广东形变观测台网垂直摆倾斜仪同震响应特征

钟天任 严 兴 刘吉平 刘 锦 陈贵美

（中国广州510070广东省地震局）

广东形变观测台网垂直摆倾斜仪同震响应特征

钟天任 严 兴 刘吉平 刘 锦 陈贵美

（中国广州510070广东省地震局）

针对广东区域中小地震及中远强震的同震响应，统计分析2014年汕头、韶关、信宜地震台垂直摆倾斜仪记录的同震响应，发现除同震响应振幅与震级、震中距的关系符合一般规律外，3台仪器对不同区域、不同震级地震的同震响应具有不同特点和敏感性。

垂直摆倾斜仪；同震响应；数据跟踪分析；形变台网

0 引言

广东省地震局地震前兆台网2014年6月起开展地震前兆数据跟踪分析工作，目标之一是了解本地区各学科观测背景和变化态势，掌握观测效能和运行规律。经1年地震数据跟踪分析工作，除完成当月工作任务，还对2014年1—6月的观测数据进行回溯分析，由此发现大量事件记录，且垂直摆倾斜仪在近震及中远强震时的同震响应比水管倾斜仪、伸缩仪及重力仪显著。形变仪器由于灵敏度高，较容易受到场地环境及地球物理事件的影响（中国地震局监测预报司，2005），除爆破对场地环境的影响及进洞调零等人为干扰，地震发生后产生的同震响应是垂直摆倾斜仪记录的主要事件。牛安福等（2005）认为，同震效应研究是揭示地壳介质对应力—应变过程响应的最直接和最有效手段之一。

广东省地震局的汕头、韶关、信宜地震台布设VS垂直摆倾斜仪开展形变观测，3台仪器属于同一型号，有必要对跟踪分析记录进行系统归纳。分析发现，除同震响应的最大幅度与震级及震中距的关系符合一般规律之外，对于大多数地震，汕头、信宜地震台倾斜仪的NS向比EW向具有幅度更明显的地震台阶，而韶关地震台NS、EW向同震响应比较平均，且该台倾斜仪能记录更多中小近震，而汕头地震台的仪器能更灵敏地记录中远强震。

1 台站概况

广东省地处欧亚板块东南隅，按地震活动区块划分属于中国东南沿海地震带。本省有6个地震前兆台站，采用地倾斜、地应变、室内水准及连续重力观测手段开展形变观测。其中，汕头、韶关、信宜地震台分布在粤东、粤北和粤西（图1），台站观测环境较好，均于2007年3月底安装VS垂直摆倾斜仪进行观测，自仪器运行以来，工作状态稳定，积累了较为丰富的分钟值观测资料，观测仪器参数见表1。

（1）汕头地震台（以下简称汕头台）地处东南沿海地震带西南端，樟林—汕头NE向断裂与玉窖—下莲、东山湖、椎栋山、榕江等NW向断裂及蓬洲EW向断裂交汇处。该地区隶属汕头—惠来深断裂带，地震活动频繁，历史上发生5次6级以上地震。台基为第三纪侵入中粗黑云母花岗岩，有第四纪覆盖，坑道掘出均为新鲜花岗岩，洞内为新鲜黑云母花岗岩，并有小断层切割，仪器置区覆盖层厚度19—43 m，洞内年温差不大于0.5℃，日温差小于0.1℃。

（2）韶关地震台（以下简称韶关台）地处乳源—寻乌地震带西端，该带曾发生多次中强地震。台站所在地区属中构造层，即陆相杂色碎屑建构，夹火山岩，地表出露岩层为石英砂岩，台基条件稳定。山洞仪器房洞深约50 m，主巷道设有多道密封门，垂直摆仪器墩长1.2 m，宽0.9 m，墩面平整，洞内年温差≤0.3℃，洞顶覆盖较厚。

（3）信宜地震台（以下简称信宜台）在大地构造上属于粤西窿起带，位于廉江—信宜—牛卫断裂带信宜段西北，总体格局为一组NE向活动断层和一组NW向活动断层互相切割，形成网格状构造。台站基岩为花岗片麻岩，岩性坚硬、完好，节理不发育。山洞仪器房洞深约50 m，约20 m为半地下室，主巷道设有多道密封门，垂直摆仪器墩较小，墩面大于基墩，墩面平整，洞内年温差≤0.3℃，洞顶覆盖较厚。

图1　广东省形变观测台网垂直摆分布Fig.1 The location map of vertical pendulum tiltmeter in crustal deformation networks of Guangdong Province

表1　广东省VS垂直摆倾斜仪参数Table 1 Situation of vertical pendulum tiltmeters in Guangdong Province

2 资料选取

汕头、韶关、信宜台VS垂直摆倾斜仪2014年6月参与地震前兆数据跟踪分析，对当年1月—6月的地震数据进行回溯分析，得到该年完整的跟踪分析数据。在此对2014年记录的全部61次同震响应事件进行汇总，生成地球物理事件记录147条，均为本区域小震及中远强震的同震响应。其中，40次地震被3个台站同时记录到，产生记录120条；6次地震被2个台站同时记录到，产生记录12条；15次地震只对1个台站的垂直摆产生影响，产生记录15条。

3 同震响应特征

3.1 振幅分布特征

2014年汕头、信宜、韶关地震台垂直摆倾斜仪分别记录到同震响应事件42条、45条、60条。对产生同震响应的最大振幅、对应地震震级和震中距进行统计，发现：①EW向振幅通常较小，有些地震该侧向未出现同震响应；②NS向振幅较显著，与地震震级呈正比，与震中距呈反比，符合地震波传播衰减规律（邱永平，2011；张创军等，2012；狄樑等，2013）。3个台站垂直摆倾斜仪记录的NS向最大响应幅度与震级和震中距的关系见图2，可以看出，随着震级升高，响应幅度上升；震中距增大，响应幅度降低。

图2　垂直摆倾斜仪NS向振幅分布特征（a）汕头台；（b）信宜台；（c）韶关台Fig.2 Distribution map of response amplitude of NS tilt components

对3个地震台垂直摆记录的同震响应NS、EW分量最大响应幅度统计发现，对于大部分地震，汕头台和信宜台NS向响应幅度较大，而EW向响应幅度较小，对于中小地震EW向甚至看不到同震响应，而韶关台通常能记录到两个方向的同震响应（万永芳等，2006）。相比汕头台和信宜台两个方向上同震响应比例的悬殊，韶关台同震响应比较平均（图3）。以2014年11月25日23：19四川省甘孜藏族自治州康定县5.8级地震（震中距166 km）为例，绘制垂直摆同震响应曲线，见图4。3个台站震中距为1 200—1 600 km，差距不大，由图4可见：汕头和信宜台只有NS向记录到同震响应，最大幅度分别为13.38×10-3″和38.24×10-3″；韶关台同震响应明显，NS、EW向最大幅度分别为13.26×10-3″、5.45×10-3″。

图3　垂直摆倾斜仪同震响应幅度比较Fig.3 Comparison of response amplitude of NS and EW tilt components

3.2 空间分布特征

2014年汕头、信宜、韶关地震台同时记录到40次同震响应事件，震级和空间分布广泛，小至本区域河源市东源县3.8级地震，大至智利沿岸近海区域8.1级强震，均对垂直摆倾斜仪NS、EW分量产生明显影响。同震响应事件空间上主要分布在环太平洋地震带、缅甸小版块及中国川滇地区。地震空间分布见图5。

图4　2014年11月25日康定地震引起垂直摆同震响应分钟值曲线（a）汕头台；（b）信宜台；（c）韶关台Fig.4 Co-seismic response curve of vertical pendulum tiltmeters caused by Kangding earthquake

图5　3台倾斜仪同时产生同震响应的地震震中分布Fig.5 Distribution of earthquakes which cause co-seismic response in three vertical pendulum tiltmeters

因距离和震级原因，某些地震只对单台或两台仪器产生影响。例如：对于马鲁古海、日本小笠原群岛等地区6级地震，汕头台和韶关台倾斜仪NS向能记录到明显同震响应，而信宜台同震响应不明显。同样，对于发生在云南、浙江、肇庆的中小地震，只有距离较近的信宜台和韶关台NS向记录到较明显的同震响应。2014年两个台站记录到同震响应地震分布见图6，图中地震台与地震之间的连线表示该台垂直摆倾斜仪对该地震产生同震响应。

对于广东省临近地区部分中等强度地震，仅韶关台倾斜仪产生同震响应的有14次（表2，图7），主要分布在中国台湾东部地区、浙江、湖北及川滇地区，多为4—5级中强地震。对于中国台湾东部地区多个地震，汕头台震中距更近，结合图6、图7可知，该台同震反应不明显（仅与另外两台仪器同时记录到1次中国台湾花莲5.7级地震，见图5）。剔除仪器自身或台站选址因素，可能是因为韶关台地质构造与记录的中强地震区域联系更加紧密。

图6　两台倾斜仪同时产生同震响应地震分布Fig.6 Distribution of earthquakes which cause co-seismic response in two vertical pendulum tiltmeters

图7　单台倾斜仪同震响应地震分布Fig.7 Distribution of earthquakes which cause co-seismic response in one vertical pendulum tiltmeter

表2　韶关台垂直摆同震响应幅度参数统计Table 2 Statistics of co-seismic response amplitude of vertical pendulum tiltmeter at Shaoguan Seismic Station

4 结论

经过统计分析，发现汕头、信宜、韶关地震台垂直摆倾斜仪记录的同震响应具有以下规律：①汕头、信宜台倾斜仪NS向响应幅度远大于EW向，对于一些中小地震，EW向甚至无同震响应，而韶关台NS、EW向同震响应幅度比较平均；②韶关单台记录的同震响应地震分布在中国台湾东部地区、临近北部省区及川滇地区，主要是4—5级中等强度地震；③汕头台对中强远震通常有反应，而对小的近震反而不能产生同震响应。

地震前兆数据跟踪分析工作的开展，有助于掌握广东地区垂直摆倾斜仪观测效能和运行规律，一些特殊现象对于进一步研究深部地质构造，寻找构造特征与观测结果的关系具有重要意义。

狄樑，陆德明，丁建国.常熟地震台水管倾斜仪与垂直摆倾斜仪同震响应对比分析［J］.大地测量与地球动力，2013，33（A01）：79-81.

牛安福，张晶，吉平.强地震引起的同震形变响应［J］.内陆地震，2005，19（1）：1-7.

邱永平.宁波台动水位与垂直摆对印尼8.9和日本9.0级地震的同震响应［J］.国际地震动态，2011，4：28-33.

万永芳，叶东华，杨向东.2004年12月26日印尼8.7级强震广东地区同震效应分析［J］.华南地震，2006，26（4）：67-73.

张创军，邵辉成，史春伟，等.乾陵台数字形变资料同震响应特征研究［J］.大地测量与地球动力学，2012，32（6）：41-44.

中国地震局监测预报司.2004年印度尼西亚苏门答腊8.7级大地震及其对中国大陆地区的影响［M］.北京：地震出版社，2005.

Abstract

Since 2014，in the work of tracking and analysis to precursor data，the digital records of vertical pendulum tiltmeters have been frequently affected by geophysical events mainly including the co-seismic response to the small earthquakes in local region and moderate strong earthquakes far away.In this paper，statistical analysis to the co-seismic response of three vertical pendulum tiltmters in Shantou，Xinyi and Shaoguan shows that the amplitude has relationship with magnitude and epicenter distance.Besides，three instruments show different characteristics and sensibilities to earthquakes with different magnitude in different regions.

Co-seismic response characteristics of vertical pendulum tiltmeters in Guangdong Province

Zhong Tianren，Yan Xing，Liu Jiping，Liu Jin and Chen Guimei
（Earthquake Administration of Guangdong Province，Guangzhou 510070，China）

vertical pendulum tiltmeter，co-seismic response，data tracking and analysis，crustal deformation networks

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.03.017

钟天任（1984—），女，工程师，主要从事前兆台网管理工作。E-mail： tcbychung@163.com

广东省省级科技计划项目（2013B020200010）