基金项目:国家科技支撑计划项目(2006BAC01B02-04-03)和中国地震局地震联合基金(102058)共同资助.
(1.长春市地震局榆树地震监测台,长春 130400; 2.吉林省地震局,长春 130022)
(1. Earthquake Station of Yushu, Earthquake Administration of Changchun City, Yushu 130400, Changchun, Jilin China)(2. Earthquake Administration of Jilin Province, Changchun 130022, Jilin China)
deep earthquake; earth resistivity; anomaly; Yushu earthquake station; Jilin
备注
基金项目:国家科技支撑计划项目(2006BAC01B02-04-03)和中国地震局地震联合基金(102058)共同资助.
运用形态法、各向异性度法及速率法对长春市地震局榆树地震监测台地电阻率资料进行了分析,结果表明,在吉林汪清两次7.0级以上深源地震前,该台地电阻率存在明显的异常变化,属于中、短期异常。
The earth resistivity data at the Yushu, Changchun,station were analyzed by using shape analysis, anisotropic degree and velocity rate methods. It is found that the earth resistivity showed obvious middle- and short-term anomalies before two deep earthquakes(MS≥7.0)in Wangqing of Jilin.
引言
东北地震区是我国唯一的深源地震区,它东临日本海域,西部和北部以敦化—密山断裂为界,南部为富尔河—古洞河断裂,区内深源地震的发生与东北地区的中强震活动有着密切的关系。自1999年以来东北地震区地震能量处于加速释放阶段。1999年4月8日,吉林汪清发生7.0级深源地震(震源深度565 km); 2002年6月28日,又在同一地点、同一深度发生了7.2级地震; 随后在内蒙古巴林左旗和东乌旗相继发生2次5.9级地震、黑龙江大庆发生5.1级地震、吉林乾安—前郭发生5.0级地震。因为中国大陆地震活动高潮期的地震活动水平和6.5级以上深震的关系密切,所以前人大多是从这一方面来研究深源地震(张立敏等,1983; 章振铨,1988; 朱兆才,1992; 孟宪森等,1996; 刘维贺等,2000),对深源地震的前兆异常则研究较少。
本文中,笔者运用形态法、各向异性度法及速率法,对距两次吉林汪清深源地震320 km的榆树地震台1999~2002年间的地电阻率观测资料进行了分析,发现在两次深震前榆树地震台的地电阻率存在明显异常。
1 台站概况
榆树地震台位于松辽平原中部榆树市北郊环城乡东沟村,在构造上位于松辽中新生代坳陷东部隆起带边缘、伊通—舒兰和四平—长春两个深大断裂带北延部分与中间地带、卡岔河地堑西侧2.5 km平原地区。台站周围地势开阔平坦,相对高差不超过2 m,无厂矿设施及人为干扰。
榆树台地电观测采用四极对称装置(供电极距AB=0.900 km,测量极距MN=0.300 km),展布方向取 N45°E和 N45°W 两个测道(图1),分别平行和垂直于四平—长春断裂和卡岔河断裂。电极均采用厚度为5 mm、截面积为(1 000×1 000)mm2的铅板,电极埋设采用与地面垂直方式,埋深为2~3 m,电极引线与电极采用滴定焊锡法焊接牢固,焊点以沥青密封,从电极至地面的引线加绝缘塑料护套。外线路为架空方式,平稳牢固,绝缘程度高。
榆树台地电观测装置1993年正式投入使用,1999 年10月改用中国地震局分析预报中心研制的ZD8B地电仪观测,观测数据稳定,精度较高(史红军等,2001)。2 资料分析
3 探讨与结论
尽管两次地震前榆树台地电阻率出现了明显的异常变化,但由于我们缺少判断深源地震前兆——地电阻率异常的经验,加之榆树台距离深震震中320 km,所以之前未能将异常与深震相联系。现在看来,除了异常量和异常持续时间不同外,汪清两次7.0级以上深震前,榆树台地电阻率均出现明显的中、短期异常变化。应用多种方法分析,地电阻率在震前均出现异常,表明异常是可信的。
另外,1999年4月8日汪清7.0级深源地震前,榆树台N45°E向、N45°W向的地电阻率均出现明显的趋势性下降异常,而2002年6月29日的7.2级深震前,榆树台的地电阻率却没有出现这样的趋势性下降异常,我们分析后认为,这可能是7.0级深震后大区域构造应力场重新调整的结果。榆树台距汪清7.0级深震震中320 km,榆树台地电阻率的异常变化很可能是震中区应力的直接反映。因此,该异常对于地震预测具有重要意义。关于东北深源地震前地电阻率的异常变化,还有待做进一步的分析研究。
本文在写作过程中得到了中国地震局西部强震室杜学彬研究员的指导和帮助,在此深表谢意!
2.1 降水对地电阻率的影响对比同期降水量与地电阻率观测数据可以看出,降水对榆树台地电阻率观测值有明显影响,主要表现为即时影响——在强降水后引起观测值下降。如2005年8月13日的暴雨,降水量达到91.7 mm,两测向地电阻率观测值同步陡降,N45° W向地电阻率观测值从8月5日的44.40 Ω·m降至8月13日的44.30 Ω·m; N45° E向地电阻率观测值从8月5日的47.20 Ω·m降至8月13日的47.10 Ω·m,下降幅度分别为0.23%、0.21%(图2)。同样,从两测向地电阻率月均值曲线与同期月降水量直方图(图3)可以看到,2002、2003年降水量较大时,地电阻率值均出现明显下降。
图2 榆树台地电阻率ρs日均值曲线与降水量直方图(2005-01-12)(a)N45° E向;(b)N45° W向;(c)降水量
图3 榆树台地电阻率ρs月均值曲线与同期月降水量直方图(1995-01~2005-12)(a)N45° E向;(b)N45° W向;(c)降水量
2.2 深震前地电阻率异常分析笔者运用形态法、各向异性度法及速率法,对汪清两次MS≥7.0深源地震前榆树台的地电阻率进行分析。
2.2.1 形态法分析形态法(郑传芳,1997)由于没有作任何数据处理,能较好地反映震前各个时段地电阻率的真实形态,比较直观、简单,物理意义明确。
通过形态上的对比分析(图4)可以看到,1999年4月8日汪清7.0级深震前,榆树台两测向虚线框内的地电阻率曲线均出现趋势性下降,尤以N45°E向的下降比较显著; 震后,两测向地电阻率曲线又缓慢回升。这种异常变化,与唐山、松潘大地震前地电阻率的总体异常特征相似(国家地震局科技监测司,1995)。在排除了降水影响后,可以确定此次深震前榆树台地电阻率出现的下降为趋势性下降异常。
图4 榆树台地电阻率ρs月均值曲线(a)N45°E向;(b)N45°W向
2.2.2 各向异性度法分析各向异性度法(钱家栋等,1985)是用来分析地下介质的各向异性的。在实际工作中,定义实用的地电阻率各向异性度S(陆远忠等,2002)为
S=|1/n∑ni=1((ρSNS)/(ρsEW))-1|×103.(1)
式中,ρs为地电阻率月均植,n为月数(n≥7)。在周围孕震环境无变化时,S通常为常数。若两个测量方向的观测值ρsNS与ρsEW之差增大,表明岩石介质的各向异性增强; 反之,则表明岩石介质的各向异性减弱。即S值的大小及变化,表征了孕震过程中岩石介质的各向异性的强弱及变化,或者岩石破裂程度的变化,其实质是反映了孕震构造应力场的动态变化(陆阳泉等,1998; 钱复业等,1998)。
利用式(1)对1996~2002年榆树台N45°E向、N45°W向地电阻率进行计算,得到榆树台地电阻率各向异性度S曲线(图5)。从图中可以看到,在2002年汪清7.2级深震前,榆树台地电阻率各向异性度S值出现高值异常,2001年10~11月超过了二倍标准差,表明震前岩石的各向异性
增强。从异常出现到7.2级地震发生,时间近9个月,最大异常持续时间为1个半月。2.2.3 速率法分析速率法是由杜学彬等(2001)提出的对地电资料提取中、短期异常的一种理论方法。其数据处理是对给定时间滑动步长的日均值(五日均值、月均值等)曲线随时间变化的斜率进行归一化或相对变化处理。通常,利用基值来识别资料的上升、下降等变化时,由于背景变化复杂,存在人为随意性,而且不同台站介质物理条件变化反应不同,异常幅度也相应不同,因此很难用统一标准识别异常。而速率法避免了判定基值和上升、下降等异常变化的困难和随意性,同时保留了原有曲线的上升、下降等变化形态。
应用速率法分析后发现,在汪清7.2级深震前,榆树台N45°E向地电阻率的斜率值、归一速率及相对速率均存在一定程度的异常(图6)。
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