瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)記錄地震特征分析*
2016-01-31 05:54:38解曉靜郭昱琴黃天保
地震科學(xué)進(jìn)展 2015年12期
李 盛 解曉靜 郭昱琴 黃天保
1) 海南省地震局，海南?？?70203
2) 瓊中基準(zhǔn)地震臺(tái)，海南瓊中572900
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瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)記錄地震特征分析*
李盛1)解曉靜1)郭昱琴2)黃天保2)
1) 海南省地震局，海南海口570203
2) 瓊中基準(zhǔn)地震臺(tái)，海南瓊中572900
摘要利用以瓊中臺(tái)為圓心，半徑為3500 km范圍內(nèi)2009—2014年MS≥2.0地震目錄資料，統(tǒng)計(jì)分析瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線與地震的對(duì)應(yīng)情況，并對(duì)有關(guān)震例在連續(xù)重力原始秒數(shù)據(jù)曲線中產(chǎn)生的地震波進(jìn)行特征分析，總結(jié)規(guī)律，得出瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)對(duì)震中距3500 km以內(nèi)地震的記錄能力。同時(shí)分析了地震事件對(duì)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)、 潮汐和非潮汐參數(shù)的影響，認(rèn)為地震不僅在重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線上產(chǎn)生脈沖或階躍，在非潮汐重力殘差曲線上也會(huì)產(chǎn)生脈沖，而對(duì)重力M2波潮汐因子產(chǎn)生的影響較小。
關(guān)鍵詞重力觀測(cè)； 同震響應(yīng)； 震中距； 記錄地震
引言
重力觀測(cè)數(shù)據(jù)是地下不同深度、 不同尺度和不同形狀的密度不均勻體所形成的場(chǎng)在地表的綜合反映[1]。臺(tái)站重力測(cè)量是一種定點(diǎn)觀測(cè)，通過(guò)對(duì)重力加速度的連續(xù)觀測(cè)得到重力潮汐資料，通過(guò)分析獲得潮汐和非潮汐結(jié)果[2]。經(jīng)過(guò)中國(guó)地震局“十五”項(xiàng)目和背景場(chǎng)項(xiàng)目的實(shí)施，目前，全國(guó)共有75個(gè)重力觀測(cè)臺(tái)站，80套重力儀在運(yùn)行產(chǎn)出數(shù)據(jù)，空間分辨率達(dá)400 km，正為我國(guó)的地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)事業(yè)發(fā)揮著重要作用。所謂記錄地震能力，簡(jiǎn)單說(shuō)就是一般情況下，某觀測(cè)手段能夠在不同震中距記錄到地震事件的最小震級(jí)，或不同震級(jí)條件下記錄到地震的最遠(yuǎn)距離[3]。對(duì)于連續(xù)重力觀測(cè)記錄地震的能力，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)系統(tǒng)研究和明確結(jié)論。而其他觀測(cè)儀器方面，師婭芳等對(duì)貴陽(yáng)臺(tái)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)資料分析認(rèn)為貴陽(yáng)臺(tái)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)能清晰記錄固體潮變化、 全球中強(qiáng)以上及周邊中小地震同震應(yīng)變變化[4]； 張清秀等對(duì)永春井水位觀測(cè)資料分析認(rèn)為水位同震效應(yīng)最大震幅總體上與震級(jí)成正比，與震中距成反比[5]。
瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)項(xiàng)目是中國(guó)地震局“十五”重點(diǎn)項(xiàng)目，所用儀器是LCR-PET型重力儀，于2008年3月29日安裝完畢并產(chǎn)出數(shù)據(jù)。
1臺(tái)站和儀器概況
1.1 臺(tái)站概況
瓊中基準(zhǔn)地震臺(tái)位于海南省瓊中縣縣城營(yíng)根鎮(zhèn)東南，處于海南島中部五指山區(qū)木頭山東北側(cè)的小山間盆地內(nèi)，屬國(guó)家Ⅰ類臺(tái)，隸屬于海南省地震局； 受亞熱帶季風(fēng)氣候影響，高溫多雨的氣候特征顯著，年降水量達(dá)2000 mm，年溫度在8～37℃，月溫差為10℃，每年4～10月為雷雨季節(jié)，7～10月為臺(tái)風(fēng)季節(jié)。臺(tái)站周圍10 km內(nèi)無(wú)大斷裂通過(guò)，地處區(qū)域性基底隆起的花崗巖侵入地區(qū)，地殼穩(wěn)定性很好，巖基為海西—印支期花崗巖，巖性致密堅(jiān)硬，該基巖屬混合花崗巖。
1.2 儀器介紹
瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)所用的LCR-PET型重力儀是由美國(guó)Micro-g LaCoste，Inc公司生產(chǎn)的一種全自動(dòng)型重力儀，可用于測(cè)量地球各點(diǎn)重力隨時(shí)間的變化，也可以檢測(cè)周期從秒到若干年的地球物理、 地球動(dòng)力學(xué)效應(yīng)所導(dǎo)致的微小的重力場(chǎng)變化。儀器主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。
表1 LCR-PET重力儀主要技術(shù)指標(biāo)
2研究資料的選取
2.1 重力觀測(cè)數(shù)據(jù)的選取
2008年3月29日至12月31日，瓊中重力觀測(cè)數(shù)據(jù)因儀器故障的原因缺數(shù)較多，在此不作分析。本文研究的瓊中重力觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間區(qū)間是2009年1月至2014年12月。2009年1月以來(lái)，瓊中臺(tái)重力儀運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠，儀器運(yùn)行率達(dá)99.1%，觀測(cè)數(shù)據(jù)固體潮清晰，具有明顯的日變形態(tài)(如圖1所示)。
圖1 2009年2月1日瓊中臺(tái)重力觀測(cè)預(yù)處理分鐘值數(shù)據(jù)曲線
2.2 地震目錄的選取
本文所采用的地震目錄主要以中國(guó)地震局統(tǒng)一快報(bào)目錄為主要地震目錄來(lái)源，對(duì)于在研究中涉及到我國(guó)境外的地震，則還參考美國(guó)地震信息中心地震目錄(從http：∥earthquake.usgs．gov/regional/neic/下載)，若二者有不同之處，則以美國(guó)地震信息中心地震目錄為準(zhǔn)，地震目錄的范圍是2009—2014年以瓊中臺(tái)(109.8°E，19.02°N)為圓心，半徑為3500 km范圍內(nèi)所有MS≥2.0地震以及全球MS7.0以上地震，時(shí)間為北京時(shí)。
3瓊中臺(tái)重力觀測(cè)記錄地震特征分析
限于篇幅，本特征分析僅對(duì)記錄震中距小于等于3500 km的地震進(jìn)行特征分析。下面從地震震中距由近及遠(yuǎn)的角度對(duì)記錄地震特征進(jìn)行逐次分析。
3.1 對(duì)R≤200 km內(nèi)地震的記錄特征
2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)(本區(qū)域范圍都位于我國(guó)境內(nèi)，完全采用中國(guó)地震局統(tǒng)一快報(bào)目錄)共發(fā)生MS2.0~2.9地震5次，MS3.0~3.9地震1次，為2012年11月5日萬(wàn)寧近海MS3.6地震，未發(fā)生MS4.0級(jí)以上地震(震中分布如圖2所示)。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)上述5次MS2.0~2.9地震未有記錄，但記錄到2012年11月5日萬(wàn)寧近海MS3.6級(jí)地震(該地震信息如表2所示，重力觀測(cè)原始秒數(shù)據(jù)曲線如圖3所示)，從圖3中可清晰看到地震產(chǎn)生的地震波，且P波和S波清楚，最大振幅時(shí)間出現(xiàn)在19:52分，最大振幅為361×10-8m·s-2，因震中距僅129.4 km，地震波到達(dá)時(shí)間短，在地震發(fā)生后的30 s內(nèi)地震波即已到達(dá)，又因震級(jí)較小，同震效應(yīng)持續(xù)時(shí)間也比較短，約為3 min。
表2 2012年11月5日萬(wàn)寧近海MS3.6地震信息
圖2 瓊中臺(tái)200 km內(nèi)MS≥2.0地震震中分布圖(2009-01-01～2014-12-31)
圖3 2012年11月5日19:00～20:00時(shí)瓊中臺(tái)重力觀測(cè)原始秒值數(shù)據(jù)曲線
3.2 對(duì)200 km2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS3.0~3.9地震9次，發(fā)生MS4.0~4.9地震1次，即為2013年2月20日廣西巴馬MS4.5地震。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)未記錄到上述9次MS3.0~3.9地震，但記錄到廣西巴馬MS4.5地震(該地震信息如表3所示，重力觀測(cè)原始秒數(shù)據(jù)曲線如圖4所示)。圖4上，因觀測(cè)曲線毛刺較多的原因，無(wú)法清晰分辨P波到達(dá)時(shí)間，地震引起的觀測(cè)數(shù)據(jù)最大震幅為67.19×10-8m·s-2，振幅小于萬(wàn)寧近海MS3.6地震引起的振幅，同震效應(yīng)持續(xù)時(shí)間約為5 min。
圖4 2013年2月20日03:00~04:00時(shí)瓊中臺(tái)重力觀測(cè)秒值原始數(shù)據(jù)曲線
表3 2013年2月20日廣西巴馬MS4.5地震信息
3.3 對(duì)600 km2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS4.0~9.9地震8次，未發(fā)生MS5.0以上地震。上述8次地震中，瓊中臺(tái)重力觀測(cè)記錄到3次，且該3次地震震級(jí)均大于MS4.5(地震信息如表4所示)； 其余5次未記錄到，地震震級(jí)均介于MS4.0~4.3之間。
表4 瓊中臺(tái)重力觀測(cè)所記錄到的地震信息(600 km3.4 對(duì)800 km2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS4.0~4.9地震155次、MS5.0~5.4地震17次和MS5.5~5.9地震12次。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)其中的MS4.0~4.9地震均未有記錄； 對(duì)MS5.0~5.4地震記錄到12次，5次未記錄到； 對(duì)MS5.5~5.9地震均有記錄。由此可以認(rèn)為對(duì)于震中距大于1200 km的MS4.9以下地震，瓊中重力觀測(cè)無(wú)記錄能力。
3.5 對(duì)1200 km2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS5.0~5.4地震67次、MS5.5~5.9地震27次和MS6.0~6.9地震23次。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)其中的MS5.0~5.4地震均未有記錄；MS5.5~5.9地震中記錄到17次，9次未記錄到，另有1次地震發(fā)生時(shí)瓊中臺(tái)重力儀無(wú)觀測(cè)數(shù)據(jù)，故無(wú)法確定是否可以記錄到該地震；MS6.0~6.9地震均有記錄。由此可以認(rèn)為，對(duì)于震中距大于1500 km的MS5.4以下地震，瓊中重力觀測(cè)無(wú)記錄能力。
3.6 對(duì)1500 km2009～2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS5.5~5.9地震223次，MS6.0~6.4地震110次。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)于該震中距范圍內(nèi)的MS6.0~6.4地震均有記錄，而對(duì)于MS5.5~5.9地震，我們分別統(tǒng)計(jì)了瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)1500 km以2012年9月7日云南彝良MS5.7和MS5.6雙震(圖5)為例進(jìn)行記錄地震特征分析。該雙震的震中距分別是1115.9 km和1117.3 km，從圖5中可看出，彝良5.7級(jí)地震的同震響應(yīng)振幅、 地震引起的脈沖持續(xù)時(shí)間明顯大于5.6級(jí)地震，說(shuō)明在震中距相同情況下，地震引起的脈沖振幅、 脈沖持續(xù)時(shí)間與震級(jí)成正比。從地震發(fā)生到P波初動(dòng)，耗時(shí)約4 min，且地震波結(jié)束后數(shù)據(jù)曲線無(wú)階躍，儀器線性漂移速率也未發(fā)生改變。
圖5 2012年9月7日11:00～12:00時(shí)瓊中臺(tái)重力觀測(cè)秒值原始數(shù)據(jù)曲線
表5 瓊中臺(tái)重力觀測(cè)記錄MS5.5~5.9地震的次數(shù)與未記錄到次數(shù)之比
4地震動(dòng)對(duì)重力儀記錄數(shù)據(jù)的影響
連續(xù)重力觀測(cè)的意義在于從重力觀測(cè)數(shù)據(jù)中分離出重力潮汐信息和非潮汐信息，對(duì)其進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)可能存在的地震前兆異常, 以應(yīng)用于地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，而不在于記錄地震。地震在重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線上引起的波動(dòng)嚴(yán)格意義上講是一種干擾，這種干擾是否會(huì)影響重力數(shù)據(jù)的應(yīng)用是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線記錄地震的表現(xiàn)形式主要有脈沖和同震階躍兩種。對(duì)于瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線而言，除2012年4月11日印尼MS8.6地震導(dǎo)致重力儀粘擺(圖6)，開(kāi)擺后觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生階躍外(階躍后的線性漂移速率未發(fā)生改變)，其他地震產(chǎn)生的同震響應(yīng)形式均為脈沖。目前為止，重力觀測(cè)曲線尚未出現(xiàn)不明脈沖而無(wú)地震與之對(duì)應(yīng)的情況。
圖6 2012年4月11日至2012年4月13日瓊中臺(tái)重力觀測(cè)分鐘值預(yù)處理數(shù)據(jù)曲線
地震除了會(huì)對(duì)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響外，對(duì)重力潮汐因子和非潮汐重力殘差(所謂非潮汐重力殘差值就是重力觀測(cè)數(shù)據(jù)消除理論固體潮和儀器線性漂移后所獲得的數(shù)據(jù))會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，是我們?cè)诶眠B續(xù)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行地震分析預(yù)報(bào)中所關(guān)心的。在此，以2014年1月至2014年8月瓊中臺(tái)重力預(yù)處理數(shù)據(jù)曲線(圖7上)與經(jīng)計(jì)算后獲得的重力殘差值曲線(圖7中)和重力M2波潮汐因子曲線(圖7下)為例進(jìn)行分析，對(duì)于在預(yù)處理曲線上產(chǎn)生明顯同震效應(yīng)的地震在圖上進(jìn)行了標(biāo)注。從圖中可明顯看到，在預(yù)處理曲線上產(chǎn)生明顯同震效應(yīng)的地震在重力殘差值曲線中亦有同震效應(yīng)，且在重力殘差值曲線中同震效應(yīng)的表現(xiàn)形式也是脈沖，無(wú)階躍情況發(fā)生； 而在M2波曲線上則無(wú)明顯的同震效應(yīng)，說(shuō)明地震對(duì)重力潮汐參數(shù)的影響較小，對(duì)我們利用重力潮汐參數(shù)進(jìn)行地震分析預(yù)報(bào)的影響不大。
圖7 2014年瓊中臺(tái)重力預(yù)處理數(shù)據(jù)、 重力殘差值和M2波潮汐因子數(shù)據(jù)曲線
5認(rèn)識(shí)與討論
(1) 隨著震中距的增加，瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)地震的記錄能力減弱。其中，對(duì)MS<3.0地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)200 km以上的MS3.0~3.9地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)800 km以上的MS4.0~4.9地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)1200 km以上的MS5.0~5.4地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)3500 km以上MS5.5~5.9地震幾乎無(wú)記錄能力。
(2) 瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)原始秒數(shù)據(jù)記錄到的地震波具有地震波到達(dá)時(shí)間延遲、 對(duì)重力觀測(cè)曲線產(chǎn)生干擾且干擾的主要表現(xiàn)形式為脈沖、 同震響應(yīng)結(jié)束后觀測(cè)曲線的線性漂移不發(fā)生改變等特征。
(3) 瓊中臺(tái)重力觀測(cè)記錄到的地震事件對(duì)重力觀測(cè)曲線和非潮汐重力殘差值曲線均會(huì)產(chǎn)生脈沖形式的干擾，而對(duì)M2波潮汐因子產(chǎn)生的影響較小，無(wú)明顯的同震響應(yīng)。
以上認(rèn)識(shí)由于地震樣本數(shù)不是很充足、 地震分布不均勻、 時(shí)間范圍有限(僅對(duì)2009—2014年所發(fā)生的地震進(jìn)行了分析)，且未考慮地震震源深度等因素，結(jié)論或有不盡完善之處，今后仍需繼續(xù)研究以對(duì)認(rèn)識(shí)加以修訂延伸。
(作者電子信箱，李盛： lishyiyuan@163.com)
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 重力勘探資料解釋手冊(cè)編寫(xiě)組. 重力勘探資料解釋手冊(cè). 北京: 地質(zhì)出版社，1983
[2] 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司． 地形變測(cè)量． 北京: 地震出版社，2008： 59-61
[3] 師婭芳，師家升，崔慶谷，等. 貴陽(yáng)臺(tái)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)記震能力研究. 國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，2012(9): 20-26
[4] 張清秀，鄭小菁，林木金，等. 永春井水位對(duì)遠(yuǎn)大地震的記震能力及同震效應(yīng)特征分析. 華南地震，2011，31(3): 34-40
[5] 宋茉，邱澤華，唐磊. 鉆孔應(yīng)變臺(tái)站記震能力研究. 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué), 2010，30(增Ⅱ)： 32-35
地震科普
The signature of seismic events recorded by the continuous
gravimeter at Qiongzhong seismic station
Li Sheng1)，Xie Xiaojing1)，Guo Yuqin2)，Huang Tianbao2)
1) Hainan Earthquake Administration，Haikou 570203，China
2) Qiongzhong Seismic Station，Qiongzhong 572900，China
AbstractIn this paper，we used the earthquake catalog(MS≥2.0) from 2009 to 2014 within 3500 km away from the Qiongzhong seismic station to analyze statistically the correlation between the continuous gravity observation data recorded by Qiongzhong station and earthquakes. By investigating the characteristic of the seismic waves generated by earthquakes
in the original second consecutive gravity data，we get the capabilites of Qiongzhong continuous gravity observation to record the earthquake within 3500 km. At the same time，we analyze the influence of earthquakes to the gravity observation data，tidal and non-tidal data parameters. It is considered the earthquakes not only give rise to a pulse or step on the gravity observation data，but also on a non-tidal gravity residual curve，and cause little influence on the gravityM2 tidal factor.
Keywordsgravity observations; the coseismic response; epicentral distance； recorded earthquake
基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)、 預(yù)報(bào)、 科研三結(jié)合課題(152102)和中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃(XH15034Y)。
收稿日期：*2015-04-21； 采用日期： 2015-10-10。
中圖分類號(hào)：P315.72+6；
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A； doi: 10.3969/j.issn.0235-4975.2015.12.004
2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS3.0~3.9地震9次，發(fā)生MS4.0~4.9地震1次，即為2013年2月20日廣西巴馬MS4.5地震。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)未記錄到上述9次MS3.0~3.9地震，但記錄到廣西巴馬MS4.5地震(該地震信息如表3所示，重力觀測(cè)原始秒數(shù)據(jù)曲線如圖4所示)。圖4上，因觀測(cè)曲線毛刺較多的原因，無(wú)法清晰分辨P波到達(dá)時(shí)間，地震引起的觀測(cè)數(shù)據(jù)最大震幅為67.19×10-8m·s-2，振幅小于萬(wàn)寧近海MS3.6地震引起的振幅，同震效應(yīng)持續(xù)時(shí)間約為5 min。
圖4 2013年2月20日03:00~04:00時(shí)瓊中臺(tái)重力觀測(cè)秒值原始數(shù)據(jù)曲線
表3 2013年2月20日廣西巴馬MS4.5地震信息
3.3 對(duì)600 km2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS4.0~9.9地震8次，未發(fā)生MS5.0以上地震。上述8次地震中，瓊中臺(tái)重力觀測(cè)記錄到3次，且該3次地震震級(jí)均大于MS4.5(地震信息如表4所示)； 其余5次未記錄到，地震震級(jí)均介于MS4.0~4.3之間。
表4 瓊中臺(tái)重力觀測(cè)所記錄到的地震信息(600 km3.4 對(duì)800 km2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS4.0~4.9地震155次、MS5.0~5.4地震17次和MS5.5~5.9地震12次。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)其中的MS4.0~4.9地震均未有記錄； 對(duì)MS5.0~5.4地震記錄到12次，5次未記錄到； 對(duì)MS5.5~5.9地震均有記錄。由此可以認(rèn)為對(duì)于震中距大于1200 km的MS4.9以下地震，瓊中重力觀測(cè)無(wú)記錄能力。
3.5 對(duì)1200 km2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS5.0~5.4地震67次、MS5.5~5.9地震27次和MS6.0~6.9地震23次。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)其中的MS5.0~5.4地震均未有記錄；MS5.5~5.9地震中記錄到17次，9次未記錄到，另有1次地震發(fā)生時(shí)瓊中臺(tái)重力儀無(wú)觀測(cè)數(shù)據(jù)，故無(wú)法確定是否可以記錄到該地震；MS6.0~6.9地震均有記錄。由此可以認(rèn)為，對(duì)于震中距大于1500 km的MS5.4以下地震，瓊中重力觀測(cè)無(wú)記錄能力。
3.6 對(duì)1500 km2009～2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS5.5~5.9地震223次，MS6.0~6.4地震110次。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)于該震中距范圍內(nèi)的MS6.0~6.4地震均有記錄，而對(duì)于MS5.5~5.9地震，我們分別統(tǒng)計(jì)了瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)1500 km以2012年9月7日云南彝良MS5.7和MS5.6雙震(圖5)為例進(jìn)行記錄地震特征分析。該雙震的震中距分別是1115.9 km和1117.3 km，從圖5中可看出，彝良5.7級(jí)地震的同震響應(yīng)振幅、 地震引起的脈沖持續(xù)時(shí)間明顯大于5.6級(jí)地震，說(shuō)明在震中距相同情況下，地震引起的脈沖振幅、 脈沖持續(xù)時(shí)間與震級(jí)成正比。從地震發(fā)生到P波初動(dòng)，耗時(shí)約4 min，且地震波結(jié)束后數(shù)據(jù)曲線無(wú)階躍，儀器線性漂移速率也未發(fā)生改變。
圖5 2012年9月7日11:00～12:00時(shí)瓊中臺(tái)重力觀測(cè)秒值原始數(shù)據(jù)曲線
表5 瓊中臺(tái)重力觀測(cè)記錄MS5.5~5.9地震的次數(shù)與未記錄到次數(shù)之比
4地震動(dòng)對(duì)重力儀記錄數(shù)據(jù)的影響
連續(xù)重力觀測(cè)的意義在于從重力觀測(cè)數(shù)據(jù)中分離出重力潮汐信息和非潮汐信息，對(duì)其進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)可能存在的地震前兆異常, 以應(yīng)用于地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，而不在于記錄地震。地震在重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線上引起的波動(dòng)嚴(yán)格意義上講是一種干擾，這種干擾是否會(huì)影響重力數(shù)據(jù)的應(yīng)用是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線記錄地震的表現(xiàn)形式主要有脈沖和同震階躍兩種。對(duì)于瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線而言，除2012年4月11日印尼MS8.6地震導(dǎo)致重力儀粘擺(圖6)，開(kāi)擺后觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生階躍外(階躍后的線性漂移速率未發(fā)生改變)，其他地震產(chǎn)生的同震響應(yīng)形式均為脈沖。目前為止，重力觀測(cè)曲線尚未出現(xiàn)不明脈沖而無(wú)地震與之對(duì)應(yīng)的情況。
圖6 2012年4月11日至2012年4月13日瓊中臺(tái)重力觀測(cè)分鐘值預(yù)處理數(shù)據(jù)曲線
地震除了會(huì)對(duì)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響外，對(duì)重力潮汐因子和非潮汐重力殘差(所謂非潮汐重力殘差值就是重力觀測(cè)數(shù)據(jù)消除理論固體潮和儀器線性漂移后所獲得的數(shù)據(jù))會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，是我們?cè)诶眠B續(xù)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行地震分析預(yù)報(bào)中所關(guān)心的。在此，以2014年1月至2014年8月瓊中臺(tái)重力預(yù)處理數(shù)據(jù)曲線(圖7上)與經(jīng)計(jì)算后獲得的重力殘差值曲線(圖7中)和重力M2波潮汐因子曲線(圖7下)為例進(jìn)行分析，對(duì)于在預(yù)處理曲線上產(chǎn)生明顯同震效應(yīng)的地震在圖上進(jìn)行了標(biāo)注。從圖中可明顯看到，在預(yù)處理曲線上產(chǎn)生明顯同震效應(yīng)的地震在重力殘差值曲線中亦有同震效應(yīng)，且在重力殘差值曲線中同震效應(yīng)的表現(xiàn)形式也是脈沖，無(wú)階躍情況發(fā)生； 而在M2波曲線上則無(wú)明顯的同震效應(yīng)，說(shuō)明地震對(duì)重力潮汐參數(shù)的影響較小，對(duì)我們利用重力潮汐參數(shù)進(jìn)行地震分析預(yù)報(bào)的影響不大。
圖7 2014年瓊中臺(tái)重力預(yù)處理數(shù)據(jù)、 重力殘差值和M2波潮汐因子數(shù)據(jù)曲線
5認(rèn)識(shí)與討論
(1) 隨著震中距的增加，瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)地震的記錄能力減弱。其中，對(duì)MS<3.0地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)200 km以上的MS3.0~3.9地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)800 km以上的MS4.0~4.9地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)1200 km以上的MS5.0~5.4地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)3500 km以上MS5.5~5.9地震幾乎無(wú)記錄能力。
(2) 瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)原始秒數(shù)據(jù)記錄到的地震波具有地震波到達(dá)時(shí)間延遲、 對(duì)重力觀測(cè)曲線產(chǎn)生干擾且干擾的主要表現(xiàn)形式為脈沖、 同震響應(yīng)結(jié)束后觀測(cè)曲線的線性漂移不發(fā)生改變等特征。
(3) 瓊中臺(tái)重力觀測(cè)記錄到的地震事件對(duì)重力觀測(cè)曲線和非潮汐重力殘差值曲線均會(huì)產(chǎn)生脈沖形式的干擾，而對(duì)M2波潮汐因子產(chǎn)生的影響較小，無(wú)明顯的同震響應(yīng)。
以上認(rèn)識(shí)由于地震樣本數(shù)不是很充足、 地震分布不均勻、 時(shí)間范圍有限(僅對(duì)2009—2014年所發(fā)生的地震進(jìn)行了分析)，且未考慮地震震源深度等因素，結(jié)論或有不盡完善之處，今后仍需繼續(xù)研究以對(duì)認(rèn)識(shí)加以修訂延伸。
(作者電子信箱，李盛： lishyiyuan@163.com)
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 重力勘探資料解釋手冊(cè)編寫(xiě)組. 重力勘探資料解釋手冊(cè). 北京: 地質(zhì)出版社，1983
[2] 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司． 地形變測(cè)量． 北京: 地震出版社，2008： 59-61
[3] 師婭芳，師家升，崔慶谷，等. 貴陽(yáng)臺(tái)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)記震能力研究. 國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，2012(9): 20-26
[4] 張清秀，鄭小菁，林木金，等. 永春井水位對(duì)遠(yuǎn)大地震的記震能力及同震效應(yīng)特征分析. 華南地震，2011，31(3): 34-40
[5] 宋茉，邱澤華，唐磊. 鉆孔應(yīng)變臺(tái)站記震能力研究. 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué), 2010，30(增Ⅱ)： 32-35
地震科普
The signature of seismic events recorded by the continuous
gravimeter at Qiongzhong seismic station
Li Sheng1)，Xie Xiaojing1)，Guo Yuqin2)，Huang Tianbao2)
1) Hainan Earthquake Administration，Haikou 570203，China
2) Qiongzhong Seismic Station，Qiongzhong 572900，China
AbstractIn this paper，we used the earthquake catalog(MS≥2.0) from 2009 to 2014 within 3500 km away from the Qiongzhong seismic station to analyze statistically the correlation between the continuous gravity observation data recorded by Qiongzhong station and earthquakes. By investigating the characteristic of the seismic waves generated by earthquakes
in the original second consecutive gravity data，we get the capabilites of Qiongzhong continuous gravity observation to record the earthquake within 3500 km. At the same time，we analyze the influence of earthquakes to the gravity observation data，tidal and non-tidal data parameters. It is considered the earthquakes not only give rise to a pulse or step on the gravity observation data，but also on a non-tidal gravity residual curve，and cause little influence on the gravityM2 tidal factor.
Keywordsgravity observations; the coseismic response; epicentral distance； recorded earthquake
基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)、 預(yù)報(bào)、 科研三結(jié)合課題(152102)和中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃(XH15034Y)。
收稿日期：*2015-04-21； 采用日期： 2015-10-10。
中圖分類號(hào)：P315.72+6；
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A； doi: 10.3969/j.issn.0235-4975.2015.12.004
2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS4.0~9.9地震8次，未發(fā)生MS5.0以上地震。上述8次地震中，瓊中臺(tái)重力觀測(cè)記錄到3次，且該3次地震震級(jí)均大于MS4.5(地震信息如表4所示)； 其余5次未記錄到，地震震級(jí)均介于MS4.0~4.3之間。
表4 瓊中臺(tái)重力觀測(cè)所記錄到的地震信息(600 km 2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS4.0~4.9地震155次、MS5.0~5.4地震17次和MS5.5~5.9地震12次。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)其中的MS4.0~4.9地震均未有記錄； 對(duì)MS5.0~5.4地震記錄到12次，5次未記錄到； 對(duì)MS5.5~5.9地震均有記錄。由此可以認(rèn)為對(duì)于震中距大于1200 km的MS4.9以下地震，瓊中重力觀測(cè)無(wú)記錄能力。 2009—2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS5.0~5.4地震67次、MS5.5~5.9地震27次和MS6.0~6.9地震23次。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)其中的MS5.0~5.4地震均未有記錄；MS5.5~5.9地震中記錄到17次，9次未記錄到，另有1次地震發(fā)生時(shí)瓊中臺(tái)重力儀無(wú)觀測(cè)數(shù)據(jù)，故無(wú)法確定是否可以記錄到該地震；MS6.0~6.9地震均有記錄。由此可以認(rèn)為，對(duì)于震中距大于1500 km的MS5.4以下地震，瓊中重力觀測(cè)無(wú)記錄能力。 2009～2014年該區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS5.5~5.9地震223次，MS6.0~6.4地震110次。瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)于該震中距范圍內(nèi)的MS6.0~6.4地震均有記錄，而對(duì)于MS5.5~5.9地震，我們分別統(tǒng)計(jì)了瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)1500 km 以2012年9月7日云南彝良MS5.7和MS5.6雙震(圖5)為例進(jìn)行記錄地震特征分析。該雙震的震中距分別是1115.9 km和1117.3 km，從圖5中可看出，彝良5.7級(jí)地震的同震響應(yīng)振幅、 地震引起的脈沖持續(xù)時(shí)間明顯大于5.6級(jí)地震，說(shuō)明在震中距相同情況下，地震引起的脈沖振幅、 脈沖持續(xù)時(shí)間與震級(jí)成正比。從地震發(fā)生到P波初動(dòng)，耗時(shí)約4 min，且地震波結(jié)束后數(shù)據(jù)曲線無(wú)階躍，儀器線性漂移速率也未發(fā)生改變。 圖5 2012年9月7日11:00～12:00時(shí)瓊中臺(tái)重力觀測(cè)秒值原始數(shù)據(jù)曲線 表5 瓊中臺(tái)重力觀測(cè)記錄MS5.5~5.9地震的次數(shù)與未記錄到次數(shù)之比 4地震動(dòng)對(duì)重力儀記錄數(shù)據(jù)的影響 連續(xù)重力觀測(cè)的意義在于從重力觀測(cè)數(shù)據(jù)中分離出重力潮汐信息和非潮汐信息，對(duì)其進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)可能存在的地震前兆異常, 以應(yīng)用于地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，而不在于記錄地震。地震在重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線上引起的波動(dòng)嚴(yán)格意義上講是一種干擾，這種干擾是否會(huì)影響重力數(shù)據(jù)的應(yīng)用是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題。重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線記錄地震的表現(xiàn)形式主要有脈沖和同震階躍兩種。對(duì)于瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線而言，除2012年4月11日印尼MS8.6地震導(dǎo)致重力儀粘擺(圖6)，開(kāi)擺后觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生階躍外(階躍后的線性漂移速率未發(fā)生改變)，其他地震產(chǎn)生的同震響應(yīng)形式均為脈沖。目前為止，重力觀測(cè)曲線尚未出現(xiàn)不明脈沖而無(wú)地震與之對(duì)應(yīng)的情況。 圖6 2012年4月11日至2012年4月13日瓊中臺(tái)重力觀測(cè)分鐘值預(yù)處理數(shù)據(jù)曲線 地震除了會(huì)對(duì)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響外，對(duì)重力潮汐因子和非潮汐重力殘差(所謂非潮汐重力殘差值就是重力觀測(cè)數(shù)據(jù)消除理論固體潮和儀器線性漂移后所獲得的數(shù)據(jù))會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，是我們?cè)诶眠B續(xù)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行地震分析預(yù)報(bào)中所關(guān)心的。在此，以2014年1月至2014年8月瓊中臺(tái)重力預(yù)處理數(shù)據(jù)曲線(圖7上)與經(jīng)計(jì)算后獲得的重力殘差值曲線(圖7中)和重力M2波潮汐因子曲線(圖7下)為例進(jìn)行分析，對(duì)于在預(yù)處理曲線上產(chǎn)生明顯同震效應(yīng)的地震在圖上進(jìn)行了標(biāo)注。從圖中可明顯看到，在預(yù)處理曲線上產(chǎn)生明顯同震效應(yīng)的地震在重力殘差值曲線中亦有同震效應(yīng)，且在重力殘差值曲線中同震效應(yīng)的表現(xiàn)形式也是脈沖，無(wú)階躍情況發(fā)生； 而在M2波曲線上則無(wú)明顯的同震效應(yīng)，說(shuō)明地震對(duì)重力潮汐參數(shù)的影響較小，對(duì)我們利用重力潮汐參數(shù)進(jìn)行地震分析預(yù)報(bào)的影響不大。 圖7 2014年瓊中臺(tái)重力預(yù)處理數(shù)據(jù)、 重力殘差值和M2波潮汐因子數(shù)據(jù)曲線 5認(rèn)識(shí)與討論 (1) 隨著震中距的增加，瓊中臺(tái)重力觀測(cè)對(duì)地震的記錄能力減弱。其中，對(duì)MS<3.0地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)200 km以上的MS3.0~3.9地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)800 km以上的MS4.0~4.9地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)1200 km以上的MS5.0~5.4地震無(wú)記錄能力； 對(duì)震中距超過(guò)3500 km以上MS5.5~5.9地震幾乎無(wú)記錄能力。 (2) 瓊中臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)原始秒數(shù)據(jù)記錄到的地震波具有地震波到達(dá)時(shí)間延遲、 對(duì)重力觀測(cè)曲線產(chǎn)生干擾且干擾的主要表現(xiàn)形式為脈沖、 同震響應(yīng)結(jié)束后觀測(cè)曲線的線性漂移不發(fā)生改變等特征。 (3) 瓊中臺(tái)重力觀測(cè)記錄到的地震事件對(duì)重力觀測(cè)曲線和非潮汐重力殘差值曲線均會(huì)產(chǎn)生脈沖形式的干擾，而對(duì)M2波潮汐因子產(chǎn)生的影響較小，無(wú)明顯的同震響應(yīng)。 以上認(rèn)識(shí)由于地震樣本數(shù)不是很充足、 地震分布不均勻、 時(shí)間范圍有限(僅對(duì)2009—2014年所發(fā)生的地震進(jìn)行了分析)，且未考慮地震震源深度等因素，結(jié)論或有不盡完善之處，今后仍需繼續(xù)研究以對(duì)認(rèn)識(shí)加以修訂延伸。 (作者電子信箱，李盛： lishyiyuan@163.com) 參 考 文 獻(xiàn) [1] 重力勘探資料解釋手冊(cè)編寫(xiě)組. 重力勘探資料解釋手冊(cè). 北京: 地質(zhì)出版社，1983 [2] 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司． 地形變測(cè)量． 北京: 地震出版社，2008： 59-61 [3] 師婭芳，師家升，崔慶谷，等. 貴陽(yáng)臺(tái)鉆孔應(yīng)變觀測(cè)記震能力研究. 國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，2012(9): 20-26 [4] 張清秀，鄭小菁，林木金，等. 永春井水位對(duì)遠(yuǎn)大地震的記震能力及同震效應(yīng)特征分析. 華南地震，2011，31(3): 34-40 [5] 宋茉，邱澤華，唐磊. 鉆孔應(yīng)變臺(tái)站記震能力研究. 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué), 2010，30(增Ⅱ)： 32-35 地震科普 The signature of seismic events recorded by the continuous gravimeter at Qiongzhong seismic station Li Sheng1)，Xie Xiaojing1)，Guo Yuqin2)，Huang Tianbao2) 1) Hainan Earthquake Administration，Haikou 570203，China 2) Qiongzhong Seismic Station，Qiongzhong 572900，China AbstractIn this paper，we used the earthquake catalog(MS≥2.0) from 2009 to 2014 within 3500 km away from the Qiongzhong seismic station to analyze statistically the correlation between the continuous gravity observation data recorded by Qiongzhong station and earthquakes. By investigating the characteristic of the seismic waves generated by earthquakes in the original second consecutive gravity data，we get the capabilites of Qiongzhong continuous gravity observation to record the earthquake within 3500 km. At the same time，we analyze the influence of earthquakes to the gravity observation data，tidal and non-tidal data parameters. It is considered the earthquakes not only give rise to a pulse or step on the gravity observation data，but also on a non-tidal gravity residual curve，and cause little influence on the gravityM2 tidal factor. Keywordsgravity observations; the coseismic response; epicentral distance； recorded earthquake 基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)、 預(yù)報(bào)、 科研三結(jié)合課題(152102)和中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃(XH15034Y)。 收稿日期：*2015-04-21； 采用日期： 2015-10-10。 中圖分類號(hào)：P315.72+6； 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A； doi: 10.3969/j.issn.0235-4975.2015.12.0043.4 對(duì)800 km
3.5 對(duì)1200 km
3.6 對(duì)1500 km
