银川台石英摆倾斜仪异常特征及预测指标分析

李自芮，马翀之，崔 瑾，朱鹏涛

（宁夏回族自治区地震局，宁夏 银川 750001）

0 引言

地倾斜观测是地壳形变测量的手段之一，它能连续监测地壳倾斜速度及方向的变化。在地震孕育的初期，地壳产生弹性形变，随着应力的积累不断增强，形变加速，介质发生塑性变化，当震源体的应力达到其介质破裂的临界值时，震源区进入非稳定状态，地壳形变也会出现一些转折和加速等特征。总之，在构造力的作用下，致使区域应力场增强以及在一些易积累应力的构造上形成震源体，在地震孕育的整个过程中都伴随着地壳形变[1]。

1 观测背景介绍

银川台石英摆倾斜仪于80年代投入观测，架设于宁夏贺兰山东麓断裂西侧的一山洞里，洞体基岩为花岗片麻岩，覆盖厚度约50m，进深约100m，无植被。经过洞室的不断改造，观测资料于1989年之后趋于正常，观测精度高于10-8量级[2]。

2 研究区域

依据银川台台站位置及其监测能力范围，本文确定研究区域为银川台石英摆倾斜仪观测资料异常变化与周边400km范围内发生的MS5.0以上地震之间的对应关系，并给出地震预测指标。根据观测资料精度定义各级地震的监测能力范围为：

本文统计了在银川台监测能力范围内，自1989年以来发生的MS5.0以上地震震例，并且分析了对应时间段内石英摆倾斜仪观测资料的变化情况，结果表明：在银川台周边400km范围内发生的MS5.0以上地震前，石英摆倾斜仪观测资料均有不同程度的异常反应。1989年以来银川台周边地区发生MS5.0以上地震统计如表1所示。

表1 1989年以来银川台周边地区发生MS5.0以上地震统计

值得一提的是：在离银川台千里之外的昆仑山口西8.1级强震前，银川台石英摆倾斜仪同样记录到了信度较高的异常变化[3]，2008年四川汶川8.0级地震与银川台石英摆倾斜仪观测资料也存在一定程度的关联。因此，在分析资料异常变化特征与地震对应关系时一并进行了统计分析。

3 观测资料异常特征分析

3.1 形态分析

形态分析是根据原始资料的变化形态进行分析的一种方法。通常当资料的正常变化规律被打破而出现异常变化时，若经分析断定非干扰所致，便可认为资料出现了异常。

图1 银川台石英摆倾斜仪五日均值曲线Fig.1 The 5-day mean curve of quartz pendulum in Yinchuan Seismic Station

表2 银川台石英摆倾斜仪五日均值异常变化特征及对应地震情况

银川台石英摆倾斜仪观测曲线存在正弦曲线形态的年变规律，两个方向的变化规律基本一致：每年NS向先向北倾斜，EW向先向东倾斜，2—4月NS向转为向南倾斜，EW向转为向西倾斜，9—11月NS向又转为向东倾斜，EW向又转为向东倾斜，变化幅度NS向约1.3角秒/年，EW向约1.4角秒/年，总体趋势上来说NS向北倾，EW向西倾。石英摆倾斜仪形态曲线在几次中强地震和昆仑山8.1级地震、汶川8.0级地震前均出现了异常变化，银川台石英摆倾斜仪五日均值线图如图1所示，异常变化特征以及对应地震情况如表2所示。

3.2 潮汐因子γ值分析

地球固体潮汐是人们事先可以预测和精确测量到的一种自然现象。通过理论研究和长期观测确认，地壳内应变积累到一定程度，会使介质物性发生变化，从而导致该地实测的固体潮振幅发生变化。在正常情况下，假设地球为刚体时所计算的当地的理论潮振幅为A，与当地实测的固体潮振幅A′之比AA′称为倾斜固体潮振幅因子γ，它是十分稳定的[4]。使用M2波的潮汐因子值作为实用指标，维尼迪可夫调和分析方法进行计算，潮汐因子值经过三月一平均，一月一滑动处理，如果潮汐因子值偏离正常值的1.5倍中误差，便认为自偏离时刻起资料进入异常变化时段。图2为银川台石英摆倾斜仪M2波潮汐因子曲线，从图中可以看出，M2波潮汐因子值曲线在几次中强地震前出现异常变化，异常变化特征见表3。

3.3 异常成功率统计

本文使用宁夏形变观测资料，对形变监测能力范围内形变异常的成功率进行分析统计。成功率η定义为[5]：

按观测资料异常特征与地震对应情况，统计了银川台石英摆倾斜仪观测资料异常成功率，结果如表4所示。

图2 银川台石英摆倾斜仪M2波潮汐因子曲线（三月一平均，一月一滑动）Fig.2 The quartz pendulum tiltmeter M2 wave tidal factor curve in Yinchuan Seismic station(on average once every 3 months, sliding once a month)

表3 银川台石英摆倾斜仪M2波潮汐因子异常变化特征及对应地震情况

表4 银川台石英摆倾斜仪观测资料异常成功率

4 结论与讨论

综合以上分析可知，银川台石英摆倾斜仪对监测能力范围内中强以上地震有一定的监测能力，震前异常主要体现为趋势异常、破年变异常、M2波潮汐因子低于1.5倍中误差。依据本文对观测资料的分析总结，给出了银川台石英摆倾斜仪观测资料预报地震的预测指标如下：

（1）银川台石英摆倾斜仪观测资料出现长趋势异常、破年变异常，可判断未来2年将会发生MS5.0以上地震；特别注意在趋势异常背景下出现的破年变异常，可判断较长时间发生强震的可能；

（2）用维尼迪可夫调和分析方法按月计算M2波潮汐因子值，经过三月一平均，一月一滑动处理，潮汐因子值若偏离正常值1.5倍中误差，便认为自偏离时刻起进入异常变化时段，异常变化出现明显转折，可判断未来1年左右将会发生MS5.0以上地震。