賴愛京 張錦萍 蔣志英 黃帥堂

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2016年7月19日新疆S4.5級地震烏什地震臺形變異常1

賴愛京 張錦萍 蔣志英 黃帥堂

（阿克蘇中心地震臺，新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇843000）

利用烏什臺數(shù)字化前兆形變觀測資料，分析烏什S4.5級地震前烏什臺水管傾斜儀、洞體應(yīng)變儀數(shù)據(jù)變化情況。通過對比分析發(fā)現(xiàn)：地震前，洞體應(yīng)變儀北南分量數(shù)據(jù)曲線正常，東西分量數(shù)據(jù)曲線加速拉張，05:14—20:32拉張幅度達(dá)到7.40×10-7，7月19日5時(shí)至20日16時(shí)烏什洞體應(yīng)變儀東西分量快速拉張了9.20×10-7；7月19日5—19時(shí)，水管傾斜儀北南分量數(shù)據(jù)曲線正常，東西分量數(shù)據(jù)曲線反向西傾7.13ms，且05:59—06:06、07:36—07:46、18:42—18:56數(shù)據(jù)掉格，水管傾斜儀異常結(jié)束后1小時(shí)，在洞體應(yīng)變儀異常過程中發(fā)生了烏什S4.5級地震。水管儀東西分量震前反向西傾，洞體應(yīng)變儀東西分量震前拉張加速，短臨異常明顯，且2套形變觀測震前異常時(shí)間同步性較好。

烏什S4.5地震 水管儀 洞體應(yīng)變儀 短臨異常

引言

據(jù)新疆地震臺網(wǎng)測定，北京時(shí)間2016年7月19日20時(shí)32分53秒，在新疆阿克蘇地區(qū)烏什縣（41.42°N，79.13°E）發(fā)生S4.5級地震。此次地震的震中位于烏什縣境內(nèi)，震中距離烏什地震臺25km，阿克蘇、烏什、阿合奇地區(qū)有感，無人員傷亡。震前烏什臺水管儀、洞體應(yīng)變儀存在不同程度異常。

1　臺站地質(zhì)構(gòu)造背景

新疆烏什縣位于南天山中段，柯坪地塊北部，其西北是南天山褶皺帶中的闊克薩勒復(fù)向斜，中部為庫車坳陷上的托什干山前坳陷，南部為柯坪斷隆上的阿克蘇隆起和木壘杜克沉降帶。主要斷裂有闊克薩勒-別迭里斷裂、阿依里斷裂、索格當(dāng)它烏大斷裂、喀拉提克大斷裂，其中后2條斷裂新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈，歷史上的幾次大地震都與該斷裂活動(dòng)有關(guān)（楊又陵等，2009a）。烏什地震臺位于新疆維吾爾自治區(qū)天山南麓的阿克蘇地區(qū)烏什縣，地處天山南麓、塔里木盆地北緣，在大地構(gòu)造上跨及南天山地槽和塔里木盆地及其之間的過渡地帶。臺站區(qū)域有大面積基巖出露，巖性為石英砂巖。烏什地震臺水管傾斜儀、SSY-Ⅱ洞體應(yīng)變儀架設(shè)在位于臺站以東約900m的觀測山洞內(nèi)，2種設(shè)備架設(shè)在同一洞室內(nèi)的同一個(gè)儀器槽上，2006年10月儀器架設(shè)完畢，2007年1月觀測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)曲線具有一定的日變和年變形態(tài)。臺站方位、水管傾斜儀和洞體應(yīng)變儀所在的觀測山洞及其周圍環(huán)境如圖1所示。

2　臺站觀測系統(tǒng)

“十五”前兆數(shù)字化改造完成后，烏什地震臺現(xiàn)有的前兆數(shù)字化觀測儀器包括TJ-Ⅱ型體積式鉆孔應(yīng)變儀、SSY-Ⅱ型洞體應(yīng)變儀、DSQ型水管傾斜儀、LN-3A型水位儀、SZW-1A型水溫儀、FHD-2型地磁儀、ZD9A型大地電場儀、PET型重力儀、WYY-1型氣象三要素測量儀、RZB-2型多分量鉆孔應(yīng)變儀和VP寬頻帶傾斜儀，形成了較全面、系統(tǒng)的前兆監(jiān)測能力。烏什臺觀測系統(tǒng)共分2個(gè)部分，一部分架設(shè)在臺站院內(nèi)，另一部分架設(shè)在離臺站900m的山洞內(nèi)和山洞外的觀測場地。臺站院內(nèi)共架設(shè)了體應(yīng)變、靜水位、水溫、分量式鉆孔應(yīng)變和氣象三要素5套儀器。烏什臺觀測山洞內(nèi)架設(shè)有水管傾斜儀、洞體應(yīng)變儀、PET重力儀和VP寬頻帶傾斜儀，山洞外的觀測場地架設(shè)有大地電場儀和FHD地磁儀（賴愛京等，2010）。

3　2016年烏什MS 4.5地震前形變異常

烏什臺水管傾斜儀和洞體應(yīng)變儀于2006年10月開始觀測，2套儀器架設(shè)在山洞內(nèi)的同一觀測墩上，觀測環(huán)境穩(wěn)定（楊又陵等，2009b），相對誤差與重復(fù)精度均符合標(biāo)定要求。2007年觀測資料基本穩(wěn)定，數(shù)據(jù)連續(xù)可靠，固體潮清晰，有一定的年變形態(tài)。自觀測以來，烏什水管儀和洞體應(yīng)變儀在新疆南部發(fā)生的2次7級左右地震和柯坪塊體3次5級地震前，均有不同程度的中短期異?；蚺R震異常（潘振生等，2010），即2套形變觀測儀映震效果較好。前兆異常形態(tài)主要是震蕩擾動(dòng)，其次是分鐘值固體潮曲線畸變，然后是階躍，多為形態(tài)組合式，固體潮畸變伴隨震蕩擾動(dòng)、階躍后出現(xiàn)震蕩擾動(dòng)（鄭照福等，2006）。

2016年7月19日烏什S4.5級地震前烏什洞體應(yīng)變儀北南分量數(shù)據(jù)曲線正常，東西分量數(shù)據(jù)曲線加速拉張，05：14—20：32拉張幅度達(dá)到7.40×10-7，7月19日5時(shí)至20日16時(shí)洞體應(yīng)變儀東西分量快速拉張了9.20×10-7；7月19日5—19時(shí)，水管傾斜儀北南分量數(shù)據(jù)曲線正常，東西分量數(shù)據(jù)曲線反向西傾7.13ms，且05：59—06：06、07：36—07：46、18：42—18：56數(shù)據(jù)掉格，水管傾斜儀異常結(jié)束后1小時(shí)，在洞體應(yīng)變儀異常過程中發(fā)生了烏什S4.5級地震，震中距25km。上述2項(xiàng)異常可能是該地震的臨震異常。水管傾斜傾斜儀、洞體應(yīng)變儀出現(xiàn)的同步異常變化如圖2所示。洞體應(yīng)變儀東西分量震后拉張速率有所減緩，但整體仍然呈拉張變化趨勢。7月24日東西分量數(shù)據(jù)曲線再次加速拉張變化，02：04至25日17：00拉張幅度達(dá)到2.45×10-7，7月25日17：04發(fā)生新疆阿合奇縣S3.9級地震（震中距96.7km），震后拉張速率有所減緩。19日—25日洞體應(yīng)變儀東西分量2次快速拉張變化，且無日變形態(tài)，震后拉張速率均有所減緩，且26日后東西分量數(shù)據(jù)曲線出現(xiàn)日變化，故此次洞體應(yīng)變儀東西分量2次加速拉張變化疑似震前異常。

3.1觀測數(shù)據(jù)可靠性分析

2007年烏什臺水管傾斜儀個(gè)別月份的M2波潮汐因子中誤差大于0.02，主要是由于標(biāo)定電機(jī)故障、浮子對中不正等原因造成，除此以外，其余誤差均小于等于0.02。2008—2012年遠(yuǎn)優(yōu)于國家形變I類臺標(biāo)準(zhǔn)（圖3）。2012年12月26日水管儀2分量換液、維修，2013年5月2日水管儀東西分量標(biāo)定不正常，于5月11日再次清洗、換液，之后標(biāo)定成功，9月27日標(biāo)定又不符合規(guī)范。北南分量2012年12月26日換液、維修后標(biāo)定均成功，資料變化逐漸穩(wěn)定。2013年11月11日，中國地震局地震研究所的儀器專家到烏什臺給水管儀2分量換液，重新調(diào)試后儀器恢復(fù)正常工作。近2年，儀器標(biāo)定1次成功，符合規(guī)范；固體潮形態(tài)正常，國家前兆臺網(wǎng)中心月評反饋潮汐因子等精度較高，因此認(rèn)為2014年1月后，水管儀2分量資料可靠性較高。

洞體應(yīng)變儀2006年11月至2007年2月東西分量吊絲斷裂，傳感器鐵芯對中不正；2008年4—5月因雷擊造成數(shù)采故障；2009年3月標(biāo)定影響；2012年底更換東西分量傳感器，2013年12月北南分量吊絲松動(dòng)以及水管傾斜多次調(diào)試儀器造成該時(shí)段中誤差未達(dá)標(biāo)；東西分量2012年底至2013年初以及2014年4—5月份中誤差較高可能還與該時(shí)段出現(xiàn)的快速拉張異常有關(guān)。

總體而言，水管傾斜儀除個(gè)別月份的M2波潮汐因子中誤差未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)外，其他月份均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)；洞體應(yīng)變儀的M2波潮汐因子相對誤差較大。在相對噪聲水平方面，水管傾斜儀和洞體應(yīng)變儀均達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)（圖4）。

3.2同類型觀測資料對比

烏什臺形變觀測儀器除水管傾斜儀和洞體應(yīng)變儀外，還有垂直擺傾斜儀和體應(yīng)變觀測儀。其中垂直擺傾斜儀與水管傾斜儀在同一山洞觀測，相互距離小于10m，體應(yīng)變儀位于臺站院內(nèi)，與洞體應(yīng)變儀直線距離650m。原理上作為同一臺站的同類型觀測，如果同時(shí)記錄到異常變化，則異常信度較高，相反則信度降低。但實(shí)際上7月19日水管傾斜儀和洞體應(yīng)變儀出現(xiàn)大幅突變的時(shí)段垂直擺傾斜儀和體應(yīng)變曲線平穩(wěn)（如圖5所示），只有2套儀器出現(xiàn)同步異常變化，但也不能排除此次烏什水管傾斜儀和洞體應(yīng)變儀異常的可靠性。

4　震例回顧

4.1水管傾斜儀震例

自觀測以來，烏什水管儀2分量年變形態(tài)清晰，東西分量持續(xù)東傾，北南分量趨勢性北傾。遠(yuǎn)場先后發(fā)生了2008年3月21日于田7.4級地震、2008年10月5日烏恰6.9級地震、2014年2月12日于田7.3級地震及2015年7月3日皮山6.5級地震；近場的柯坪塊體及相鄰區(qū)域先后發(fā)生了多次5級地震和2012年3月9日洛浦6.0級地震，以及2013年1月29日哈薩克6.1級地震。震前臨震異常特征是原始數(shù)據(jù)曲線臨震前10天內(nèi)出現(xiàn)高頻抖動(dòng)異常，短期異常特征為北南分量反向南傾，東西分量反向西傾，總的異常特征主要為反向異常和上彎型異常。異?；謴?fù)后2—3個(gè)月發(fā)震。烏什水管傾斜儀在歷史上出現(xiàn)了2次反向異常和1次上彎型異常，異常特征如表1所示，持續(xù)時(shí)間在1個(gè)月內(nèi)，異常幅度不大。3組異常中，2013年8月出現(xiàn)的1次反向異常對應(yīng)了2013年12月1日柯坪5.3級地震（如圖6（a）所示）。本次異常持續(xù)了15個(gè)小時(shí)，異常幅度7.13ms。與以往相比，本次異常幅度略大，持續(xù)時(shí)間較短。異常開始后15個(gè)小時(shí)距該測點(diǎn)25km發(fā)生了烏什S4.5級地震，因此認(rèn)為該異常是此次地震的短臨異常。

表1　烏什水管傾斜儀東西分量反向異常特征統(tǒng)計(jì)

4.2洞體應(yīng)變儀震例

烏什洞體應(yīng)變儀自投入觀測以來，所處的柯坪塊體及相鄰區(qū)域先后發(fā)生了多次5級以上地震。震前趨勢異常為北南分量趨勢性轉(zhuǎn)折，短期異常特征為加速拉張，臨震異常特征為震前2—8天原始觀測曲線出現(xiàn)“畸變”，并伴隨高頻成份增多。烏什洞體應(yīng)變儀地震震例總結(jié)如表2。

表2　烏什洞體應(yīng)變儀東西分量快速拉張異常特征統(tǒng)計(jì)

烏什洞體應(yīng)變儀的主要異常特征為快速拉張。歷史上出現(xiàn)了5次快速拉張異常，其中3次異常幅度巨大，達(dá)到了10-6量級，持續(xù)1—4個(gè)月，為中短期異常；其余2次異常幅度在10-7量級，持續(xù)8—12天，為短臨異常，5次大幅異常有2次對應(yīng)了地震（表2）。烏什伸縮儀東西向2013年10月18日至12月19日由壓縮轉(zhuǎn)為拉張，異常幅度1.4×10-6，11月15日至20日東西分量緩慢拉張變化，21日起拉張變化加速，12月1日發(fā)生柯坪5.3級地震，12月5日后加速拉張變化結(jié)束，恢復(fù)到之前變化速率，整個(gè)變化過程臨震異常特征顯著（賴愛京，2015，如圖6）。2013年柯坪地震前的異常持續(xù)了2天，異常幅度為9.2×10-7，幅度大于2011年的2次異常，小于2012年以后的3次異常，而持續(xù)時(shí)間較短。異常開始后15個(gè)小時(shí)距該測點(diǎn)25km發(fā)生了S4.5級地震。

從震例來看，以往烏什水管傾斜儀和洞體應(yīng)變儀出現(xiàn)過多次類似異常，其中部分異常對應(yīng)了地震。2016年7月19日水管傾斜儀和洞體應(yīng)變儀出現(xiàn)的異常與以往異常相比，持續(xù)時(shí)間較短。異常開始15個(gè)小時(shí)后，距觀測點(diǎn)25km發(fā)生了烏什S4.5級地震。因此該異常是此次地震的短臨異常。

5　結(jié)論和討論

通過以上對前兆觀測資料的分析與研究，表明形變觀測資料中存在一定的趨勢和短臨前兆信息，主要以中、短臨異常為主。此次烏什S4.5級地震的數(shù)字化前兆數(shù)據(jù)主要表現(xiàn)為烏什臺水管傾斜儀東西向反向西傾，洞體應(yīng)變儀東西分量顯著加速拉張異常。

烏什臺經(jīng)過“十五”數(shù)字化改造后，水管傾斜儀、洞體應(yīng)變儀具備較好的監(jiān)測能力，但因水管儀水質(zhì)變質(zhì)，多次換水造成的干擾較大，使數(shù)據(jù)資料變化較大，難以確定部分圖像是否震兆異常，很難掌握臨震異常。從現(xiàn)有資料和現(xiàn)階段的認(rèn)知水平，很難對某一地震做出準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。在未來工作中，要善于總結(jié)各類前兆異常與地震的對應(yīng)關(guān)系，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合其他觀測手段進(jìn)行綜合分析，充分發(fā)揮數(shù)字化前兆觀測資料的作用，更好地為地震預(yù)測研究服務(wù)（張紅秀等，2012）。

賴愛京，馮英，王金萍等，2010．烏什地震臺多分量鉆孔應(yīng)變觀測資料干擾的初步分析．華北地震科學(xué)，28（4）：51—56．

賴愛京，2015．2013年12月1日柯坪S5.3地震前部分前兆異常分析．內(nèi)陸地震，29（4）：362—370．

潘振生，劉輝，馮雪玲等，2010．2009年新疆柯坪塊體3次5級地震前異常分析．地震地磁觀測與研究，31（5）：17—24．

楊又陵，趙建政，李曉東等，2009a．新疆?dāng)?shù)字化重力觀測臺站的場地勘選、建設(shè)、運(yùn)行及其資料評價(jià)．內(nèi)陸地震，23（2）：127—136．

楊又陵，唐九安，2009b．烏什地震臺傾斜固體潮觀測與震兆異常．西北地震學(xué)報(bào)，31（3）：242—247．

張紅秀，郭國祥，郭林旺等，2012．臨汾地震臺擺式傾斜儀的監(jiān)測能力．地震地磁觀測與研究，33（3）：223—230．

鄭照福，周德堅(jiān)，2006．佳木斯地震臺DSQ水管傾斜儀對日本及日本海域地震的前兆反映．地震地磁觀測與研究，27（4）：52—56．

Analysis on Seismic Anomalous of Deformation Caused by the WushiS4.5 Earthquake

Lai Aijing, Zhang Jinping, Jiang Zhiying and Huang Shuaitang

(Aksu Central Seismic Station, Aksu 843000, Xinjiang Uyghur Autonomous Region, China)

We used Wushi digital precursory deformation observational data to analyze the water tube-tilt and cave strain changes before the WushiS4.5 earthquake. Through comparative analysis we found that before the WushiS4.5 earthquake, the north-south strain component recorded in the Wushi cave instrument is normal, but the east-west component value changes greatly. The amplitude of stretching is 7.40×10-7from 05:14 to 20:32. From 05:00 to 19:00 on July 19, the east-west component records from the Wushi water-pipe tilt meter is normal and the east-west component value is reverse to westward inclination 7.13ms. Moreover, the recorded data drop out at 05:59—06: 06, 07: 36—07: 46, and 18: 42—18: 56. The water pipe inclinometer abnormal was observed after 1 hour, in the process of the body strain gauge anomaly WushiS4.5 earthquake occurred. The EW component of water tube-tilt from Wushi station west-dipping reverse, cave stuff strain tensile EW component rapid tension before the earthquake, short-impending anomalies before the seismogenic, and the two sets of deformation observation of seismic anomalous have a good agreement to each other.

WushiS4.5 earthquake; Tube-tilt; Cave strain; Short-impending anomalies

1基金項(xiàng)目 新疆維吾爾自治區(qū)地震局科學(xué)基金（2015206），中國地震局監(jiān)測、預(yù)測、科研三結(jié)合課題（163102）

2016-08-29

賴愛京，女，生于1968年。高級工程師。主要從事數(shù)字化前兆監(jiān)測工作。E-mail：xjlaij68@163.com

賴愛京，張錦萍，蔣志英，黃帥堂，2017．2016年7月19日新疆S4.5級地震烏什地震臺形變異常．震災(zāi)防御技術(shù)，12（2）：433—440．doi：10.11899/zzfy20170221