山东山东m46地震前跨断层流动特征

山东山东m46地震前跨断层流动特征

2013年11月23日山东省莱州市发生m.6地震前，山东省变形观测存在三个异常因素：短程异常流动校正、正常台区水平配置和异常泰安重力异常。本文结合地震、地质资料对比进行分析。1山东山镇第四系走滑型地震震源莱州地震发生在2013-11-2313:44,微观震中N37.10°、E120.02°,宏观震中位于莱州市柞村镇小台头村村西,震中最大烈度为Ⅴ度,主要在莱州市柞村镇、文昌街道、文峰路街道,面积约200km2。V度区等震线为北东走向的椭圆形,长轴走向北东,西南起自岞山镇大马驿村,东北至东李家庄菜园头村一带,长约20km;短轴走向北西向,西北起文昌路街道东升村附近,东南至柞村镇盟格庄一带,长约11km(王志才:2013年11月23日山东省莱州M4.6地震现场考察报告)。该地震序列截止到2014-01-31,可定位地震69次,其中,ML0~0.9级16次,1.0~1.9级37次,2.0~2.9级10次,3.0~3.9级5次,4级以上1次。该地震震源机制为走滑型,节面A为北东向,主压应力P轴方位为北东东向,倾角小,近水平,与山东地区现代应力场方向相一致。精定位结果显示,地震序列沿NEE向展布,与该区构造走向相一致。2预报效能评估山东省有12个形变专业观测台点,60个测项,其中41个测项预报效能评估为A、B类。莱州地震前,预报效能评估为B类的常家庄流动短水准、烟台水平摆NS向和泰安重力出现异常变化(图1),异常占A和B类测项的7.3%,微观异常比例较小。通过对震中及附近地区现场实地考察、走访,除极个别人反映在地震前有狗叫现象外,未发现明显宏观异常。2.1低值水平波动变化该测线跨安丘莒县断裂,自1984年以来受张性应力作用,呈趋势上升变化,无明显干扰。2012-01观测值出现下降,之后在低值水平波动变化,最大变化幅度为1.01mm;2012-07开始恢复上升,2013-01基本恢复到正常水平,11个月后发生莱州地震(图2(a)),表明安丘莒县断裂受压性应力作用,断层两侧垂直形变发生显著变化,是观测以来出现的唯一一次异常。观测值经K-L最佳直线拟合去趋势后显示,2012-01~12超出2倍均方差(图2(b))。2.2烟台水平摆ns的日变化和潮相变化烟台水平摆2007-05正式观测以来,NS向观测值有比较好的年变特征,每年1~4月趋势上升,5月转折下降至雨季再次转折上升。2012-10出现的趋势上升为10-28夏洛特皇后群岛7.7级和11-11缅甸7.0级地震的影响。2013-05-07出现加速北倾上升,速率为1.43ms/d,07-24转折缓慢下降,08-15再次加速上升,速率为7.43ms/d,08-28转平,09-16又加速上升,10-03~07仪器超量程导致测值畸变,8日调零后正常,10-10达到最大值后转折恢复,累积上升幅度约为280ms(图3(a)),出现显著的破年变异常。之后观测值开始恢复,在恢复过程中11-01~05电源数据线损坏缺数,11-23发生莱州地震。为进一步确认烟台水平摆NS向异常性质,利用一阶差分和维尼第可夫调和分析方法计算了烟台水平摆NS向日变化速率、潮汐因子和潮汐相位。结果显示,水平摆NS向日倾斜变化速率在2013-08-15~26出现明显的系统偏高(图3(b)),2013-05-09潮汐因子总体系统偏高,最大值出现在2013-09(图3(c))。2.3基本地震反应泰安重力2008-04观测以来呈趋势上升变化,主要系仪器零漂影响。虽然观测过程中受矿震、爆破及不明原因小台阶的影响,多次出现固体潮汐畸变,但从没有记录到趋势性异常。2013-08-21上升速率减缓,09-11重力观测值出现转折下降,10-03下降速率减缓呈波动式下降,10-15变化81×10-8ms-2后转折恢复,11-15恢复正常上升速率,半月后发生莱州地震(图4(a))。一阶差分显示,2013-08-10重力日变化速率系统偏低(图4(b))。维尼第可夫调和分析结果显示,重力潮汐因子2013-02-09出现系统偏高,3月达最大值,之后开始恢复,10月基本恢复到正常水平(图4(c))。2.4应力应变异常莱州地震前,山东形变有跨断层流动短水准、水平摆倾斜和重力3种观测手段出现了中、短期异常;异常项分布在震中276km范围内,显示山东地区较大范围出现了地壳应力应变异常;异常形态总体上可以归为趋势∪型,或趋势∩型,与有关震例研究结果相一致。异常信息见表1。最早出现异常的是跨安丘莒县断裂的常家庄流动短水准,距震中最近,异常持续时间最长,与发震构造也密切相关;第二个出现异常的是距震中次远的烟台水平摆倾斜观测,最晚的是泰安重力观测,震中距最远,异常持续时间最短,为唯一的短期异常。可见,震中距越近,异常出现的时间越早,持续时间越长;震中距越远,异常出现得越晚,持续时间越短,存在着异常由震中向外围扩散的现象。3异常机3.1区域地质环境山东省新构造期地壳运动性质、强度等特征具有明显的分区性,可根据地壳升降运动特点划分为鲁中南-鲁东上升山地区和鲁西-鲁北沉降平原区两个一级新构造区。莱州地震和出现的3个异常所在地均位于鲁中南-鲁东上升山地区中的鲁中南较强烈断块上升区、鲁东较稳定断块上升区和沂沭断裂带活动区3个二级区内,说明3个异常点和莱州震中具有相似的地质构造环境。山东地区的地震活动与新构造运动的关系非常密切,多数中强以上地震明显集中于新构造单元的边界,如北北东向的沂沭断裂带和北西向的蓬莱-威海断裂带就是二级块体的边界带,其上发生过1668年郯城8.5级、1888年渤海7.5级和1969年渤海7.4级等地震。莱州地震也发生在新构造单元的边界带上,震中距沂沭断裂带东边界的昌邑大店断裂的分支———景芝断裂约15km,震中虽然没有对应的第四纪活动断层,但其附近发育有北东向柞村断裂、北北东向莱州断裂。历史上距莱州90km发生过1517-09-21莱州湾垦利5.5级地震,50km发生过1991-02-06莱州ML3.8震群,35km发生过1993-04-14莱州湾ML4.1地震。可见,该区存在发生中等和中强地震的地质构造背景。3.2烟台地区地震活动及异常点分析莱州地震序列精定位结果显示,余震呈NNE向分布,与该区构造走向相一致;主震震源机制也说明本次地震是区域应力场增强的结果。山东内陆及近海分布着数10条北东和北西向活动断裂,有些断裂纵横交错,其构造活动互相影响,尤其是纵贯山东南北的沂沭断裂带,与北西西向的蓬莱威海断裂交汇于渤海,使这一地区的地震活动情况更加复杂。1888年渤海7.5级和1969年渤海7.4级地震就发生在两个断裂带交汇处,其构造活动相互影响已由许多学者所证实。由莱州地震前出现的形变异常点分布来看,常家庄水准场地所跨安丘莒县断裂与烟台地震台附近的北西西向蓬莱-威海断裂的活动,可能与莱州地震的孕育有一定的关系,导致断裂附近的监测手段观测到了地震前兆异常变化。常家庄流动短水准所跨NNE向安丘莒县断裂,显示异常出现时断层受近EW向压性应力作用,表明异常是区域应力场增强的结果;烟台水平摆NS向异常显示,地面先出现了加速北倾,后转折南倾,结合水平摆EW向在NS向异常期间为西倾-东倾-西倾的现象,可见烟台地区地壳倾向指向南西方向后发生了莱州地震,莱州地震震中正好位于烟台的南西方向,说明地壳倾向发生变化可能是地震发生的危险时间,倾斜方向指向未来地震的震中;泰安重力的减小-增大表明,泰安地区出现张性转为压性的应力变化。几个异常发展过程说明,地壳内部应力大小有起伏变化,在应力大小或方向出现转折后可能预示着进入临震阶段。4常发生的异常点中强地震前,震中附近或与震中在构造上相关的地点出现前兆异常变化,在震例研究中比较常见。尽管地震前出现的前兆异常数量、幅度、持续时间等有较大差异,但异常台点在地质构造上基本上都与震中有直接或间接的联系。2013年山东内陆及近海的应力水平明显高于往年,3项形变异常即是在地震活动水平较高的背景下出现的。异常时间、空间特征符合以往震例,但也有不匹配的地方,即震级小,而异常幅度和范围较大,尤其是泰安重力趋势异常更具有深入研究的意义。莱州地震前出现的3项形变异常是客观存在的,没有明显的干扰,可为地震监测和预报提供一定的借鉴。由上述分析可得以下结论:1)莱州地震前存在常家庄流动短水准、烟台水平摆NS向和泰安重力3项异常;2)异常在空间分布上与发震断层具有一定的