0 引言

数字石英水平摆倾斜仪（以下简称石英摆）作为地壳连续观测仪器，具有精度高、分辨力强和动态范围大等特点，能够直接探测到地震前的地形变微小变化，对地震应变前兆信息反映较为直观。本文对银川基准地震台（以下简称银川台）石英摆2015—2016年记录的观测资料进行分析，寻找地震前后的异常变化特征，归纳总结异常变化存在的时间性，试图为大震短临预报提供时间指标。

1 观测背景 1.1 台站环境

银川台为基岩型观测站，基础岩性为前震旦系花岗片麻岩。形变观测山洞位于贺兰山东麓断裂西侧，呈“之”字形，海拔1 545 m，主洞长90余米，宽1.6 m，温度12.50℃—12.60℃，温差小于0.1℃，相对湿度60%—70%，山洞顶部基岩进深约50 m，覆盖层厚度约100 m。银川台观测环境条件符合地震行业规范（中国地震局，2003）要求。距观测山洞西偏南270 m沟谷中有一深井，井深112.58 m。每年夏季降水、山洪及3—11月的间断性地抽水，均对形变观测资料造成不同程度影响，尤其对各套观测仪器EW向记录影响较大。

1.2 仪器工作

2006年12月13日，依据“十五”网络项目规划，在银川台安装SQ-70D数字化石英摆倾斜仪。山洞进深100 m，覆盖厚度50 m，洞内平均温度为12.85℃，日温差小于0.05℃，年温差小于0.5℃。多年来石英摆工作稳定，记录的固体潮曲线清晰、完整，符合规范要求。

2 震例选取

选择全球M_S ≥4.0，中国大陆M_S ≥3.0地震为研究对象，考虑到银川台2014年开始地震前兆数据跟踪分析工作，此次分析仅统计该台石英摆2015年1月1日至2016年12月31日记录的379例地震事件，剔除干扰事件后，得到震例153个。

（1）石英摆记录地震378次，其中，国外地震333次，占统计震例的88%，国内地震45次，仅占统计震例的12%。

（2）将震例按照M_S3.0、M_S4.0、M_S5.0、M_S6.0、M_S7.0至M_S8.0的震级分档原则进行统计，结果为：3级以上地震11个，均分布在中国大陆范围；4级以上地震36个，其中国内占比28%，国外占比72%；5级以上地震144个，其中国内占比12%，国外占比88%；6级以上地震160个，其中国内占比3%，国外占比97%；7级以上地震24个，均分布在国外；8级以上地震3个，均分布在国外。所选震例震级分档统计结果见表 1。

（3）统计全球2015—2016年M_S7.0以上地震数，通过比较，评估银川台石英摆对全球7级以上地震的监测能力。统计结果见表 2。

从以上统计结果可以得出：①银川台石英摆记录的国外地震事件主要为远震和极远震，随着震级的增大，记录数越多；②银川台石英摆记录的国内地震事件，即近震，随着震级的增大，记录数减少；③银川台石英摆可以监测到全球77%的M_S ≥7.0的远震或极远震。对全球7级以上地震的监测水平可达80%，对全球8级以上地震的监测水平达到60%。

2.2 震例分析原则

综合以上地震统计结果，对所选震例按以下原则进行分析。

（1）按全球M_S ≥4.0和中国大陆M_S ≥3.0选取震例进行分析，由于国内震例少，此处对国内和国外单独统计。

（2）根据石英摆倾斜仪对地震响应的差异性，依据发震前后特征，将震例分为：①震前有波动；②震后有波动；③发震前后都有波动；④发震前后都没有波动（仅记录到地震波）。

3 地震记录特征 3.1 震中分布

按震级档划分，统计得到378个震例，震中分布见图 1。由图 1可见，石英摆倾斜仪记录的地震集中分布在环太平洋地震带及欧亚板块地震带，海岭地震带零星分布。

3.2 地震记录特征

为明确银川台数字石英摆倾斜仪观测异常与地震的对应关系，对原始记录曲线在发震前后出现的异常进行统计，为方便分析，去除重复地点，对133个震例进行分析。结果发现，银川台石英摆对不同距离的地震，地震波表现形式有所不同。

（1）震前有波动。此类震例共31次，其中3级以上地震2次，5级以上地震9次，6级以上地震16次，7级以上地震3次，8级以上地震1次，未记录到4级以上地震，震中分布见图 2。

由图 2可见，石英摆记录的震前波动地震主要分布在环太平洋地震带西段和喜马拉雅地震带，多为5—6级中强震及远震。如：2015年11月4日11:50至17:50，银川台石英摆记录到阿洛群岛地区6.4级（124.9°E，8.3°S，震中距50.1°）地震，即为典型的震前有波动震例，地震波形见图 3。

（2）震后有波动。此类震例共26次，其中4级以上地震1次，5级以上地震5次，6级以上地震15次，7级以上地震5次，未记录到3级和8级以上地震，震中分布见图 4。

由图 4可见，石英摆记录的震后有波动地震主要分布在环太平洋地震带西段，多为6级以上中强震及远震，如：2015年10月21日06:06至09:00，银川台石英摆记录到瓦努阿群岛7.2级地震（167.3°E，14.8°S，震中距78.3°），即为震后有波动的典型震例，地震波形见图 5。

（3）发震前后均有波动。此类震例共21次，其中3级以上地震1次，5级以上地震3次，6级以上地震16次，8级以上地震1次，未记录到4级和7级以上地震，震中分布见图 6。

由图 6可见，石英摆记录的发震前后均有波动的地震，整体沿环太平洋地震带和欧亚地震带分布，较分散，在环太平洋地震带南西段地震分布集中，多为6级以上中强震和远震，如：2015年10月11日09:25至12:25，银川台石英摆记录到中太平洋海岭5.5级地震（54.58°S，135.81°W，震中距136.4°），即为典型的发震前后均有波动的震例，地震波形见图 7。

（4）发震前后无波动，只记录到地震波。此类震例共55次，其中3级以上地震4次，4级以上地震6次，5级以上地震14次，6级以上地震18次，7级以上地震13次，无8级以上地震，震中分布见图 8。

由图 8可见，石英摆记录的发震前后均无波动的地震，主要分布在环太平洋地震带西段和喜马拉雅地震带，其他地震带或段有零星分布，且记录的地震震级范围较大，一般3—8级，如：2015年10月14日13:50至16:00，银川台石英摆记录到千岛群岛6.0级地震（48.9°N，156.2°E，震中距37.0°），发震前后波形记录均无波动，地震记录见图 9。

4 映震统计

根据银川台数字石英摆倾斜仪记录的2015年1月1日至2016年1月1日震例分析结果可知，监测的地震波形具有一定波动差异性、方位区域性和地震—距离相关性，具体表现如下。

（1）波动差异性。对不同距离的地震，异常地震波出现的时段具有4种不同的表现形式：①震前有波动的地震，占统计数据的23%；②震后有波动的地震，占统计数据的20%；③震前震后均有波动的地震，占统计数据的16%；④震前震后均无波动的地震，占统计数据的41%。

（2）方位区域性。记录的地震主要分布在板块边缘，以环太平洋地震带西段居多，环太平洋地震带东段则较少；其次分布在欧亚板块地震带、海岭地震带和喜马拉雅地震带。对中强以上地震较为敏感；远震和极远震记录较为清晰、完整，且幅度大，衰减快。

（3）地震—距离相关性。记录地震事件数与震级大小呈正比，与震中距远近呈反比。对于远震或极远震，随震级增大，地震事件记录个数越多；对于近震，随震级增大，地震记录个数越少。

5 结束语

地壳形变是地震的直接伴随现象，在地震孕育过程中会出现前兆形变阶段性变化，即引起形变速率，或形变方向，或岩石弹性力学性质的变化。在中强地震发震之前，银川台数字石英水平摆倾斜仪监测到不同类型的前兆异常信息。尽管临震预报仍为世界性难题，但通过震例研究，可捕获不同方向、不同区域、不同类型的地震前兆异常信息，积累经验，从而为今后的深层研究提供方向。