山東山東m46地震前跨斷層流動特征

山東山東m46地震前跨斷層流動特征

2013年11月23日山東省萊州市發(fā)生m.6地震前，山東省變形觀測存在三個異常因素：短程異常流動校正、正常臺區(qū)水平配置和異常泰安重力異常。本文結(jié)合地震、地質(zhì)資料對比進行分析。1山東山鎮(zhèn)第四系走滑型地震震源萊州地震發(fā)生在2013-11-2313:44,微觀震中N37.10°、E120.02°,宏觀震中位于萊州市柞村鎮(zhèn)小臺頭村村西,震中最大烈度為Ⅴ度,主要在萊州市柞村鎮(zhèn)、文昌街道、文峰路街道,面積約200km2。V度區(qū)等震線為北東走向的橢圓形,長軸走向北東,西南起自岞山鎮(zhèn)大馬驛村,東北至東李家莊菜園頭村一帶,長約20km;短軸走向北西向,西北起文昌路街道東升村附近,東南至柞村鎮(zhèn)盟格莊一帶,長約11km(王志才:2013年11月23日山東省萊州M4.6地震現(xiàn)場考察報告)。該地震序列截止到2014-01-31,可定位地震69次,其中,ML0~0.9級16次,1.0~1.9級37次,2.0~2.9級10次,3.0~3.9級5次,4級以上1次。該地震震源機制為走滑型,節(jié)面A為北東向,主壓應(yīng)力P軸方位為北東東向,傾角小,近水平,與山東地區(qū)現(xiàn)代應(yīng)力場方向相一致。精定位結(jié)果顯示,地震序列沿NEE向展布,與該區(qū)構(gòu)造走向相一致。2預(yù)報效能評估山東省有12個形變專業(yè)觀測臺點,60個測項,其中41個測項預(yù)報效能評估為A、B類。萊州地震前,預(yù)報效能評估為B類的常家莊流動短水準、煙臺水平擺NS向和泰安重力出現(xiàn)異常變化(圖1),異常占A和B類測項的7.3%,微觀異常比例較小。通過對震中及附近地區(qū)現(xiàn)場實地考察、走訪,除極個別人反映在地震前有狗叫現(xiàn)象外,未發(fā)現(xiàn)明顯宏觀異常。2.1低值水平波動變化該測線跨安丘莒縣斷裂,自1984年以來受張性應(yīng)力作用,呈趨勢上升變化,無明顯干擾。2012-01觀測值出現(xiàn)下降,之后在低值水平波動變化,最大變化幅度為1.01mm;2012-07開始恢復(fù)上升,2013-01基本恢復(fù)到正常水平,11個月后發(fā)生萊州地震(圖2(a)),表明安丘莒縣斷裂受壓性應(yīng)力作用,斷層兩側(cè)垂直形變發(fā)生顯著變化,是觀測以來出現(xiàn)的唯一一次異常。觀測值經(jīng)K-L最佳直線擬合去趨勢后顯示,2012-01~12超出2倍均方差(圖2(b))。2.2煙臺水平擺ns的日變化和潮相變化煙臺水平擺2007-05正式觀測以來,NS向觀測值有比較好的年變特征,每年1~4月趨勢上升,5月轉(zhuǎn)折下降至雨季再次轉(zhuǎn)折上升。2012-10出現(xiàn)的趨勢上升為10-28夏洛特皇后群島7.7級和11-11緬甸7.0級地震的影響。2013-05-07出現(xiàn)加速北傾上升,速率為1.43ms/d,07-24轉(zhuǎn)折緩慢下降,08-15再次加速上升,速率為7.43ms/d,08-28轉(zhuǎn)平,09-16又加速上升,10-03~07儀器超量程導(dǎo)致測值畸變,8日調(diào)零后正常,10-10達到最大值后轉(zhuǎn)折恢復(fù),累積上升幅度約為280ms(圖3(a)),出現(xiàn)顯著的破年變異常。之后觀測值開始恢復(fù),在恢復(fù)過程中11-01~05電源數(shù)據(jù)線損壞缺數(shù),11-23發(fā)生萊州地震。為進一步確認煙臺水平擺NS向異常性質(zhì),利用一階差分和維尼第可夫調(diào)和分析方法計算了煙臺水平擺NS向日變化速率、潮汐因子和潮汐相位。結(jié)果顯示,水平擺NS向日傾斜變化速率在2013-08-15~26出現(xiàn)明顯的系統(tǒng)偏高(圖3(b)),2013-05-09潮汐因子總體系統(tǒng)偏高,最大值出現(xiàn)在2013-09(圖3(c))。2.3基本地震反應(yīng)泰安重力2008-04觀測以來呈趨勢上升變化,主要系儀器零漂影響。雖然觀測過程中受礦震、爆破及不明原因小臺階的影響,多次出現(xiàn)固體潮汐畸變,但從沒有記錄到趨勢性異常。2013-08-21上升速率減緩,09-11重力觀測值出現(xiàn)轉(zhuǎn)折下降,10-03下降速率減緩呈波動式下降,10-15變化81×10-8ms-2后轉(zhuǎn)折恢復(fù),11-15恢復(fù)正常上升速率,半月后發(fā)生萊州地震(圖4(a))。一階差分顯示,2013-08-10重力日變化速率系統(tǒng)偏低(圖4(b))。維尼第可夫調(diào)和分析結(jié)果顯示,重力潮汐因子2013-02-09出現(xiàn)系統(tǒng)偏高,3月達最大值,之后開始恢復(fù),10月基本恢復(fù)到正常水平(圖4(c))。2.4應(yīng)力應(yīng)變異常萊州地震前,山東形變有跨斷層流動短水準、水平擺傾斜和重力3種觀測手段出現(xiàn)了中、短期異常;異常項分布在震中276km范圍內(nèi),顯示山東地區(qū)較大范圍出現(xiàn)了地殼應(yīng)力應(yīng)變異常;異常形態(tài)總體上可以歸為趨勢∪型,或趨勢∩型,與有關(guān)震例研究結(jié)果相一致。異常信息見表1。最早出現(xiàn)異常的是跨安丘莒縣斷裂的常家莊流動短水準,距震中最近,異常持續(xù)時間最長,與發(fā)震構(gòu)造也密切相關(guān);第二個出現(xiàn)異常的是距震中次遠的煙臺水平擺傾斜觀測,最晚的是泰安重力觀測,震中距最遠,異常持續(xù)時間最短,為唯一的短期異常?？梢?震中距越近,異常出現(xiàn)的時間越早,持續(xù)時間越長;震中距越遠,異常出現(xiàn)得越晚,持續(xù)時間越短,存在著異常由震中向外圍擴散的現(xiàn)象。3異常機3.1區(qū)域地質(zhì)環(huán)境山東省新構(gòu)造期地殼運動性質(zhì)、強度等特征具有明顯的分區(qū)性,可根據(jù)地殼升降運動特點劃分為魯中南-魯東上升山地區(qū)和魯西-魯北沉降平原區(qū)兩個一級新構(gòu)造區(qū)。萊州地震和出現(xiàn)的3個異常所在地均位于魯中南-魯東上升山地區(qū)中的魯中南較強烈斷塊上升區(qū)、魯東較穩(wěn)定斷塊上升區(qū)和沂沭斷裂帶活動區(qū)3個二級區(qū)內(nèi),說明3個異常點和萊州震中具有相似的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境。山東地區(qū)的地震活動與新構(gòu)造運動的關(guān)系非常密切,多數(shù)中強以上地震明顯集中于新構(gòu)造單元的邊界,如北北東向的沂沭斷裂帶和北西向的蓬萊-威海斷裂帶就是二級塊體的邊界帶,其上發(fā)生過1668年郯城8.5級、1888年渤海7.5級和1969年渤海7.4級等地震。萊州地震也發(fā)生在新構(gòu)造單元的邊界帶上,震中距沂沭斷裂帶東邊界的昌邑大店斷裂的分支———景芝斷裂約15km,震中雖然沒有對應(yīng)的第四紀活動斷層,但其附近發(fā)育有北東向柞村斷裂、北北東向萊州斷裂。歷史上距萊州90km發(fā)生過1517-09-21萊州灣墾利5.5級地震,50km發(fā)生過1991-02-06萊州ML3.8震群,35km發(fā)生過1993-04-14萊州灣ML4.1地震?？梢?該區(qū)存在發(fā)生中等和中強地震的地質(zhì)構(gòu)造背景。3.2煙臺地區(qū)地震活動及異常點分析萊州地震序列精定位結(jié)果顯示,余震呈NNE向分布,與該區(qū)構(gòu)造走向相一致;主震震源機制也說明本次地震是區(qū)域應(yīng)力場增強的結(jié)果。山東內(nèi)陸及近海分布著數(shù)10條北東和北西向活動斷裂,有些斷裂縱橫交錯,其構(gòu)造活動互相影響,尤其是縱貫山東南北的沂沭斷裂帶,與北西西向的蓬萊威海斷裂交匯于渤海,使這一地區(qū)的地震活動情況更加復(fù)雜。1888年渤海7.5級和1969年渤海7.4級地震就發(fā)生在兩個斷裂帶交匯處,其構(gòu)造活動相互影響已由許多學者所證實。由萊州地震前出現(xiàn)的形變異常點分布來看,常家莊水準場地所跨安丘莒縣斷裂與煙臺地震臺附近的北西西向蓬萊-威海斷裂的活動,可能與萊州地震的孕育有一定的關(guān)系,導(dǎo)致斷裂附近的監(jiān)測手段觀測到了地震前兆異常變化。常家莊流動短水準所跨NNE向安丘莒縣斷裂,顯示異常出現(xiàn)時斷層受近EW向壓性應(yīng)力作用,表明異常是區(qū)域應(yīng)力場增強的結(jié)果;煙臺水平擺NS向異常顯示,地面先出現(xiàn)了加速北傾,后轉(zhuǎn)折南傾,結(jié)合水平擺EW向在NS向異常期間為西傾-東傾-西傾的現(xiàn)象,可見煙臺地區(qū)地殼傾向指向南西方向后發(fā)生了萊州地震,萊州地震震中正好位于煙臺的南西方向,說明地殼傾向發(fā)生變化可能是地震發(fā)生的危險時間,傾斜方向指向未來地震的震中;泰安重力的減小-增大表明,泰安地區(qū)出現(xiàn)張性轉(zhuǎn)為壓性的應(yīng)力變化。幾個異常發(fā)展過程說明,地殼內(nèi)部應(yīng)力大小有起伏變化,在應(yīng)力大小或方向出現(xiàn)轉(zhuǎn)折后可能預(yù)示著進入臨震階段。4常發(fā)生的異常點中強地震前,震中附近或與震中在構(gòu)造上相關(guān)的地點出現(xiàn)前兆異常變化,在震例研究中比較常見。盡管地震前出現(xiàn)的前兆異常數(shù)量、幅度、持續(xù)時間等有較大差異,但異常臺點在地質(zhì)構(gòu)造上基本上都與震中有直接或間接的聯(lián)系。2013年山東內(nèi)陸及近海的應(yīng)力水平明顯高于往年,3項形變異常即是在地震活動水平較高的背景下出現(xiàn)的。異常時間、空間特征符合以往震例,但也有不匹配的地方,即震級小,而異常幅度和范圍較大,尤其是泰安重力趨勢異常更具有深入研究的意義。萊州地震前出現(xiàn)的3項形變異常是客觀存在的,沒有明顯的干擾,可為地震監(jiān)測和預(yù)報提供一定的借鑒。由上述分析可得以下結(jié)論:1)萊州地震前存在常家莊流動短水準、煙臺水平擺NS向和泰安重力3項異常;2)異常在空間分布上與發(fā)震斷層具有一定的