京津冀地区多种地球物理观测对天津爆炸事件的响应

章 鑫 杜学彬 张元生 张丽峰

1) 中国兰州730000中国地震局兰州地震研究所 2) 中国兰州730000兰州地球物理国家野外科学观测研究站



京津冀地区多种地球物理观测对天津爆炸事件的响应

章 鑫1)杜学彬1,2),张元生1,2)张丽峰1)

1) 中国兰州730000中国地震局兰州地震研究所 2) 中国兰州730000兰州地球物理国家野外科学观测研究站

本文利用京津冀地区地球物理观测数据和卫星热红外遥感数据， 研究了2015年8月12日天津港地面爆炸时的地球物理响应， 获得了爆炸点周边的地球物理场扰动信息． 结果表明： ① 事件点附近地电阻率对地面爆炸的响应较为明显， 事件发生后地电阻率观测曲线幅值急剧变小， 且持续很长时间； ② 事件发生的前后两天， 地电场观测曲线出现了小幅升降异常， 且与空间电子流量微小幅度下降的时间相同， 而相应时段的地磁场则无相关扰动； ③ 卫星热红外亮温在事件发生后明显增强， 持续数天后恢复至事件前水平； ④ 事件点周围的地下水位和形变测量未见明显响应． 上述结果表明不同的地球物理观测对该事件的响应有差异， 这对于分析和研判与地震等相关的异常具有参考意义， 同时本文讨论的观测结果也有利于深入认知天津爆炸事件的过程．

地面爆炸 地电场 卫星红外遥感 地下流体 地电阻率 形变

引言

2015年8月12日23时34分， 天津市滨海区发生了地面爆炸事件(以下简称"事件")(中国发展观察， 2015)， 该事件激发的震动波及到整个京津冀地区． 中国地震局在京津冀地区布设了大量的测震、 地面电磁(地电场、 地电阻率、 地磁场)、 地下流体和地形变等地球物理观测台站， 获得了多种地球物理观测数据； 同时中国气象局静止气象卫星(FY-2系列)在事件发生前后也产出了热红外观测数据． 在事件发生时， 测震台站的记录明显响应该事件， 但其它地球物理观测是否也响应了该事件， 是值得研究的问题， 这将有助于认知事件本身及其所激发的地球物理场变化和不同地球物理手段对地震等灾害事件的监测能力．

在以地震监测预报为目的地面电磁观测和卫星热红外观测中， 已记录了丰富的与地震发生、 火山喷发有关的前兆异常(屈春燕等， 2006； 杜学彬， 2010； 谭大诚等， 2010， 2014； 张元生等， 2010， 2011)， 同时在地面和电离层还观测到了同震和震前电磁参量的扰动(汤吉等， 2008； 张学民等， 2010； 闫相相等， 2013)． 在地下流体的水位观测中， 也得到了大量的与地震有关的前兆异常、 同震变化以及水位对潮汐的响应(车用太等， 2006， 2011； 晏锐等， 2012). 地形变观测直接测量地壳介质的运动和变形， 在长期观测中也记录了与地震有关的前兆异常和大量的同震变化以及潮汐响应(薄万举等， 1994； 孙伶俐等， 2013)． 纵观上述多学科手段的观测事实， 无论前兆异常、 同震变化还是潮汐响应等均为地下介质运动和变形的直接测量或由此激发的地球物理现象． 从这个角度来讲， 天津地面爆炸事件也可能引起多学科观测手段的地球物理响应， 因此， 本文利用距离此次爆炸事件点邻近的京津冀地区的地面电磁观测、 卫星热红外、 地下流体、 地形变观测数据以及空间天气观测数据， 分析和研究该区域地球物理观测对该事件的响应．

1 观测方法和背景资料

本文使用京津冀地区多种地球物理观测数据， 包括2个地电场台站、 3个地电阻率台站、 3个地磁场台站、 3个地下流体台站(点)和1个形变观测台站记录的数据以及8天连续的卫星热红外遥感数据和1周空间天气监测数据. 研究区各观测台站分布如图1所示， 箭头所指为实际爆炸场景(中国发展观察， 2015). 另外， 使用2014年相应农历时段的地电阻率观测值作时间参考， 使用与该事件相距1000 km外的杭州地磁台2015年8月6—20日观测值作远空间参考．

图1 研究区观测台站分布图Fig.1 Distribution of stations in studied region

1.1 地电和地磁观测

在地电场和地电阻率观测中引入自然电场测量和对称四极测量探测方法， 监测地下介质电性结构随时间的变化．

地电场台站在地表布设NS和EW两个水平正交测量方向和一个斜交测量方向， 每个方向有长、 短两种极距， 长极距一般为200—400 m， 短极距约为长极距的一半； 测量仪器频带为0—0.005 Hz， 仪器分辨率为10 μV/km， 数据产出不低于1次/(min·测道)， 每日数据量为1440个． 近年来增加了地电场测量频率， 采样率为1 Hz， 能够记录到更加丰富的地电场变化信息．

地电阻率观测采用对称四极的布极方式， 观测台站在地表布设NS和EW两个水平正交测项， 供电极距一般约为1000 m． 测量仪器分辨率为0.01 Ω·m， 数据产出为1次/h， 每日产出24个地电阻率数据． 数据处理时对地电阻率曲线取幅值计算， 表达式为

(1)

式中，S(i)为采样序列曲线，i为数据点，k为区间[m,n]内取最值(最大值和最小值)的个数．

地磁场观测为水平分量H、 磁偏角D和地磁场总量F观测， 其记录频率为1 Hz， 每日产出8万6400个数据． 地磁观测采样率较高， 记录到的磁变化信息丰富， 并且与空间电离层扰动和电流系的关系密切．

1.2 卫星热红外遥感探测

卫星热红外遥感仪器能直接观测地表物体的热辐射度， 经定标处理和几何校正后的数据为相应通道(波段)的辐射亮度． 应用普朗克辐射定理的黑体辐射公式能计算获得辐射物的辐射温度(张元生等， 2010)． 为了与物体的真实温度区别， 称之为亮温， 代表把辐射物体当作黑体时的辐射温度． 热辐射强度除了与物体温度和比辐射率有关， 还与物体表面曲率有关． 短时间内， 同一物体在同一方向的热辐射变化主要取决于物体本身的温度．

本文选取静止气象卫星FY-2C的远热红外亮温数据(国家卫星气象中心， 2015)． FY-2C卫星于2004年10月发射， 定点于105°E上空， 距地面约3.5万千米， C卫星的有效观测范围为(45°E—165°E， 60°S—60°N)． 静止卫星自旋扫描辐射仪热红外1， 2通道所对应的波段为10.3—11.3 μm和11.5—12.5 μm， 星下点分辨率为5 km， 一次观测范围约为地球表面积的1/3(张元生等， 2011)． 相邻两次观测的时间间隔为30分钟或1小时， 每天至少进行24次观测． 为了减小太阳的影响， 选择当日23:00至次日4:00的多次观测数据， 并用补窗法去除或减弱云层的影响， 对相同像元计算其日平均值， 构成最终的亮温日值．

1.3 地下流体和形变观测

地下流体观测包括地下静水位、 逸出气氡浓度、 水温、 电导率和水中氡浓度变化等测项， 一般在井下观测， 受地表人为活动的干扰较少． 这些数据中含有丰富的地壳动力信息， 特别是井水位动态数据中含有地球固体潮、 大气压力变化、 地震波、 前驱波、 地表水体荷载作用和断层蠕动等信息， 为地球科学研究提供了有价值的信息资源(车用太等， 2006)． 本文采用塘沽台、 静海台和王3井的流体观测数据， 流体观测采样频率为1次/min， 单测道每日产出1440个数据. 处理数据时应尽可能尊重原始数据， 对时序曲线仅作必要的去突跳处理．

地应变和地倾斜等定点形变测量指标能直接反映地壳介质的微动态变化， 捕捉到地壳介质破裂前的力学变化信息． 观测项目包括地倾斜、 洞体应变、 钻孔应变和台站重力等; 观测仪器有DSQ 型水管倾斜仪、 VS 型垂直摆倾斜仪和DZW 型微伽重力仪等(孙伶俐等， 2013)． 本文所用数据为2015年8月12—13日天津蓟县小辛庄山洞形变观测点的数据， 该台站距离事件点约120 km， 每日产出1440个数据， 其测量频率为1次/min．

2 地球物理观测对事件的响应

2.1 地电阻率和地电场响应

塘沽地电阻率台站距事件点约18 km． 图2a给出了2015年8月10—15日塘沽台地电阻率观测值的原始曲线． 通过对比图2b--d可以看出， 事件发生前数天地电阻率具有较大的波动幅度， NS道达3 Ω·m， EW道较小， 为1 Ω·m. 地电阻率曲线存在明显的白天波动大、 夜间波动小的特征， 其大、 小幅值变化的时间转换点与轻轨列车开始运行和最后收车的时间点相吻合， 因此该现象是轻轨列车运营通电(或漏电)的响应(谢凡等， 2011； 张宇等， 2014). 总体来看， 在该事件发生后的数日内， 地电阻率幅值大幅度减小， 而其平均值与事件发生前数日的平均值相近．

表1为2015年8月6—20日期间每日的地电阻率幅值(1天计算1次幅值)统计结果． 可以看出， 12—13日塘沽台所有测向的幅值均发生大幅度的变化， 13日NS测道地电阻率幅值仅为12日幅值的1/2， 幅值减小近1.1 Ω·m． EW测道幅值减小更大， 最大的为自然电位差和EW向地电阻率均方差， 12日为13日的近3倍． 但是， 距事件点60 km的青光台并未出现幅值减小的现象， 其地电阻率观测值和地电阻率均方差均保持平稳过渡或略有增大．

图3给出了2015年8月6—20日及2014年7月18日—8月1日(时间参考段)地电阻率和地电阻率均方差幅值变化情况. 可以看出： 从事件发生的12日夜间， 塘沽台地电阻率幅值大幅减小， 12日前和13日后幅值均处于平稳水平； 地电阻率均方差由于本身数值较小， 幅值减小的现象不够明显， 但其减小倍数与地电阻率减小倍数(表1加黑行)近似． 青光台地电阻率及其均方差幅值曲线并未出现幅值减小的现象．

地电场观测台站距事件点较远， 其中静海台距事件点约65 km， 宝坻台离事件点约80 km． 图4给出了事件发生前几十分钟内静海台和宝坻台测得的地电场响应情况． 可以看出， EW测道地电场曲线出现了增大波动(简称“突增”)， 但与事件本身无关， 作为地表突发事件， 不可能出现地电场前兆． 张世中等(2013)和沈红会等(2014)的研究指出， 由于受到城铁轻轨漏电的干扰， 地电场观测曲线在6:00—23:00时段内叠加了高频成分， 如图4a中静海台EW测道的地电场观测曲线在6:00—23:00时段内叠加了大量的高频信号， 使得天然场源的高频部分难以被识别． 图4中除了静海台NS测道外， 两个台站的其它测道在事件发生前几十分钟内均叠加了该信号， 地电场曲线从下降的趋势上突增， 形成一个较大的不明信号源(图4中8月13日前)．

图2 2015年8月10—15日地电阻率台站记录的原始曲线， 图中虚线表示天津爆炸事件发生时刻

宝坻台位于事件点正北偏西方向， 静海台位于事件点S80°W附近(图1)． 值得指出的是， 事件发生后位于事件点正北附近的宝坻台NS和EW两个方向均接收到了这一突增信号(图4b)， 而位于正西的静海台只有EW向测道接收到了该信号(图4a)， 这一现象说明该突增信号具有明显的方向性， 即EW向强， NS向弱． 另外， 8月13日对应时间点未出现相似的突增信号， 且位于事件点约N45°E方向的昌黎台NS和EW两个方向在相应时间点也未出现突增信号(图中未给出)． 由于地电场和地磁场的变化成分很大程度上与空间电流体系的扰动相关(孙正江， 王华俊， 1984)， 故有必要参考相应时段的空间天气情况．

表1 2015年8月6—20日塘沽台和青光台地电阻率幅值统计结果

注：ρ为地电阻率，αρ为地电阻率均方差，Vsp为自然电位差．

图3 2015年8月6—20日塘沽台(a)、 青光台(b)和2014年7月18日—8月1日塘沽台(c)地电阻率ρ及其均方差αρ幅值变化曲线

图4 2015年8月12—13日静海台(a)和宝坻台(b)记录的地电场观测曲线

2.2 空间电离层和地磁响应

图5给出了国家空间天气监测预警中心(2015)发布的风云卫星监测周报， 包括电子流量和地磁场Kp指数监测图． 可以看出：Kp指数在事件发生时间附近均未出现明显的异常， 8月15日夜间至16日凌晨发生Kp=7的中强磁暴， 与该事件无关； 8月12日23:00—24:00时段电子流量E2曲线出现微小幅度下降， 时间点为事件发生时刻附近； 8月13日凌晨2:00—3:00时段两曲线均出现小幅向下波动，E1曲线波动幅度大于E2曲线， 时间节点约为事件发生后2.5小时， 可能与地面爆炸冲击电离层进而影响电子流量有关． 与之对应的邻近事件点的地磁观测并未出现磁扰(图6)． 8月13日12时左右， 宝坻台、 徐庄子台和远距离的杭州台H分量均出现小型扰动， 但该时段Kp指数仅为4， 由此可见该扰动的原因并不明确； 图4中静海台和宝坻台地电场观测曲线在13日12时左右也出现了小幅上升， 相同的变化在12日12时左右并未出现， 故推断此次磁扰与事件本身无关．

图5 2015年8月10—16日空间天气情况(引自国家空间天气监测预警中心， 2015)

图6 2015年8月12—13日地磁变化时序曲线

2.3 卫星热红外响应

图7为2015年8月11—18日研究区卫星热红外遥感亮温异常分布情况. 为了消除太阳的影响， 对当日23:00至次日4:00的数据取平均作为该日的亮温值， 故图中所示的亮温均为已去掉背景值的亮温异常． 可以看出： 8月11日无亮温异常； 12日出现了小幅亮温异常； 13日和14日的亮温异常范围增加、 幅度增大； 15日以后异常范围和幅度逐步减小； 至18日几乎恢复至事件发生前11日的亮温水平． 综上可知， 异常出现的演变过程为“无(11日)→出现(12日)→增加/稳定(13—15日)→衰减(16—17日)→基本消失(18日)”． 由于热辐射的波段不同， 在大气中传播的速度也不相等， 所以热辐射的最大能量并不在第一时间出现在亮温异常上， 事件发生时间与异常出现时间之间有一小段时间滞后． 该亮温异常过程可以理解为： ① 事件发生前几乎无热红外亮温异常； ② 事件发生后， 地面出现强烈的热辐射， 但卫星只探测到辐射的一部分， 亮温图出现异常； ③ 地面事件的辐射开始变弱， 卫星探测到大部分强烈辐射， 出现了较大幅度和范围的热红外异常； ④ 在事件发生3—4天后， 地面事件的热辐射极弱， 卫星探测到的异常逐步衰减； ⑤ 事件发生7天后， 卫星几乎探测不到热红外亮温， 亮温异常消失．

图7 研究区2015年8月11—18日热红外亮温异常分布

事件引起热辐射的原因可能有两种： 一是化学品爆炸直接产生的热量， 包括化学品和厂房等其它物质剧烈燃烧生成的大量热； 二是未爆炸的化学品持续遇水反应生成的热， 化学反应的能量没有爆炸的能量大， 但其持续时间极长， 对采样率较低的卫星热红外亮温贡献较大．

2.4 地下形变响应

天津蓟县小辛庄台的形变观测包括水平摆倾斜、 垂直摆倾斜、 水管倾斜和洞体形变等测项， 该台距离事件发生点约120 km． 图8为其观测结果的原始时序曲线. 可以看出: 8月12日水平摆倾斜的两个方向均未出现明显的异常； 14日0时， 两个方向的曲线均较12日0时呈小幅下降， 且NS向下降更为明显(图8a)． 垂直摆倾斜测项也出现类似的变化形态， 其中NS向的测量值下降较大， 而EW向测量值则无明显的下降趋势(图8b)， 这可能是由于事件引起的地面震动主要体现在垂直摆NS方向上， 而小辛庄测量点正好位于事件点正北方向略偏西(图1)， 所以垂直摆EW方向测量值未出现明显响应． 距离事件发生点更近的地区没有形变测量点， 而小辛庄测点距离事件发生点较远， 所以尚难明确是否观测到事件的形变响应． 由于这两个测道的时序观测曲线在事件发生时间点前后数十分钟均无明显的跳动出现， 曲线保持平滑， 故不能确定NS向测值下降是否与该事件有关．

图8 2015年8月12—13日小辛庄台形变观测时序曲线

由图8c可以看出， 13日水管倾斜曲线幅度大于12日， 但前后数日的趋势均是如此， 这可能是由仪器零点漂移等因素引起的， 与本次事件无关． 由图8d可以看出， 洞体应变观测结果中未出现明显的突变异常， 13日EW方向观测值与12日相比呈小幅降低， 但由于引起洞体应变变化的因素很多， 诸如大气压、 地震等， 所以不能确定该形变测量的变化是否与此次事件有关． 形变测量的所有测项中均不能明确看出与该事件相关的应变响应， 这可能是由于台站距离事件发生点太远， 处于事件能量波及范围以外．

2.5 地下流体响应

在爆炸事件发生前后， 京津冀地区的地下流体观测并未出现明显的异常， 如图9所示． 塘沽地下流体观测点位于事件附近， 自7月下旬静水位处于持续下降状态， 其响应情况类似于小辛庄台形变观测的水平摆和垂直摆倾斜测项的NS测道， 14日0时测值较12日0时有所下降. 静海台气压也出现同样的变化规律， 但其下降趋势并非事件后才出现， 而是持续时间较长． 其余测点的静水位则比较平稳， 如王3井． 塘沽台静水位下降的原因可能是仪器零点漂移或局部气压的影响， 与此次事件无关． 值得指出的是， 小辛庄台垂直摆倾斜NS测道观测曲线与塘沽台静水位曲线具有相同的趋势， 该现象似乎表明静水位测项的变化趋势也具有方向性， 但与图4中地电场观测到的方向变化是否具有统一的机制， 还有待进一步深入研究．

图9 2015年8月6—20日各台站流体观测曲线. 右图为左图虚线部分的放大图

3 讨论与结论

本文通过分析天津港爆炸事件点邻近地区的地面电磁、 卫星热红外、 地下流体和地形变台站在事件前后的观测记录， 得到了不同的地球物理观测对本次事件的响应： ① 从事件发生时刻起， 距离事件点18 km的塘沽台地电阻率曲线每日幅值减小， 其自然电位差和地电阻率均方差的幅值和均值均大幅下降， 但距离事件点60 km外的青光台和宝坻台并未观测到类似现象； ② 在事件发生后几分钟内， 距事件点65—80 km的静海台、 宝坻台和较远的昌黎台等地电场观测曲线同步出现了瞬间脉冲变化， 在事件发生前几十分钟内， 静海台和宝坻台EW测道地电场观测曲线出现了先小幅度增大(突增)后又恢复的波动变化， 宝坻台NS测道也出现类似信号； ③ 在上述静海台等地电场观测曲线出现扰动时， 地磁场观测曲线并未出现扰动响应， 但在事件发生后的2.5小时， 电离层电子流量E2曲线出现了小幅度下降， 4小时候后E1和E2曲线均出现中等幅度的下降扰动， 此时地磁场和地电场均未观测到扰动； ④ 卫星热红外亮温于12日11时开始增强， 13—14日亮温持续增强， 直到16日后亮温开始衰减， 18日后亮温恢复至事件发生前水平； ⑤ 地下流体观测未出现明确的与此次事件对应的扰动变化， 形变观测点距事件点超过120 km， 也未出现异常变化． 这些地球物理响应的可能原因如下：

1) 电离层高能电子流量的波动与卫星热红外亮温异常的机理是吻合的． 地面大能量的爆炸冲击以及因注水形成的物质间的持续化学反应放热， 其能量扩散到空间引起卫星热红外亮温增加和电离层电子流量的微小幅度下降(林大超等， 2001； 闫相相等， 2013)． 空间电子流量微小幅度下降的影响是瞬时和小范围的， 可能未影响到地磁场或者引起的地磁场变化不在观测频段内． 首先， 在事件发生后几分钟内， 事件点周围的静海、 宝坻和昌黎台记录到同步地电场脉冲变化， 而在远距离的其它台站则未观测到同步脉冲变化， 显然此脉冲变化不是由空间电磁扰动引起的； 其次， 静海、 宝坻和昌黎台均记录到了同步脉冲， 说明不是由台站观测环境所引起的． 因此， 上述3个台站出现的同步脉冲变化是缘于检测到了由本次爆炸事件激发出的局部空间范围的电磁效应． 在事件发生前几十分钟内， 静海台和宝坻台的地电场观测曲线出现小幅波动变化， 其原因可能是直接观测到了爆炸事件前其它事件对地电场的影响， 或者是地电场对电离层电子流量微小幅度下降的响应． 在13日电子流量大幅度下降时， 地电场上升变化幅度没有地磁场下降幅度明显， 因此可以排除后一种可能性． 对爆炸事件后亮温增加、 电子流量下降的另一种解释为， 与地磁暴类似， 空间电子流量下降扰动引起了地磁场水平分量H大幅下降， 对应的地电场垂直分量受影响最大， 而对地电场水平分量影响则较小． 卫星热红外亮温增强能够证实地面事件的冲击确实存在热辐射(马晓静等， 2009； 张元生等， 2010)， 这将引起空间电子流量波动， 所以认为该事件引起了强烈的热辐射， 此后是持续的化学反应放热， 二者叠加使热辐射量增加， 导致热红外亮温异常于14—15日达到最强， 至16日后逐渐消散．

2) 塘沽台地电阻率每日幅值和均方差减小的原因可能有两方面： 其一是近距离的地铁津滨线停止运行， 由该线路所引起的干扰消失； 其二是爆炸事件的冲击可能造成了该台站地下介质微裂隙的变化． 在塘沽台地电阻率观测中， 每日5时附近地电阻率及其均方差和自然电场开始出现大幅度的变化， 此时间段与每日地铁津滨线运行时间是一致的． 根据张世中等(2013)和沈红会等(2014)的研究可知， 每日在地铁津滨线运营时段内叠加在塘沽台地电阻率日均值上的跳动变化属于地铁干扰， 是由地铁运行时线路供电所引起的对地漏电所致． 爆炸事件发生后地铁津滨线随即停运， 相应的塘沽台地电阻率每日幅值和均方差均明显减小(图2)， 证明了从爆炸事件开始的这些变化是由地铁停运造成的． 但是， 在事件发生72小时后， 塘沽台地电阻率观测中的地铁干扰仍未完全消失， 仅干扰幅度明显减小(图2—3)， 其减小但仍未消失的原因可能是该台站除了受最近距离(6 km)的地铁津滨线影响外， 还受较远距离的其它地铁运营的影响， 但因其距离较远， 所以造成的干扰幅度较小． 由此看来， 地电阻率观测中避开或抑制地铁干扰是相当重要的． 其次， 钱书清等(2003)根据岩石实验推断， 若地下相对稳定的介质裂隙受到地震等大的不可逆应力作用后， 裂隙将受力贯通， 宏观上地电阻率减小， 且长时间保持低地电阻率水平． 据地下各向异性介质中电阻率变化与微裂隙和裂隙水的本构关系可知， 介质中微裂隙贯通和水进入微裂隙是引起视电阻率减小的直接原因(杜学彬等， 2007； 杜学彬， 2010)． 天津滨海地区东北部沿海岸向南沉积物粒度逐渐变细， 从砂和粉砂质砂到砂质粉砂， 再到黏土质粉砂(岳军等， 2011)， 具有富水条件， 水中含盐量也高(即低阻水)， 造成了介质具有良好的导电性． 塘沽台地下介质就属于这种情况， 该台地电阻率观测供电极距AB=1500 m， 探测深度/范围较大(杜学彬等， 2007)， 探测层介质是水饱和或趋于饱和的， 两个测道的实测地电阻率值在10—14 Ω·m之间， 并存在明显的方向性． 由阿契(Archie)定律可知， 当介质饱和或趋于饱和的情况下， 再增加水含量对岩石电阻率的影响并不大． 在这种情况下， 根据杜学彬等(2007)和杜学彬(2010)给出的本构关系， 介质电阻率变化主要取决于介质微裂隙发育和优势取向． 所以本文认为爆炸事件所引起的震动波及到近距离的塘沽台， 可能导致了该台站地下介质中微裂隙的发育和扩张， 在宏观上微裂隙优势取向， 同时低阻水进入微裂隙， 改变了地电阻率对每日潮汐的响应， 进而导致每日地电阻率幅值减小等现象． 在地铁津滨线恢复试运行后， 该台站的干扰影响又再次增加， 但干扰幅度却明显小于爆炸事件之前， 因此也不完全排除介质微裂隙变化和低阻水进入微裂隙的影响．

3) 地下流体台站(包括塘沽台)未观测到对应此次事件的明确响应， 其原因可能是爆炸事件本身未造成地下流体的“变异”现象． 地下水位等流体观测与固体潮汐和大气压的相关性高(晏锐等， 2012； 刘绍华等， 2014)， 地面爆炸的瞬时能量远大于正常大气压值(林大超等， 2001； 胡宏伟等， 2014)． 南方周末(2015)报道该事件造成了附近2 km范围内部分建筑物的门窗玻璃破碎、 墙壁受损等， 说明爆炸事件激发了强烈的冲击能量． 冲击能量由地面向四周传播的同时也向地下传播， 但是包括近距离的塘沽台(不超过20 km)在内的地下流体台站却未出现地下水位等响应， 由此推测其可能原因是该地区地下介质对冲击能量的衰减较强(李洪涛等， 2010； 张先武等， 2014)， 此次爆炸的冲击能量未能激发出地下水位等响应， 这与电磁和热红外对本次事件的响应机制不同． 再者， 除塘沽台外其它地下流体台站均位于60 km以外， 地下水位等也无异常． 地形变测量也有类似原因， 小辛庄台距事件点约120 km， 通过地下介质的衰减作用， 事件的冲击能量未能传播至很远距离． 对本次事件， 包括近距离的塘沽台在内的静水位观测未出现对该事件的响应， 其原因目前尚不明确． 实际上， 在地震监测中仅从地磁场观测曲线上识别出同震变化的情况也不多， 这与地电场是不同的．

另外， 天津爆炸事件发生前几十分钟静海台和宝坻台均出现了地电场小幅“突增”现象， 是否与事件发生前的其它事件有关， 还有待进一步深入研究．

中国地震前兆台网提供了相关前兆数据， 国家空间天气监测预警中心提供了空间天气周报， 审稿专家提出了宝贵意见， 作者在此一并表示感谢．

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Multiple geophysical observation response to the Tianjin explosion in Beijing-Tianjin-Hebei region

Zhang Xin1)Du Xuebin1,2),Zhang Yuansheng1,2)Zhang Lifeng1)

1)LanzhouInstituteofSeismology,ChinaEarthquakeAdministration,Lanzhou730000,China2)LanzhouNationalObservatoryofGeophysics,Lanzhou730000,China

The surface explosion occurred in Tanggu district of Tianjin on August 12, 2015 caused wide attention. This paper presented the geophysical observation response to this explosion based on the data from a number of geophysical observation stations in Beijing-Tianjin-Hebei region as well as the satellite infrared remote sensing data, and obtained the geophysical disturbances information around the point. The results showed that the response of georesistivity to the explosion near the event site is apparent, that is, the georesistivity curve declined rapidly after this event and lasted for a long time. It was also observed that the geoelectric field anomalies appeared with a small amplitude two days before and after the event, and the space electronic flow declined slightly synchronously, however, no disturbances of geomagnetic field appeared at the same period. Meanwhile, the satellite infrared brightness temperature significantly increased after the event, and lasted for several days. In addition, there was no obvious response of underground water level and deformation to the event. The results indicate that different types of observations have different responses to this event, it will be valuable for analyzing and determing the anomalies related to earthquake in the future. What is more, it is also useful for a deeper cognition for the process of Tianjin explosion.

surface explosion; geoelectric field; satellite infrared remote sensing; underground fluid; georesistivity; deformation

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国家自然科学基金(41374080)资助

2015-10-14收到初稿， 2016-02-24决定采用修改稿.

e-mail: duxb@163.com

10.11939/jass.2016.02.012

P315.72

A