上王地震台SS-Y伸缩仪在中强震前的异常特征初步分析

赵杰 陈全智 张健 齐银峰

摘 要：基于关中地区上王地震台SS-Y伸缩仪观测资料，本文利用日均值、矢量图等分析方法，研究2015—2019年陕西省内Ms（面波震级）≥5.0级和国内外Ms≥6.5级的典型地震发震前形变资料所出现的短期和临震异常变化，统计异常持续时间、异常结束至发震时间，归纳异常形态特点及类型等，得出地震前形态的变化规律。分析表明，上王地震台SS-Y伸缩仪日均值形态异常对应短临地震的效果较好，矢量图异常对应中短期地震的效果较好。

关键词：地应变;日均值;矢量分析;形态异常

中图分类号：P315.63文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）17-0134-04

Preliminary Analysis of Abnormal Characteristics of SS-Y Extensometer

at Shangwang Seismic Station before Moderate and Strong Earthquakes

ZHAO Jie CHEN Quanzhi ZHANG Jian QI Yinfeng

（Baoji Central Seismological Station， Shaanxi Earthquake Administration，Baoji Shaanxi 721008）

Abstract： Based on the observation data of SS-Y extensometer at Shangwang Seismic Station in Guanzhong area， this paper uses analysis methods such as daily average value and vector diagram to study the short-term and imminent abnormal changes of deformation data before the occurrence of typical earthquakes with Ms （magnitude of surface wave）≥5.0 in Shaanxi Province and Ms≥6.5 at home and abroad from 2015 to 2019， and counts the duration of the anomaly， the time from the end of the anomaly to the occurrence of the earthquake， summarizes the characteristics and types of the anomaly， and draws the law of changes in the shape before the earthquake. The analysis shows that the anomaly of the daily mean value of the SS-Y extensometer at Shangwang Seismic Station has a better effect on short-term and imminent earthquakes， and the vector anomaly has a better effect on mid- and short-term earthquakes.

Keywords： ground strain;daily mean value;vector analysis;morphological abnormality

地形變是地壳运动状态的直接反映，是最具特色的地球物理现象，它伴随地震孕育和发生的全过程，国内外多次中强地震前均观测到地形变异常[1]。杨又陵等对形变观测资料的研究做了大量工作，在前兆分析中，主要采用日均值、矢量图以及一阶差分等分析方法，对比以上分析方法，日均值和矢量图在短临地震分析预报方面的优势较为明显[1]。本文对位于关中地区的上王地震台2015—2019年SS-Y伸缩仪观测资料进行系统整理，在分析和排除各类干扰的基础上，对照中国地震台网地震目录，分析该台观测资料的日均值年变曲线、五日均值矢量图，探讨其异常与中强震的对应关系。

1 台站基本情况

上王地震台位于宝鸡市陈仓区上王乡赵家河村，为经扩建改造后的战备山洞，该山洞在虢镇-固关北西向断裂西侧，距该断裂1.5 km。台基为印支期的斑状黑云母花岗岩，岩性坚硬，比较完整，致密均匀。岩层倾角为20°左右。该构造运动强烈，历史上曾发生过岐山7级（公元前780年）地震和陇县6级（1704年）地震，近20年来，该区中小地震活动频繁。台站10 km范围内无100万m3以上的水库，无深层抽水、注水井，无冲、压设备作业场地，无输变电站，无无线电发射台。20 km范围内无采石厂，7 km附近的金陵河支流司川河最大洪水流量小于50 m3/s，亦属季节性小河，洞室底面高于当地最高洪水位和最高地下水位面。

上王形变山洞是一等边直角三角形山洞，进深为22 m，覆盖约30 m，山洞整体稳定。基岩为印支期的斑状黑云母花岗岩，岩性坚硬，比较完整，致密均匀，植被较好。上王台观测仪器有DSQ水管仪和SS-Y伸缩仪，近些年观测基础信息未变更，观测环境满足要求。

2 资料的选取与研究思路

关中地区历史上发生过多次中强地震，地震活动较为频繁，预报分析发现，在近场发生4级左右地震及远场发生6级以上地震前，洞体应变观测仪器经常会出现异常变化，具有很好的映震能力，其记录的震前有异常情况频率很高[1]。本文选取关中地区上王形变台伸缩仪观测资料，绘制该台日均值年变曲线图、矢量合成图，分析SS-Y伸缩仪观测资料震前的异常特征，异常时段主要界定在三个月至半年以内。

据统计，2015—2019年以来，国内外发生Ms≥6.5级地震43次，其中国内发生6.5级以上地震19次，7.0级以上地震3次，即2015年11月14日东海海域7.3级地震、2017年8月8日四川九寨沟7.1级地震、2017年11月18日西藏米林7.0级地震。陕西发生3.5级以上地震8次，其中，2015年1月7日宁强发生4.0级地震后，2018年9月12日发生5.6级地震。本文选取陕西境内及周边Ms≥5.0级、国内及国外Ms≥6.5级部分典型地震作为研究对象。

3 资料分析

3.1 日均值异常分析

日均值年变曲线图分析能够很好地消除潮汐变化和短期突变，是前兆分析中最常用的分析方法[2]。异常形式主要表现为：从多年的时序曲线上可以看到，绝大多数测项存在明显的年周期变化[2-3]。地震前，由于局部地壳变形的影响，测值会出现畸变，即打破年变;有的台项地震前年变幅度出现增大或减小，有的台站的季节转向偏离正常时间，这些日均值年变曲线改变正常形态，均属异常[4]。

为了保证单台资料的可靠性，本文选取2015—2019年上王地震台SS-Y伸缩仪日均值年变曲线进行分析，如图1所示。总的来说，从图1可以看出，上王地震台SS-Y伸缩仪日均值曲线年变规律呈现春季至秋季走高、冬季走低的形态。2015年6月中旬，上王地震台SS-Y伸缩仪日均值曲线出现年变幅增大、加速北倾的现象。2016年，该台伸缩仪日均值曲线夏季上升时间延后，且年变幅度较2015年放缓。2017年7月中旬开始，日均值曲线出现多次破年变的现象，表现为变化速率加大、阶变鼓包。2018年8月初，上王地震台SS-Y伸缩仪日均值曲线NS分量和EW分量同步出现加速上升，趋势较强，从图2可以看出，该阶段存在明显的破年变。2019年同2016年一样，日均值曲线出现季节转向上升，从2019年4月开始，NS分量和EW分量同步转向上升。

本文按照中国地震台网地震目录对日均值曲线标注了地震信息，统计了发生典型地震后日均值曲线形态异常的类型和异常持续时间，如表1所示。以上日均值破年变异常出现后，均有对应地震发生，一般来说，地震发生在异常出现后的半个月至一个月。2015—2019年，上王地震台SS-Y伸缩仪观测资料连续、完整、可靠，无明显外界干扰，因此日均值曲线的震前异常是可靠的。

经分析，上王地震台SS-Y伸缩仪日均值年变曲线震前异常主要表现为时序曲线走势变化、年变幅度增大或者减小、季节转向偏离正常时间。日均值曲线年变曲线图是前兆分析中判别震前异常的主要标准之一，上王地震台SS-Y伸缩仪日均值曲线对应短临地震的效果较好，可以用于短临地震时间要素的预测。

3.2 矢量分析法

地倾斜两分量测值的矢量之和表示某一时刻地面相对起始位置的倾斜角，绝大多数形变观测值具有较强的年变规律[3]。研究表明，SS-Y伸缩仪倾斜矢量的异常特征主要有转向、拐弯、打结、加速或减速，根据持续时间和矢量图形，可确定其为中期异常或短临异常[4-5]。通常，在观测资料中，震前快速形变阶段的识别有一定难度，因此，本文基于上王地震台SS-Y伸缩仪五日均值绘制分量测值的矢量图，有效排除干扰，从而识别异常。上王地震台SS-Y伸缩仪的2015—2019年矢量合成图如图2所示。

观察发现，SS-Y伸缩仪观测资料五日均值矢量合成图多处出现不规律的拐弯、打结等现象。本文重点关注几处较为典型的异常过程，例如，2015年12月7日，塔吉克斯坦发生7.5级地震，与之对应的是2015年10月底SS-Y伸缩仪矢量图明显开始出现异常拐弯现象。2016年2月18日开始，SS-Y伸缩仪矢量图出现转向，然后连续拐弯并且走势加速异常，随后，2016年5月31日我国东海钓鱼岛海域发生6.6级地震，此次矢量曲线异常明显，持续时间长。11月中旬出现短暂转弯加速后，2016年11月25日新疆阿克陶发生6.9级地震。2017年8月8日国内发生破坏性地震——四川九寨沟7.1级地震，从图2可以发现，该地震发生前，SS-Y伸缩仪矢量图自2017自4月底开始，先是出现不规律转向加速，随后有多次打结现象，持续约2个月。2018年9月12日，陕西省发生近些年最大的一次地震—宁强5.6级地震，从图2可以发现，该地震发生前，SS-Y伸缩仪矢量图自2018自6月底开始，先是出现不规律加速，随后有多次打结现象，持续约2个月。由表2可以看出，上王台SS-Y伸缩仪矢量图曲线发生异常转向、拐弯或打结等现象后，15～30 d发生地震的频率较多，异常发生60 d左右，对应发生地震的次数少;矢量异常持续时间大多为30～60 d，对应地震一般发生在矢量异常结束后的15～60 d;此外，发生地震的震级与异常持续时间无必然联系。

通过上王地震台SS-Y伸缩仪矢量图分析可知，总体来说，矢量图出现不规律的转向、打结或走势异常等现象，与地震对应关系较好;出现矢量异常后，15～30 d发生地震的频率较高，异常发生60 d左右，对应发生地震次数少;矢量异常持续时间大多为30～60 d，对应地震一般发生在矢量异常结束后的15～60 d;SS-Y伸缩仪矢量图异常持续时间和地震震级大小无必然联系。所以，上王地震臺SS-Y伸缩仪矢量合成图异常特征可以很好地用于判断地震发生时间。

4 结论

本文通过绘制上王地震台SS-Y伸缩仪观测资料日均值年变曲线图、矢量合成图，结合中国地震台网地震目录，分析日均值年变曲线破年变异常、矢量合成图异常与地震对应的关系。研究发现，SS-Y伸缩仪观测资料日均值曲线图震前异常主要表现为时序曲线走势变化、年变幅度增大或者减小、季节转向偏离正常时间。日均值曲线年变曲线图是前兆分析中判别震前异常的主要标准之一，上王地震台SS-Y伸缩仪日均值曲线对应短临地震的效果较好，可以用于短临地震时间要素的预测。另外，SS-Y伸缩仪观测资料矢量图出现持续的不规律转向、打结或走势异常后，多有5.0级以上地震发生，发生时间为15～60 d;矢量异常持续时间大多为30～60 d，对应地震一般发生在矢量异常结束后的15～60 d，可以用于中短期地震时间要素的预测;发生地震的震级大小与矢量异常持续时间无必然联系。

参考文献：

[1]杨又陵，曲延军.新疆天山地区定点形变群体异常特征与地震活动[J].地震，2002（1）：91-96.

[2]沈晓松，冯建琴，程冬焱，等.山西地区水管仪和伸缩仪在中强地震前的异常浅析[J].山西地震，2012（1）：17-23.

[3]冯琼松，杨艳珠，邓存华.昆明地震台SS-Y伸缩仪观测资料在中强地震前的异常分析[J].四川地震，2015（4）：32-35.

[4]赵彬彬，高歌.新疆哈拉峻钻孔倾斜矢量打结异常映震特征初步分析[J].内陆地震，2018（2）：103-111.

[5]赵小贺，陈传华，王伟，等.数字化地形变资料异常形态与地震[J].华北地震科学，2007（3）：50-52.