應(yīng)城MS4.9地震前第二類地脈動(dòng)信號(hào)異常分析

韋 進(jìn) 呂品姬 郝洪濤 王建偉 栗 寧 胡敏章

1 中國(guó)地震局地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，4300712 武漢引力與固體潮國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，武漢市洪山側(cè)路40號(hào)，430071

湖北地處揚(yáng)子塊體內(nèi)部，西鄰四川盆地，秦嶺大別褶皺系從西北向東南穿過湖北北部。近年來(lái)，長(zhǎng)江中游的巴東-秭歸段和襄樊-廣濟(jì)斷裂附近地震頻發(fā)，特別是2013年蘆山MS7.0地震后，這些地方多次發(fā)生MS4.0～5.0構(gòu)造地震。2019-12-26湖北應(yīng)城(113.40°E，30.87°N)的MS4.9地震就發(fā)生在襄樊-廣濟(jì)斷裂的延伸斷裂上(圖1)。

圖1 研究區(qū)地震活動(dòng)以及重力臺(tái)分布Fig.1 Seismicity and distribution of gravitystations in the studied area

2010年中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目在距震中173 km的襄陽(yáng)臺(tái)安裝了gPhone重力儀。由圖2可見，在湖北與重慶交界處及其鄰區(qū)發(fā)生MS5.0左右地震(石柱MS4.5、墊江MS4.4、武隆MS5.0、銅仁MS4.9)后，如果襄陽(yáng)臺(tái)gPhone重力站DF地脈動(dòng)信號(hào)(頻率范圍為0.1～0.5 Hz)處于高值或減弱過程時(shí)，在竹山斷裂、長(zhǎng)江中游巴東-秭歸段、襄樊-廣濟(jì)斷裂鄰區(qū)易發(fā)生MS4.5左右地震(巴東MS5.1、秭歸MS4.3、秭歸MS4.5)，本次應(yīng)城MS4.9地震符合這一規(guī)律。

圖2 應(yīng)城地震前襄陽(yáng)臺(tái)DF地脈動(dòng)信號(hào)的異常變化Fig.2 Abnormal variation of DF microseisms at Xiangyang station before Yingcheng earthquake

為研究襄陽(yáng)臺(tái)震前異常的可信度，利用地震背景噪聲能量輻射全球模型[1](Ardhuin seismic spectra model, ASSM)和西太平洋臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)，分析應(yīng)城MS4.9地震前襄陽(yáng)臺(tái)短期DF地脈動(dòng)信號(hào)增強(qiáng)變化可能的干擾因素；并從研究區(qū)地震成組活動(dòng)規(guī)律出發(fā)，在更長(zhǎng)時(shí)間尺度和更大空間范圍分析DF地脈動(dòng)信號(hào)周期性和地震活動(dòng)周期性的相關(guān)規(guī)律，總結(jié)討論本區(qū)域地震易發(fā)的時(shí)段和位置。為彌補(bǔ)ASSM不包含觀測(cè)站近場(chǎng)源信號(hào)的不足，本文還利用恩施-襄陽(yáng)DF地脈動(dòng)信號(hào)基線討論了長(zhǎng)江巴東-秭歸段及襄樊-廣濟(jì)斷裂附近地震前的異常特征，為未來(lái)湖北及其鄰區(qū)MS4.5左右地震位置和時(shí)段的預(yù)測(cè)提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

1 觀測(cè)數(shù)據(jù)處理方法和DF地脈動(dòng)信號(hào)模擬

1.1 連續(xù)重力觀測(cè)站

襄陽(yáng)臺(tái)建于1981年，地處襄陽(yáng)市西南隆中地區(qū)，距古隆中以東約1 km，中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)工程(CMONOC)在臺(tái)站內(nèi)開挖山洞并建立了連續(xù)重力觀測(cè)站[2]，配備具有良好高頻特性的gPhone連續(xù)重力觀測(cè)儀進(jìn)行重力固體潮觀測(cè)[3]，截至目前已有近10 a的1 Hz采樣觀測(cè)資料。

1.2 連續(xù)重力觀測(cè)資料的處理與分析

本文選擇襄陽(yáng)臺(tái)2013～2020年1 Hz頻率的重力固體潮觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用加速度和垂直位移功率譜密度關(guān)系，以1 024 s為窗長(zhǎng)、512 s為滑動(dòng)步長(zhǎng)逐天用加窗傅里葉方法計(jì)算功率譜密度隨時(shí)間的變化，同時(shí)計(jì)算DF地脈動(dòng)信號(hào)的垂直位移X(ti)(以下簡(jiǎn)稱垂直位移)：

10lg(PSDD(fi))=

10lg(PSDA(fi))+10lg(ti/2π)2

(1)

(2)

式(1)中，PSDA(fi)為加速度功率譜密度，單位(m/s2)2/Hz；PSDD(fi)為垂直位移功率譜密度，單位m2/Hz；ti為各頻段周期，fi為各頻段頻率，兩者關(guān)系為ti= 1/fi。式(2)中指定時(shí)刻的功率譜密度用Fs(λ,φ,fs,ti)表示，其中λ為臺(tái)站經(jīng)度，φ為臺(tái)站緯度，fs為站點(diǎn)ti中心時(shí)刻功率譜密度的頻率，dfs為功率譜密度頻率的變化，f1為起始頻率，f2為結(jié)束頻率。DF地脈動(dòng)信號(hào)的起止頻率為0.1～0.5 Hz。

1.3 DF地脈動(dòng)信號(hào)模擬

地震背景噪聲的信號(hào)來(lái)源一直以來(lái)備受爭(zhēng)議，其中法國(guó)海洋開發(fā)研究院研制的ASSM模型已被應(yīng)用于DF地脈動(dòng)信號(hào)的激發(fā)機(jī)制、激發(fā)模式及源區(qū)定位等研究[4-6]，觀測(cè)值和模擬結(jié)果的相關(guān)性超過90%。為判定襄陽(yáng)臺(tái)DF地脈動(dòng)信號(hào)的影響因素，本文利用ASSM中一個(gè)包含海岸反射效應(yīng)的模型(REF，以下簡(jiǎn)稱反射模型)和一個(gè)不考慮海岸反射效應(yīng)的模型(NOREF，以下簡(jiǎn)稱非反射模型)正演襄陽(yáng)臺(tái)所在區(qū)域2010～2019年全球海浪激發(fā)的脈動(dòng)信號(hào)，正演時(shí)選擇地震波群速度為1 800 km/s，品質(zhì)因子Q為200，2019年僅提供反射模型。

2 數(shù)據(jù)處理和震前異常總結(jié)分析

2.1 應(yīng)城地震前襄陽(yáng)臺(tái)垂直位移變化特征

本文計(jì)算應(yīng)城MS4.9地震發(fā)生年份的功率譜密度的時(shí)間變化和垂直位移，從中國(guó)氣象局熱帶氣旋資料中心收集臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)[7-8]，正演ASSM結(jié)果(圖3)，并加以分析比較。

圖3(a)的時(shí)頻分析結(jié)果中可見同震和地脈動(dòng)信號(hào)，同震信號(hào)雖持續(xù)時(shí)長(zhǎng)短，但在0～0.5 Hz頻段能量連續(xù)；臺(tái)風(fēng)激發(fā)的信號(hào)則以0.1 Hz為分水嶺，有數(shù)天時(shí)間的連續(xù)，其中0.1～0.3 Hz頻段信號(hào)較突出。

由式(2)計(jì)算的襄陽(yáng)臺(tái)垂直位移從2019-01開始以(0.05～0.10)×10-6m的振幅持續(xù)振蕩變化至3月下旬，4～6月振蕩平緩，7月上旬在西太平洋臺(tái)風(fēng)激發(fā)下脈動(dòng)信號(hào)激增至(0.2～0.8)×10-6m，8～9月振幅最強(qiáng)，10月上旬開始振幅逐漸從0.2×10-6m減小至0.1×10-6m。應(yīng)城MS4.9地震發(fā)生在振幅逐漸減小到0.1×10-6m的過程中，發(fā)震時(shí)刻前后有與中國(guó)海岸線平均距離為1.5 km、最強(qiáng)等級(jí)為5級(jí)的Phanfone臺(tái)風(fēng)在接近中國(guó)大陸(圖3(b))。研究表明，2001年昆侖山口MS8.1地震[9]、2008年汶川MS8.0地震[10-11]前也有臺(tái)風(fēng)激發(fā)信號(hào)干擾地震前慢地震信號(hào)的判斷。

地震當(dāng)月結(jié)果(圖3(b))顯示，DF地脈動(dòng)信號(hào)從地震前的0.05×10-6m增加到地震時(shí)的 0.1×10-6m，地震時(shí)刻垂直位移已達(dá)到了Kammuri臺(tái)風(fēng)時(shí)段位移的1/2，增大過程為2019-12-26 00:00～10:00共10 h，而反射模型結(jié)果卻沒有明顯增強(qiáng)跡象，表明震前的增強(qiáng)信號(hào)并非全為遠(yuǎn)場(chǎng)海浪激發(fā)信號(hào)干涉引起。

2.2 觀測(cè)季節(jié)性變化特征分析

應(yīng)城MS4.9地震前有0.1×10-6m的垂直位移異常變化，但在更長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)，存在很多有類似變化而未發(fā)生地震的情況。與平靜時(shí)段相比(圖3(b)灰色部分)，觀測(cè)位移和模型垂直位移在臺(tái)風(fēng)時(shí)段的相關(guān)性更好(圖3(a))，所以直接將上述有臺(tái)風(fēng)干擾的短期增強(qiáng)信號(hào)作為地震前的慢地震活動(dòng)而不是臺(tái)風(fēng)的干擾依然無(wú)法讓人信服?？紤]到襄陽(yáng)臺(tái)周邊地震活動(dòng)存在成組特征，本文在計(jì)算2013年以來(lái)襄陽(yáng)臺(tái)觀測(cè)位移和模型的垂直位移的基礎(chǔ)上，通過地震成組規(guī)律討論易發(fā)生地震時(shí)段的DF地脈動(dòng)信號(hào)特征(圖4)。

與2019年結(jié)果相似，每年7～9月臺(tái)風(fēng)頻發(fā)時(shí)段襄陽(yáng)臺(tái)觀測(cè)位移和模型結(jié)果都有DF地脈動(dòng)信號(hào)突變?cè)鰪?qiáng)的季節(jié)性變化特征，兩者的垂直位移均約為(0.2～0.8)×10-6m。觀測(cè)中還包含每年10月至次年3月約(0.05～0.2)×10-6m緩慢漸變的季節(jié)性信號(hào)(圖4(a))，前者和西太平洋臺(tái)風(fēng)發(fā)生時(shí)段及ASSM模擬結(jié)果高度吻合，后者與云南寬頻帶地震計(jì)觀測(cè)到的脈動(dòng)信號(hào)季節(jié)性變化特征[12]一致。后者時(shí)段的高噪聲變化和模擬結(jié)果約0.05×10-6m的差異表明，該時(shí)段的觀測(cè)信號(hào)中還包含非海浪激發(fā)的其他同頻信號(hào)。應(yīng)城MS4.9地震就發(fā)生在垂直位移(0.05～0.2)×10-6m緩慢漸變的季節(jié)性周期時(shí)段。

2.3 襄陽(yáng)臺(tái)周邊地震活動(dòng)及其與DF地脈動(dòng)信號(hào)的相互關(guān)系

強(qiáng)震后由于區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整遠(yuǎn)場(chǎng)地區(qū)的地震活動(dòng)會(huì)在0.5 a或1 a時(shí)間內(nèi)開始變得劇烈，如會(huì)理MS6.1、姚安MS6.0地震就在汶川MS8.0地震后的大背景下0.5 a或1 a時(shí)間內(nèi)發(fā)生[13]。日本MS9.0地震后，約1 000 km外的華北和東北應(yīng)力場(chǎng)也出現(xiàn)變化[14]，從地層的尺度看，它們是同一地層或地層延伸段的地質(zhì)活動(dòng)。雖然從地質(zhì)角度看，這些地震震中橫跨多個(gè)構(gòu)造多條斷裂，但從時(shí)間角度來(lái)看，強(qiáng)震后的地震活動(dòng)和強(qiáng)震本身會(huì)成組出現(xiàn)。蘆山MS7.0地震后長(zhǎng)江中游巴東-秭歸段和襄樊-廣濟(jì)斷裂及鄰區(qū)也陸續(xù)發(fā)生4～5級(jí)地震，該現(xiàn)象與龍門山-襄廣弧帶兩側(cè)和中部地震成組活動(dòng)規(guī)律是一致的[15]。本文驗(yàn)證了蘆山MS7.0地震后襄陽(yáng)臺(tái)2013～2019年周邊600 km范圍內(nèi)MS4.0以上地震和DF地脈動(dòng)信號(hào)的相互關(guān)系(圖5)。

圖5 襄陽(yáng)臺(tái)周邊MS4.0以上地震活動(dòng)與DF地脈動(dòng)信號(hào)的關(guān)系Fig.5 Relationship between seismicity above MS4.0 and DF microseisms signals around Xiangyang station

資料顯示，襄陽(yáng)臺(tái)周邊600 km范圍內(nèi)地震震中主要分布在秦嶺-大別褶皺系南側(cè)的竹山斷裂、襄樊-廣濟(jì)斷裂、長(zhǎng)江中游巴東-秭歸段及西部的七曜山-金佛山斷裂附近。從發(fā)震時(shí)段來(lái)看，蘆山MS7.0地震后，湖北境內(nèi)MS4.5左右地震和七曜山-金佛山斷裂附近地震呈成組活動(dòng)特征。當(dāng)七曜山-金佛山斷裂附近發(fā)生MS5.0左右地震后3～10個(gè)月，長(zhǎng)江中游巴東-秭歸段及襄樊-廣濟(jì)斷裂附近就會(huì)發(fā)生MS4.5左右的地震，這些地震都發(fā)生在襄陽(yáng)臺(tái)周邊200 km范圍內(nèi)。

結(jié)合襄陽(yáng)臺(tái)DF地脈動(dòng)信號(hào)的周期性變化規(guī)律來(lái)看，這些地震和應(yīng)城MS4.9地震一樣，并未發(fā)生在臺(tái)風(fēng)頻次較高的7～9月，而多發(fā)生在每年10月至次年3月DF地脈動(dòng)信號(hào)逐漸增強(qiáng)后減弱的高噪聲周期中。從2013年開始，5次地震中類似現(xiàn)象已出現(xiàn)4次(應(yīng)城MS4.9、淅川MS4.3、秭歸MS4.5及巴東MS5.1地震)，這4次地震前數(shù)天有受西太平洋臺(tái)風(fēng)干擾的(圖5(a)～5(c))，也有未受影響的(圖5(d))。此外，2006-10-27隨州三里崗4.7級(jí)地震也發(fā)生在這一時(shí)段內(nèi)。

綜合分析認(rèn)為，蘆山MS7.0地震后，湖北境內(nèi)MS4.5左右地震和七曜山-金佛山斷裂附近地震呈成組活動(dòng)特征，時(shí)間間隔為0.5～1.0 a，震中在長(zhǎng)江中游巴東-秭歸段及襄樊-廣濟(jì)斷裂附近，發(fā)震時(shí)段與西太平洋臺(tái)風(fēng)激發(fā)的脈動(dòng)信號(hào)周期信號(hào)相關(guān)性弱，與每年10月至次年3月DF地脈動(dòng)的高噪聲周期信號(hào)相關(guān)性強(qiáng)。

3 討 論

本文總結(jié)了襄陽(yáng)重力臺(tái)DF地脈動(dòng)信號(hào)在應(yīng)城MS4.9地震前的短期異常和長(zhǎng)期變化特征，并利用ASSM分析認(rèn)為，襄陽(yáng)臺(tái)震前10 h垂直位移從0.01×10-6m到0.1×10-6m的變化是遠(yuǎn)場(chǎng)海浪激發(fā)信號(hào)證據(jù)不足，同時(shí)也不能說(shuō)明其是地震前的慢地震信號(hào)。在七曜山-金佛山斷裂附近MS5.0左右地震和長(zhǎng)江巴東-秭歸段及襄樊-廣濟(jì)斷裂附近MS4.5左右地震呈成組活動(dòng)中，5次地震4次都發(fā)生在每年10月至次年3月DF地脈動(dòng)信號(hào)高噪聲周期時(shí)段內(nèi)。

雖然湖北及其鄰區(qū)MS4.0以上地震具有與每年10月至次年3月高噪聲信號(hào)相關(guān)性強(qiáng)的特點(diǎn)，但并非每年都會(huì)發(fā)生類似等級(jí)的地震，同時(shí)鄂渝交界及其鄰區(qū)地震成組規(guī)律樣本少，指標(biāo)的適用性存在局限性。為進(jìn)一步討論重力臺(tái)站地脈動(dòng)信號(hào)變化的周期規(guī)律與地震的關(guān)系，研究鄂渝交界及其鄰區(qū)地震成組活動(dòng)的可信度和局限性，本文不僅利用恩施-襄陽(yáng)基線數(shù)據(jù)探討地震前DF地脈動(dòng)信號(hào)的變化規(guī)律，還收集歷史上鄂渝交界及其鄰區(qū)的地震資料，討論近期地震成組活動(dòng)的可能原因。

3.1 應(yīng)城MS4.9地震前恩施臺(tái)和襄陽(yáng)臺(tái)DF地脈動(dòng)信號(hào)變化特征

由于應(yīng)城MS4.9地震前襄陽(yáng)臺(tái)地脈動(dòng)信號(hào)的增強(qiáng)變化與遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)相關(guān)性弱，本文對(duì)比分析距離襄陽(yáng)臺(tái)約300 km的恩施臺(tái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)并模擬相關(guān)結(jié)果。

在Phanfone臺(tái)風(fēng)時(shí)段，雖然應(yīng)城地震當(dāng)月恩施臺(tái)和襄陽(yáng)臺(tái)觀測(cè)結(jié)果(圖6)都出現(xiàn)同等量級(jí)增大變化，但模型結(jié)果卻都不明顯，表明不僅有遠(yuǎn)場(chǎng)信息，還有同頻率的近場(chǎng)信息被觀測(cè)系統(tǒng)捕捉。由恩施臺(tái)和襄陽(yáng)臺(tái)2019-12-25～12-26時(shí)頻分析結(jié)果(圖6(b)～6(c))可以看出，在震前2～3 h，2個(gè)臺(tái)站脈動(dòng)信號(hào)優(yōu)勢(shì)頻率都從0.15 Hz增加到0.2 Hz。ASSM模擬結(jié)果中襄陽(yáng)臺(tái)和恩施臺(tái)優(yōu)勢(shì)頻率也同時(shí)增大，只是恩施臺(tái)增長(zhǎng)比較緩慢，且能量不及觀測(cè)結(jié)果，表明場(chǎng)源信號(hào)在靠近臺(tái)站，這與臺(tái)風(fēng)靠近中國(guó)大陸是一致的。由此推斷，觀測(cè)信號(hào)中依然含有臺(tái)風(fēng)激發(fā)的脈動(dòng)信號(hào)。同時(shí)，恩施臺(tái)及襄陽(yáng)臺(tái)同等量級(jí)的增大變化表明，襄陽(yáng)臺(tái)在這個(gè)頻段還受到能影響到恩施地區(qū)的同源干擾因素，而該干擾因素并未被ASSM考慮?？紤]到應(yīng)城MS4.9地震和恩施臺(tái)距離超過400 km，震前的短期變化和本次地震有關(guān)的可能性較低，綜合認(rèn)為，襄陽(yáng)臺(tái)和恩施臺(tái)MS4.9地震前的短期變化還是和Phanfone激發(fā)的海浪信號(hào)及本地該頻段其他信號(hào)有關(guān)，不是應(yīng)城MS4.9前的慢地震信號(hào)。

圖6 應(yīng)城MS4.9地震前恩施臺(tái)和襄陽(yáng)臺(tái)DF地脈動(dòng)信號(hào)觀測(cè)和模擬結(jié)果Fig.6 Observation and simulation results of DF microseisms signals before Yingcheng MS4.9 earthquake at Enshi and Xiangyang stations

3.2 恩施臺(tái)、襄陽(yáng)臺(tái)DF地脈動(dòng)信號(hào)周期規(guī)律

短期DF地脈動(dòng)信號(hào)的一致可能具有偶然性。為討論恩施臺(tái)及襄陽(yáng)臺(tái)在更長(zhǎng)時(shí)段的變化規(guī)律，計(jì)算恩施臺(tái)2013～2018年垂直位移，并利用譜分析和相關(guān)分析方法，比較2個(gè)臺(tái)站觀測(cè)值及其與ASSM模擬的垂直位移的差異(圖7)。

圖7 襄陽(yáng)臺(tái)和恩施臺(tái)2011～2018年觀測(cè)和模擬的DF地脈動(dòng)信號(hào)的頻譜和相關(guān)分析Fig.7 Spectrum and correlation analysis of DF microseisms signals observed and simulated at Xiangyang and Enshi stations from 2011 to 2018

恩施和襄陽(yáng)重力臺(tái)站垂直位移的頻譜(圖7(a))分析表明，觀測(cè)和模擬結(jié)果都含有周期為350～400 d的年信號(hào)。前文認(rèn)為，DF地脈動(dòng)信號(hào)中包含2個(gè)年周期信號(hào)(臺(tái)風(fēng)激發(fā)信號(hào)和每年10月至次年3月高噪聲水平信號(hào))，前者屬于短時(shí)間(5～7 d)頻發(fā)的脈沖信號(hào)，后者具有更長(zhǎng)時(shí)段的連續(xù)漸變的周期規(guī)律。譜分析中350～400 d的年周期信號(hào)在時(shí)域內(nèi)應(yīng)對(duì)應(yīng)每年10月至次年3月的高噪聲周期信號(hào)，該結(jié)果與內(nèi)陸KMI地震臺(tái)的結(jié)果一致[5]，與云南地區(qū)地脈動(dòng)噪聲的季節(jié)性周期特征研究結(jié)果相似[16]，也和全國(guó)寬頻地震臺(tái)微震噪聲頻段的季節(jié)性周期特征的分析結(jié)果一致[17]。

ASSM能夠反映全球海浪對(duì)指定臺(tái)站的總體影響，模擬和觀測(cè)信號(hào)的頻譜結(jié)果顯示，反射模型結(jié)果更接近觀測(cè)結(jié)果，說(shuō)明2個(gè)臺(tái)站的DF地脈動(dòng)信號(hào)大部分源于海浪相向傳播形成的駐波作用于海底激發(fā)的[4]。

因反射模型結(jié)果更接近觀測(cè)結(jié)果，將觀測(cè)結(jié)果和反射模型結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析(圖7(d)～7(e))，結(jié)果表明，2個(gè)臺(tái)站觀測(cè)和反射模型結(jié)果的相關(guān)系數(shù)R都大于0.5，屬?gòu)?qiáng)相關(guān)，2個(gè)臺(tái)站觀測(cè)信號(hào)多源于海浪駐波相互干涉引起；K值小于1，表明觀測(cè)信號(hào)中還含有其他同頻信號(hào)。

從恩施臺(tái)和襄陽(yáng)臺(tái)觀測(cè)垂直位移相關(guān)系數(shù)分析，R為0.98(圖7(c))，表明2個(gè)臺(tái)站觀測(cè)的信號(hào)源是一致的；斜率K為0.86，說(shuō)明信號(hào)源對(duì)恩施臺(tái)的影響大于襄陽(yáng)臺(tái)。372.36 d周期譜線的振幅也說(shuō)明了恩施臺(tái)該信號(hào)大于襄陽(yáng)臺(tái)(圖7(b))，而反射模型則認(rèn)為恩施臺(tái)應(yīng)小于襄陽(yáng)臺(tái)。由此可見，該信號(hào)源一定不全是海浪激發(fā)的遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)，而與近場(chǎng)信號(hào)有關(guān)，且對(duì)恩施臺(tái)的影響更強(qiáng)烈。

3.3 恩施-襄陽(yáng)脈動(dòng)信號(hào)基線與地震活動(dòng)的關(guān)系

從周期分析規(guī)律發(fā)現(xiàn)，恩施臺(tái)還包含與襄陽(yáng)臺(tái)相同的非海浪激發(fā)的同源信號(hào)，它們也會(huì)對(duì)地震前異常信息的判斷產(chǎn)生干擾。兩者觀測(cè)的垂直位移相關(guān)性超過0.9，表明兩者可相互改正形成恩施-襄陽(yáng)脈動(dòng)信號(hào)基線(簡(jiǎn)稱信號(hào)基線)，與單站結(jié)果相比，可削弱近場(chǎng)同源的周期信號(hào)。

對(duì)gPhone重力儀的脈動(dòng)信號(hào)的面波群速度頻散特征分析發(fā)現(xiàn)[6]，在振幅較小、能量較弱時(shí)，觀測(cè)的DF地脈動(dòng)信號(hào)波群速度主要分布在2～4 km/s；而信號(hào)振幅大、能量強(qiáng)時(shí)，群速度主要分布在1～4 km/s，這說(shuō)明當(dāng)振幅大、能量強(qiáng)時(shí)，有低速波群加入到信號(hào)中。3 h采樣的恩施-襄陽(yáng)脈動(dòng)信號(hào)基線因?yàn)樵肼曀礁叨鵁o(wú)法清晰地反映各月的振幅或波速背景值趨勢(shì)變化情況，本文排除極大和極小值的影響，用月中位數(shù)(median)來(lái)描述本月振幅或波速的平均值，用月眾數(shù)(mode)來(lái)描述本月頻次多的振幅或波速(圖8(a))，兩者的差(基線差異)來(lái)描述本月振幅或波速的均值偏離主要振幅或波速的特征(圖8(b))。

從2011～2020年襄陽(yáng)-恩施基線差異(圖8(b))來(lái)看，多數(shù)時(shí)間基線差異在(0～0.005)×10-6m間波動(dòng)變化。對(duì)比2013年以來(lái)湖北境內(nèi)MS4.0以上地震發(fā)現(xiàn)，只在巴東MS5.1、秭歸MS4.3和應(yīng)城MS4.9地震前有基線差異持續(xù)上升或持續(xù)高值的特征(圖8(b)中A、B、C)。其中，巴東MS5.1和應(yīng)城MS4.9地震前該信號(hào)持續(xù)4個(gè)月上升至0.006 7×10-6m，而秭歸MS4.3地震前4個(gè)月一直維持在0.003 4×10-6m的高值狀態(tài)。說(shuō)明襄陽(yáng)-恩施的基線差異月低速信號(hào)持續(xù)4個(gè)月增加或處于高值時(shí)，長(zhǎng)江中游巴東-秭歸段或襄樊-廣濟(jì)斷裂及鄰區(qū)發(fā)生MS4.5左右地震的可能性升高。

圖8 襄陽(yáng)-恩施基線DF地脈動(dòng)信號(hào)月變化與周邊地震活動(dòng)的關(guān)系Fig.8 Relationship between monthly variation of DF microseisms signals at Xiangyang-Enshi baseline and surrounding seismicity

3.4 鄂渝交界及其鄰區(qū)地震成組活動(dòng)規(guī)律討論

鄂渝交界地區(qū)是重慶20世紀(jì)80年代以來(lái)地震活動(dòng)水平較高的區(qū)域，其中1989年發(fā)生的統(tǒng)景5.2級(jí)、5.4級(jí)地震具有新生性[18]。前文顯示，蘆山MS7.0地震后鄂渝交界處地震和襄樊-廣濟(jì)斷裂及其鄰區(qū)(襄廣鄰區(qū))的地震成組活動(dòng)，并頻繁出現(xiàn)，本節(jié)將1965年以來(lái)的這2個(gè)區(qū)域(圖1)的地震活動(dòng)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)2個(gè)區(qū)域地震成組活動(dòng)的情況(地震資料來(lái)源于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心中國(guó)大陸ML4.0以上地震目錄)，具體見圖9。

圖9 鄂渝交界及其鄰區(qū)地震的成組活動(dòng)特征Fig.9 Characteristics of seismic group activity at the junction of Hubei and Chongqing and its adjacent areas

1965～2020年鄂渝交界地區(qū)共發(fā)生13次4.0級(jí)以上的地震，從成組活動(dòng)的角度來(lái)看，當(dāng)該區(qū)域發(fā)生地震后，最長(zhǎng)超過900 d，最短約30 d就有成組活動(dòng)發(fā)生。從成組活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)來(lái)看，汶川MS8.0地震前的7次鄂渝交界地區(qū)地震中，2次未成組，3次成組時(shí)長(zhǎng)超過1 a(圖9(a))；蘆山MS7.0地震后，4次鄂渝交界地區(qū)地震全部成組，且成組時(shí)長(zhǎng)在0.5～1 a(圖9(b))。考慮到四川中西部強(qiáng)震會(huì)對(duì)同一地層的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力調(diào)整，所以認(rèn)為，近年來(lái)鄂渝交界和襄廣鄰區(qū)的地震在0.5～1.0 a時(shí)段內(nèi)成組發(fā)生的規(guī)律應(yīng)該和蘆山MS7.0、九寨溝MS7.0地震對(duì)揚(yáng)子板塊遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域的應(yīng)力調(diào)整有關(guān)，且不排除這一影響在未來(lái)依然存在。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文利用ASSM分析恩施及襄陽(yáng)重力臺(tái)震前10 h垂直位移逐漸升高的異常時(shí)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢(shì)頻率增大的變化與臺(tái)風(fēng)激發(fā)的遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)相關(guān)性較弱，推斷還有本地近場(chǎng)信號(hào)對(duì)恩施及襄陽(yáng)重力臺(tái)產(chǎn)生影響。因?yàn)樵撔盘?hào)對(duì)恩施臺(tái)的影響更大，推測(cè)其是應(yīng)城MS4.9地震前慢地震信號(hào)的可能性不大。此外，蘆山MS7.0地震后長(zhǎng)江巴東-秭歸段和襄樊-廣濟(jì)斷裂鄰區(qū)5次MS4.5左右地震中有4次都發(fā)生在每年10月至次年3月的高噪聲周期時(shí)段，且這些地震和七曜山-金佛山斷裂附近MS5.0地震在0.5～1 a時(shí)間尺度呈成組活動(dòng)的特征。恩施-襄陽(yáng)DF地脈動(dòng)信號(hào)基線的月中位數(shù)和眾數(shù)值的差異持續(xù)4個(gè)月增加或處于高值，在研究區(qū)發(fā)生MS4.5左右地震的可能性增加，該結(jié)論可為預(yù)測(cè)湖北及其鄰區(qū)MS4.0以上地震的發(fā)生時(shí)段提供經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)。

致謝：感謝湖北省地震局提供2套高精度gPhone重力儀10 a左右1 Hz采樣的重力固體潮觀測(cè)數(shù)據(jù)和蘆山MS7.0地震后湖北及其鄰區(qū)MS4.0以上地震目錄。