銀川臺(tái)石英擺傾斜儀異常特征及預(yù)測(cè)指標(biāo)分析

李自芮，馬翀之，崔 瑾，朱鵬濤

（寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

地傾斜觀測(cè)是地殼形變測(cè)量的手段之一，它能連續(xù)監(jiān)測(cè)地殼傾斜速度及方向的變化。在地震孕育的初期，地殼產(chǎn)生彈性形變，隨著應(yīng)力的積累不斷增強(qiáng)，形變加速，介質(zhì)發(fā)生塑性變化，當(dāng)震源體的應(yīng)力達(dá)到其介質(zhì)破裂的臨界值時(shí)，震源區(qū)進(jìn)入非穩(wěn)定狀態(tài)，地殼形變也會(huì)出現(xiàn)一些轉(zhuǎn)折和加速等特征。總之，在構(gòu)造力的作用下，致使區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)增強(qiáng)以及在一些易積累應(yīng)力的構(gòu)造上形成震源體，在地震孕育的整個(gè)過(guò)程中都伴隨著地殼形變[1]。

1 觀測(cè)背景介紹

銀川臺(tái)石英擺傾斜儀于80年代投入觀測(cè)，架設(shè)于寧夏賀蘭山東麓斷裂西側(cè)的一山洞里，洞體基巖為花崗片麻巖，覆蓋厚度約50m，進(jìn)深約100m，無(wú)植被。經(jīng)過(guò)洞室的不斷改造，觀測(cè)資料于1989年之后趨于正常，觀測(cè)精度高于10-8量級(jí)[2]。

2 研究區(qū)域

依據(jù)銀川臺(tái)臺(tái)站位置及其監(jiān)測(cè)能力范圍，本文確定研究區(qū)域?yàn)殂y川臺(tái)石英擺傾斜儀觀測(cè)資料異常變化與周邊400km范圍內(nèi)發(fā)生的MS5.0以上地震之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并給出地震預(yù)測(cè)指標(biāo)。根據(jù)觀測(cè)資料精度定義各級(jí)地震的監(jiān)測(cè)能力范圍為：

本文統(tǒng)計(jì)了在銀川臺(tái)監(jiān)測(cè)能力范圍內(nèi)，自1989年以來(lái)發(fā)生的MS5.0以上地震震例，并且分析了對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)石英擺傾斜儀觀測(cè)資料的變化情況，結(jié)果表明：在銀川臺(tái)周邊400km范圍內(nèi)發(fā)生的MS5.0以上地震前，石英擺傾斜儀觀測(cè)資料均有不同程度的異常反應(yīng)。1989年以來(lái)銀川臺(tái)周邊地區(qū)發(fā)生MS5.0以上地震統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 1989年以來(lái)銀川臺(tái)周邊地區(qū)發(fā)生MS5.0以上地震統(tǒng)計(jì)

值得一提的是：在離銀川臺(tái)千里之外的昆侖山口西8.1級(jí)強(qiáng)震前，銀川臺(tái)石英擺傾斜儀同樣記錄到了信度較高的異常變化[3]，2008年四川汶川8.0級(jí)地震與銀川臺(tái)石英擺傾斜儀觀測(cè)資料也存在一定程度的關(guān)聯(lián)。因此，在分析資料異常變化特征與地震對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)一并進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

3 觀測(cè)資料異常特征分析

3.1 形態(tài)分析

形態(tài)分析是根據(jù)原始資料的變化形態(tài)進(jìn)行分析的一種方法。通常當(dāng)資料的正常變化規(guī)律被打破而出現(xiàn)異常變化時(shí)，若經(jīng)分析斷定非干擾所致，便可認(rèn)為資料出現(xiàn)了異常。

圖1 銀川臺(tái)石英擺傾斜儀五日均值曲線Fig.1 The 5-day mean curve of quartz pendulum in Yinchuan Seismic Station

表2 銀川臺(tái)石英擺傾斜儀五日均值異常變化特征及對(duì)應(yīng)地震情況

銀川臺(tái)石英擺傾斜儀觀測(cè)曲線存在正弦曲線形態(tài)的年變規(guī)律，兩個(gè)方向的變化規(guī)律基本一致：每年NS向先向北傾斜，EW向先向東傾斜，2—4月NS向轉(zhuǎn)為向南傾斜，EW向轉(zhuǎn)為向西傾斜，9—11月NS向又轉(zhuǎn)為向東傾斜，EW向又轉(zhuǎn)為向東傾斜，變化幅度NS向約1.3角秒/年，EW向約1.4角秒/年，總體趨勢(shì)上來(lái)說(shuō)NS向北傾，EW向西傾。石英擺傾斜儀形態(tài)曲線在幾次中強(qiáng)地震和昆侖山8.1級(jí)地震、汶川8.0級(jí)地震前均出現(xiàn)了異常變化，銀川臺(tái)石英擺傾斜儀五日均值線圖如圖1所示，異常變化特征以及對(duì)應(yīng)地震情況如表2所示。

3.2 潮汐因子γ值分析

地球固體潮汐是人們事先可以預(yù)測(cè)和精確測(cè)量到的一種自然現(xiàn)象。通過(guò)理論研究和長(zhǎng)期觀測(cè)確認(rèn)，地殼內(nèi)應(yīng)變積累到一定程度，會(huì)使介質(zhì)物性發(fā)生變化，從而導(dǎo)致該地實(shí)測(cè)的固體潮振幅發(fā)生變化。在正常情況下，假設(shè)地球?yàn)閯傮w時(shí)所計(jì)算的當(dāng)?shù)氐睦碚摮闭穹鶠锳，與當(dāng)?shù)貙?shí)測(cè)的固體潮振幅A′之比AA′稱為傾斜固體潮振幅因子γ，它是十分穩(wěn)定的[4]。使用M2波的潮汐因子值作為實(shí)用指標(biāo)，維尼迪可夫調(diào)和分析方法進(jìn)行計(jì)算，潮汐因子值經(jīng)過(guò)三月一平均，一月一滑動(dòng)處理，如果潮汐因子值偏離正常值的1.5倍中誤差，便認(rèn)為自偏離時(shí)刻起資料進(jìn)入異常變化時(shí)段。圖2為銀川臺(tái)石英擺傾斜儀M2波潮汐因子曲線，從圖中可以看出，M2波潮汐因子值曲線在幾次中強(qiáng)地震前出現(xiàn)異常變化，異常變化特征見表3。

3.3 異常成功率統(tǒng)計(jì)

本文使用寧夏形變觀測(cè)資料，對(duì)形變監(jiān)測(cè)能力范圍內(nèi)形變異常的成功率進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。成功率η定義為[5]：

按觀測(cè)資料異常特征與地震對(duì)應(yīng)情況，統(tǒng)計(jì)了銀川臺(tái)石英擺傾斜儀觀測(cè)資料異常成功率，結(jié)果如表4所示。

圖2 銀川臺(tái)石英擺傾斜儀M2波潮汐因子曲線（三月一平均，一月一滑動(dòng)）Fig.2 The quartz pendulum tiltmeter M2 wave tidal factor curve in Yinchuan Seismic station(on average once every 3 months, sliding once a month)

表3 銀川臺(tái)石英擺傾斜儀M2波潮汐因子異常變化特征及對(duì)應(yīng)地震情況

表4 銀川臺(tái)石英擺傾斜儀觀測(cè)資料異常成功率

4 結(jié)論與討論

綜合以上分析可知，銀川臺(tái)石英擺傾斜儀對(duì)監(jiān)測(cè)能力范圍內(nèi)中強(qiáng)以上地震有一定的監(jiān)測(cè)能力，震前異常主要體現(xiàn)為趨勢(shì)異常、破年變異常、M2波潮汐因子低于1.5倍中誤差。依據(jù)本文對(duì)觀測(cè)資料的分析總結(jié)，給出了銀川臺(tái)石英擺傾斜儀觀測(cè)資料預(yù)報(bào)地震的預(yù)測(cè)指標(biāo)如下：

（1）銀川臺(tái)石英擺傾斜儀觀測(cè)資料出現(xiàn)長(zhǎng)趨勢(shì)異常、破年變異常，可判斷未來(lái)2年將會(huì)發(fā)生MS5.0以上地震；特別注意在趨勢(shì)異常背景下出現(xiàn)的破年變異常，可判斷較長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生強(qiáng)震的可能；

（2）用維尼迪可夫調(diào)和分析方法按月計(jì)算M2波潮汐因子值，經(jīng)過(guò)三月一平均，一月一滑動(dòng)處理，潮汐因子值若偏離正常值1.5倍中誤差，便認(rèn)為自偏離時(shí)刻起進(jìn)入異常變化時(shí)段，異常變化出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折，可判斷未來(lái)1年左右將會(huì)發(fā)生MS5.0以上地震。