2019, Vol. 39
2. 新疆维吾尔自治区地震局，乌鲁木齐市新市区科学二街338号，830011
震例分析表明，地震前兆异常与地震关系的不确定性表现为有异常无地震、有地震无异常、不同地区因地壳结构差异导致前兆时空分布特征不同、不同成因地震其前兆表现不同、同一地区地震前兆的重复现象等[1]。造成前兆复杂性的根本原因是孕震过程的复杂性[2]。形变台站建立在地壳表层，在测量值序列中不仅包含来自地球内部的地形变信息，还可能包含来自地球外部的信息[3]，从而给地震前兆异常识别带来更大困难。前人多总结中强地震周边观测资料的异常现象，却没有从地质构造、孕震环境、动力学过程、震源破坏机制等方面对异常进行深入探讨。
2017-08-09新疆精河县发生6.6级地震(北纬44.27°，东经82.89°)，震源深度11 km。本文结合发震构造、震源机制对精河6.6级地震前精河水平摆的异常特征进行深入探讨。
1 精河地震震源机制与发震构造精河地震距精河台约39 km。利用距震中350 km范围内的16个台站波形资料，采用CAP方法[4-5]解算6.6级主震的震源机制，结合震源区地质构造和余震序列分布，判定节面Ⅱ代表了主震发震断层面，即该地震破裂以逆冲为主，与库松木契克山前断裂的断错性质一致，发震构造可能为库松木契克断裂。国内外不同机构给出的震源机制解(表 1)均较为接近。
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表 1 不同机构给出的精河6.6级地震震源机制解 Tab. 1 Different institutions have provided a solution to the earthquake source mechanism of the Jinghe 6.6 earthquake |
库松木契克山前断裂东起基普克，向西经扫子木图沿库松木契克山前及北缘延伸至赛里木湖，总体呈290°~300°方向延伸，长约160 km，断面南倾，倾角40°~60°，性质以逆冲为主，兼右旋走滑，平面上断层呈一略向北突出的弧形。
2 观测环境、地质构造及观测系统精河地震台位于44.63°N、82.97°E，海拔387.3 m，处于博罗可努、准格尔南缘、库松木契克3条大断裂带的交汇区。山洞被覆为黑灰色古生代千枚岩，台基为石炭纪灰岩，洞体岩性坚硬，岩石较完整，山洞覆盖30 m，进深30 m，年温差小于0.5 ℃，是形变观测的理想场地。
精河SQ-70石英水平摆于1989架设，2011年进行“十五”数字化改造，观测条件好，观测精度较高，观测资料连续、可靠。
3 数据分析由图 2可见，2010年以来，精河台NS分量持续N倾，EW分量持续W倾，其年变转向统计见表 2。2015-11进行洞室保温改造，NS分量年变规律发生变化，2017-03-30起持续N倾; EW分量自2016-09-10持续E倾，在2017年没有出现W倾转向，认为2017年EW分量存在年变幅增大的畸变异常。EW向E倾幅度统计见表 3。
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图 2 精河水平摆日均值观测时序图(2010-01-01~2017-08-08) Fig. 2 The observed sequence diagram of the daily mean of the Jinghe horizontal |
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表 2 精河水平摆年变转向时间统计 Tab. 2 Jinghe horizontal pendulum has changed to the time table |
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表 3 精河水平摆倾斜仪EW向E倾幅度统计 Tab. 3 Jinghe horizontal pendulum inclinometer EW to the E |
温度是影响精河水平摆观测值序列年变化的主要因素，其间具有准线性关系，且观测值序列的趋势变化不是气象因素造成的[6-7]。以精河SQ-70石英水平摆2010年以来观测数据为研究对象，分别对NS向和EW向进行拟合：
| $ \begin{array}{l} y = - 0.000{\rm{ }}18{x^2} + 21.175{\rm{ }}4x - 615{\rm{ }}546.139{\rm{ }}8\\ y = - 0.875{\rm{ }}7x + 46{\rm{ }}287.0380{\rm{ }}1 \end{array} $ |
去掉趋势变化后的两分量曲线形态见图 2。
经计算，精河水平摆NS向滞后气温约9 d，其相关系数0.759; EW向滞后气温25 d，其相关系数-0.583。图 3为精河水平摆与气温散点图。记观测数据为y，温度为x，利用回归分析剔除温度对NS分量的影响：
| $ y = - 0.118{\rm{ }}741{x^2} + 7.99{\rm{ }}789x - 30.431{\rm{ }}015 $ |
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图 3 精河水平摆与气温散点图 Fig. 3 Jinghe horizontal pendulum and temperature scatter diagram |
利用下式剔除温度对EW向的影响:
| $ y = - 16.083{\rm{ }}9x + 134.722{\rm{ }}3 $ |
得到回归残差序列见图 4。
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图 4 精河水平摆两分量与气温回归分析残差曲线 Fig. 4 The residual curves of the two components and the temperature regression analysis are analyzed |
由图 4可见，精河水平摆异常特征为：1)NS分量自2016-06起持续N倾; 2)EW分量自2016-09起快速E倾，12-17 E倾速率再次加快，幅度达0.48″。对比图 3、图 4可知，温度是影响精河水平摆年变的主要因素，在剔除温度对精河水平摆的影响之后，异常特征更加清晰、明显。
4 异常与构造关系地震孕育过程中，应力在特定部位积累使岩层变形，当超过岩石强度时发生突然破裂并产生位错，释放能量，激发出地震波。本次地震发震构造为库松木契克山前断裂，断层面倾向南，主要表现为逆断层性质，地震破裂以逆冲为主。这说明在精河6.6级地震前，应力积累过程表现为断层两盘的挤压，随着应力积累，断层两盘持续呈上升趋势。由图 1可见，精河地震台位于该地震NNE，距微观震中39 km。发震构造呈NWW走向，可造成北盘向NE向倾斜，表现为NS分量的N倾与EW分量的E倾。这与精河水平摆的异常特征一致，可判定上述精河水平摆的两个异常特征确属精河6.6级地震应力积累造成。
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图 1 精河地震台与精河6.6级地震位置关系 Fig. 1 The relationship between the seismic station of Jinghe and the MS6.6 earthquake in Jinghe |
震例研究表明，前兆异常或多或少会出现在地震孕育的不同阶段。测量值序列中不仅包含来自地球内部的地形变信息，还包含来自地球外部的信息。本文首次尝试剔除观测数据中气象因素的影响并结合发震构造与震源机制情况，对形变异常进行力学分析，这将有助于地震物理与数值预报的发展。
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2. Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region, 338 Second-Kexue Street, Urumqi 830011, China