辽宁普兰店M4.6地震定点形变资料同震、震后变化分析

孔祥瑞，王喜龙，张志宏，钱 蕊，翟丽娜

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

0 引言

辽宁省是我国东部地区地震相对频发、且中强地震较多的省份之一，其人口相对密集。地震不仅会对人民群众生命财产造成损失，而且带来的次生灾害也会对经济建设产生极大的影响。地形变观测作为地球物理场监测的重要手段之一，可以通过监测地壳运动及形变来认识地震孕育和发生的过程，从而达到对地震分析预报的目的[1-2]。

目前，对地形变观测资料的分析研究主要从以下三个方面展开：一是对地形变资料的观测质量进行分析研究；二是对地形变观测资料中存在的异常及其特征进行研究，主要包括震前异常及干扰异常的识别判断；三是对地形变观测数据所记录到的同震信息、观测仪器映震能力等方面进行研究，主要包括形变观测仪器的同震响应特征，同震响应台站分布特征以及不同形变资料的映震能力分析[3-8]。而对同震响应的研究，是解释地壳介质受应力—应变过程响应的最有效、最直接和最重要的手段之一，地倾斜、地应力观测则是对同震响应的研究最直接的观测手段和研究方法[9-10]。

据中国地震台网正式测定，2023 年8 月23日18 时19 分47 秒，辽宁省大连市普兰店区发生了M4.6地震，震源深度为8 km。这次地震作为近年来在辽宁地区地震平静背景下发生的一次较大的地震，引起了广泛的关注。此次地震距离辽宁地区形变台站较近，大部分形变观测记录到了同震响应。本文针对此次辽宁普兰店M4.6 地震，对辽宁地区定点形变资料进行梳理，对比分析不同观测仪器的映震能力以及同震仪器的空间展布特征，获取辽宁地区形变观测同震响应的特征和规律。

1 台站分布及仪器概况

辽宁地区现有17 个地球物理场定点形变观测站点，包括34套观测仪器、72项测项。此次地震100 km 范围内仅有金州台1 个定点形变观测站，包含体应变观测1 套。100～200 km 范围内有营口地震台的水管倾斜仪、铟瓦棒伸缩仪、水平摆倾斜仪，海城地震观测站的竖直摆钻孔倾斜仪；200～300 km 范围内有辽阳下达河的体应变，丹东地震台的水管倾斜仪、铟瓦棒伸缩仪，锦州地震台的体应变、竖直摆钻孔倾斜仪，辽阳石洞沟地震台的水管倾斜仪、铟瓦棒伸缩仪，本溪地震台的宽频带倾斜仪、分量式钻孔应变仪，朝阳地震台的水管倾斜仪、铟瓦棒伸缩仪、宽频带倾斜仪，沈阳地震台的数字石英水平摆倾斜仪，阜新地震台的体积式钻孔应变仪；300 km 范围外有抚顺地震台的水管倾斜仪、铟瓦棒伸缩仪，抚顺北大岭的水管倾斜仪、铟瓦棒伸缩仪、数字石英水平摆倾斜仪，抚顺木奇形变站的宽频带倾斜仪，铁岭龙首山形变观测站的水管倾斜仪、铟瓦棒伸缩仪、宽频带倾斜仪，抚顺南山城的水管倾斜仪、铟瓦棒伸缩仪、宽频带倾斜仪，昌图三道监测站的竖直摆钻孔倾斜仪（图1，表1）。

图1 形变地震台站分布图Fig.1 Distribution of deformation seismic stations

表1 震中台站分布情况

2 形变仪器同震特征分析

本研究对辽宁地区定点形变观测资料进行了梳理。由于篇幅限制，我们首先根据形变观测手段仪器的工作特征，将观测仪器分为四类进行汇总和分析，分别为水平摆倾斜仪和水管倾斜仪、体积式钻孔应变仪和分量式钻孔应变仪、钻孔倾斜仪、宽频带倾斜仪。然后，我们分析了各观测仪器记录到的同震数据形态、震后曲线形态、相对震中的空间分布以及记录同震仪器测项的占比情况，从四个方面进行了统计和归纳，进而对辽宁地区定点形变观测仪器的同震特征进行综合分析。

2.1 水平摆倾斜仪、水管倾斜仪同震变化情况

从辽宁地区定点形变观测水平摆倾斜仪、水管倾斜仪资料同震变化情况来看，出现同震测项数量较少，较为明显的台站有营口台、朝阳台、抚顺北大岭，部分形变仪器由于背景噪声相对较大，且本次地震对倾斜仪器的影响较小，导致部分仪器测项无法识别同震波动（图2）。

图2 水管倾斜仪、水平摆倾斜仪同震变化曲线Fig.2 Co-seismic variation curve of water pipe inclinometer and horizontal pendulum inclinometer

上图记录的同震变化显示，倾斜类观测EW 测项相对更容易记录到此次地震的同震变化，共计3 个测项响应较为明显，NS 测项仅营口台存在响应。总体来说，此次地震产生的地震波对上述仪器的影响相对较小。从形态来看，这些同震变化均表现为高频波动。按照震中距的分布来看，营口台距离此次地震144 km，朝阳台距离为279 km，抚顺北大岭台距离为311 km。距离相对较远的台站水管倾斜、水平摆倾斜仅EW 测项记录到了同震变化，分析认为本次地震所产生的地震波动优势方向为EW向。

从震后曲线形态来看，记录到此次地震同震变化的台站在地震后数据曲线并未出现异常变化，维持其原有的曲线形态。从测项占比来看，辽宁地区共计有11 套水平摆倾斜仪和水管倾斜仪，共计26 个测项。此次地震共计有3 套仪器、4 个测项出现相对明显的同震响应，仪器占比为3/11，测项占比为4/26，这表明水平摆倾斜仪和水管倾斜仪在此次地震中的响应比例较低。

2.2 体积式钻孔体应变、分量式钻孔应变仪同震变化情况

从辽宁地区定点形变观测体积式钻孔体应变、分量式钻孔应变仪资料的同震变化情况来看，出现同震测项数量较少的原因是辽宁地区两类仪器数量相对较少。比较明显的台站有辽阳下达河观测台和阜新台的两套体应变观测仪器。而辽宁地区仅本溪台有一套分量式钻孔应变仪，并未记录到明显的同震变化。此外，部分仪器如金州体应变，由于背景噪声相对较大，也是导致部分测项无法识别同震波动的原因（图3）。

图3 体应变同震变化曲线Fig.3 Body strain co-seismic variation curve

从上图可以看出，体应变观测记录到的同震变化并不明显，表现为高值波动，对数据曲线整体形态影响不大。其中，辽阳下达河台站距离此次震中约为197 km，阜新台距离此次震中为296 km，空间上较为分散。从震后曲线形态来看，记录到此次地震同震变化的台站在地震后数据曲线并未出现异常变化，维持其原有的曲线形态。

从测项占比来看，辽宁地区共计有体应变、钻孔应变仪器5套，此次地震共计2套仪器出现相对明显的同震响应，仪器占比为2/5，均为体应变观测仪器。这表明体应变观测仪器能够较好地记录到同震信息。其他台站的体应变仪器由于自身背景噪声较大，结合现有的同震形变信息，其同震变化幅度较小是导致无法明确判断是否存在同震的原因。

2.3 钻孔倾斜仪同震变化情况

从辽宁地区定点形变竖直摆钻孔倾斜仪数据资料变化情况来看，辽宁地区竖直摆钻孔倾斜仪共计3 套，分别位于海城市地震观测站、锦州地震台以及昌图三道监测站。上述三台站三套仪器6个测项均出现同震变化，图4为海城监测站、昌图三道监测站钻孔倾斜仪同震变化曲线（图4）。

图4 竖直摆钻孔倾斜仪同震变化曲线Fig.4 Co-seismic variation curve of vertical pendulum drill hole inclinometer

从上图可以看出，竖直摆钻孔倾斜仪记录到的同震变化主要以单点突跳和同震阶跃为主，且地震波达到时受其影响较大。从曲线总体形态来看，记录到此次地震同震变化的台站在地震后数据曲线并未出现异常变化，维持其原有的曲线形态。从测项占比来看，辽宁地区共计有竖直摆钻孔倾斜仪3套、6个测项，此次地震该仪器均记录到同震信息，仪器占比为3/3，测项占比为6/6，这表明竖直摆钻孔倾斜仪能够较好地记录到同震信息，其映震效果明显。

2.4 宽频带倾斜仪同震变化情况

从辽宁地区定点形变宽频带倾斜仪垂直摆倾斜观测数据资料变化情况来看，辽宁地区竖直摆钻孔倾斜仪共计5 套，分别位于本溪地震台、朝阳地震台、抚顺木奇形变站、铁岭龙首山形变观测站以及抚顺南山城观测站，共计10个测项。在此次地震中，上述台站的5 套仪器、10 个测项均出现同震变化。由于辽宁地区宽频带倾斜仪目前稳定性一般，因此选取相对稳定的朝阳地震台和铁岭龙首山形变观测站的垂直摆倾斜观测数据为例进行分析（图5）。

从图5 可以看出，垂直摆倾斜观测数据记录到的同震变化主要以单点突跳和同震阶跃为主，且地震波到达时受其影响较大，部分测项存在阶跃。从曲线总体形态来看，记录到此次地震同震变化的台站在地震后数据曲线并未出现异常变化，维持其原有的曲线形态。从测项占比来看，辽宁地区共计有宽频带倾斜仪5 套、10 个测项，此次地震该仪器均记录到同震信息，仪器占比为5/5，测项占比为10/10，这表明垂直摆倾斜仪能够较好地记录到同震信息，其映震效果明显。

图5 竖直摆钻孔倾斜仪同震变化曲线Fig.5 Co-seismic variation curve of vertical pendulum drill hole inclinometer

3 综合分析及影响机理研究

3.1 同震现象分析

在此次地震中，记录到此次地震同震变化的水平摆倾斜仪、水管倾斜仪有营口台、朝阳台、抚顺北大岭。从震后曲线形态来看，记录到此次地震同震变化的台站在地震后数据曲线并未出现异常变化。从测项占比来看，水平摆、水管倾斜在此次地震中的响应比例较低。

体积式钻孔体应变、分量式钻孔应变仪在此次地震中出现同震测项数量较少。体应变观测所记录到的同震变化并不明显，表现为高值波动，对数据曲线整体形态影响不大。从震后曲线形态来看，记录到此次地震同震变化的台站在地震后数据曲线并未出现异常变化。从测项占比来看，体应变观测仪器能较好地记录到同震信息。

钻孔倾斜仪在此次地震中均记录到同震信息。从震后曲线形态来看，记录到此次地震同震变化的台站在地震后数据曲线并未出现异常变化。从测项占比来看，竖直摆钻孔倾斜仪能有较好的记录到同震信息，映震效果明显。

辽宁地区宽频带倾斜仪共计5 套、10 个测项，此次地震该仪器均记录到同震变化；从曲线总体形态来看，记录到此次地震同震变化的台站在地震后数据曲线并未出现异常变化；从测项占比来看，宽频带倾斜在此次地震中的响应比例较高。

3.2 同震机理分析

此次地震发生后，利用辽宁台网波形数据，选取了震中周边350 km范围内的43个台站，利用P 波初动的方法计算了本次M4.6 地震的震源机制解，结合辽宁地区区域应力场和构造情况，认为此次地震为右旋走滑型地震，发震构造为北东向的皮口断裂。结合地震发生后记录到同震的台站震中距分析可知，距离相对较远的台站水管倾斜、水平摆倾斜仅EW 测项记录到了同震变化，表明此次地震距离较远的台站EW测项相对更容易出现同震变化。从同震台站展布方向来看，总体呈北东向展布，记录到同震信息的最远台站位于此次地震东向，距离达到300 km以上。

根据此次地震的同震形变台站分布特征为北东向展布，以及此次地震类型为北东向走滑型地震，认为同震台站的分布与此次地震类型存在一定相关性。与此同时，辽宁地区主要断裂带为北东走向，地震传播优势方向沿断裂带方向或更易传播。但由于此次地震发震位置东南方向沿海无形变台站，各方向台站密度不同，以及震级相对较小导致同震台站样本数较少，此分析具有一定局限性。

4 结论

根据对辽宁地区定点形变观测资料的梳理和分析，可以得出以下结论：

（1）不同观测仪器的同震变化特征存在差异。水平摆倾斜仪和水管倾斜仪记录到同震的测项数量较少，其中部分台站记录到高频波动，优势方向为EW 向，但总体来说影响较小。体积式钻孔应变仪和分量式钻孔应变仪记录到的同震变化不明显，表现为高值波动，对数据曲线整体形态影响不大。钻孔倾斜仪记录到的同震变化主要以单点突跳和同震阶跃为主，且地震波达到时受其影响较大，映震效果明显。宽频带倾斜仪记录到的同震变化也以单点突跳和阶跃为主。

（2）从测项占比来看，钻孔倾斜仪和宽频带倾斜仪记录到的同震信息相对较多，映震效果较为明显。具体来说，辽宁地区共计水平摆、水管倾斜仪器11套，测项26项，此次地震共计3 套仪器、4 个测项出现相对明显的同震响应，仪器占比为3/11，测项占比为4/26；辽宁地区共计体应变、钻孔应仪器5套，此次地震共计2套仪器出现相对明显的同震响应，仪器占比为2/5，均为体应变观测；辽宁地区共计竖直摆钻孔倾斜仪3套、6个测项，此次地震共计该仪器均记录到同震信息；辽宁地区共计宽频带倾斜仪5 套、10 个测项，此次地震共计该仪器均记录到同震信息。

（3）根据此次地震的同震形变台站分布特征和地震类型，认为同震台站的分布与此次地震类型存在一定相关性。同时，辽宁地区主要断裂带为北东走向，地震传播优势方向沿断裂带方向或更易传播。但由于此次地震发震位置东南方向沿海无形变台站，各方向台站密度不同，以及震级相对较小导致同震台站样本数较少，此分析具有一定局限性。

（4）此次地震震后，各观测曲线并未出现震后异常变化，总体形态与震前形态基本一致，表明本次地震并未使辽宁地区的应力环境发生改变，但结合辽宁地区近年来的地震活动背景，仍需关注各观测曲线未来的趋势形态。

综合分析表明，不同观测仪器对地震波动的记录和响应存在差异，这与仪器的设计原理、观测方式、数据处理方法等因素有关，其中摆类仪器映震效果明显优于其他仪器。因此，在后续地震观测、分析中需要结合具体观测数据和台站环境等因素进行综合分析，才能更准确地把握地震波动的特征和影响。