臺(tái)EW向大于NS向，同一臺(tái)站同套儀器不同方向記錄的同震響應(yīng)波形幅度不同可能與震中位置、震源破裂過(guò)程、破裂方向、震源機(jī)制有關(guān)。

圖4 尼泊爾8.1級(jí)地震時(shí)懷來(lái)臺(tái)、易縣臺(tái)伸縮儀同震響應(yīng)圖Fig.4 Coseismic response of extensometer at Huailai station and Yixian station during Nepal 8.1 earthquake

表4 河北省伸縮儀觀測(cè)到的地震波部分參數(shù)Table 4 Partial parameters of seismic wave recorded by extensometer observation in Hebei Province

3 不同區(qū)域同震響應(yīng)分析

在強(qiáng)遠(yuǎn)震的影響下，發(fā)生階變型形變波的區(qū)域，地殼應(yīng)力可能處于臨界狀態(tài)，地下介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，產(chǎn)生塑性變化，與測(cè)點(diǎn)所在區(qū)域地震活動(dòng)增強(qiáng)有關(guān)。河北省形變測(cè)項(xiàng)對(duì)尼泊爾8.1級(jí)地震的同震響應(yīng)特征，出現(xiàn)震時(shí)階變響應(yīng)的形變測(cè)項(xiàng)有：

(1) 張家口地區(qū)。張家口臺(tái)的水管傾斜觀測(cè)東西分量；懷來(lái)東良臺(tái)的水平擺北南分量、東西分量，垂直擺東西分量；赤城臺(tái)的垂直擺東西分量。

(2) 承德地區(qū)。承德臺(tái)的垂直擺傾斜觀測(cè)北南分量；寬城臺(tái)的體應(yīng)變、垂直擺北南分量。

(3) 保定及唐山地區(qū)。易縣地震臺(tái)的體應(yīng)變、垂直擺傾斜觀測(cè)北南分量、鉆孔應(yīng)變觀測(cè)北東分量；唐山趙各莊礦臺(tái)的體應(yīng)變。

(4) 邢臺(tái)及邯鄲地區(qū)。永年臺(tái)的洞體應(yīng)變觀測(cè)北南分量。

河北省形變觀測(cè)對(duì)尼泊爾地震的階變響應(yīng)具有分區(qū)性，北部地區(qū)多臺(tái)站多測(cè)項(xiàng)出現(xiàn)大量階變響應(yīng)，南部地區(qū)只有一例出現(xiàn)階變響應(yīng)。其中,較典型的有易縣臺(tái)和寬城臺(tái)的體應(yīng)變同震階變幅度大；懷來(lái)東良垂直擺、張家口水管、承德垂直擺震時(shí)出現(xiàn)大幅度振蕩并伴隨階變響應(yīng)。分析結(jié)果表明，尼泊爾地震產(chǎn)生的能量對(duì)河北省北部地區(qū)的影響大于南部地區(qū)。

4 討論與結(jié)論

(1) 河北省形變觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)下設(shè)臺(tái)站對(duì)尼泊爾8.1級(jí)地震均出現(xiàn)同震響應(yīng)，說(shuō)明臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)儀器對(duì)地殼應(yīng)力—應(yīng)變的改變有較強(qiáng)的記錄能力。

(2) 形變測(cè)項(xiàng)對(duì)尼泊爾地震的響應(yīng)形態(tài)有3類：振蕩型、振蕩—階變型、階變型。

(3) 不同臺(tái)站相同類型儀器的同震響應(yīng)幅度不盡相同，可能與臺(tái)站所屬區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。

(4) 同一臺(tái)站同一套儀器不同方向上記錄波形幅度相差較大，可能與尼泊爾地震的震中與臺(tái)站的相對(duì)位置、震源破裂過(guò)程、破裂方向、震源機(jī)制等有關(guān)。

(5) 大部分臺(tái)站垂直擺傾斜儀記錄到的EW向形變波幅度大于NS向，說(shuō)明地震對(duì)河北省應(yīng)變場(chǎng)的影響以EW向?yàn)橹鳌?/p>

(6) 記錄到階變型形變波的臺(tái)站主要集中在河北省北部，南部較少，認(rèn)為地震產(chǎn)生的能量對(duì)北部地區(qū)的影響大。

該文在撰寫(xiě)過(guò)程中得到張家口中心地震臺(tái)王曰風(fēng)高工的悉心指導(dǎo)，在此誠(chéng)表謝意！

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StudyonCoseismicResponseofDigitalDeformationObservationinHebeiafterNepal8.1Earthquake

LIUJing,YINHong-wei,LIFeng,LIRui-qing,ZHANGLei

(ShijiazhuangCentralSeismologicalStationofEarthquakeAdministrationofHebeiProvince,Shijiazhuang,Hebei050000,China)

Beijing time at 14:11 26.3 second on April 25, 2015Ms8.1 earthquake occurred in Nepal. Based on the analysis of seismic observation data during earthquake of each deformation station in Hebei Province, the characteristics of coseismic response are studied. The results show that all the items of deformation observation recorded this earthquake, and the coseismic response is divided into three types: oscillation, oscillation-order variable, order variable; The coseismic response amplitude of the same type of instruments at different stations is very different;The amplitude of the recorded waveform of the same instrument at the same station is different in different directions; The influence of the earthquake on the strain field is dominated by EW; The stations that recordedorder variable deformation wave are mainly in the northern part of Hebei province and less in the South; It is believed that the seismic activity in the northern part of Hebei province may be enhanced and the south is relatively quiet after the earthquake.

Deformationobservation;Coseismic response; Nepal earthquake

1000-6265(2017)03-0017-05

2017-01-07

劉 靜(1986— )，女，河北省邯鄲人。2010年畢業(yè)于河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)，助理工程師。

P315.72+5

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