2019, Vol. 40
2. 中国河北 071000 河北省地震局保定中心台;
3. 中国河北 065899 河北省地震局文安地震台
2. Baoding Center Seismic Station, Hebei Earthquake Agency, Hebei Province 071000, China;
3. Wen'an Seismic Station, Hebei Earthquake Agency, Hebei Province 065899, China
地壳突变持续时间可以持续几分钟到几天，甚至十几天到半年，如果在地震发生前出现异常变化，需具备以下条件：①地壳变形速度显著增加，时序曲线变化明显，出现破年变现象；②地壳变形速度稳定且持续，压力应变不断积累，导致时序曲线呈现异常变化(牛安福，2003)。2017年至2018年2月上旬，河北易县地震台SS-Y型铟瓦棒伸缩仪(下文简称伸缩仪)和DSQ型水管倾斜仪(下文简称水管仪)形变观测资料出现破年变现象，距台站111 km的廊坊市永清县(39.37°N，116.67°E)于2018年2月12日发生MS 4.3走滑型地震。本文对此地震进行分析，进一步明确地震前形变异常变化。
1 观测背景在地质构造上，河北省是华北断块的组成部分，其地壳现今构造运动受华北断块构造运动所制约，规模巨大的EW向和NE向2大构造带贯穿其境。该省新构造运动强烈，由37条活动断裂构成的各种不同类型的新生代断陷盆地，成为河北及邻区7级以上强震发生的主要地区。
1.1 易县地震台概述易县地震台始建于20世纪70年代，距北京市100 km，正南距河北省保定市80 km，东距河北省易县县城15 km，紧邻天津至涞源112国道。该台站台基位于为中生代侵入闪长岩花岗基底岩与震旦系沉积岩和闪长岩小侵入体的接合部，地处太行山山前大断裂和西部紫荆关大断裂之间，附近分布次级断裂构造——大红门断层。
易县地震台采用伸缩仪和水管仪进行形变观测。2套仪器安装在同一观测洞室，基墩岩性均为花岗岩，均采用分钟值采样，观测仪器基本信息见表 1。
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表 1 伸缩仪、水管仪基本信息 Tab.1 Basic information table of extensometer and water meter |
2018年2月12日永清发生MS 4.3地震(图 1)，属走滑兼正断型地震，震中距111 km，震源深度20 km，震中位于河西务断裂附近。该断层北起河西务西北，向西南经大王务，延伸至永清东码头镇，全长50 km，走向NE，倾向SE，为上陡下缓的铲形正断层(王晓山等，2018)。
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图 1 易县地震台和震源位置 Fig.1 The epicenter of Yongqing MS 4.3 earthquake and Yixian Seismic Station |
2018年2月永清MS 4.3地震发生前，易县地震台形变测项(伸缩仪和水管仪)EW分量，于2016年至2018年5月12日出现异常变化，其他测向均无异常反应。选取伸缩仪和水管仪EW分量记录资料，详细分析原始数据曲线变化趋势，并进行一阶差分，以详实了解EW分量数据的具体变化。
2.1 伸缩仪异常特征2016年1月1日至2017年6月中旬，伸缩仪EW分量观测数值稳定在-1 808×10-10 mV上下，2017年6月24日至2018年2月12日，EW向记录到明显异常，具体变化数值见表 2。对原始数据进行一阶差分，绘制原始观测及一阶差分曲线，见图 2。由图 2可见：2017年6月24日起伸缩仪EW向开始加速压缩，幅值达6 382×10-10 mV，出现第1个速率异常时段，一天后出现受力反转现象；2017年11月3日至永清MS 4.3地震发生，转为加速拉张，幅值达7 236×10-10 mV，出现第2个速率异常时段；震后曲线开始回落。
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表 2 伸缩仪EW向异常变化记录 Tab.2 Details of the abnormal period of the extensometer EW |
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图 2 2016年1月1日—2018年5月12日伸缩仪EW分量日均值及一阶差分曲线 Fig.2 The daily mean value and its first-order difference curve of the EW component of the extensometer from January 1, 2016 to May 12, 2018 |
由图 2可知，伸缩仪EW分量先压性变化后张性变化，2个速率异常时段预示，导致伸缩仪记录出现异常的主应力变化来自EW向，指向永清MS 4.3地震震中。
2.2 水管仪异常特征2016年水管仪EW向观测数值基本稳定在129×10-3″上下，但同年年底至2018年2月12日呈东倾趋势，对原始数据进行一阶差分，原始观测及一阶差分曲线见图 3。由图 3可见：2016年12月29日至2018年1月25日，共计392天时间水管仪EW向由78×10-3″缓慢上升至231×10-3″，倾斜量为153×10-3″；自2018年1月25日至2月12日，在17天内EW向加速上升至321×10-3″，倾斜量达96×10-3″，2月12日发生永清MS 4.3地震，在异常开始至地震发生的东倾过程中无回弹现象，震后曲线开始回落。
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图 3 2016年1月1日—2018年5月12日水管仪EW向日均值及一阶差分曲线 Fig.3 The daily mean value curve and its first-order difference curve of the water tube tiltmeter EW component from January 1, 2016 to May 12, 2018 |
对伸缩仪和水管仪观测数据进行分段分析，发现在此次永清MS 4.3地震前，形变观测异常变化存在以下异同点。
(1) 相似之处：①日变曲线形态畸变，特别是在2018年1月25日—2月12日时段，二者曲线形态相似(图 4)，呈正相关，相关系数为0.83；②2016年1月1日—2018年5月12日，二者潮汐因子均出现高值异常，见图 5。
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图 4 2017年1月1日—2018年5月12日伸缩仪、水管仪日均值曲线 Fig.4 Daily mean value of extensometer and water tube tiltmeter from January 1, 2017 to May 12, 2018 |
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图 5 伸缩仪、水管仪EW向M2波潮汐因子 (a)伸缩仪；(b)水管仪 Fig.5 Tidal factor for EW of the extensometer and water tube tiltmeter to M2 |
(2) 不同之处：2018年2月4日—9日，水管仪EW向观测曲线出现高频抖动，而伸缩仪观测曲线较为平缓，且固体潮不明显，见图 6。
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图 6 2018年1月25日—2月12日伸缩仪、水管仪EW向分钟值曲线 Fig.6 The extensometer EW to the water tube tiltmeter EW to the minutes value from January 25, 2018 to February 12, 2018 |
2种形变观测仪器在地震前出现的异常变化异同点，应与仪器属性有关，伸缩仪属地应变观测仪，DSQ型水管倾斜仪属地倾斜观测仪。据布赖特(1979)研究，岩石破裂前几毫秒出现向断层扩展方向的倾斜，并记录到渐变、突变、畸变、扰动、脉动等图像，在孕震后期，震源区及外围一定范围内可能出现大量微破裂，即岩层所受外力至少达到破裂的临界值，受力岩层才能达到微破裂状态。因此，伸缩仪在2018年2月4日—8日固体潮不明显，而水管仪出现高频抖动现象，见图 6。
调查发现，在2006年文安5.1级(张晶等，2007)、2012年唐山4.8级(赵慧琴等，2015)地震前，易县地震台伸缩仪观测曲线同样出现形地震前几天固体潮不明显的曲线畸变；在山西盐湖4.4级地震前(张淑亮等，2017)，侯马台水管仪同样出现地震前几天曲线高频抖动形态。由此说明，伸缩仪和水管仪在地震前记录的曲线畸变现象是客观存在的事实。
3 结论通过对永清MS 4.3地震发生前易县地震台形变资料异常的分析，得到以下认识。
(1) 在震源形成及演变过程中，震源区周围一定范围内存在应力、应变敏感点(肖兰喜等，2012)，如果观测台站位于该范围内，则可能记录到地震前的可靠异常变化信息。
(2) 同一台站不同观测手段均监测到异常变化，且异常较为明显，表明震源区应力场存在阶段性变化，与扩容模式下应变变化基本一致(梅世蓉，1999)，为震前异常的可能性较大。在永清地震前伸缩仪、倾斜仪均出现资料异常，且2种观测相互印证，显示异常具有可靠性，应为地震前异常变化。
2006年7月4日和2015年4月19日，河北省廊坊市文安县先后发生M 5.1地震和M 3.0地震，此次河北省廊坊市永清MS 4.3地震发生在2次文安地震后，是其震后效应还是综合效应，是否会引起首都圈地应力场变化，值得进一步研究。
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