琼中地震台重力仪记录同震响应特征分析①

郭明瑞，郭昱琴，胡久常，刘 伟，郑 华，卢永健

（海南省地震局，海南 海口 570203）

0 引言

利用固体潮汐观测的整点值数据可以很好地反映地球固体潮汐的日波、半日波特征及地震孕育过程的中期特征，但对于临近地震前出现的更短周期的中短期的脉动，则不能满足研究的需要。而数字化形变观测资料提供了其研究的可能性。数字化观测由于采样率的大幅度的提高，丰富了潮汐观测的震前变化信息［1］，如地震前短周期的脉动，突跳，前驱波［2］等短临信息及全球大地震的同震形变等，借助形变观测有可能建立形变异常与远距离地震之间的关系或研究远震对形变观测的影响及其关系［3］。本文选取发生在2013年2月6日、8日圣克鲁斯群岛的6次大地震，从琼中地震台重力仪记录的面波的延迟时间、最大变形幅度、同震持续时间3个方面研究琼中台重力仪对远震的同震响应特征［4］。

1 琼中地震台重力观测概况

海南岛在大地构造上位于华南块体西南部。琼中地震台地处海南隆起的中部，受区域性的两大EW向深大断裂与NE向主体构造断裂以及次一级的NW向构造断裂所控制。台站位于海南岛中部琼中黎族苗族自治县营根镇，周围10km内无大断裂通过，台址岩基为海西－印支期花岗岩，岩性致密坚硬。台站自2008年购置安装重力仪，其观测资料稳定、可靠、完整性好。从观测数据来看，重力仪具有较宽的动态线形测量范围，较低的噪声水平和漂移率［5］。

2 重力仪记录的同震响应特征分析

据中国地震台网测定，2013年2月，圣克鲁斯群岛发生6次强震（表1）。

表1 2013年2月圣克鲁斯群岛6次MS6．0以上强震参数Table 1 Basic parameters of 6strong earthquakes（MS＞6．0）in Santa Cruz Islands in February 2013

因数字化观测的采样间隔为1分钟，受采样间隔局限，同震形变波主要集中在面波频段，主要包括面波的延迟时间、最大形变幅度及同震持续时间等。这6次地震琼中地震台的重力仪都记录到同震形变波（图1），同震响应参数见表2。

图1 琼中重力仪对圣克鲁斯群岛6次强震的响应曲线Fig．1 Response curves of the gravimeter at Qiongzhong seismostation to 6strong earthquakes in Santa Cruz Islands

2013年2月6日，圣克鲁斯群岛连续发生3次地震。地震发生之前重力仪的观测曲线是光滑 的［6］。09时12分圣克鲁斯群岛发生MS7．5地震，从图2中可以看到，09时22分，即主震发生后10分钟重力仪分钟值观测曲线出现了突跳，随后开始震荡，于9点44分达到最小波值2 690×10－8m·s－2；在最小波值只停留1分钟，随即大幅度震荡上升，于9点46分达到最大波值2 996×10－8m·s－2，这一波值持续了约3分钟；9点50分，曲线震荡幅度明显变小，同震约持续42分钟，振幅为306×10－8m·s－2。9点23分该地点发生7．6级的地震，此时7．5级的地震对重力仪观测的影响尚未停止，观测曲线尚未恢复光滑，无法把该次的同震形变波与上次地震的同震形变波区分开来，因而无法分析响应特征。09点54分7．3级地震发生后，琼中重力仪的同震响应形式仍为脉冲，从观测曲线中可看到，10点23分，即主震发生后25分钟，曲线出现较大幅度的脉冲形态，10点27分达到最小波值2 689×10－8m·s－2，随后大幅度上又将达到最大波值2 987×10－8m·s－2，再经过62分钟的震荡后恢复光滑。

表2 琼中重力仪记录的2013年2月圣克鲁斯群岛强震同震响应参数Table 2 Co－seismic response parameters of gravimeter at Qiongzhong seismostation to 6strong earthquakes in Santa Cruz Islands in February 2013

图2 2013年2月6日琼中重力仪器观测曲线Fig．2 Observation curve of the gravimeter at Qiongzhong seismostation on Feb．6，2013

2013年2月8日，圣克鲁斯群岛发生MS6．8地震，从图3琼中台重力仪观测曲线中可以看到，03点09分，即主震发生后10分钟，重力仪分钟值观测曲线出现突跳；随后开始震荡，于3点32分达到最小波值2872×10－8m·s－2；之后便大幅度震荡上升，在最大波值只停留1分钟，于9点33分达到最大波值2971×10－8m·s－2，持续了约8分钟；3点41分，曲线震荡幅度明显变小。同震约持续58分钟，振幅为62×10－8m·s－2。

图3 2013年2月8日琼中重力仪器观测曲线（一）Fig．3 Observation curve（Ⅰ）of the gravimeter at qiongzhong seismostation on Feb．8，2013

2月8日圣克鲁斯群岛又发生MS7．2的地震（图4），19点23分，即主震发生后11分钟，重力仪分钟值观测曲线出现的突跳，随后开始震荡；于19点45分达到最大波值3 009×10－8m·s－2；在最大波值只停留1分钟，便大幅度震荡下降，于19点46分达到最小波值2 801×10－8m·s－2，这一波值持续了约2分钟；20点02分，曲线震荡幅度明显变小。同震约持续45分钟，振幅为208×10－8m·s－2。

图4 2013年2月8日琼中重力仪器观测曲线（二）Fig．4 Observation curve（Ⅱ）of the gravimeter at Qiongzhong seismostation on Feb．8 2013

3 重力仪记录的同震响应的面波延迟时间、最大波幅、持续时间

3．1 面波延迟时间

发生在圣克鲁斯群岛这6次地震对于琼中台震中距基本相同。其中5次地震时重力仪记录能清晰的辨别出初动时刻。琼中台重力仪记录到的同震形变波的延迟时间约10分或11分钟。考虑到数字化观测的采样间隔为1分钟，可认为延迟时间是相同的。地震波在岩石中传播的时间与其传播的距离成正比，延迟时间的长短反映震中距的远近。

3．2 最大变形幅度

同震响应的最大波幅可能与震级大小有较强的相关关系，该特征对于分析地震短临前兆的特点及依据短临前兆进行地震预测研究是有意义的［7］，从数字观测资料的异常形态看，琼中台重力仪记录对圣克鲁斯群岛这6次地震的同震响应都是脉冲形式，6．8级地震的响应幅度明显比较小，波幅仅有99×10－8m·s－2，7．5级的地震的波幅则达到最大306×10－8m·s－2，震级大的对应同震形变波的波幅也比较大。2月8日23：26与19：12两次地震震级一样大，地点相同，但其深度不同，故波幅则有差别，进一步可以确认浅震造成的灾害要比深震严重。

3．3 同震持续时间

分辨率高的仪器，能观测到更微小的变化，因此同震持续时间与观测仪器的分辨率有关［8］。对于同样的观测仪器，震级大的地震释放出的更多的能量，同震持续时间应该更长。同等震级，震中距远的地震造成的形变应该最小，同震持续时间有可能较短。琼中台重力仪记录在圣克鲁斯群岛这几次强震之后都是出现同震脉冲，震后曲线快速恢复光滑，回到震前趋势线上，无阶跃，漂移速率也没有改变。

4 结论

2013年2月6日至8日圣克鲁斯群岛发生6次6．0级以上的强震。通过对琼中台重力仪记录到的同震形变波资料进行分析，认为：（1）这6次远震，琼中台重力仪都记录到同震形变波，说明琼中台重力仪对巨大远震的映震能力很强。

（2）琼中台重力仪的记录曲线在圣克鲁斯群岛6次强震后都回到原趋势线上，没有阶跃，漂移速率也没有改变，表明该仪器比较稳定，适合固体潮潮汐观测。

（3）连续定点形变观测到的远震传播的地面震动信号的表现形式为脉冲或脉冲叠加阶跃。脉冲是由远震地震波经长距离传播形成的面波，当面波的频率与形变观测仪器自振频率接近时产生的共振现象。琼中台重力仪对这6次强震的响应形式都是脉冲，无阶跃，说明重力仪的自振周期和圣克鲁斯群岛远震的地震波的优势周期相近。

（4）地震波在岩石中传播的时间与其传播距离成正比，对琼中台重力仪而言，这6次远震都发生在圣克鲁斯群岛中，震中距相同，其中5次同震波的初动明显，延迟时间也相同。

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