辽西朝阳台地震中短期地震异常特征分析

辽西朝阳台地震中短期地震异常特征分析

0地震活动特性及与地震危险性自1984年朝阳地震台石英沉斜仪开始观测以来，数据一直可靠。对周边发生的10次中强地震特别是辽西辽蒙交界地震均显示打破年变周期、突然转向等不同形态的前兆异常,在地震预测中起到重要的作用。本文对朝阳台倾斜仪器观测资料在地震前出现异常的时间、倾斜方向及形态特征进行分析探讨,研究了朝阳台地倾斜在地震前形变应力积累的中、短临地震前兆响应特征与所处区域地震能量积累阶段之间的关系,得到处于不同地震构造区的地震活动对于朝阳台地倾斜的影响特点及其不同的能量积累状态。认为朝阳台地倾斜既受近场区域构造地震活动的影响,又受构造所处环境的远场地震能量积累阶段的影响。在此基础上分析了辽西地区当前地震危险性。正确判断朝阳地倾斜目前所处异常阶段,可以对未来地震发生的区域和强度有比较准确的判断使我们对潜在地震危险有较充分的认识。1断裂—台站构造环境及仪器观测系统朝阳地震台位于华北地区东北部,地质构造属于内蒙地轴与燕山沉褶带交界的辽西古断陷部分,阴山—燕山复杂构造带东部和大兴安岭—太行山新华夏构造带交汇处,赤峰—开原大断裂和北票—承德断裂附近。该地区褶皱构造和断裂构造发育齐全,以断裂为界的差异运动,构成该地区不稳定的地质背景。朝阳台SQ-70-105石英摆倾斜仪,光杆距2.5m,洞室岩性为震旦系石灰页岩。仪器运行状况良好,仪器灵敏度为10-8~10-9,年零漂<10-9(0.5″~1.0″)。周边无明显干扰,观测的固体潮汐曲线清晰、完整,年变背景呈清晰的准周期状态。自观测以来多次记录到地震前兆变化信息。2地震2.1北京天气形势变化朝阳台倾斜仪EW向于1987年9月10日打破以往西倾的年变趋势改为向东倾斜。异常持续5个月后1988年2月25日朝阳台东北方向177km处发生彰武M4.8级地震。震后东倾异常仍然继续加速,直至1989年10月发生了M6.1级大同地震(图2)。2.2水系南倾异常1994年初朝阳台地倾斜开始北倾异常幅度500ms,1994年6月北南向出现南倾加速,异常幅度550ms。1994年10月1日朝阳县古山子发生一次ML4.1级地震;10月22日朝阳台西北方向20km处发生龙潭发生MS4.5地震,该地震有感范围较大。1996年5月朝阳倾斜仪北南项转向南倾异常,幅值达80ms,异常持续四十多天后开始恢复。7月17日朝阳台近北方向60km处辽蒙交界发生了敖汉4.6级地震。1997年6月10日倾斜仪南北项打破年变形态开始南倾加速,到8月5日阜新化石戈地区发生系列小震活动,总震次为62次,其中最大震级ML3.9级。1997年2月10日倾斜仪东西向打破年变形态开始西倾加速,8月5日阜新化石戈地区发生系列小震群活动后西倾异常加速发展,到10月达到西倾最大幅度后开始回返,1998年1月10日西南方向510km处发生张北M6.2级地震。震后异常逐渐恢复。1999年7月倾斜仪NS向没有按以往年变规律持续N倾,开始打破年变逐渐向S倾,幅值达40ms。1999年11月29日朝阳台东南方向240km处发生岫岩M5.4级地震(图3)。2.32年6月后西北地区2002年8月倾斜仪开始打破正常年变规律,呈现北西倾趋势性异常变化,西北倾异常幅度均达120ms。2003年6月出现短时间北倾加速后两个月台站西北方向260km处发生内蒙巴林左旗5.9级地震。震后异常仍然持续发展。7个月后西北倾异常累计达200ms,台站西北方向460km处发生内蒙东乌珠5.9级地震(图4)。震后北倾异常有所恢复。2.4天气形势分析2006年5月6日开始出现明显打破年变、北东倾加速异常。到6月3日北倾幅度40ms,东倾100ms;根据朝阳台倾斜仪多年前兆异常与震例对应关系,认为台站西南方向可能将有中强地震发生。7月1日东西向加速回返。7月4日台站西南方向470km处发生河北文安Ms5.1级地震。震后东西向异常开始恢复,南北向趋势异常仍然持续(图5)。3异常资源分析3.1朝阳期200-400km台倾斜异常朝阳台地倾斜在区域地震前均出现明显的前兆异常。并与一定区域范围内的地震能量积累和释放具有明显的关系。由图3可见,除文安、张北地震外,朝阳台倾斜异常的持续时间与震中距呈现明显的线性关系。对于几十公里范围内的敖汉4.6、朝阳龙潭4.5级地震,异常时间只是出现几十天、幅度几十毫秒的南倾单项异常;对于200-300km的彰武4.8、巴林左旗5.9以及岫岩5.4级地震则异常出现几个月趋势性异常的基础上短期加速后发生地震;而对于距离台站400-600km范围的5-6级地震,异常则是趋势性缓慢持续变形直到地震发生。3.2地震地质时代和中期趋势短期加速倾斜变化是地震重要的前兆特征。朝阳台200km范围内的中等强度地方震,一般无中期背景异常,短临异常速率较快。尤其出现反向转折时,异常明显,也较容易识别,如朝阳地区、辽西地区的4-5级地震。异常幅度80-500ms,异常持续时间20天至5个月。在震中距200km到600km范围的地震发生前一般出现比较缓慢的打破年变规律的中期趋势异常背景。在此基础上的短期加速变化则幅度小,时间短,并不易识别。但是这些短期加速倾斜异常出现时(如张北地震),就极可能是与地震时间相关的临震信息。3.3震例2:背向形成震例由图1和表1可见,彰武、大同地震发生前朝阳台地倾斜在异常方向上加速东倾,异常形态是打破年变,趋势性中期背景;而朝阳龙潭、敖汉和近场小震群震前出现北南测项的反向阶跃和转折,倾斜方向和转向指向震中;岫岩地震前朝阳倾斜出现打破年变南倾趋势异常,张北地震前朝阳倾斜出现打破年变西倾趋势异常,内蒙两次地震前朝阳倾斜出现打破年变北西倾趋势异常,这些异常方向均指向震中;而只有大同和文安地震是属于背向倾斜方向。总之,震例显示,多数中强震前地倾斜异常形态具有地区性差异,其中多数近源区震前只有北南测项出现短期阶跃异常,异常向震中方向倾斜,而远源区测点震前则会出现东西向或者两个测项异常的变化,并向与震中相反的方向倾斜。上述地震的空间活动与朝阳地区的地质构造具有总体的一致性,并且局部构造应力的变化在孕震过程中起到了非常重要的作用。为我们识别前兆异常,判定未来危险区提供重要指标。3.4文安—异常与构造的关系由图1表明,朝阳台异常所对应的地震基本上分为两部分:一是沿朝阳—岫岩—汤池的NW向地震活动带分布,具有明显的成带性;二是华北的东北部地区。朝阳、彰武等地震属于中等强度地震,由于断层面的局部破裂,导致张裂缝的出现和进一步的扩张,反过来又导致局部破裂和蠕动的加速异常变化。区域应力场震源信息在朝阳台上的直接体现是扰动导致地倾斜短期加速转折。岫岩地震发生在沿北北东向郯庐断裂北段在辽宁境内形成的中、新生代大陆裂谷型断陷盆地,而朝阳地区的走滑断裂系展布方向亦为北北东向,平行于其东侧的郯庐断裂系构造展布方向,故被徐嘉炜(1993)划归为郯庐断裂系的一部分逆掩断层。内蒙巴林左旗地震是右旋走滑型破裂,主震和余震都分布在等震线长轴南侧,表明断层是向南倾斜的.而东乌珠穆沁旗地震则以逆向错动为主。虽然2次5.9级地震的破裂性质不同,但这2次地震的破裂面均为NWWNNW向,朝阳台倾斜方向也正是NW方向,说明与朝阳台所处的NW向地震条带的活动密切相关。张北地震位于近EW向阴山、燕山地震带和大同地震处于的山西带交汇部位。张北地震在渤海-张家口北西向构造的西北端,张家口-北票深大断裂的西端,北北东向山西构造带的北端。与朝阳台所处的赤峰—开原大断裂和北票—承德断裂同属一个构造体系。大同地震序列是NNE为主的左旋走滑断层活动所致。与内蒙巴林左旗地震、东乌珠地震、岫岩地震一致,亦与华北的主压应力场方向一致。文安地震发生在河北平原强震构造带,位于冀中坳陷处。文安地震的有感范围的长轴方向是NNE—SSW,而震区附近小震以NNE向展布,为正断层兼走滑断层类型。破坏区域都处于断层下降的东盘、震源的NE方向,表明这次地震震源断层的东盘是主动盘。这可能也是震中较远的东部朝阳台前兆异常反应明显的原因之一。从大华北块体的角度看,华北地区边界的构造运动形成了华北地区的地壳应力场及其内部的构造运动;朝阳台与这些地震地区的构造演化与古亚洲构造作用、西太平洋板块向东亚大陆俯冲及赤峰—开原大断裂和北票—承德断裂、郯庐断裂带的活动均有着密切联系。这些地震均受控于华北地区统一应力场。因此远场源地震前兆信息在朝阳台上的异常特征非常明显。4文安地震风险中的北倾斜北倾、文安和调整波(1)朝阳台地倾斜异常的时间、形态与一定区域范围内的地震具有明显的关系。600km范围内的中强地震异常持续时间与震中距呈较好的线性关系,有中短临异常显示。中强地震前地倾斜异常形态具有明显差异,一般近源区中等地震前只有北南向的短期阶跃异常,异常向震中方向倾斜;而远源区中强地震前则会出现北南和东西两方向的异常变化,并向与震中相反的方向倾斜。(2)朝阳台地倾斜异常所对应的地震为:沿朝阳—岫岩—汤池的NW向地震活动带和华北的东北部地区。其原因是朝阳地区与这些地震地区的赤峰—开原大断裂和北票—承德断裂、郯庐断裂带的活动均有着密切联系。均受控于华北地区统一应力场。因此远