――芦山地震应变异常的特点

 

3对姑咱台芦山地震应变异常性质的认识

3.1  姑咱台应变异常与芦山地震在空间与时间上相关

姑咱台距芦山地震震中约70千米。对位于同一断裂带上发生的汶川强震，姑咱台记录下了汶川强震孕育过程中的异常应变变化，能记录到更近的芦山强震的异常应变是符合常理的。

4.20地震前夕记录到幅度达到3×10^-7张性应变异常，地震后异常消失，说明这种异常与芦山地震的发生有时间上的相关性。

姑咱台的应变记录有正常背景，台站位置与芦山地震震中在空间上接近，时间上大幅度异常应变发生在强震前夕，这些均令人思考这些应变异常可能是芦山地震的前兆。强震前夕的异常紧临强震的发生，可视为临震异常。

 

3.2  4.16-4.19临震异常应变与中期异常应变的应力场背景相同

图5和图4分别根据临震异常应变与震前5个月时中期异常应变数据，将球量与偏量分离绘制的曲线图。两图的（1+3）应变与（2+4）应变高度相关，表明记录到的异常应变是地层应变的真实变化，两者的应变突跳都是张应变。两图的（1－3）应变与（2－4）应变也具有相同的性质。若记（1－3）异常应变幅度为Ua，（2－4）异常应变幅度为Ub，1路应变的方位为ф。引起异常应变的主压应力方位Ψ可由下式中解出。

 

Ｕa/Ｕb = -tg2(ψ-φ)                       （1）

 

计算结果是：这些应变突变都是在主压应力方向为－41°(NW-SE向)的区域应力场作用下发生的。临震异常应变与中期异常应变的应力场背景相同。表明在强震发生前的半年中应力场的主方向是稳定的。与宝兴钻孔水压致裂地应力测量主压应力为NW－SE向的结果相近。（见丰成君科学网的博文“宝兴钻孔地应力绝对测量与相对监测结果与芦山7.0级地震”(http://blog.sciencenet.cn/blog-921682-687097.html)。也与芦山地震震源机制解的P轴方位相近。

 

3.3  8次应变突变异常中有3次突变的起点与远震面波到时重合。

4月16日到19日出现了8次应变突变，其中有3次突变的起始与远震面波到时重合。图6是4月16日18:55开始出现的应变突变，其起始时间同2013-04-16 18:44:13伊朗、巴基斯坦交界地区发生的7.7级地震的震波到达的时间一致。这次突变的幅度不大。

图6姑咱台第1路应变的突变异常（2013年4月16日全天）

Fig 6. Guzan station component 1 strain anomaly(April 16, 2013)

 

图7是4月17日7:20开始出现的应变突变，其起始时间同2013-04-17 06:55:25巴布亚新几内亚发生的6.7级地震震波到达时间一致。

图7姑咱台第1路应变的突变异常（2013年4月17日全天）

Fig 7. Guzan station component 1 strain anomaly(April17,2013)

 

2013-04-19 11:05:53，千岛群岛7.0级强震的震波于11:20到达芦山。图8上标出的应变突跳的起始位置与震波的到达时间一致。

图8姑咱台第3路应变的突变异常（2013年4月19日全天）

Fig 8. Guzan station component 3 strainanomaly(April 19,2013)

 

临震前夕，造成芦山强震的断裂已处于极不稳定的临界状态，很小的应力扰动和起伏都能起到触发作用。这3次应变突跳一次比一次大。是否受到远震震波的触发而在区域应力场驱动下的活动？。如果只有一次这样的事件可能出于时间上的巧合，三次巧合事件就值得研究了。并且，在4月16日到19日期间，全球发生大于6.5级的地震只有这3次。

这三次应变突变事件，从突变开始上升至极值的时间大约需时10-20分钟，应是地层缓慢的蠕滑调整而非破裂或断层快速滑动过程。

4月16日之前的2013-04-06 12:42:37印度尼西亚7.0级地震、2013-04-14 09:32:26巴布亚新几内亚6.6级地震，就没有触发出应变阶跃。

构造地震的突然发生表明地震是一种力学失稳现象。无论是完整岩石破裂或已有断层的粘滑产生的地震，临震前都出现介质强度或摩擦强度降低而进入失稳状态。这种状态下，外场极小的位移扰动就可引起有限的滑动（张国民，2001）。在芦山地震这个震例中，这种极不稳定的状态维持了3～4天，然后再也无法支撑而发生地震。

 

3.4 震后应变曲线的变化

图9是芦山7.0级地震后，姑咱台4月20日至5月7日的应变观测曲线。

图9芦山4.20地震后，姑咱台的应变观测曲线（2013年4月20日－5月7日）

 

图9中显示芦山地震后，（1+3）和（2+4）体应变上仍有张性应变阶跃出现，但（1-3）和（2-4）差应变上却没有相应的反映。这应该是断裂错动后，剪切应力已得到释放，地块的剪切活动已衰减之故。位于震源外围的姑咱台除了能记录到正常的固体潮剪应变外，自然就记录不到地层的剪切应变活动了。

（中篇）图2中芦山地震前16～19日（1+3）、（2+4）体应变的每一次张性阶跃，（1-3）差应变上都有相应的活动。两者比较，地震前后的应变活动性质有明显的不同。由此也可判断，16～19日的异常应变不应来自本地的人为施工等干扰。

震后半个月中，附近公路的施工已经恢复，但并未出现16～19日那样的应变变化，说明施工干扰说不能成立。

 

4结束语

地震前兆的确定需要排除所有可能干扰的影响。有人认为该应变异常是附近公路工程施工引起。根据以往的经验，工程施工大量土方搬运产生的应变变化与4.16-4.19异常的形态大不相同（王梅等，2013）。地震后公路施工恢复，但像4.16-4.19此类大幅度突变异常却不再出现。

我们期待之后的调查能搞清这些异常应变是否施工干扰。这种调查往往需要不短的时间，对于迫在眉睫需要尽快确定异常性质的临震异常判断，更好的解决方案是在仪器的布置上考虑拉开数百至数千米距离双份比对测量，因为能引起相距千米的两台仪器产生同步记录的只有大自然的力量。美国PBO项目中采用的是三份比对，慢地震现象就是由三份同步变化的资料确认的。否则，即使能记录到强震前极其重要的临震异常信息，也会因判断延误时间而失去预报的机会。

 

 

 

 

参考文献：

上田诚也.2011.日本的地震预报将何去何从！[J].国际地震动态，（11），7～15.

池顺良、池毅、邓涛、廖成旺、唐小林、池亮. 2009.从5.12汶川地震前后分量应变仪观测到的应变异常看建设密集应变观测网的必要性[J].国际地震动态，（1），1～12.

邱泽华、周龙寿. 2009.用超限率分析法研究汶川地震的前兆应变变化[J].大地测量与地球动力学，(29),1～9.

邱泽华、张宝红、池顺良、唐磊、宋茉. 2010.汶川地震前姑咱台观测的异常应变变化[J].中国科学：地球科学，(40),1031～1039.

刘琦,张晶. 2011.S变换在汶川地震前后应变变化分析中的应用[J].大地测量与地球动力学，(31),6～9.

邱泽华、石耀霖.2003.地震造成远距离应力阶变的观测实例[J].中国科学（D辑），(33)（增刊）：60-64

张国民、傅征祥、桂燮泰，地震预报引论[M]，北京：科学出版社，2001，366-378.

王梅、季爱东、徐长鹏、王鹏.2013.环境干扰事件引起的“形变异常变化”[J].国际地震动态，（1），15～19.

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