王小平 尹京苑 倪友忠 陳 軍

(上海市地震局,上海 200062)

上海定點(diǎn)形變異常特征及機(jī)理分析＊

王小平 尹京苑 倪友忠 陳 軍

(上海市地震局,上海 200062)

2009年 11月上海松江地震序列距佘山形變觀測(cè)點(diǎn)約 18 km,距查山形變臺(tái)約 32 km。地震前這兩個(gè)定點(diǎn)的形變觀測(cè)均出現(xiàn)不同程度的異常。結(jié)合形變資料和震源機(jī)制解分析結(jié)果發(fā)現(xiàn),此次異常的應(yīng)力方向與該區(qū)域的背景應(yīng)力場(chǎng)方向基本一致,因此認(rèn)為,觀測(cè)到的形變異常很可能反映的是區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的變化情況。

松江地區(qū);形變異常;震源機(jī)制解;應(yīng)力場(chǎng);地震序列

1 引言

地殼形變是地殼介質(zhì)在構(gòu)造應(yīng)力和天體引力以及地表載荷力作用下發(fā)生變形的一種表現(xiàn)形式。而與地震有關(guān)的地形變則是在孕震過程中,隨著構(gòu)造應(yīng)力的不斷集中直到發(fā)震前后的一種最直接的伴隨現(xiàn)象[1,2]。2009年 10月 18日—11月 7日松江附近共發(fā)生 8次小震(表 1),震中離佘山臺(tái)約 17 km,離查山臺(tái)約 30 km,臺(tái)站及地震分布見圖 1。此次系列地震前上海兩個(gè)定點(diǎn)形變觀測(cè)多個(gè)測(cè)項(xiàng)出現(xiàn)異常變化(表 2)。經(jīng)過異常落實(shí),無(wú)儀器、環(huán)境等因素的干擾。本文將通過對(duì)形變觀測(cè)資料和震源機(jī)制解的分析,探討異常變化與該區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化的關(guān)系。

2 臺(tái)址條件及儀器概況

佘山臺(tái)位于上海市松江區(qū)余山腳下,地理位置為東經(jīng) 121.1°,北緯 31.2°。山洞洞頂覆蓋層厚度大于 40 m,旁側(cè)覆蓋層厚度大于 50 m,洞深 200多米,儀器室年溫差小于 0.2℃,日溫差小于 0.1°C。巖性為上侏羅系天馬組的安山巖。佘山臺(tái)洞體條件良好,密封保溫設(shè)施齊全,因此固體潮汐記錄完好、零漂小。

表 1 2009年 10月 18-11月 7日小震信息Tab.1 Small earthquakes from Oct.18 to Nov.7,2009

圖 1 上海形變臺(tái)站及松江系列地震分布圖Fig.1 Distribution of deformation stations in Shanghai and Songjiang earthquake sequence

表 2 松江系列地震前定點(diǎn)形變出現(xiàn)的短臨異常Tab.2 Short-i mpendi ng anomalies at fixed deformation observation before the Songji nag earthquake sequence

山洞內(nèi)水管儀、伸縮儀共用儀器墩,水管儀 NS分量基線長(zhǎng) 22.86 m,方位N18.5°W,EW分量基線長(zhǎng) 8.82 m,方位 N71.5°E。水管儀、伸縮儀和垂直擺均為中國(guó)地震局地震研究所生產(chǎn),于 2001年正式使用。資料的連續(xù)率和內(nèi)在精度達(dá)到 I類潮汐形變臺(tái)精度要求。

查山形變臺(tái)位于上海金山區(qū)張堰鎮(zhèn),整個(gè)區(qū)域地勢(shì)低平,臺(tái)站地理位置為東經(jīng) 121.3°,北緯30.8°。該臺(tái)站海拔高度約 10 m,離杭州灣水域最近距離約 10 km。該地區(qū)的巖相為晚侏羅的火山巖。院內(nèi)有一個(gè)鉆孔井深 90多米,28.44～90 m為凝灰?guī)r。鉆孔傾斜儀器 CZB2為河南省地震局研制,安裝在 67 m左右深處,2007年 4月安裝,2008年資料正式使用。

3 形變短臨異常特征分析

佘山水管儀NS分量 8月中旬開始北傾,10月初轉(zhuǎn)為南傾斜,傾斜變化量為 0.14角秒(圖 2(a)), 10月 7日恢復(fù)平穩(wěn)趨勢(shì);水管儀 EW分量由于基線較短,無(wú)年變規(guī)律,整體呈現(xiàn)東傾趨勢(shì),但 8月下旬東傾斜趨勢(shì)發(fā)生變化,變化量達(dá) 0.2角秒,10月 10日基本恢復(fù)平穩(wěn)(圖 2(b));垂直擺NS分量 9月底向北傾斜,10月初急劇向南傾斜,傾斜變化量為0.056角秒 (圖 3(a)),EW分量 9月初向東傾斜,9月下旬向西傾斜,10月 7日恢復(fù)平穩(wěn),傾斜變化量為 0.058角秒(圖 3(b))。水管儀、垂直擺兩傾斜觀測(cè)資料反映的變化方向均為北東東方向。

圖2 水管儀器兩分量短臨異常圖Fig.2 Short-impending anomalies of two-component water tube

伸縮儀 NS分量觀測(cè)曲線 8、9、10月總體呈現(xiàn)受壓狀態(tài),但自 9月 21日—10月 2日曲線變化出現(xiàn)異常,走向呈現(xiàn)水平狀態(tài),并有擾動(dòng)。10月 2日恢復(fù)受壓狀態(tài)趨勢(shì),其變化量為 129×10-10,見圖 4 (a);EW兩分量自 9月 21至 10月 5日出現(xiàn)異?，F(xiàn)象,偏離正常的年變曲線,其變化量為 557×10-10,見圖 4(b)。

查山CZB鉆孔傾斜儀自 2009年3月維修后NS分量呈現(xiàn)南傾趨勢(shì),7月下旬至 11月初南傾趨勢(shì)加劇,并時(shí)常伴有擾動(dòng)異常,偏離量達(dá) 0.34角秒 (圖 5 (a));EW分量 9月底至 10月初出現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)折,先東轉(zhuǎn)向西傾斜,很快又向東傾斜,隨后呈現(xiàn)東傾斜變化,變化量為0.1角秒(圖5(b))。查山鉆孔傾斜儀傾斜變化為南東東方向。

據(jù)上述分析,佘山傾斜異常變化方向?yàn)楸睎|東,查山傾斜變化方向?yàn)槟蠔|東。兩臺(tái)站傾斜異常變化方向基本為背向震中方向 (圖 1),這一現(xiàn)象與大多數(shù)傾斜異?？偨Y(jié)結(jié)果一致。同時(shí)佘山水管儀、垂直擺異常變化量不同說明同一臺(tái)站不同類型的傾斜儀器監(jiān)測(cè)地震前兆信息的能力有很大差異。

4 地震發(fā)生的地質(zhì)構(gòu)造背景及形變異常機(jī)理分析

4.1 地質(zhì)環(huán)境及區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)特征

圖3 垂直擺兩分量短臨異常圖Fig.3 Short-impending anomalies of two-component vertical pendulum

圖4 伸縮儀兩分量短臨異常圖Fig.4 Short-impending anomalies of t wo-component extensometer

松江系列地震震中位置地處揚(yáng)子地塊東北段的東南邊緣,位于青浦-龍華斷裂和楓涇-川沙斷裂夾持的天馬山火山巖構(gòu)造盆地中央,該盆地是晚侏羅世至白堊世長(zhǎng)期繼承性發(fā)育的箕狀構(gòu)造盆地,地層由西北向東南逐漸趨新,以安山巖、安山玢巖為主,向東南變?yōu)槿芙Y(jié)凝灰?guī)r、流紋巖為主(黃組 K2s),再變?yōu)橐阅規(guī)r為主,至晚白堊世的紫紅色砂泥巖夾石膏(松江組 K2s)等。盆地北側(cè)為青浦-龍華斷裂,走向北 70°～80°東,最晚活動(dòng)時(shí)代為早更新世。南側(cè)楓涇-川沙斷裂,走向北 60°～70°東,傾向北西為主,傾角 75°,最晚活動(dòng)時(shí)代為中更新世,兩者皆隱伏于 200～300 m的第四紀(jì)覆蓋層之下。盆地中部構(gòu)造平穩(wěn),僅于天馬山頂見北 60°東的張性-張扭性正斷裂,長(zhǎng)度有限。

文獻(xiàn)[3]研究得出上海佘山臺(tái)站下方主應(yīng)力方向?yàn)?55.9°?？紤]到上海佘山臺(tái)站距震中位置僅約18 km,可以近似認(rèn)為震中位置區(qū)域范圍內(nèi)主應(yīng)力方向大致在 55.9°左右。周翠英[4]等人 2004年使用143組中小地震單震震源機(jī)制解和 l7組小區(qū)域綜合機(jī)制解資料,統(tǒng)計(jì)分析了華東地區(qū)的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征,得出華東地區(qū)現(xiàn)今處在NEE向(約 80°)主壓、NNW向(350°左右)主張應(yīng)力場(chǎng)的控制下。

4.2 形變異常機(jī)理分析

圖5 查山臺(tái)鉆孔傾斜異常圖Fig.5 Anomalies of borehole tiltmeter at Chashan station

伸縮儀NS分量基線長(zhǎng) 22.86 m,EW分量基線長(zhǎng)8.82 m。9月底至10月初伸縮儀NS、EW兩分量變化量分別為 129×10-10與 557×10-10;可以按公式(1)分別計(jì)算出兩分量的變化速率,其中ΔL/L為應(yīng)變觀測(cè)量 (10-10)。NS分量變化速率為 3.69× 10-5mm/天,EW分量變化速率為 6.14×10-6mm/天。

伸縮儀NS分量方位為N18.5°W,EW分量方位為N71.5°E,根據(jù)公式 (2)計(jì)算出相應(yīng)的主應(yīng)力場(chǎng)方向約為北 40°東。

利用 10月 18日至 11月 7日發(fā)生的 8次地震上海及其鄰近地區(qū)臺(tái)站記錄的初動(dòng)(臺(tái)站分布見圖6)計(jì)算出的該區(qū)域復(fù)合震源機(jī)制解 (平均解)為該次地震節(jié)面走向 10°,傾角 73°,滑動(dòng)角 138°,主要受壓應(yīng)力作用下,NNE向斷層產(chǎn)生傾滑右旋逆沖活動(dòng)引起。P軸壓應(yīng)力方位角為 67°,方向北東東,T軸張應(yīng)力方位角為 324°,方向北北西。

圖6 松江系列地震及臺(tái)站分布圖Fig.6 Distribution of the Songjiang earthquake sequence and stations

利用伸縮儀變化速率計(jì)算的主應(yīng)力方向和利用P波初動(dòng)計(jì)算出的震源機(jī)制解主應(yīng)力方向基本與本地區(qū)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)方向基本一致。結(jié)合形變傾斜的異常變化方向,從而可以得出此段時(shí)間內(nèi)上海定點(diǎn)形變觀測(cè)到的異常與該區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的變化有關(guān),為這次地震序列的形變前兆異常。

5 結(jié)論

松江地震系列前上海定點(diǎn)形變 4個(gè)數(shù)字化形變測(cè)項(xiàng)在異常時(shí)間上均顯示出很好的一致性。通過形變資料和震源機(jī)制解分析,發(fā)現(xiàn)這些異常變化與該區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)變化有關(guān)。

1 陳德福,李正媛,陳鵬.定點(diǎn)形變觀測(cè)與 GPS大地測(cè)量[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2003,(1)：107-113.

2 吳翼麟,等.定點(diǎn)形變方法多指標(biāo)判別地震異常的追蹤分析[J].地殼形變與地震,1991,(1)：10-22.

3 劉希強(qiáng).利用剪切波分裂研究中國(guó)大陸上地幔各向異性[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),1999.

4 周翠英,等.華東地區(qū)現(xiàn)代地殼應(yīng)力場(chǎng)及地震斷層錯(cuò)動(dòng)性質(zhì)[J].地震地質(zhì),2005,27(2)：273-288.

5 李杰,等,岫巖Ms5.4地震前煙臺(tái)形變異常特征及機(jī)理分析[J].地震,2006,26(3)：71-78.

6 張衛(wèi)華,等.九江-瑞昌 5.7級(jí)地震定點(diǎn)潮汐形變的異常分析[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2006,(2)：34-38.

7 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.地震前兆異常落實(shí)工作指南[M].北京：地震出版社,2000.

STUDY ON CHARACTERISTICS AND M ECHANISM OF DEFORMATION ANOMALY AT SHANGHA I FIXED DEFORMAT ION STATIONS

Wang Xiaoping,Yin Jingyuan,Ni Youzhong and Chen Jun
(Earthquake Adim inistration of ShanghaiM uniciplity,Shanghai 200062)

The distances bet ween Shanghai Songjiang seis mic sequence in Novemeber,2009 and Sheshan defor mation station,Chashan deformation station are about 18 km and 32 km respectively.The deformation observations appeared of different anomaly degree at these two stations before the earthquakes.The results combined the defor mation data with focalmechanis m solution show that the direction of the anomaly is consistentwith the direction of background stress field of this area,so we think that the observed deformation anomalies are likely to reflect the changes in tectonic stress field.

Songjiang area;deformation anomaly;focalmechanism solution;stress field;seismic sequence

1671-5942(2010)Supp.(Ⅰ)-0050-04

2010-04-18

王小平,女,1970年生,高級(jí)工程師,主要從事地殼形變、地震預(yù)報(bào)方向的研究.E-mail：xpwang123@hotmail.com

P315.72+5

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