銀川臺(tái)地形變觀測(cè)資料映震效能研究及動(dòng)力源探討

李自芮，馬翀之，朱鵬濤，崔 瑾，馬禾青

（寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

地殼形變是地震孕育、發(fā)生過程中最突出的物理現(xiàn)象，它與地震的關(guān)系最為直接，具有明確的幾何和物理意義。大量事實(shí)證明，如1975年海城7.3級(jí)、1976年唐山7.8級(jí)和2001年昆侖山口西8.1級(jí)地震前都出現(xiàn)了突出的地殼形變異常。

銀川基準(zhǔn)臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱銀川臺(tái)）的定點(diǎn)形變觀測(cè)始于1984年，是國(guó)家基準(zhǔn)臺(tái)。觀測(cè)初期由于洞室更換頻繁，觀測(cè)資料變化極其不穩(wěn)定，1990年以后才出現(xiàn)穩(wěn)定的、具有明顯年動(dòng)態(tài)變化的觀測(cè)形態(tài)。隨著“九五”、“十五”數(shù)字化改造，目前銀川臺(tái)配有重力、水管傾斜、石英擺傾斜、洞體應(yīng)變、鉆孔應(yīng)變5套形變觀測(cè)儀器，成為寧夏北部震情跟蹤的重要觀測(cè)臺(tái)站之一。因此，本文通過統(tǒng)計(jì)和分析地形變觀測(cè)資料在寧夏及周邊地區(qū)中強(qiáng)以上地震前的異常特征，對(duì)該臺(tái)地形變觀測(cè)資料的映震效能做出正確的認(rèn)識(shí)和客觀的評(píng)價(jià)，對(duì)地震前兆研究具有實(shí)際意義。

1 臺(tái)站背景

銀川臺(tái)位于寧夏賀蘭山東麓斷裂西側(cè)，海拔1545米。賀蘭山東麓斷裂帶北起正誼關(guān)，沿賀蘭山東麓向南西曲折延伸，止于關(guān)頭，長(zhǎng)度約125千米，為銀川地塹的西側(cè)構(gòu)造邊界，斷層西側(cè)是高聳的賀蘭山，東側(cè)為盆地，斷裂兩側(cè)的地貌對(duì)照強(qiáng)烈［1］。銀川地形變觀測(cè)硐體基巖為閃長(zhǎng)花崗片麻巖，山洞進(jìn)深約100米，覆蓋厚度50余米，山體表面植被稀少。儀器室日溫差小于0.01℃，年溫差小于0.6℃ ，濕度在55～80%之間，符合觀測(cè)規(guī)范要求［2］。

2 資料可靠性分析

銀川臺(tái)重力儀、水管傾斜儀于2001年進(jìn)行了“九五”數(shù)字化改造，并于同年增加了石英擺伸縮儀。2007年“十五”期間，增加了一套石英擺傾斜儀、一套鉆孔應(yīng)變儀。模擬石英擺傾斜儀于2010年4月由于石英絲斷裂而停止觀測(cè)。2008年以來(lái)，銀川臺(tái)配有5套地形變觀測(cè)儀器，其中石英擺伸縮儀、鉆孔應(yīng)變儀受抽水干擾變化幅度顯著，應(yīng)變固體潮波形不夠光滑，其它3套儀器觀測(cè)的固體潮波形光滑，可觀測(cè)到周日波、半日波等周期規(guī)律。本文分別對(duì)以上各套觀測(cè)儀器選取無(wú)人為干擾時(shí)段的觀測(cè)資料做Venedikov調(diào)和分析，結(jié)果見表1。從表1中的M2波潮汐因子中誤差可以看出，除伸縮應(yīng)變、鉆孔應(yīng)變受抽水影響結(jié)果較差外，重力、水管傾斜、石英擺傾斜觀測(cè)資料的質(zhì)量均較高，可達(dá)到國(guó)內(nèi)固體潮觀測(cè)的一類精度水平。同時(shí)，2007年“十五”數(shù)字化改造之后，銀川臺(tái)周邊未發(fā)生中強(qiáng)以上地震，伸縮應(yīng)變、鉆孔應(yīng)變觀測(cè)資料對(duì)本文前兆異常震例分析影響不大。由于地形變觀測(cè)的理論基礎(chǔ)及固體潮的處理方法都比較成熟［3］，所以本文側(cè)重于根據(jù)資料的不同變化形態(tài)選取相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法對(duì)資料進(jìn)行非潮汐計(jì)算分析，提取前兆異常信息。

表1 銀川臺(tái)地形變觀測(cè)固體潮整點(diǎn)值調(diào)和分析結(jié)果

3 震例分析

1990年以來(lái)銀川臺(tái)及周邊地區(qū)發(fā)生中強(qiáng)以上地震8次，強(qiáng)遠(yuǎn)震2次，地震參數(shù)見表2。其中1990年甘肅景泰6.2級(jí)地震、1991年內(nèi)蒙古阿拉善左旗2次5級(jí)地震，1996年內(nèi)蒙古包頭6.4級(jí)地震，2011年昆侖山口西8.1級(jí)地震和2003年甘肅民樂6.1級(jí)地震前寧夏地形變觀測(cè)均不同程度地記錄到了地震前兆異常信息［4-8］，異常變化特征分述如下。

表2 1990年以來(lái)銀川臺(tái)及周邊地區(qū)Ms5.0以上地震及強(qiáng)遠(yuǎn)震統(tǒng)計(jì)

3.1 1990年甘肅景泰6.2級(jí)地震

1990年10月20日甘肅景泰6.2級(jí)地震前銀川石英擺傾斜儀觀測(cè)資料出現(xiàn)破年變異常變化。其NS向在1990年不但無(wú)下降過程，還出現(xiàn)了一個(gè)總體上升的變化過程，變化形態(tài)與往年同期迥異；EW向1989年下降幅度約1.2角秒，低于其它年份，并在下降過程中的7—10月出現(xiàn)一個(gè)局部東傾變化，該異常為中期異常；潮汐因子在1990年3—8月出現(xiàn)高值異常變化。

3.2 1991年內(nèi)蒙古阿拉善左旗2次5級(jí)地震

1991年內(nèi)蒙古阿拉善左旗連續(xù)發(fā)生2次5級(jí)以上中強(qiáng)地震，其中前兩次地震前銀川臺(tái)重力潮汐因子出現(xiàn)高值異常變化，異常最大幅度2.7%，持續(xù)時(shí)間3個(gè)月，為短期異常。

3.3 1996年內(nèi)蒙古包頭6.4級(jí)地震

1996年5月3日內(nèi)蒙古包頭6.4級(jí)地震前銀川重力日均值出現(xiàn)速率變小的異常變化。從3月23日起，重力變化速率由原來(lái)的6.3 ugal/d變成2.3 ugal/d，一直持續(xù)到4月21日，異常延續(xù)了30天，異常幅度達(dá)1302.3 ugal。4月22日起變化速率突然增大，超過原來(lái)正常變化速率，持續(xù)8天后于5月1日再次變小，5月3日發(fā)生包頭6.4級(jí)地震，震后重力資料恢復(fù)正常。石英擺傾斜儀EW向1995年8月起出現(xiàn)反向東傾變化，11月恢復(fù)，形成一鼓包型異常形態(tài)，其潮汐因子自1995年2月起出現(xiàn)不同程度的低值異常變化。

3.4 2011年昆侖山口西8.1級(jí)地震

2001年11月14日昆侖山口西8.1級(jí)強(qiáng)震前銀川石英擺傾斜資料出現(xiàn)了明顯的異常變化。其EW向自2001年4月開始出現(xiàn)西傾加速變化，年變幅度超出正常變化三分之一，潮汐因子NS向1999年8月開始出現(xiàn)2次高值波動(dòng)異常，EW向1998年起出現(xiàn)波動(dòng)連續(xù)下降，地震后各向異常逐步恢復(fù)。

3.5 2003年甘肅民樂6.1級(jí)地震

2003年10月25日甘肅民樂6.1級(jí)地震前銀川重力觀測(cè)資料出現(xiàn)了一定的異常變化。其日均值自8月24日開始出現(xiàn)規(guī)律的正弦波形態(tài)，年底前結(jié)束；潮汐因子8月底開始出現(xiàn)低值變化，震前恢復(fù)，但異常幅度相對(duì)較小。

銀川臺(tái)地形變觀測(cè)資料的震例統(tǒng)計(jì)見表3。從表3可以看出，觀測(cè)資料在幾次地震前均不同程度的記錄到了地震前兆異常信息，其中石英擺傾斜儀主要表現(xiàn)為中短期異常，重力儀表現(xiàn)多為短、臨異常，且隨著地震強(qiáng)度的增大，異常時(shí)間、異常幅度均有所增大。

表3 銀川臺(tái)地形變觀測(cè)資料震例異常統(tǒng)計(jì)

4 前兆異常信息動(dòng)力背景

寧夏及其鄰近地區(qū)處在青藏亞板塊內(nèi)的甘—青塊體與華北亞板塊內(nèi)的鄂爾多斯塊體及新疆亞板塊內(nèi)的阿拉善塊體的結(jié)合區(qū)，即寧夏及鄰區(qū)是由三個(gè)構(gòu)造活動(dòng)差異顯著的塊體拼合而成。其東部是鄂爾多斯塊體，是中國(guó)大陸上最完整、最穩(wěn)定的斷塊之一，中生代以來(lái)的沉積蓋層變形甚微，歷史上以及近代幾乎沒有地震活動(dòng)。西北部是阿拉善塊體，是一個(gè)基底面很高、蓋層很薄的古老地塊，堅(jiān)硬程度不亞于鄂爾多斯塊體，但其內(nèi)部近代地震活動(dòng)比較顯著，曾發(fā)生了1954年甘肅民勤7級(jí)地震，顯示有活化分解的跡象。西南部是一個(gè)相對(duì)柔軟、復(fù)雜、現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)和地震活動(dòng)都很強(qiáng)烈的區(qū)域，屬于甘—青塊體。在這三個(gè)塊體相交地帶，夾持著一個(gè)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的三角地帶，即銀川地塹和賀蘭山地壘。銀川臺(tái)正好位于寧夏賀蘭山東麓斷裂西側(cè)，主要?jiǎng)恿?lái)源于青藏高原東北方向的擠壓，因此，周邊強(qiáng)震的發(fā)生對(duì)銀川地塹和賀蘭山地壘具有較強(qiáng)的作用，也造成強(qiáng)震前銀川臺(tái)形變資料出現(xiàn)顯著的異常變化。

5 結(jié)論與問題

（1）通過1990年以來(lái)銀川臺(tái)及周邊地區(qū)發(fā)生中強(qiáng)地震和強(qiáng)遠(yuǎn)震的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，10次震例中，銀川臺(tái)地形變觀測(cè)資料記錄到了6次地震，映震效果比較好。石英擺傾斜儀主要表現(xiàn)為中短期異常，重力儀表現(xiàn)多為短、臨異常，且隨著地震強(qiáng)度的增大，異常時(shí)間、異常幅度均有所增大。從其動(dòng)力學(xué)背景也可以看出，寧夏周邊地質(zhì)背景復(fù)雜，銀川臺(tái)由于受到青藏高原東北方向的擠壓，會(huì)在強(qiáng)震前捕捉到地形變的異常變化信息，對(duì)寧夏及周邊中強(qiáng)以上地震有一定的監(jiān)測(cè)能力。

（2） 本文只討論了銀川臺(tái)形變觀測(cè)資料對(duì)中強(qiáng)地震和強(qiáng)遠(yuǎn)震的映震效能，未來(lái)的方向希望通過更多的震例和方法，對(duì)銀川臺(tái)形變觀測(cè)資料異常變化所對(duì)應(yīng)的地震方位和震級(jí)大小做一個(gè)定性或定量的研究。