郑州地震台形变资料映震效能研究

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[摘 要]通过对郑州地震台重力仪、水管仪、伸缩仪各测向固体潮观测数据计算和分析，提取了相关震例的短、临前兆信息。结果表明，该台固体潮观测对地震有一定的监测能力，其中，①重力资料对郑州省会圈中等以上地震有短期甚至短临预测价值。②水管倾斜仪和伸缩仪观测资料对豫、晋交界区域地震有中、短期预测能力。③重力、水管仪、伸缩应变资料对豫东南方向的地震信息反映不明显。

[关键词]郑州地震台；定点形变；固体潮；映震效能

中图分类号：P315.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0019-03

0 引言

地壳形变是地震孕育、发生过程中最突出的物理现象，它与地震的关系最为直接，具有明确的几何和物理意义。大量事实证明，1976年唐山7.8级、2008年汶川8.0级等地震前都出现了突出的地形变前兆异常。

郑州地震台现有的定点形变观测始于2002年，安装有DSQ型水管倾斜仪和SS-Y型伸缩应变仪，是国家基本台。2008年安装了PET重力仪器，开始重力观测，使得郑州地震台成为拥有重力、地倾斜、洞体应变固体潮观测的综合形变观测台，它是河南地区唯一的地形变综合观测点。因此，本文通过统计和分析各测项一定观测范围内中等以上地震前的异常特征和异常性质，对该台形变观测资料的映震能力做出正确的认识和客观的评价，对地震前兆研究具有实际的借鉴意义。

1 台站环境及地震地质构造背景

郑州地震台位于秦岭东西复杂构造带北缘偏东，华北沉降带开封中坳和嵩（山）萁（山）隆起的交界部位。台基属于第三季灰岩，附近有须水断裂、上街断裂、古荥断裂、郭小寨断裂、武陟断裂、封门口-五指岭断裂等断裂带。包括主观测台和荥阳子台两部分，主台郑州地震台地理坐标（113°34′00″E，34°37′59″N），海拔高程220m；重力观测室位于主台地下室内的基岩观测墩上，洞深30m，洞顶覆盖厚度6m，洞内日温差0.1℃，年温差1.0℃；子台荥阳地震台地理坐标（113°18′44″E，34°38′22″N），海拔高程255m，位于主台西北约25km 的王宗店村，水管倾斜仪和伸缩应变仪安装在进深200米的山洞内，洞内年温差0.1℃，洞顶覆盖厚度30米，侧旁覆盖厚度60米，洞体岩性为馒头页岩和石英岩等[1]。

2 重力固体潮资料震例分析

由于地壳形变的理论基础及固体潮的处理方法都比较成熟[2]，所以本文侧重于根据资料的不同变化形态选取相适应的数据处理方法对资料进行非潮汐计算分析，提取前兆异常信息。

对重力整点值观测数据进行预处理，再采用传统的重力固体潮资料处理方法（即Nakai拟合分析、潮汐分析等）对预处理数据进行分析计算。[3]选取了2009年以来重力观测点300km范围内M>5.0级的一次次中强地震和100km范围内M>3.0级的6次震例（因资料太短，舍去了2009年1月18日洛阳偃师地震）。结果表明，三次中强地震前，重力观测资料没出现异常。而四次M>3.0地震前，重力观测资料振幅因子和相位滞后出现了不同程度的异常反应（图1a、b），振幅因子在长葛地震前有明显高值异常，相位滞后则表现为连续高值超出2倍标准差，2009年12月20日获嘉M4.1级和2011年3月16日长葛M3.0级地震前出现同步异常现象。重力资料震例异常统计见表1。

3 水管倾斜仪资料震例分析

DSQ型水管仪，观测精度均优于10-9，自正式记录以来，工作稳定，资料可靠，固体潮形态记录清晰。本文选取了2002-2012年距台站300km范围内大于Ms5.0和距台站100 km范围内Ms 3.5～5.0级共7次震例进行异常分析。

统计表明几次地震前，水管仪两个方向的整点值拟合方差、振幅因子、相位滞后都出现不同程度的偏离正常值变化，除去可信度偏低的单点异常[4]，几次地震前，均有计算指标出现持续异常。图2、3（a、b、c）分别是NS向、EW向的日均值拟合方差（a）、振幅因子（b）、相位滞后（c）时序变化曲线，通过对表2所列7次震例进行了异常分析。统计表明几次地震前，水管仪两个方向的整点值拟合方差、振幅因子、相位滞后都出现不同程度的偏离正常值变化，除去可信度偏低的单点异常，几次地震前，均有计算指标出现持续异常。同时期没有降雨，放炮，抽水等外界干扰因素，分析认为是地震前兆异常。

2002年11月7日原阳M4.5地震前水管仪NS向、EW向有一个月的拟合方差短临异常，振幅因子、相位滞后异常信息不明显。2003年6月至11月在水管仪NS向、EW向拟合方差异常高值过程中，发生2003年11月25日洪洞Ms5.0级地震，两个方向的振幅因子、相位滞后没有出现同步异常，仅出现单方向异常反应。2009年1月18日偃师Ms3.6级地震前EW向振幅因子、相位滞后出现高值同步异常。2009年12月20日获嘉Ms4.1级地震，2010年1月24日河津Ms5.2级地震和2011年12月12日沁阳Ms3.5级地震都是在拟合方差高值过后发生的，不同的是，太康地震时，却表现平静，异常信息较弱。

4 SS-Y伸缩应变仪观测资料分析

伸缩应变EW 向、NS向的观测资料没有明显的年周期变化，图4、5分别是NS向、EW向的日均值拟合方差（a）、振幅因子（b）、相位滞后（c）时序变化曲线，表2是7次震例的异常统计结果。

统计表明，几次地震前伸缩仪两个方向的整点值拟合方差、振幅因子、相位滞后都出现不同程度的偏离正常值变化，除去可信度偏低的单点异常，几次地震前，均有计算指标出现持续异常。同时期没有降雨，放炮，抽水等外界干扰因素，分析认为是地震前兆异常。2002年11月7日原阳M4.5地震前两个方向都有一个月的拟合方差、振幅因子和相位滞后短临同步异常；2003年6月至11月在异常高值过程中，发生2003年11月25日洪洞M5.0级地震，NS向振幅因子、相位滞后震前出现持续扰动，两个方向资料表现出同步异常。2008年底两个方向拟合方差、振幅因子、相位滞后出现高值异常，随后发生了2009年1月18日偃师M3.6级地震。而2009年12月20日获嘉M4.1级地震，2010年1月24日河津M5.2级地震、2011年12月12日沁阳M3.5级地震和2010年10月24日太康M4.7都是在拟合方差高值过后发生的，不同的是，太康、沁阳地震振幅因子和相位滞后异常同步性较好，而获嘉、河津地震同步性较差。

5 结论与讨论

（1）水管倾斜仪和伸缩仪观测资料对豫、晋交界区域地震有中、短期预测能力。水管倾斜和伸缩仪在2002年11月7日原阳Ms4.5级、2003年11月25日洪洞Ms5.0级、2009年12月20日获嘉Ms4.1级和2010年1月24日河津Ms5.2级地震前表现出多指标异常，洪洞地震前异常持续时间和幅度要比河津地震前异常持续时间长、幅度大。

（2）重力资料对郑州省会圈中等以上地震有短期甚至短临预测价值。重力的振幅因子和相位滞后在2009年12月20日获嘉Ms4.1级、2010年4月5日获嘉Ms3.1级、2011年3月16日长葛Ms3.0级、2011年12月12日沁阳Ms3.5级地震前均出现了突出的短期或短临异常，且异常形态十分相似。

（3）数字化采样的实现，使得记录数据信息更加丰富，重力仪稳定性好，观测精度高，因此利用重力分钟值提取短临或临震异常信息是可行的；水管倾斜仪和伸缩应变仪记录的分钟值曲线因受爆破、雷电、大风气流等干扰较多，而且又不易排除干扰，目前要想从这些测项中提取临震异常信息还存在比较大的困难。[5]

参考文献

[1] 黄灿，吴海波，等.荥阳地震台形变观测干扰的识别.大地测量与地球动力学.2013，33：91―93.

[2] 孙其政，张国民，李宣瑚，等.地壳形变分析预报方法[M].北京：地震出版社，1998.

[3] 陈德福.潮汐形变前驱波的时空特征[J].大地测量与地球动力学，2006，26（2）：24―30.

[4] 蒋骏，李胜乐，张雁滨，等.地震前兆信息处理软件系统[EM].北京：地震出版社，2000.97一lO3，231―232.

[5]汪翠枝，陈嵩，田山等.蓟县台地形变观测资料映震效能研究.地震.2009，29：99―107.

作者简介

黄灿（1976年- ），男，工程师，河南永城人，本科，主要从事地震监测预报工作。