五臺地震科技中心水平擺傾斜儀對應(yīng)強(qiáng)遠(yuǎn)震前兆異常特征分析

楊順達(dá)，閆遠(yuǎn)芳

(1.山西省地震局，山西 太原 030021；2.太原大陸裂谷動力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站，山西 太原 030025)

1 臺站基本概況及觀測儀器簡介

1.1 臺站地理位置

五臺地震科技中心位于山西省五臺縣金崗庫鄉(xiāng)大插箭溝口，東鄰五臺山清水河，西鄰五臺山大斷裂邊緣。中心附近出露巖層為太古界片麻巖系，第四紀(jì)覆蓋為灰褐色粉砂土，全新統(tǒng)的洪積——沖積及現(xiàn)代的砂礫石層。附近流域水系主要是泉水匯積，表層為現(xiàn)代耕作土層，地表0.3～0.6 m以下為礫石層，礫石層之上為粉砂土層。

1.2 SSQ-2I型數(shù)字石英水平擺傾斜儀簡介

五臺地震科技中心SSQ-2I型數(shù)字石英水平擺傾斜儀由中國地震局地震預(yù)測研究所研制[1]，2011年5月安裝。觀測山洞于2010年10月建設(shè)完成，入深50 m，洞體巖層為太古界片麻巖系，坡面為灌木叢，植被較好。洞體主覆蓋厚度70 m，4道船艙門密封。日溫差小于0.01 ℃，年溫差小于0.01 ℃。觀測基墩為完整基巖，穩(wěn)定可靠，無明顯環(huán)境異常。

2 遠(yuǎn)震異常特征分析

研究該傾斜儀東西分量2013年2月28日至2014年3月30日的觀測數(shù)據(jù)，及其在堪察加半島附近、日本附近、斯科舍海附近和智利近海強(qiáng)震前的原始觀測數(shù)據(jù)、圖像進(jìn)行分析。

2.1 堪察加?xùn)|海岸附近強(qiáng)震的前兆異常特征

在堪察加?xùn)|海岸附近發(fā)生強(qiáng)震前，該SSQ-2I石英水平擺傾斜儀東西分量觀測數(shù)據(jù)在震前25 h至發(fā)震時刻出現(xiàn)鋸齒形抖動的前兆異常，記錄地震13個，映震13個(見表1、第16頁圖1)。

表1 2013年堪察加?xùn)|海岸附近地震及前兆異常Table 1 Earthquakes near Sea off the East Coast of Kamchatka and its Precursory Anomaly in 2013

圖1 水平擺東西分量記錄堪察加?xùn)|海岸附近海域6級以上地震震中分布圖Fig.1 The epicenter distribution map of the M ≥ 6 earthquakes of the sea off the East Coast of Kamchatka recorded by the east-west component of the horizontal pendulum at Wutai station

如，2013年3月24日在堪察加?xùn)|海岸附近發(fā)生6.0級地震，傾斜儀東西分量在3月23日06:00-17:00出現(xiàn)明顯的數(shù)據(jù)鋸齒形抖動，在10:10-15:40抖動非常劇烈，震中距3 827.77 km(見圖2)。

圖2 水平擺EW分量2013年3月23日至24日分鐘值曲線Fig.2 E-W component minute-value curves of horizontal pendulum from March 23-24, 2013

2.2 日本附近強(qiáng)震的前兆異常特征

在日本附近海域強(qiáng)震發(fā)生前，五臺SSQ-2I石英水平擺傾斜儀東西分量在震前24 h至發(fā)震時刻內(nèi)會出現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)鋸齒形抖動的前兆異常特征。記錄4個，映震3個(見圖3、表2)。

圖3 水平擺東西分量記錄日本附近6級以上地震震中分布圖Fig.3 The epicenter distribution map of the M ≥ 6 earthquakes near Japan recorded by the east-west component of the horizontal pendulum at Wutai station

如，2013年4月02日在日本本州東海岸附近海域發(fā)生6.2級地震，傾斜儀東西分量在4月1日04:30-16:30出現(xiàn)明顯的數(shù)據(jù)鋸齒形異常抖動，在09:30-10:00抖動非常劇烈。震中距為2 541.23 km(見第17頁圖4)。

2.3 斯科舍海附近強(qiáng)震的前兆異常特征

在斯科舍海發(fā)生強(qiáng)震前，五臺SSQ-2I石英水平擺傾斜儀東西分量在震前15 h至發(fā)震時刻內(nèi)會出現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)鋸齒形抖動的前兆異常特征，記錄5個，映震3個(見第17頁圖5、表3)。

表2 日本附近地震及前兆異常Table 2 Earthquakes Near Japan and its Precursory Anomaly

如，2013年11月16日斯科舍海發(fā)生6.9級地震，傾斜儀東西分量在11月15日22:20至16日04:40出現(xiàn)明顯的鋸齒形抖動，在震前06:30再次出現(xiàn)鋸齒形抖動，一直持續(xù)到地震發(fā)生(見第17頁圖6)。

2.4 智利近海強(qiáng)震的前兆異常特征

在智利北部附近海域發(fā)生強(qiáng)震前，SSQ-2I石英水平擺傾斜儀東西分量在震前17 h～8 h內(nèi)會出現(xiàn)觀測如，2014年3月24日在智利北部附近海域發(fā)生6.2級地震，傾斜儀東西分量在3月23日10:30-17:00出現(xiàn)鋸齒形抖動(見第18頁圖8)。

圖4 水平擺EW分量2013年4月1至2日分鐘值曲線Fig.4 E-W component minute-value curves of horizontal pendulum from April 1-2, 2013

數(shù)據(jù)鋸齒形抖動的前兆異常特征。記錄5個地震，映震4個(見圖7、第18頁表4)。

圖5 水平擺東西分量記錄斯科舍海附近6級以上地震震中分布圖Fig.5 The epicenter distribution map of the M ≥ 6 earthquakes near the Scotia sea recorded by the east-west component of the horizontal pendulum at Wutai station

表3 斯科舍海附近地震及前兆異常Table 3 Earthquakes Near the Scotia sea and its Precursory Anomaly

圖6 水平擺EW分量2013年11月15至16日分鐘值曲線Fig.6 E-W component minute-value curves of horizontal pendulum from November 15-16, 2013

3 結(jié)語

五臺地震科技中心SSQ-2I數(shù)字石英水平擺傾斜儀東西分量動態(tài)特征明顯，儀器工作性能穩(wěn)定，記錄的數(shù)據(jù)具有一定的參考和研究價值。從2013年2月28日至2014年3月30日，在傾斜儀東西分量正常運行情況下，累計記錄6級以上地震75個，其中記錄到存在明顯前兆異常的46個，映震率達(dá)到61.33%。在大多數(shù)中強(qiáng)遠(yuǎn)震發(fā)生前數(shù)小時，固體潮曲線發(fā)生畸變，出現(xiàn)明顯抖動或鋸齒狀異常等變化。SSQ-2I數(shù)字石英水平擺傾斜儀東西分量對不同方位的中遠(yuǎn)距離強(qiáng)震具有較強(qiáng)的映震記錄，可提供一定的地震前兆信息。但僅傾斜儀單套儀器進(jìn)行前兆觀測，不利于地震異常識別[2]，建議安裝多套形變儀器并行觀測，便于地震前兆異常的準(zhǔn)確判定。

圖7 水平擺東西分量記錄智利近海6級以上地震震中分布圖Fig.7 The epicenter distribution map of the M ≥ 6 earthquakes in Chile offshore recorded by the east-west component of the horizontal pendulum

表4 智利近海地震及前兆異常Table 4 Earthquakes Chile offshore and its Precursory Anomaly

圖8 水平擺EW分量2014年3月23至24日分鐘值曲線Fig.8 E-W component minute-value curves of horizontal pendulum from March 23-24, 2014