上海定点形变异常特征及机理分析＊

王小平 尹京苑 倪友忠 陈 军

(上海市地震局,上海 200062)

上海定点形变异常特征及机理分析＊

王小平 尹京苑 倪友忠 陈 军

(上海市地震局,上海 200062)

2009年 11月上海松江地震序列距佘山形变观测点约 18 km,距查山形变台约 32 km。地震前这两个定点的形变观测均出现不同程度的异常。结合形变资料和震源机制解分析结果发现,此次异常的应力方向与该区域的背景应力场方向基本一致,因此认为,观测到的形变异常很可能反映的是区域构造应力场的变化情况。

松江地区;形变异常;震源机制解;应力场;地震序列

1 引言

地壳形变是地壳介质在构造应力和天体引力以及地表载荷力作用下发生变形的一种表现形式。而与地震有关的地形变则是在孕震过程中,随着构造应力的不断集中直到发震前后的一种最直接的伴随现象[1,2]。2009年 10月 18日—11月 7日松江附近共发生 8次小震(表 1),震中离佘山台约 17 km,离查山台约 30 km,台站及地震分布见图 1。此次系列地震前上海两个定点形变观测多个测项出现异常变化(表 2)。经过异常落实,无仪器、环境等因素的干扰。本文将通过对形变观测资料和震源机制解的分析,探讨异常变化与该区域构造应力场变化的关系。

2 台址条件及仪器概况

佘山台位于上海市松江区余山脚下,地理位置为东经 121.1°,北纬 31.2°。山洞洞顶覆盖层厚度大于 40 m,旁侧覆盖层厚度大于 50 m,洞深 200多米,仪器室年温差小于 0.2℃,日温差小于 0.1°C。岩性为上侏罗系天马组的安山岩。佘山台洞体条件良好,密封保温设施齐全,因此固体潮汐记录完好、零漂小。

表 1 2009年 10月 18-11月 7日小震信息Tab.1 Small earthquakes from Oct.18 to Nov.7,2009

图 1 上海形变台站及松江系列地震分布图Fig.1 Distribution of deformation stations in Shanghai and Songjiang earthquake sequence

表 2 松江系列地震前定点形变出现的短临异常Tab.2 Short-i mpendi ng anomalies at fixed deformation observation before the Songji nag earthquake sequence

山洞内水管仪、伸缩仪共用仪器墩,水管仪 NS分量基线长 22.86 m,方位N18.5°W,EW分量基线长 8.82 m,方位 N71.5°E。水管仪、伸缩仪和垂直摆均为中国地震局地震研究所生产,于 2001年正式使用。资料的连续率和内在精度达到 I类潮汐形变台精度要求。

查山形变台位于上海金山区张堰镇,整个区域地势低平,台站地理位置为东经 121.3°,北纬30.8°。该台站海拔高度约 10 m,离杭州湾水域最近距离约 10 km。该地区的岩相为晚侏罗的火山岩。院内有一个钻孔井深 90多米,28.44～90 m为凝灰岩。钻孔倾斜仪器 CZB2为河南省地震局研制,安装在 67 m左右深处,2007年 4月安装,2008年资料正式使用。

3 形变短临异常特征分析

佘山水管仪NS分量 8月中旬开始北倾,10月初转为南倾斜,倾斜变化量为 0.14角秒(图 2(a)), 10月 7日恢复平稳趋势;水管仪 EW分量由于基线较短,无年变规律,整体呈现东倾趋势,但 8月下旬东倾斜趋势发生变化,变化量达 0.2角秒,10月 10日基本恢复平稳(图 2(b));垂直摆NS分量 9月底向北倾斜,10月初急剧向南倾斜,倾斜变化量为0.056角秒 (图 3(a)),EW分量 9月初向东倾斜,9月下旬向西倾斜,10月 7日恢复平稳,倾斜变化量为 0.058角秒(图 3(b))。水管仪、垂直摆两倾斜观测资料反映的变化方向均为北东东方向。

图2 水管仪器两分量短临异常图Fig.2 Short-impending anomalies of two-component water tube

伸缩仪 NS分量观测曲线 8、9、10月总体呈现受压状态,但自 9月 21日—10月 2日曲线变化出现异常,走向呈现水平状态,并有扰动。10月 2日恢复受压状态趋势,其变化量为 129×10-10,见图 4 (a);EW两分量自 9月 21至 10月 5日出现异常现象,偏离正常的年变曲线,其变化量为 557×10-10,见图 4(b)。

查山CZB钻孔倾斜仪自 2009年3月维修后NS分量呈现南倾趋势,7月下旬至 11月初南倾趋势加剧,并时常伴有扰动异常,偏离量达 0.34角秒 (图 5 (a));EW分量 9月底至 10月初出现较大的转折,先东转向西倾斜,很快又向东倾斜,随后呈现东倾斜变化,变化量为0.1角秒(图5(b))。查山钻孔倾斜仪倾斜变化为南东东方向。

据上述分析,佘山倾斜异常变化方向为北东东,查山倾斜变化方向为南东东。两台站倾斜异常变化方向基本为背向震中方向 (图 1),这一现象与大多数倾斜异常总结结果一致。同时佘山水管仪、垂直摆异常变化量不同说明同一台站不同类型的倾斜仪器监测地震前兆信息的能力有很大差异。

4 地震发生的地质构造背景及形变异常机理分析

4.1 地质环境及区域应力场特征

图3 垂直摆两分量短临异常图Fig.3 Short-impending anomalies of two-component vertical pendulum

图4 伸缩仪两分量短临异常图Fig.4 Short-impending anomalies of t wo-component extensometer

松江系列地震震中位置地处扬子地块东北段的东南边缘,位于青浦-龙华断裂和枫泾-川沙断裂夹持的天马山火山岩构造盆地中央,该盆地是晚侏罗世至白垩世长期继承性发育的箕状构造盆地,地层由西北向东南逐渐趋新,以安山岩、安山玢岩为主,向东南变为溶结凝灰岩、流纹岩为主(黄组 K2s),再变为以凝灰岩为主,至晚白垩世的紫红色砂泥岩夹石膏(松江组 K2s)等。盆地北侧为青浦-龙华断裂,走向北 70°～80°东,最晚活动时代为早更新世。南侧枫泾-川沙断裂,走向北 60°～70°东,倾向北西为主,倾角 75°,最晚活动时代为中更新世,两者皆隐伏于 200～300 m的第四纪覆盖层之下。盆地中部构造平稳,仅于天马山顶见北 60°东的张性-张扭性正断裂,长度有限。

文献[3]研究得出上海佘山台站下方主应力方向为 55.9°。考虑到上海佘山台站距震中位置仅约18 km,可以近似认为震中位置区域范围内主应力方向大致在 55.9°左右。周翠英[4]等人 2004年使用143组中小地震单震震源机制解和 l7组小区域综合机制解资料,统计分析了华东地区的现代构造应力场特征,得出华东地区现今处在NEE向(约 80°)主压、NNW向(350°左右)主张应力场的控制下。

4.2 形变异常机理分析

图5 查山台钻孔倾斜异常图Fig.5 Anomalies of borehole tiltmeter at Chashan station

伸缩仪NS分量基线长 22.86 m,EW分量基线长8.82 m。9月底至10月初伸缩仪NS、EW两分量变化量分别为 129×10-10与 557×10-10;可以按公式(1)分别计算出两分量的变化速率,其中ΔL/L为应变观测量 (10-10)。NS分量变化速率为 3.69× 10-5mm/天,EW分量变化速率为 6.14×10-6mm/天。

伸缩仪NS分量方位为N18.5°W,EW分量方位为N71.5°E,根据公式 (2)计算出相应的主应力场方向约为北 40°东。

利用 10月 18日至 11月 7日发生的 8次地震上海及其邻近地区台站记录的初动(台站分布见图6)计算出的该区域复合震源机制解 (平均解)为该次地震节面走向 10°,倾角 73°,滑动角 138°,主要受压应力作用下,NNE向断层产生倾滑右旋逆冲活动引起。P轴压应力方位角为 67°,方向北东东,T轴张应力方位角为 324°,方向北北西。

图6 松江系列地震及台站分布图Fig.6 Distribution of the Songjiang earthquake sequence and stations

利用伸缩仪变化速率计算的主应力方向和利用P波初动计算出的震源机制解主应力方向基本与本地区区域应力场方向基本一致。结合形变倾斜的异常变化方向,从而可以得出此段时间内上海定点形变观测到的异常与该区域构造应力场的变化有关,为这次地震序列的形变前兆异常。

5 结论

松江地震系列前上海定点形变 4个数字化形变测项在异常时间上均显示出很好的一致性。通过形变资料和震源机制解分析,发现这些异常变化与该区域的构造应力场变化有关。

1 陈德福,李正媛,陈鹏.定点形变观测与 GPS大地测量[J].大地测量与地球动力学,2003,(1)：107-113.

2 吴翼麟,等.定点形变方法多指标判别地震异常的追踪分析[J].地壳形变与地震,1991,(1)：10-22.

3 刘希强.利用剪切波分裂研究中国大陆上地幔各向异性[D].中国科学技术大学,1999.

4 周翠英,等.华东地区现代地壳应力场及地震断层错动性质[J].地震地质,2005,27(2)：273-288.

5 李杰,等,岫岩Ms5.4地震前烟台形变异常特征及机理分析[J].地震,2006,26(3)：71-78.

6 张卫华,等.九江-瑞昌 5.7级地震定点潮汐形变的异常分析[J].大地测量与地球动力学,2006,(2)：34-38.

7 中国地震局监测预报司.地震前兆异常落实工作指南[M].北京：地震出版社,2000.

STUDY ON CHARACTERISTICS AND M ECHANISM OF DEFORMATION ANOMALY AT SHANGHA I FIXED DEFORMAT ION STATIONS

Wang Xiaoping,Yin Jingyuan,Ni Youzhong and Chen Jun
(Earthquake Adim inistration of ShanghaiM uniciplity,Shanghai 200062)

The distances bet ween Shanghai Songjiang seis mic sequence in Novemeber,2009 and Sheshan defor mation station,Chashan deformation station are about 18 km and 32 km respectively.The deformation observations appeared of different anomaly degree at these two stations before the earthquakes.The results combined the defor mation data with focalmechanis m solution show that the direction of the anomaly is consistentwith the direction of background stress field of this area,so we think that the observed deformation anomalies are likely to reflect the changes in tectonic stress field.

Songjiang area;deformation anomaly;focalmechanism solution;stress field;seismic sequence

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0050-04

2010-04-18

王小平,女,1970年生,高级工程师,主要从事地壳形变、地震预报方向的研究.E-mail：xpwang123@hotmail.com

P315.72+5

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