丁雨 尹傳兵

摘 ?要：利用安徽地區(qū)定點(diǎn)形變觀測儀器記錄到的日本9.0級地震同震響應(yīng)的數(shù)據(jù)資料，分析同震形變波的初始方向、觸發(fā)時(shí)間、最大振幅、衰減過程等震相特征，檢驗(yàn)觀測儀器的可靠性和靈敏性，得到日本9.0級巨震對安徽區(qū)域形變場的影響。

關(guān)鍵詞：形變觀測;同震響應(yīng);日本3·11地震

中圖分類號：P315.73 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）28-0053-03

Abstract： Based on the data of coseismic response of M9.0 earthquake in Japan recorded by fixed-point deformation observation instrument in Anhui area， the characteristics of seismic phase such as initial direction， trigger time， maximum amplitude and attenuation process of coseismic deformation wave are analyzed. The reliability and sensitivity of the observation instruments are tested， and the influence of the M9.0 earthquake in Japan on the regional deformation field in Anhui is obtained.

Keywords： deformation observation; coseismic response; 3/11 earthquake in Japan

引言

同震響應(yīng)的研究是揭示地殼介質(zhì)對應(yīng)力-應(yīng)變過程響應(yīng)最直接、最有效和最重要的技術(shù)手段之一[1]，而地形變傾斜、應(yīng)變觀測方法是同震響應(yīng)變化最直接的觀測手段和研究方法。2011年3月11日13時(shí)46分在日本本州東海岸附件海域發(fā)生9.0級巨大地震，是1990年以來全球發(fā)生的第四大地震，震源距離安徽定點(diǎn)形變觀測網(wǎng)2200-2500公里，大地震為檢驗(yàn)定點(diǎn)形變觀測對地殼動力作用響應(yīng)及儀器對比分析提供難得的機(jī)遇。本文基于安徽地區(qū)定點(diǎn)形變觀測數(shù)據(jù)資料，收集和整理了日本大地震同震響應(yīng)信息并開展特征分析。

1 臺站基本情況

安徽省前兆監(jiān)測臺網(wǎng)經(jīng)過“十五”數(shù)字化改造，淮北、涇縣、泗縣等相繼安裝洞體傾斜、應(yīng)變觀測儀器，改造建成多個形變觀測綜合臺，同時(shí)在郯廬斷裂帶安徽沿線布設(shè)安裝合肥、嘉山、滁州、六安等鉆孔應(yīng)變觀測點(diǎn)，初步形成鉆孔應(yīng)變監(jiān)測網(wǎng)。通過新建改造形變觀測點(diǎn)，安徽地區(qū)形變監(jiān)測臺網(wǎng)得到初步優(yōu)化。

2 日本地震同震效應(yīng)及特征分析

日本3·11巨大地震發(fā)生后，安徽地區(qū)形變觀測數(shù)據(jù)均發(fā)生觸發(fā)，不同程度的記錄到日本地震形變波（見表1），文中從響應(yīng)初始、形變波最大振幅、衰減特征和形態(tài)特征等方面整理分析，得到日本地震形變波的主要同震變化特征（見圖1）。

（1）同震響應(yīng)初始特征

從同震形變波初始觸發(fā)到時(shí)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表現(xiàn)（見表1），多數(shù)形變儀器在震后5分鐘記錄到震時(shí)形變波，其中石英水平擺傾斜儀震后7分鐘，泗縣臺水管傾斜儀EW、NE分量和金寨臺金屬垂直擺傾斜儀EW分量震后4分鐘;也出現(xiàn)臺站測項(xiàng)較其他儀器同震形變波觸發(fā)時(shí)間相差較大的個例現(xiàn)象，滁州鉆孔應(yīng)變儀震后2分鐘、嘉山鉆孔應(yīng)變儀震后0分鐘和黃山鉆孔應(yīng)變儀震后9分鐘記錄到同震形變波。各類儀器記錄曲線上的觸發(fā)特征顯示，同類儀器震時(shí)觸發(fā)初始方向基本一致，水管傾斜儀各分量的初始方向“+”，伸縮應(yīng)變儀、石英水平擺傾斜儀、金屬垂直擺傾斜儀和鉆孔應(yīng)變儀各分量初始方向“-”，其中泗縣臺伸縮應(yīng)變儀EW、NE分量初始方向“+”除外。

同震形變波是地震波不斷向外傳播時(shí)發(fā)生的“共振”現(xiàn)象，安徽地區(qū)形變儀器均清晰記錄到日本9.0級地震波。各套儀器的同震形變波觸發(fā)時(shí)間與同觀測點(diǎn)地震計(jì)記錄到地震波初始到達(dá)時(shí)間基本一致;石英水平擺傾斜儀、金屬垂直擺傾斜儀NS、EW分量的同震形變波與同觀測點(diǎn)地震計(jì)水平分量的初動方向基本一致，水管傾斜儀兩分量與同觀測點(diǎn)地震計(jì)垂直分量的初動方向基本一致，水管傾斜儀同震波的初始方向呈現(xiàn)NE向傾斜，伸縮應(yīng)變儀、鉆孔應(yīng)變儀同震波的初始方向呈現(xiàn)觀測點(diǎn)受地震波的擠壓變化，泗縣臺伸縮儀EW、NE分量較大NS分量同震形變波觸發(fā)時(shí)間提前了1分鐘，在泗縣臺形變及測震儀器中最早記錄到日本地震波，三套鉆孔應(yīng)變儀同震形變響應(yīng)波初始到時(shí)彼此相差較大，可能是系統(tǒng)時(shí)間偏差導(dǎo)致。

（2）同震形變波最大振幅

在安徽地區(qū)形變儀器記錄到日本地震震時(shí)形變波的最大振幅中，同儀器數(shù)據(jù)曲線對比（見表1），伸縮應(yīng)變儀、石英水平擺傾斜儀EW分量較NS分量振動幅度高出近1倍;不同儀器對比，水管傾斜儀比水平擺傾斜儀最大幅度小且EW分量較為明顯，水平擺傾斜儀與垂直擺傾斜儀同分量形變波最大振幅值相差3倍，鉆孔應(yīng)變儀相比伸縮應(yīng)變儀放大10陪。觀測點(diǎn)儀器EW分量記錄到地震波能量大于NS分量，符合震中位于安徽地區(qū)東側(cè)偏北方位的震源特征，水平擺傾斜儀與水管傾斜儀、垂直擺傾斜儀更為擅長記錄遠(yuǎn)震響應(yīng)信息。

（3）同震形變波隨時(shí)間衰減特征（余震）

從形變儀器記錄到日本3·11同震形變波的波動形態(tài)上，可分為寬幅振動和窄幅振蕩兩個階段，寬幅振動波具有振動幅度大、頻率高等特點(diǎn)，窄幅振蕩波則有持續(xù)時(shí)間較長、振蕩幅度小、頻率較低等特點(diǎn)。同震形變波中，寬幅振動波切換至窄幅振蕩波，幅度、周期出現(xiàn)明顯變化時(shí)作為振動結(jié)點(diǎn)，窄幅振蕩波出現(xiàn)波動平靜斷面時(shí)作為振蕩結(jié)點(diǎn)（見圖1）。安徽地區(qū)形變儀器記錄到日本地震同震形變波顯示（見表1），多數(shù)觀測儀器的寬幅振動階段時(shí)間0.5小時(shí)內(nèi)，寬幅振動出現(xiàn)周期振蕩后進(jìn)入窄幅振蕩、呈現(xiàn)歪三角狀，2類應(yīng)變儀寬幅衰減過程比較完整;2類擺式傾斜寬幅振動1.5小時(shí)左右，其中最大振幅無或不突出，呈現(xiàn)長條形;水管傾斜儀兩分量寬幅振動在半小時(shí)始衰減，窄幅振蕩持續(xù)46至59小時(shí)后出現(xiàn)相對平靜振蕩。從儀器同震響應(yīng)形變波衰減時(shí)間看，水管傾斜儀、水平擺傾斜儀和垂直擺傾斜儀震時(shí)形變波在46-58小時(shí)，伸縮應(yīng)變儀震時(shí)形變波在22-31小時(shí)，鉆孔應(yīng)變儀在16-29小時(shí)。

（4）同震形變波形態(tài)特征

日本9.0級地震時(shí)，安徽形變儀器記錄到不同形態(tài)的同震形變波（見表1），擺式傾斜儀、伸縮應(yīng)變儀及鉆孔應(yīng)變儀記錄過程中不同程度都出現(xiàn)突然的階躍變化，水平擺儀和垂直擺儀有5個測向呈下階躍、1個測向呈上階躍;鉆孔應(yīng)變儀均呈下階躍，伸縮應(yīng)變儀觀測有1個對稱變化、1個上階躍、5個下階躍。泗縣、金寨臺擺式傾斜兩分量波形的階躍變化表明日本地震時(shí)觀測點(diǎn)受到地震波影響呈現(xiàn)西南傾斜變化，淮北等臺伸縮應(yīng)變和嘉山等臺鉆孔應(yīng)變表明震時(shí)地震波攜帶能量對觀測點(diǎn)產(chǎn)生擠壓。

3 結(jié)論

（1）安徽地區(qū)形變儀器與觀測點(diǎn)地震計(jì)記錄到日本地震波的觸發(fā)時(shí)間基本一致，且同震形變波的初始方向與觀測點(diǎn)地震計(jì)記錄到日本地震波的初動方向一致，表明形變儀器能夠較為清晰記錄到特大地震震時(shí)攜帶較大能量的地震初始波，特大地震震時(shí)形變波一定程度克服了儀器采樣率較低的不足，為分析震源參數(shù)提供了較為可靠的觀測資料。

（2）通過安徽地區(qū)形變儀器記錄到地震波的初始特

征，擺傾斜儀、應(yīng)變儀和同觀測點(diǎn)地震計(jì)水平分量的初始方向一致，可獲得日本地震震源信息。同震形變波的初始方向、形態(tài)特征反映震時(shí)安徽區(qū)域形變觀測點(diǎn)受地震波的擠壓變化。泗縣臺伸縮儀EW、NE分量較觀測點(diǎn)形變及測震儀器提前1分鐘記錄到地震波。觀測數(shù)據(jù)采樣率為分鐘值，會出現(xiàn)跨分鐘時(shí)間誤差。日本地震位于觀測點(diǎn)的東北方位，同震形變波的最大振幅反映伸縮儀記錄到地震波的EW、NE分量較NS分量攜帶能量更大，會更早觸發(fā)記錄。水管傾斜儀、擺式傾斜儀同為傾斜觀測，擺式儀器的寬幅振動持續(xù)時(shí)間較長，說明擺式儀器更擅長記錄高頻信息。

（3）現(xiàn)有定點(diǎn)形變觀測儀多為采樣率為1次/min，相對地震計(jì)數(shù)據(jù)采樣率較低，使得同震形變波的響應(yīng)幅度、持續(xù)時(shí)間等變化特征難以真實(shí)反映地震震源信息，提高形變觀測儀器同震響應(yīng)資料的準(zhǔn)確度，需適度提高觀測記錄分辨率，提升觀測影響因素認(rèn)知和掌握程度。

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