流動重力異常的演化及特征提取

流動重力異常的演化及特征提取

0強震前的重力場狀況重力變化與地震妊娠的對應(yīng)關(guān)系已被觀察到。2006年7月4日在文安(E116.3°、N38.9°)發(fā)生了5.1級地震,該次地震震中位于我省流動重力測量文霸測網(wǎng)的測區(qū)內(nèi),文霸測網(wǎng)的測點布設(shè)密集,為我們分析討論強震前的重力場變化提供了豐富的資料。本文對文安地震前文霸網(wǎng)的重力場變化進行了分析,以期探討地震前重力異常的提取方法。1相對重力測值流動重力文霸測網(wǎng)現(xiàn)有40個測點,觀測方式為使用拉科斯特重力儀進行相對重力測值,其中高碑店測點為該測網(wǎng)的“0”起算點。重復(fù)測量周期為1年2期,出測時間在每年的4月和10月。點位布設(shè)情況如(圖1)所示。2根據(jù)測值曲線進行識別測網(wǎng)內(nèi)測點密集,達到40個。重復(fù)重力測量的測值時序曲線不同于連續(xù)觀測的曲線形態(tài)那樣具有良好的周期變化特征,隨機性較強,這給我們的異常信息認定和提取工作帶來一定的影響,通過對測點逐一進行加常數(shù)改正(由遷點引起)、整體繪圖、分段繪圖、分類、綜合等過程,發(fā)現(xiàn)測區(qū)內(nèi)有多個測點的測值曲線在震前出現(xiàn)了一定程度的異常反應(yīng),按其變化特征分成2大類。(1)震前測值和測點指標變化該類測點共有6個,其測值整體形態(tài)基本單調(diào)上升,存在明顯的趨勢性上升背景,且上升斜率較為穩(wěn)定(圖2)。自2004年10月起,測值同步下降,之后小幅度回升或繼續(xù)下降,在此期間曲線走向轉(zhuǎn)而下行,斜率出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折,其中保定點下降變化最為明顯,量值較大(31μGal),曲線形態(tài)轉(zhuǎn)折變化顯著(在圖中以加粗曲線表示)。震前測值明顯回升,大部分測點上升量值較大(超過30μGal)。盡管該組測點的下降幅度不是很突出,但因其處在曲線整體趨勢性上升的背影下,且上升速率連續(xù)兩期走低,具備了一定的持續(xù)性,加之震前幅度較大的加速回升,因而具備了較為明顯的異常特征。該類測點在地理空間上并不孤立,形成連續(xù)分布的兩組,震前異常的持續(xù)時間與震級對應(yīng)也較好,因而異常表現(xiàn)具有較高的可信度。(2)地震發(fā)生前的量變化的測點該類測點數(shù)量較多,按其時變曲線的背景形態(tài)又可分為2類。震前震前變化速率卻加速該類測點有高陽、任丘、唐官屯、大官亭4個測點。其測值時序曲線的變化特征是基本單調(diào)上升,在很長的時間背景上保持了小量級持續(xù)上升的發(fā)展趨勢,在震前同步產(chǎn)生了一個具有較大量級(40～60μGal)上升,形成了較為明顯的震前變化速率突然加速的情況(圖3)。雖然曲線上升的幅度在其整體形態(tài)的影響下不是十分醒目,但其實際的變化量值還是比較可觀的(超過30μGal),已經(jīng)達到了我們判定中等強度地震異常的幅度,進一步參照曲線的歷史形態(tài)來看,這個變化幅度在曲線的歷次變化中還是十分突出的,上一次有較為明顯的同步加速異常變化是在2002年4月邢臺5.4級地震前,其中3個測點的測值時序曲線同步加速上升,其變化量級及變化形態(tài)與該次文安地震前的反應(yīng)有較好的一致性,表明該網(wǎng)內(nèi)的部分測點對周邊中強地震具有較好規(guī)律性的臨震異常反應(yīng),我們在日后的作業(yè)和分析過程中應(yīng)對其給予重視,積累經(jīng)驗,為地震預(yù)報工作服務(wù)。震前變化特征該類測點共有莫阝州、史各莊、文安、呂公堡4個測點,其測值時序曲線變化特征是先期無規(guī)律,變化較為平穩(wěn),在發(fā)震前夕突然同步產(chǎn)生了大幅度上升變化,變化量值在50μGal左右,相對于測值曲線近期的變化形態(tài),這個異常變化的幅度十分顯著,具有較強的突然性(圖4)。有一點值得引起高度關(guān)注:連同剛剛討論過的高陽、任丘、唐官屯、大官亭4個測點,這8個測點在地理位置上間隔很近(參見圖1),變化特征類同,形成了一個區(qū)域性的異?？臻g,震中位置處于這個地理空間的北部邊緣地帶,史各莊測點甚至幾乎與震中位置重合,這就讓我們極難得地捕捉到了該次地震的震源區(qū)及其毗鄰地區(qū)重力場的震前變化過程及特征。2006年7月4日文安5.1級地震前,流動重力測量文霸測網(wǎng)內(nèi)有多個測點的測值時變曲線有了較為明顯的變化,表明該次地震的孕震過程對其周圍的重力場產(chǎn)生了一定的影響。臨震加速異常反應(yīng)較為明顯,趨勢性異常的變化幅度相對而言不是十分顯著,說明該次地震未引發(fā)周邊重力場顯著的大量級、長趨勢重力變化。有臨震加速異常反應(yīng)的測點測值變化均表現(xiàn)為正向變化,同我們習(xí)慣上認識的“地震多發(fā)生在重力負異常時段”說法有明顯的差異,或者說該次地震前的“擴容”過程反應(yīng)不明顯,表明了地震重力異常的復(fù)雜性。3根據(jù)分區(qū)分布的特征對重建的期內(nèi)在重力場變化平面圖中,我們要關(guān)注的是震前網(wǎng)區(qū)重力場的總體變化特征及未來震中位置的特殊性。以下分析所用重力變化平面圖的數(shù)據(jù)來源是利用各期測量結(jié)果與前次鄰期的測量結(jié)果相減得到。為力求分析的客觀性和全面性,我們采集網(wǎng)區(qū)內(nèi)全部測點的觀測資料進行分析,因測點密集,等值線圖可能會稍顯凌亂。討論所用重力變化平面圖中,為了方便區(qū)分正、負異常區(qū),“0”等值線用加粗虛線表示,正異常區(qū)等值線為實線,負異常區(qū)等值線為虛線,重力變化大于該網(wǎng)異常指標30μGal的高值正、負異常區(qū)分別用有符號“+”、“-”標綴的深色區(qū)域標識。等值線間的重力變化量值統(tǒng)一在10μGal,這樣我們就可以通過等值線的疏密來直觀地判斷網(wǎng)區(qū)重力場變化的劇烈程度。(1)2004年4月～2004年10月(圖5),測區(qū)重力場以正值變化為主,出現(xiàn)了一定面積的高值正異常區(qū),但不連續(xù)。(2)2004年10月～2005年4月(圖6),網(wǎng)區(qū)重力場轉(zhuǎn)為以負向變化為主(+25～-50μGal),負異常區(qū)面積占據(jù)明顯優(yōu)勢,變化量值也明顯超出了正向變化。未來震中在平面圖中的位置有了明顯的特征:處于其下方保存的一塊持續(xù)正向變化區(qū)域與大面積負異常區(qū)交界的“0”等值線附近,且重力場變化梯度較大的部位。(3)2005年4月～2005年10月(圖7),測區(qū)重力場變化量值很小(+19～-26μGal),處于一個十分平靜的階段,高值異常區(qū)完全消失,為我們討論過的幾個重力變化階段中最為穩(wěn)定的時期,可知網(wǎng)區(qū)重力場基本維持在前一階段所處水平上。未來震中仍保持在正、負值變化的“0”等值線附近,且重力場變化梯度較大的部位。(4)2005年10月～2006年4月(圖8),震前的重力變化活躍,是我們討論過的幾期重力場空間變化中重力變化最劇烈、特征最鮮明的一次,相對于前兩期的平靜變化,本期變化的增強在地域、量級上都有顯著的反應(yīng),具備較強的突然性和加速特征:正負向變化的量值均有顯著增加(+60～-45μGal),出現(xiàn)了大范圍連續(xù)性很好高值正異常區(qū),異常表現(xiàn)較為顯著。未來震中位于高值異常區(qū)的邊緣,變化量值較大(約+35μGal),處于重力變化梯度較大的位置,距“0”等值線較近。通過對重力變化平面圖的討論可知,網(wǎng)區(qū)重力場的空間分布不具明顯的規(guī)律性,異常形態(tài)隨時間延展的持續(xù)性不強,表明網(wǎng)區(qū)地下構(gòu)造較為復(fù)雜,應(yīng)力場不強,且方向多變,這就給我們進行地震前兆異常尤其是趨勢性異常研究帶來了一定的困難,但是通過分析我們也能看到該次文安地震前重力場演化表現(xiàn)出的整體特征:震前重力場變化存在一個“負向轉(zhuǎn)折—基本維持—臨震突然加速回升”的過程,與前一節(jié)討論過的測值時變曲線的趨勢性異常表現(xiàn)較為一致。震前表現(xiàn)出的突出特征是形成一個連續(xù)的大面積高值異常區(qū),具有比較明顯的特點;發(fā)震位置從震前3期開始具有較為顯著的特殊性,即位于“0”等值線附近的高梯度區(qū)。另外,與重力點值時變圖相比,重力變化平面圖能夠更好地展現(xiàn)網(wǎng)區(qū)重力場的總體變化特征,能夠直觀地展示異常形態(tài)的空間分布和演化過程,有利于異常信息的提取。地震孕育過程中,孕震斷層周圍的形變過程和物質(zhì)遷移可能是引起重力場變化的主要原因。張躍剛等應(yīng)用GPS空間大地測量數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn),華北地區(qū)的各塊體間存在著動態(tài)的相對運動,相應(yīng)的也導(dǎo)致了應(yīng)變場的動態(tài)變化。這種變化也可能影響到該地區(qū)的重力場。上述分析顯示,文安地震前后華北地區(qū)的重力場動態(tài)變化明顯。4文霸流動重力測網(wǎng)的震前現(xiàn)象2006年7月4日文安5.1級地震前重力場有一定的變化,通過分析我們總結(jié)出如下特征,馮建林等也有類似結(jié)果。(