黑龍江重力儀器對(duì)松原地震的同震響應(yīng)分析

李俊秋 張雁翔 周 晨 高雙玲 張思萌

（黑龍江省地震局，黑龍江 哈爾濱150090）

重力場(chǎng)是地球基本場(chǎng)之一，重力場(chǎng)隨時(shí)間、空間變化。通過對(duì)地球重力場(chǎng)的觀測(cè)，可研究地球質(zhì)量的分布、地球運(yùn)動(dòng)及地球自身變形規(guī)律。因而，重力場(chǎng)時(shí)空變化是地球動(dòng)力學(xué)的重要組成部分，對(duì)研究地震孕育過程，了解深部地殼環(huán)境的變化，十分重要[1]。重力儀是研究固體潮最主要的觀測(cè)儀器，PET/gPhone型重力儀是目前世界上應(yīng)用最廣泛的金屬彈簧重力儀[2]。臺(tái)站重力觀測(cè)是一種定點(diǎn)觀測(cè)方法，觀測(cè)記錄中主要成分是固體地球潮汐分量，通過分析獲得非潮汐結(jié)果。局部地殼的應(yīng)變、地震的形成過程、地下流體的運(yùn)動(dòng)都將引起地面重力場(chǎng)發(fā)生非潮汐變化。隨著對(duì)重力固體潮的深入研究，用于重力固體潮調(diào)和分析計(jì)算的方法和軟件也在不斷地完善，保加利亞的Venedikov 發(fā)展的調(diào)和分析方法是應(yīng)用成功的典型。VAV 方法就是在原有方法基礎(chǔ)上發(fā)展的新固體潮分析軟件，目前應(yīng)用較廣。

本文針對(duì)2018 年5 月28 日發(fā)生在吉林省松原市寧江區(qū)的M5.7 級(jí)地震，從黑龍江各重力臺(tái)站重力儀記錄到的波形的初動(dòng)、同震形態(tài)、最大形變幅度以及同震持續(xù)時(shí)間等方面研究其對(duì)吉林松原M5.7 級(jí)地震的同震響應(yīng)特征，并利用VAV 調(diào)和分析方法研究牡丹江臺(tái)重力固體潮的非潮汐變化，捕捉其疑似前兆信息。

1 黑龍江重力臺(tái)站基本情況

黑龍江省共有2 個(gè)重力觀測(cè)臺(tái)站，分別位于牡丹江和漠河。牡丹江臺(tái)觀測(cè)儀器為PET 型重力儀、漠河臺(tái)重力觀測(cè)儀器為gphone 型，兩套重力儀均為美國勞雷公司生產(chǎn)的金屬彈簧相對(duì)重力儀，均為秒采樣觀測(cè)儀，儀器均可長(zhǎng)期觀測(cè)而不用調(diào)整量程。

黑龍江省重力觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)近兩年整體觀測(cè)質(zhì)量保持穩(wěn)定。從連續(xù)觀測(cè)重力數(shù)據(jù)可見，兩個(gè)臺(tái)站重力固體潮形態(tài)清晰完整，曲線光滑，日動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)“雙峰雙谷”的周期性變化，且儀器靈敏度較高，對(duì)全球6.0 級(jí)左右地震均有較明顯的同震反應(yīng)。

2 吉林松原M5.7 級(jí)地震同震響應(yīng)特征分析

圖1 黑龍江省各重力臺(tái)站重力儀記錄的吉林松原M5.7 級(jí)地震觀測(cè)曲線圖

北京時(shí)間2018 年5 月28 日01 時(shí)50 分在吉林省松原市寧江區(qū)（北緯45.270，東經(jīng)124.710）發(fā)生了M5.7 源地震，震源深度13km。黑龍江重力臺(tái)網(wǎng)2 個(gè)臺(tái)站2 套重力儀全部記錄到此次地震。黑龍江重力觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)牡丹江臺(tái)震中距為392Km、漠河臺(tái)震中距927Km。牡丹江臺(tái)PET 重力儀01：50- 02：20 記錄到該地震，初動(dòng)方向向下，同震響應(yīng)觀測(cè)曲線表現(xiàn)形態(tài)為震蕩，同震響應(yīng)最大變化幅度為25035.05 (10-8×m/s2)，持續(xù)時(shí)間為30min。漠河臺(tái)gPhone 重力儀01：50- 02：25 記錄到該地震，初動(dòng)方向向下，同震響應(yīng)觀測(cè)曲線表現(xiàn)形態(tài)為突跳和向下階變，最大變化幅度為5928.91 (10-8×m/s2)，持續(xù)時(shí)間為35min。各臺(tái)站重力儀記錄到的吉林松原M5.7 級(jí)地震觀測(cè)曲線圖如圖1。

黑龍江重力臺(tái)網(wǎng)記錄到這次地震同震響應(yīng)主要表現(xiàn)形態(tài)為震時(shí)的曲線脈沖震蕩。牡丹江臺(tái)PET 型重力儀記錄的最大同震響應(yīng)變化幅度比漠河臺(tái)gPhone 型重力儀記錄的大很多，原因主要在于牡丹江臺(tái)震中距小，能量衰減少，最大同震響應(yīng)變化幅度就相對(duì)較大，此外，地震波傳播路徑及地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的差異，也會(huì)導(dǎo)致地震波能量衰減程度不同，從而記錄的最大同震響應(yīng)變化幅度也會(huì)不同。牡丹江臺(tái)和漠河臺(tái)兩個(gè)臺(tái)站記錄到的初動(dòng)方向均向下，從震源機(jī)制解可以判斷，此次事件為走滑型地震，而重力儀記錄到的地震初動(dòng)方向也恰好與之相對(duì)應(yīng)，綜上可以認(rèn)為，PET 和gPhone 型重力儀記錄得到的地震波信息頻段與地震儀記錄到的比較接近，初動(dòng)方向也比較可靠。

3 牡丹江臺(tái)重力固體潮殘差異常變化

2018 年5 月28 日21：19 吉林松原 M5.7 級(jí)地震發(fā)生時(shí)，黑龍江部分區(qū)域有明顯震感，地震發(fā)生后，黑龍江局立即啟動(dòng)地震應(yīng)急預(yù)案，黑龍江前兆臺(tái)網(wǎng)中心對(duì)全臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)儀器進(jìn)行掃描，評(píng)價(jià)了前兆臺(tái)網(wǎng)運(yùn)行情況，黑龍江重力臺(tái)網(wǎng)針對(duì)前期產(chǎn)出的事件分析記錄，組織前兆臺(tái)網(wǎng)部人員對(duì)牡丹江和漠河臺(tái)的前3 個(gè)月重力測(cè)項(xiàng)資料均進(jìn)行了重新梳理和認(rèn)真分析，未發(fā)現(xiàn)不明原因事件或疑似前兆異常，未填寫預(yù)報(bào)卡。

針對(duì)牡丹江地震臺(tái)PET 型相對(duì)重力儀2016 至2018 年8 月的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用VAV 調(diào)和分析方法，去除儀器零漂和氣壓的變化對(duì)重力的影響，得到牡丹江重力數(shù)據(jù)非潮汐變化特征，發(fā)現(xiàn)牡丹江固體潮殘差值自2017 年8 月開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，下降幅度15 微伽/月，總降幅200 微伽。且自2018 年起，殘差下降速率高于2017 年。

針對(duì)此次出現(xiàn)的固體潮非潮汐變化，前兆工作人員進(jìn)洞檢查，重力儀器未出現(xiàn)底腳繡蝕現(xiàn)象，輔助觀測(cè)測(cè)項(xiàng)顯示儀器工作正常，儀器墩未出現(xiàn)開裂沉降現(xiàn)象，山洞未出滴水滲漏潮濕現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)明顯的異常。牡丹江臺(tái)站10 公里內(nèi)無大型水庫、河流、大型抽水站等干擾源。臺(tái)站山洞直線距離30 米有鄉(xiāng)村公路，經(jīng)對(duì)比其他儀器受過往車輛影響情況下，未對(duì)重力觀測(cè)造成顯著干擾影響。山洞東南方向自2011 年開始大量興建居民樓，距離測(cè)點(diǎn)1 公里左右。該工程目前已建成樓房100 余棟，還在不斷施工，并向測(cè)點(diǎn)靠近。但從牡丹江臺(tái)周邊開發(fā)情況圖圖形對(duì)比上看，工程施工對(duì)重力觀測(cè)影響不大。牡丹江地震臺(tái)有氣溫、氣壓和降雨氣象三要素的輔助觀測(cè)。從三要素曲線圖可以看出，氣壓和溫度都是年的季節(jié)性變化規(guī)律，雖然降雨從2017 年以來表現(xiàn)出降雨量增大的特征，但仍然呈現(xiàn)年的季節(jié)性變化規(guī)律，同時(shí)未見人為因素導(dǎo)致的重力非潮汐變化異常，認(rèn)為此次變化和人為干擾無關(guān)。

PET 重力儀的UPS 指示燈正常，從內(nèi)部溫度氣壓曲線圖可以看出，儀器內(nèi)溫恒定在53.45℃，但內(nèi)部氣壓呈下降趨勢(shì)，月均下降0.95Pa。牡丹江臺(tái)PET 重力儀自2007 年安裝以來，已運(yùn)轉(zhuǎn)11 年，服務(wù)年限過長(zhǎng)，應(yīng)考慮儀器彈簧工作狀態(tài)是否有所變化。在排除自然環(huán)境、場(chǎng)地環(huán)境及人為干擾后，認(rèn)為牡丹江臺(tái)重力固體潮非潮汐的異常變化與儀器內(nèi)部氣壓下降有關(guān)。

4 結(jié)論

黑龍江省重力觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)從2016 年起的近三年整體觀測(cè)質(zhì)量保持穩(wěn)定。并能記錄到絕大多數(shù)地震的同震響應(yīng)。黑龍江重力臺(tái)網(wǎng)記錄到吉林松原M5.7 級(jí)這次地震的同震響應(yīng)表現(xiàn)形態(tài)大致相同，僅最大同震響應(yīng)變化幅度不同。這與震中距、地震波傳播路徑及地質(zhì)結(jié)構(gòu)都有一定關(guān)系，從而導(dǎo)致記錄的最大同震響應(yīng)變化幅度不同。兩臺(tái)站重力儀記錄到的地震初動(dòng)方向與地震儀記錄到的一致，地震波信息頻段與地震儀記錄到也比較接近。

關(guān)于牡丹江臺(tái)2017 年7 月起重力固體潮殘差的下降變化，可以排除地震前兆異常的可能，認(rèn)為與儀器內(nèi)壓一直呈下降趨勢(shì)，儀器彈簧工作狀態(tài)變化有關(guān)，其相關(guān)性有待進(jìn)一步研究。