张家口、怀来台形变数字化观测资料的应用研究.doc

第2期 张家口、怀来台形变数字化观测资料的应用研究 57张家口、怀来台形变数字化观测资料的应用研究王曰风 张秀萍 王锐峰 马利军 （ 河北省地震局张家口中心台 河北张家口 075400）摘要：搜集2002年至2005年华北地区发生的M5级、本区4.0级以上地震目录，对张家口台、怀来台的形变数字化观测资料（水管倾斜仪、伸缩仪和体应变等）进行系统研究，分析其映震情况和映震特征。研究发现在多次中强以上地震前几小时至几天左右，各测项均记录到固体潮畸变、高频脉冲、抖动、转折等特异形态。本文探索研究的前兆异常特征，对数字化资料的映震能力得到初步认识，有利于我们挖掘数字化资料中的地震前兆信息，发挥数字化观测资料在地震分析、预报中的作用。关键词： 数字化资料 特异形态 映震能力1 前言研究前兆观测仪器记录到的地震前的稳定滑动（预滑）及可能出现的地壳介质的长周期波动现象，对于探索短期和临震前兆都具有十分重要的意义。地震孕育过程中地壳中应力应变的响应频率域比较宽，但各观测手段对不同频带的信息响应能力是不同的，作为短临前兆的长周期形变波主要有阶跃式及波动型两类，前者多发生在近震中区，后者多发生在远场区。本文总结与分析了张家口台、怀来台形变仪器记录到的中强地震前固体潮曲线连续抖动、畸变、脉冲等现象，得出短临地震前兆的一些基本特征，挖掘了数字化资料中含有的丰富的地震前兆短临信息，为地震预报、预测提供可靠依据。2 台站概况张家口、怀来形变综合台位于河北省张家口地区，处于张渤地震带上，台站周围断层分布较多，处于地震观测的敏感点（见图1）。张家口台、怀来台都是手段比较齐全以地球固体潮汐为主体观测目标的形变综合台站，观测仪器有DSQ水管倾斜仪（三分量）、SQ70水平摆倾斜仪（两分量）、VS型垂直摆倾斜仪（两分量）、SSY型伸缩仪（三分量）、TJ1C型体应变仪，观测资料连续、稳定、可靠，在全国资料评比中连续多次进入前两名，是首都圈地区的重要监测台站。图1 张家口台、怀来台地质构造图3 数字化资料对地震的前兆反应特征(1) 2002年4月22日邢台内丘发生5.4级地震，震中距分别为怀来365km，张家口396.9km，在震前一天，怀来台体应变、伸缩仪EW、NS和NE三个分向的观测曲线均出现固体潮畸变，并伴随一些高频的曲线抖动（图2）。张家口台体应变仪的临震异常特征表现为变化趋势的改变并伴随曲线波动，伸缩仪三分向在震前也出现固体潮畸变（图3）。（2）2002年8月3日怀来发生4.4级地震，震中距分别为怀来4.5km,张家口65.2 km，在震前两天，怀来体应变和伸缩仪NS分量观测曲线出现趋势改变，并且伴有固体潮波的抖动和高频的脉冲特征（图4）。张家口伸缩仪NS方向在震前一天发生了明显的固体潮畸变与潮波抖动（图5）。（3）2002年9月3日山西平遥发生5.0级地震，震中距分别为怀来383km,张家口385 km，怀来体应变在震前一天发生明显的趋势转折，伸缩仪EW、NS和NE三个方向均出现了不同程度的固体潮波抖动和固体潮畸变（图6）。张家口体应变在震前一天发生明显的趋势转变，并伴有固体潮畸变，伸缩仪NS向出现了不同程度的固体潮波抖动和固体潮畸变（图7）。图2图3图4图5图6图7（4）2003年8月16日内蒙古赤峰巴林左旗发生了6.0级地震，震中距分别为怀来496km，张家口535 km，对于此次地震，怀来伸缩仪EW向、NE向、体积应变仪在地震发生的前一天均显示出了前兆异常，表现特征均为固体潮汐曲线畸变，其中伸缩仪NE向伴有严重的曲线抖动，体积应变在临震前出现高频脉冲（见图8）。对于此次地震，张家口的各测项未出现前兆异常，可能与震中距、地质构造等有关。对于2006年7月4日河北文安5.2级地震，震中距分别为怀来335km,张家口279km，两台站的所有测项都没有反映，也可能与发震区的特殊的地质构造有关。图84 前兆反映机理分析在实验研究岩石破裂时，发现在主破裂前往往存在应变扰动1，即在长趋势形变变化的背景上还有突升、突降或者类似于波的应变扰动（图9），这种岩石发生主破裂前引起的扰动变化特征，与地震观测仪器记录到的地震前的地壳应变变化相似，可能是大地震孕育过程中的一种前兆反应。在主破裂前和主破裂时均显示出的这种扰动、突变的变化特征，可能是岩体破裂前的部分容易屈服的岩石易于预先破裂或滑动所致，出现低频波动，与上述的地震观测仪器记录到的地震前兆如曲线抖动、脉冲等前兆特征相吻合，所以只要震前发生微破裂、扰动等变化，并在地震观测仪器的频率响应之内，这些震前的短临信息能被仪器记录到，为地震的短临分析、预测等提供了依据。图9 大理岩在单面直接剪切破裂时岩样上各点应变1（a）及扰动记录（b）（图中箭头表示主破裂，据许昭永等）5 小结与讨论 通过对张家口、怀来台的形变数字化观测资料的分析与研究，在震前的几天至数小时不等，多个测项的分钟值曲线均出现同步的异常变化，对华北地区地震的短临异常反应灵敏，其原因可能与怀来、张家口位于山西地震带和燕山皱断带的交会部位有关。 目前，很多台站已经进入数字化观测时代，通过本项研究，旨在为台站人员利用数字化分钟值观测资料，捕捉临震前的曲线抖动、畸变、脉冲、转折等前兆异常信息，服务于地震分析、预测提供了一个方法。 通过对怀来、张家口台的水管仪、伸缩仪、体应变仪等数字化观测资料的映震规律和映震效果进行的系统总结与分析结果表明，数字化形变资料对华北4级以上地震的