本文对在门源地震前青海地区相对可靠的定点形变观测资料出现的异常现象做了分析研究,结果显示,门源、格尔木、湟源3个台站的定点形变观测数据在震前出现了较为可靠的地震前兆异常变化(图1)。
1.1 门源台
门源地震台是距地震最近的定点形变台站,震中距约30 km。该台有水平摆倾斜仪、垂直摆倾斜仪和分量钻孔应变仪3套形变观测仪器。台站观测环境较好,周边无明显环境干扰。
水平摆倾斜和垂直摆倾斜在震前5个月左右出现了同步异常变化。2015年8月18日2套倾斜观测共4个测向均出现了转折异常,8月27日前后再次转折,异常于9月中旬左右结束,恢复至原变化趋势(图2～3)。该变化出现时,台站周边无干扰,仪器工作正常。异常持续时间25 d左右,异常结束4个月后发生了门源6.4级地震。地震发生时,2套倾斜资料出现了较显著的同震阶变,垂直摆倾斜仪器因此次地震影响而损坏。
图2 门源台水平摆倾斜资料整时值数据
Fig.2 The hour average value of horizontal pendulum tilt recorded by Menyuan Station
图3 门源台垂直摆倾斜资料整时值数据
Fig.3 The hour average value of vertical pendulum tilt recorded by Menyuan Station
分量钻孔应变第1分量自2015年8月20日后出现趋势加速异常变化,该异常于9月中旬开始回返,至10月底恢复至以往变化趋势(图4)。门源钻孔应变第1分量方位为北偏东7°,地震震中恰好位于门源地震台北偏东方向。本次异常是该资料自2013年以来首次异常变化,异常信度较高。该资料曾在2008年11月10日青海海西6.3级地震前出现较可靠的短期前兆异常(马震,张晓清,2014)。
门源地震台3套定点形变观测仪器在门源地震前5个月出现了同步异常变化,异常均为趋势转折类型,持续时间基本一致。根据地震前兆异常的3个判据(邱泽华,2010)分析,异常出现前各项资料变化均较为稳定,异常出现时无干扰,台站距震中仅有30 km,地震时各测项记录到显著的同震阶变。因此,门源倾斜和钻孔应变资料2015年8～9月出现的同步变化是门源地震前的短期地震前兆异常。
图4 门源台钻孔应变第1分量整时值数据及速度值
Fig.4 The hour average value and speed value of the first component of borehole strain recorded by Menyuan Station
1.2 格尔木台
格尔木地震台距离门源地震震中约610 km,有水平摆倾斜、分量钻孔应变和重力3套形变观测仪器。台站位于格尔木市以南的戈壁滩,周边无人为活动,无明显环境干扰因素,观测资料可靠性较高(马震等,2011)。钻孔应变资料在2008年青海海西6.3级地震前出现了前兆异常,而且差应变异常更为突出(马震,张晓清,2014)。
格尔木水平摆倾斜东西分量自观测以来存在较稳定的年变特征,从2011年以来的年变对比发现,2015年上半年该资料年变幅度明显小于往年,出现了破年变异常(图5)。从长趋势变化分析,东西分量在2015年年初后存在趋势转折异常(图6)。2008年青海海西6.3级地震前该资料年变幅度明显偏大,但当时该资料积累不足2年,未发现该项异常,目前看来,该资料在海西6.3级地震前存在破年变前兆异常。
图5 格尔木倾斜东西分量日均值年变对比
Fig.5 The daily mean value annual variation contrast of east-west tilt recorded by Golmud Station
图6 格尔木倾斜整时值数据
Fig.6 The hour average value of tilt recorded by Golmud Station
格尔木分量钻孔应变资料2011年以来呈较为稳定的变化状态,其中,第2、3分量存在年变特征。使用格尔木分量钻孔应变整时值数据计算得到的1-3和2-4差应变显示,1-3差应变在2011～2014年呈平稳下降趋势且存在年变特征,2015年开始这2项差应变均出现显著的趋势转折异常变化(图7)。其中,1-3差应变于2015年下半年开始出现明显的破年变异常。该异常的开始时间和异常特征与格尔木倾斜异常一致。钻孔应变原始数据异常并不突出,差应变计算结果中异常明显,该现象与2008年海西6.3级地震前异常特征相似。
图7 格尔木钻孔应变差应变数据
Fig.7 The differential strain of borehole strain recorded by Golmud Station
格尔木倾斜和钻孔应变资料在门源地震前一年均出现了趋势转折异常变化,异常时间基本同步,异常形态较为类似,异常出现期间无环境干扰,观测资料长期稳定可靠,钻孔应变资料有较好的异常震例。倾斜资料异常出现在东西分量,与门源地震的方位一致。格尔木倾斜和钻孔应变资料从2015年开始的趋势转折异常可能显示了青海北部地区的应力场变化,经分析认为,该趋势转折异常为门源地震前的中短期地震前兆异常。
1.3 湟源台
湟源地震台距离门源地震震中约120 km,架设有钻孔倾斜和分量钻孔应变观测仪器各1套。钻孔应变资料在门源地震前后无明显变化。北南向钻孔倾斜于2015年11月后出现较为显著的转折变化,该变化持续北倾至门源6.4级地震后开始回返(图8)。
分析倾斜观测资料历史数据发现,自2012年以来,该资料曾出现4次大幅度的短期变化,这些变化后均无对应的地震发生。湟源钻孔倾斜资料可靠性偏低(开始观测以来经多次维修,近两年观测资料趋于稳定),无异常震例。本次异常变化与门源地震发震时间较为吻合,而且北南向资料异常较为突出,与震中方位一致,地震后异常出现回返。因此,该变化可能是门源地震前的短临前兆异常。
图8 湟源台倾斜整时值数据
Fig.8 The hour average value of tilt recorded by Huangyuan Station
