尼泊尔MS8.1地震的形变同震响应

屈 曼， 马 栋， 侯晓真， 张 肖， 陈建国， 刘燕翔

(1．河北省地震局，石家庄 050022； 2．易县地震台，河北 保定 074200； 3．张家口中心台，河北 张家口 075000)

尼泊尔MS8.1地震的形变同震响应

屈 曼1， 马 栋1， 侯晓真1， 张 肖2， 陈建国1， 刘燕翔3

(1．河北省地震局，石家庄 050022； 2．易县地震台，河北 保定 074200； 3．张家口中心台，河北 张家口 075000)

通过对华北地区洞体应变、钻孔应变以及倾斜观测资料的统计分析，将尼泊尔MS8.1地震引起的同震波动幅度和初动方向进行了归纳总结，并与其它观测手段的结果进行对比分析。结果表明：华北地区应变观测资料的EW向压性初动主要集中在EW向的断裂附近，张性初动变化则主要集中在NE向的断裂附近，NS向同震变化主要是以张性初动为主；华北地区倾斜观测EW向的同震变化主要是以西倾初动为主，NS向的同震变化主要是以南倾初动为主，反映了尼泊尔强震震中以北地区向南运动的弹性响应过程。

形变；同震响应；尼泊尔地震

0 引言

根据中国地震台网正式测定：2015年 04月25日14时11分在尼泊尔发生了MS8.1地震(28.2°N，84.7°E)，震源深度达到20 km。本次地震发生在欧亚板块和印度板块的交汇地带即喜马拉雅地震带，由于两大板块NS向的推挤作用，引发了这次低角度的逆冲型地震。

本次尼泊尔强震的发生受到了很多地震学家的重视,并开展了多方面研究。张勇等[1]通过快速反演以及地震波与GPS数据初步联合反演的方式，研究了尼泊尔地震的破裂过程和震源特征；张贝等[2]利用有限元的方法，计算了尼泊尔强震的同震形变和同震应力场的变化情况；占伟等[3]收集和融合了以往的多套GPS资料，对尼泊尔地震的发震区及邻区的水平速度场、应变率场以及GPS基线时间序列进行了深入的剖析；Ader等[4]通过将GPS流动观测数据、连续观测数据以及水准测量数据的联合数据处理分析，总结了喜马拉雅断层的汇集速率和震间耦合特点，并阐述了该地区未来的地震形势。

地震发生时，形变数字化观测手段可以记录到地表倾斜和应变的波动情况，我们称之为震时形变波[5]。本文主要针对华北地区的应力应变和倾斜的数字化观测资料，经过分类筛选将尼泊尔MS8.1地震引起的同震波动进行统计分析，研究震时华北地区的应力场调整和变化情况。

1 研究区域及仪器概况

本文研究区域为华北地区(28°～45°N，108°～125°E)。主要观测手段包括伸缩仪、体应变、倾斜仪，观测数据均为分钟采样。研究区域的伸缩仪为瓦棒伸缩仪，共87个测项；钻孔应变仪包括体积式钻孔应变仪和分量钻孔应变仪，共计37个测项；倾斜观测仪器包括水管倾斜仪、垂直摆倾斜仪和水平摆倾斜仪，测项数依次为76个、54个、36个，共计166个倾斜测项(图1)。

图1 华北地区形变台站分布图

2 应变同震变化

同震响应主要是根据尼泊尔强震发生时段的观测数据曲线，从中提取出初动方向、最大波动幅度和波动类型等特征，该波动类型主要分为地震形变波形、台阶、突跳等。根据尼泊尔强震时形变仪记录下的震时形变波，地震发生后观测曲线初次波动的方向为初动方向，其最大波动幅度是震时形变波观测值的最大值和最小值之差。

应变同震统计按照仪器的类别和观测方向的不同，分别统计了洞体应变NS向、洞体应变EW向和钻孔应变的同震变化情况。

2.1 洞体应变EW和NS向同震变化

如图2所示，应变初动方向以绿色向上三角形为张性变化，红色向下三角形为压性变化。据统计，华北地区洞体应变EW向张性初动和压性初动的数量基本一致，张性初动测项数为19个，压性初动测项数为21个，同震变化幅度最大的台站是陕西华阴台，幅度为7.558×10-7。从张压性变化的空间位置分析，存在一定的分布规律，震时的压性初动的台站位置主要集中在EW走向的断裂附近，而张性初动变化的台站则主要集中在NE走向的断裂附近。例如，鄂尔多斯北缘断裂、秦岭北麓断裂等地区主要是压性变化，河北平原带、锦州阜新断裂和二界沟断裂附近也表现为压性变化。

华北地区洞体应变NS向的同震变化主要是以张性初动为主，张性初动测项数为25个，压性初动测项数为15个，同震变化幅度最大的台站是陕西宁强台，幅度为2.048×10-7。从张压性变化的空间位置分析，未总结出明显的分布规律。

a 华北洞体应变EW向 b 华北洞体应变NS向图2 华北洞体应变同震响应结果

2.2 钻孔应变同震变化

如图3所示，华北地区钻孔应变的同震变化主要是以张性初动为主，张性初动测项数为25个，压性初动测项数为14个，同震变化幅度最大的台站是江苏省江宁台，幅度为1.631 2×10-4。从张压性变化的空间位置分析，压性变化主要分布在北京和张家口附近地区，华北其他地区主要是张性初动变化。

3 倾斜同震变化分析

倾斜同震响应统计方法与上述应变观测的同震响应统计方法相同。本文分别统计了EW向和NS向的同震变化，考虑到仪器的精度问题，统计结果主要以水管仪的观测数据为主，摆式倾斜仪的观测数据只作为参考。

图3 华北钻孔应变同震响应结果

如图4所示，红色向西的箭头表示地面向西倾斜，绿色向东的箭头表示地面向东倾斜，华北地区倾斜观测EW向的同震变化主要是以西倾初动为主，西倾初动测项数为26个，东倾初动测项数为13个，同震变化幅度最大的台站是内蒙古乌加河台，变化幅度为7.654×103ms。

华北地区倾斜观测NS向的同震变化主要是以南倾初动为主，南倾初动测项数为23个，北倾初动测项数为14个，同震变化幅度最大的台站是内蒙古乌加河台，变化幅度为2.822×103ms。

4 讨论及结论

4.1 同震变化幅度分析

根据观测方向和初动方向的不同，对研究区域的洞体应变仪和水管倾斜仪的同震变化幅度分别进行了统计分析。从变化幅度和变化规律来看， 洞体

图4 华北倾斜观测EW(左)和NS(右)向同震响应结果

应变EW向的同震变化幅度相对于NS向的同震变化幅度要大一些；水管倾斜仪的同震变化幅度相差不大。

如图5所示，分别统计了洞体应变EW向压性初动、EW向张性初动、NS向压性初动和NS向张性初动的变化幅度，纵轴表示变化幅度的大小，横轴表示不同台站测点，其顺序分别为按照震中距由小到大排序。通过统计对比，NS向同震变化幅度基本在2×10-7以下，而EW向同震变化幅度接近以及大于2×10-7的测点数量几乎占据了总测点数的一半，可以明显看出EW向总体的变化幅度大于NS向的变化幅度。随着经纬度的增大即震中距的增大，未发现同震变化幅度有明显的减小以及逐渐衰减的过程，但是可以大致看出起伏波动的变化，此现象一定程度上反映了地震波能量的传播过程，此外，也与不同仪器的灵敏度以及性能密切相关。

图5 洞体应变同震变化幅度统计图

4.2 库仑应力计算结果对比分析

盛书中等[6]依据构造外推以及重复地震的理论，利用国内以往中强地震的震源机制解，得到了本次地震对全国范围内的静态应力触发状态。其结果表明，库伦应力发生明显改变的地区主要集中在新疆和西藏附近的一些断层上；南北带附近的计算结果主要表现为库伦应力卸载，并且变化量级相对较小；而华北地区的主要断层都位于库伦应力的影区内，应力加载的地区仅限于山西平遥等少数地震断层。由此可以看出，本次尼泊尔强震对我国西部产生的影响比较大，而对华北地区产生的库伦应力的变化远远低于0.01 MPa的触发阈值。

通过对华北地区应变和倾斜观测数据的同震波形统计分析，不同测点的同震波形的最大变化幅度可能随着测点的位置以及仪器灵敏度的不同而出现波动，但是大多数的观测曲线在震时出现波动，之后都会逐渐恢复到和震前基本相当的变化水平。由此可见，尼泊尔强震对于华北地区的影响相对偏小，与库伦应力的计算结果较为一致。

4.3 GPS解算结果对比分析

占伟等[3]将以往地震学者解算的尼泊尔及附近地区的多个GPS速度场结果融合起来，获得了在近似统一参考框架下的速度场结果。GPS应变率场的解算结果表明，尼泊尔地震震中附近的应变量在近NS向的高值过渡区内，并且GPS基线时间序列也出现连续的缩短现象，尤其是近3年以来这种缩短现象有逐渐增强的趋势，这些解算结果表明印度板块不断地推挤欧亚板块，以至于出现地壳形变，并且这种推挤作用在逐渐地增强。与此同时，GPS同震位移的解算结果也显示出，青藏高原地区多个站点朝向震中的方向向南移动，说明了尼泊尔强震的发生造成了西藏地区的逆冲应变释放的现象，并且波及范围比较大。

本文统计的华北地区倾斜观测数据的结果显示，同震初动以南倾为主，应变观测结果也显示NS向以张性初动变化为主，与GPS解算结果基本一致。

5 结论

2015年4月25日尼泊尔MS8.1级强震的发生虽然在中国境外，但是它的影响范围不仅仅是我国的西藏地区，甚至对我国华北地区也会产生一定的影响。通过对华北地区应变观测和倾斜观测资料同震响应的统计分析(暂不考虑仪器的性能和差别)，得到以下结论：

1)华北地区应变观测资料的EW向压性初动主要集中在EW走向的断裂附近，张性初动变化则主要集中在NE走向的断裂附近；NS向同震变化主要是以张性初动为主；洞体应变EW向的同震变化幅度要高于NS向的同震变化幅度。

2)华北地区倾斜观测EW向的同震变化主要是以西倾初动为主；NS向的同震变化主要是以南倾初动为主。

3)华北地区NS向的张性和南倾的结果与GPS解算结果较为一致，反映了震中以北地区向南运动的弹性响应过程。

[1] 张勇, 许力生, 陈运泰. 2015年尼泊尔MW7.9地震破裂过程: 快速反演与初步联合反演[J]. 地球物理学报, 2015, 58(5): 1804-1811.

[2] 张贝, 程惠红, 石耀霖. 2015年4月25日尼泊尔MS8.1大地震的同震效应[J]. 地球物理学报, 2015, 58(5): 1794-1803.

[3] 占伟, 武艳强, 梁洪宝, 等. GPS观测结果反映的尼泊尔MW7.8地震孕震特征[J]. 地球物理学报, 2015, 58(5): 1818-1826.

[4] Ader T, Avouac J P, Jing L Z, et al. Convergence rate across the Nepal Himalaya and interseismic coupling on the main Himalayan Thrust: implications for seismic hazard[J]. Journal of Geophysical Research, 2012, 117(B4): B04403, doi: 10.1029/2011JB009071.

[5] 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.

[6] 盛书中, 万永革, 蒋长胜, 等. 2015年尼泊尔MS8.1强震对中国大陆静态应力触发影响的初探[J]. 地球物理学报, 2015, 58(5): 1834-1842.

Coseismic Deformation Effect of the NepalMS8.1 Earthquake

QU Man1, MA Dong1, HOU Xiao-zhen1, ZHANG Xiao2, CHEN Jian-guo1, LIU Yan-xiang2

(1.Earthquake Administration of Hebei Province, Shijiazhuang 050022,China; 2.Yixian Seismic Station, Yixian 074200,China; 3.Zhangjiakou Seismic Station, Zhangjiakou 075000, China)

Based on the data of cave strain, borehole strain and tilt observations on North China, the first motion direction and volatility caused by NepalMS8.1 earthquake are summarized, and compared with the results of other observing instruments. The results show that in North China the pressure of the first motion of EW strain observations is mainly concentrated in the vicinity of the east-west fault, while the tension of the first motion is mainly concentrated in the north-east fault nearby; the NS coseismic change is tension of the first motion. Coseismic changes of EW tilt observations in North China mainly tilt are westward, while coseismic changes of NS tilt observations mainly tilt are southward. This results show that the north of epicenter of Nepal earthquake moves southward and its strain have been released.

deformation; coseismic response; Nepal earthquake

2016-07-21

河北省地震局地震科技星火计划项目“GPS观测数据分析及应用研究”(DZ20140703003)；“河北地区GPS速度场变化对比分析”(DZ20160329010)

屈曼(1986—)，女，河北石家庄人，助理工程师，主要从事地壳形变与地震预测方面的研究．E-mail：quman_2016@qq.com

P315.725

A

1003-1375(2017)02-0010-05

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.02.002