小議對地震前驅波的分析
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石英擺SN分量在2009年10月9日開始記錄到連續(xù)性的脈動加粗、毛刺等異常信號擾動現(xiàn)象，在11～13日這種擾動演變?yōu)槟皇诫A躍、錯動及幕式尖脈沖事件，且每一幕的擾動時間并不完全相同，擾動事件過程為幾分鐘至幾十分鐘不等，該類型異常信號與以前記錄的遠震前驅波階變、連續(xù)性脈動變粗、突跳等形態(tài)完全不同，而是與脆性巖石力學實驗中的粘滑信號(伴隨聲發(fā)射)變化特征非常類似，故稱其為間歇性的幕式慢粘滑事件，遠震前驅波的形態(tài)有很大差異。2009年10月14日以后石英擺SN分量固體潮曲線由以往背景光滑的形態(tài)變?yōu)槊}動變粗、毛刺增多等畸變現(xiàn)象，11月5日在陜西高陵發(fā)生了4.4級地震(震中距265km)，地震后畸變現(xiàn)象依然存在;1個月后即2010年1月曲線畸變現(xiàn)象更加突出，主要表現(xiàn)為1月7日以后脈動變粗、毛刺增多等擾動現(xiàn)象愈發(fā)明顯，11日曲線又出現(xiàn)快速北傾變化，至13日北傾幅度約150ms，14日以后轉為緩慢南傾變化，期間在9～15日伴有明顯的向下脈沖突跳變化，19日始南傾速率加快，固體潮形態(tài)消失，24日發(fā)生4.8級地震，同震階變幅度很小，地震后曲線恢復正常(固體潮形態(tài)光滑、清晰)。因此，上述的慢粘滑及脈動變粗、毛刺增多等前驅波擾動應是地震的短臨異常信號。寬帶擺SN分量在地震前后也出現(xiàn)了類似中粘滑形態(tài)的變化圖像，具體過程是自2009年12月21日開始連續(xù)出現(xiàn)幕式錯動及幕式尖脈沖事件，錯動方向為北向(向上)，錯動階躍幅度最大為25ms，24日記錄到地震波，且產(chǎn)生北向同震階變，幅度達84ms，每日錯動3～7次，4.8級地震后錯位現(xiàn)象持續(xù)了7天左右消失，2010年2月初曲線恢復正常，與石英擺出現(xiàn)的粘滑形態(tài)相比，寬帶擺的粘滑特征更加明顯，持續(xù)時間更長(持續(xù)約50天)，這可能與兩儀器不同的工作周期、頻帶響應等參數(shù)有關?？紤]到寬頻帶傾斜儀“寬頻”以及高采樣率(秒)的優(yōu)勢，筆者又對粘滑事件每日的秒數(shù)據(jù)進行了詳細分析，經(jīng)過逐日排查，發(fā)現(xiàn)在4.8級地震前1h，光滑的曲線出現(xiàn)了幅度約1ms、周期為1min的南向(向下)脈沖狀變化，3min后再次出現(xiàn)幅度為1ms的南向(向下)變化，而臨汾臺的水平擺、垂直擺及侯馬臺水管傾斜觀測等在同時段均未有此類似形態(tài)的圖像，這也許是寬帶擺“發(fā)現(xiàn)的”臨震異常信號(2010年1月地震后，汾渭帶中北部于4月、6月分別發(fā)生了大同陽高4.5級及陽曲4.6級地震，前者震中距臨汾臺490km，可能是距離較遠的原因，臨汾臺兩傾斜儀并未記錄到明顯異常，而在陽曲地震前則均記到了小幅度的階躍、脈動增粗等畸變現(xiàn)象(高振強等，2010)，但這些異常形態(tài)均不是中的慢粘滑圖像特征。筆者對近幾年石英擺記錄曲線統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)只要該測項出現(xiàn)階躍擾動(突跳)、脈動增粗等前驅波圖像之后，往往可能有7級左右的遠大地震事件發(fā)生，但并不是每次大震前都有前驅波現(xiàn)象。根據(jù)臺站制定的異常落實方案，每當異常出現(xiàn)后觀測人員都認真進行觀測場地環(huán)境實地調查、及時查看儀器工作狀態(tài)、核對儀器各項工作參數(shù)的正確性等檢查措施，必要時對儀器進行標定，當排除儀器自身及觀測環(huán)境等可能的干擾因素后，可認定為地震前驅波現(xiàn)象。
2幕式錯動的機理解釋
幕式慢粘滑和脈動變粗、毛刺突跳等現(xiàn)象均屬于前驅波現(xiàn)象。脆性巖石力學實驗結果證實，伴隨聲發(fā)射的幕式粘滑事件實際上是巖石宏觀大破裂前的微破裂，多個幕式發(fā)生的微破裂叢集成核最終導致巖石的宏觀快速破裂。王賢仁和盧艷清(2002)曾根據(jù)云南地傾斜觀測資料推測認為，震前一段時間的幕式階變錯動事件很可能就是巖石的微破裂及粘滑現(xiàn)象，是大震前有效的前兆，錯動事件來看，其并不具粘滑事件快速破裂(持續(xù)時間很短)的特征，并不完全支持幕式慢粘滑事件全部來自斷層脆性段微破裂粘滑的成因機理;曾融生(2005)根據(jù)對地殼和上地幔的分層結構，提出地殼脆性層應力分布與地震斷層存在應力的相互作用，但許多現(xiàn)象說明塑性層可能是地震發(fā)生的策源地，由此，上述錯動的慢粘滑事件可能部分來自脆性層、部分來自塑性層，兩者圍繞剛性的地震硬核(孕震體)分布，并最終導致地震核(孕震體)的脆性破裂發(fā)震。而脈動變粗、毛刺突跳等擾動形成的機理可能是時間上密集發(fā)生的幕式慢粘滑事件相互疊加，形成準連續(xù)性的擾動信號。孕震體破裂前，大量介質破裂及裂隙間粘滑產(chǎn)生的應力降使震源區(qū)內應變場進行調整應力降以應力波的形式向四周傳遞，位于震中北部的臨汾臺兩套傾斜儀以階躍、突跳等形式記錄到了粘滑、錯動后的變形階段，而且均是在SN分量上記到的，說明擾動具有明顯的方向性特征;4.8級主震后寬帶擺幕式粘滑現(xiàn)象并未立即消失，說明孕震體破裂并不能完全釋放所有能量，仍有一部分是以多種形式緩慢釋放的(如慢地震)，因此，地震后依舊會出現(xiàn)粘滑、擾動現(xiàn)象。
3結論與討論
慢粘滑及其擾動事件在儀器記錄上具有明確的方向性，這對判定未來震中位置有積極的參考價值。由于儀器工作周期、動態(tài)范圍、頻帶響應等參數(shù)的不同，造成兩儀器記錄前驅波擾動出現(xiàn)的時間段、形態(tài)特征等存在明顯差異。建議在同一觀測站(點)建立高靈敏度、高采樣率、寬頻帶，或在不同頻段上布設多種的同類型定點傾斜形變儀器，組成具有寬頻帶或低、中、高頻段的全面觀測系統(tǒng)，這對于捕捉近震的短臨異常有實效意義。
作者：李艷高振強程冬焱張仰輝李軍單位：山西省地震局
