震源机制解和地震主破裂面
使用山东及邻省区域台网103个台站的P波初动符号,在吴尔夫网上采用上半球投影,求得菏泽5.9级地震震源机制解,见表3和图9。其符号矛盾比为12%3)。
表3 震源机制解
Table 3 Focal mechanism solution
编号 |
节 面 Ⅰ |
节 面 Ⅱ |
P 轴 |
T 轴 |
B 轴 |
X 轴
Y 轴 |
结果来源 |
走向
倾向 |
倾角 |
走向 |
倾向 |
倾角 |
方位 |
仰角 |
方位 |
仰角 |
方位
仰角 |
方位 |
仰角 |
方位 |
仰角 |
1
42
NW |
51 |
114 |
SW |
70 |
251 |
44 |
352 |
11.5 |
94
44 |
205 |
20 |
312 |
39 |
[5] |
2
42
NW |
51 |
114 |
SW |
70 |
251 |
44 |
352 |
12 |
94
44 |
205 |
20 |
312 |
39 |
[6] |
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图9 菏泽5.9级地震震源机制解 Fig.9 Focal mechanism solution of the MS 5.9 Hezhe earthquake
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分析极震区和Ⅵ度区的形态特征,推测沿北西与北东两个长轴方向有两条隐伏断层,与震源机制解给出的两个可能震源断层面走向极为一致。结合错动轴参数,推测菏泽5.9级地震可能属于一次共轭破裂地震。另外,早期余震成对成组发生,以及余震震源位置非常集中的现象,亦可能属共轭破裂的特征。
Ⅵ度区在极震区的南、北、西方向较均匀衰减,但向南东延伸到单县以东,长达百余公里,并拐向北经金乡到嘉祥,形成奇特形状(图3),这更明显地表现极震区与Ⅵ度区的主要长轴方向为北西向。Ⅵ度区的奇特形状很可能是以北西向为主的发震断层快速运动所致。
上述特征表明,菏泽5.9级地震的主破裂面为北西向的震源断层面(图10)。 |
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图10 菏泽5.9级地震的推断发震断层 Fig.10 Conjectural earthquake- generating fault of the MS 5.9
Hezhe earthquake |
地震台网及前兆异常
据统计,在菏泽5.9级地震震中周围200km范围内,布设了16个单项和综合地震台站(图11),包括测震台13个,重力、地磁、视电阻率、地应力、应变、地顷斜、深井水位等观测手段12个台项。菏泽5.9级地震的前兆异常见表4。菏泽5.9级地震的前兆异常主要有: 1. 地震前,沿聊考地震带出现地震条带分布及其演变[5, 6],2-4)(图12)。伴随地震条带分布及其演变的出现,沿聊考带的地震活动频度也出现增高(活跃)和降低(平静)(图13),以及聊考带应变释放加速(图14)。 华北地区出现了一些“地震窗口”及缺震异常动态。林县小震月频度出现短期高值异常6 ,7)图15;邢台地震群月频度出现中期高值异常6, 7);华北地区缺震曲线出现缺震异常6, 7)(图16)。 2. 长清电感地应力在地震前既出现短期的趋势异常[图17(a)],又出现了临震瞬时突跳异常[8, 9][图17(b)]。 3. 河南省辉县振弦应变仪临震前三道应变值曲线同步出现应变阶跃,而后固体潮的正常曲线发生畸变[10](图18)。 4. 临震前1―2天,极震区出现38眼浅井、深井水位上涨、自流异常。异常点优势分布方向显示出与发震构造有密切关系的特点[11](图19-21)。
5. α粒子径迹密度临震前增高异常[12](图22、23)。
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图11 菏泽5.9级地震前台站分布图
Fig.11 Distribution of seismic station before the MS 5.9 Hezhe earthquake
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表4 异常情况登记表 Table 4 Abnormal situations
序号 |
观测项目 |
台站或观测区 |
分析方法 |
异常判据及观测误差 |
震前异常起止时间 |
震后变化 |
最大幅度 |
震中距 (km) |
异常类别 |
图号 |
异常特点及备注 |
1 |
地震条带 |
聊考地震带 |
地震活动时、空演变特征分析; 地震动态参数变化分析 |
(1) 小震空间分布出现向断裂及其附近收缩现象, 带内 外频度比大于3 (2) 应变能释放速率超过正常期速率的2―3倍以上(3) 带内频度高出正常频度2―3倍 (4) 4级以上地震增多 |
1981.12― 1982.7 |
条带特征消失 |
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AⅠ |
12 |
条带明显并显示与断裂有密切关系, 应变能释放加速、频度增高 |
2 |
应变释放 |
聊考地震带 |
- t 图 ( ML≥ 2.0) |
释放速率加快, 超出正常平均速率的2―3倍 |
1981― 1982.7 |
释放曲线转平 |
超出平均速率的9.63倍 |
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AⅠ |
14 |
震前应变能释速率明显加快, 是平均速率的9.63倍,震后曲线转平 |
3 |
地震 频度 |
聊考地震带 |
N-t 图 ( M L≥2.0) |
频度超出季均频度(2.1次/季)2倍以上 |
1981.12―1982.7 |
恢复到正常频次2.1次/季 |
7―8次/季 |
震中区 |
AⅠ |
13(a) |
频度异常增高, 是正常值的3.5―4倍 |
4 |
地震 频度 |
菏泽地震带 |
N-t 图 ( ML≥2.0) |
频度超过季均频度(1次)的2―3倍以上 |
1981.10―1983.2 |
恢复到正常频次1次/季左右 |
3―4次/季 |
震中区 |
AⅠ |
13(b) |
小震频度脉冲式增高, 频度转下降发震 |
5 |
地震窗 |
林县 |
小震月频度 |
频度高出正常水平 |
1983.6―10 |
恢复 |
925次/月 |
164 |
BⅡ |
15 |
高值异常 |
6 |
地震窗 |
邢台 |
小震月频度 |
频度高出正常水平 |
1982.11― 1983.4 |
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|
|
AⅡ |
16 |
长时间高值异常 |
7 |
缺震 |
华北地区 |
缺震曲线 |
长时间低值 |
1982.6― 1983.6 |
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AⅡ |
17 |
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8 |
电感 地应力 |
山东长清 |
日均值 瞬时值 |
(1) 曲线斜率发生改变, 破坏正常年变规律; (2) 多道曲线同时出现破坏正常年变; (3) 排除了外界干扰的影响, 定性分析确实是地震异常 |
1983.8.初―11.7 |
持续下降,直到1985年11月30日河北发生5.0级地震前开始恢复正常 |
350μH |
190 |
BⅡ CⅡ |
18(a) 18(b) |
六个电感元件同步出现趋势化, 临震前8小时深孔元件发生突跳, 上升190μH |
9 |
应变 (振弦) |
河南省 辉县 |
日均值瞬时值 |
(1) 三道应变值曲线必须同步出现应变阶跃; (2) 固体潮正常规律被破坏; (3) 年变化形态发生明显改变; (4) 无干拢因素 |
1983.11.5―7 |
逐步恢复正常 |
最大主应变为 6.13×10-8 |
130 |
CⅡ |
19 |
三道应变值曲线同步出现应变阶跃, 固体潮曲线发生畸变, 转正常时发震 |
10 |
宏观 |
震中区 |
现场调查, 综合分析资料 |
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1983.10.底―震前的1―2d |
恢复正常 |
水位上升 100cm |
震中区 |
C |
20 21 22 |
临震前, 震中区38口井的水位上升, 异常井的优势分布方向与北西向发震断层走向一致 |
11 |
α粒子 径迹 密度 |
成武县地 震办公室 |
计算α粒子径迹密度 J值 (个/mm2) 21天周期滑动差值曲线 |
α粒子密度高出平均密度均方差的2―3倍 |
1981.11.1―3 |
恢复到正常密度 |
大于3倍均方 差 |
50 50 |
CⅡ CⅡ |
23 24 |
震前, α粒子密度大增度上升, 临震前突变性增高 |
12 |
深井 水位 |
河北河间 马17井 |
瞬时值 |
起伏异常的升降幅度大于日均升降幅度(1―2mm/d)数倍 |
1983.10.25. 22时20分 ―26.08.05分 |
恢复正常 |
下降43mm |
354 |
D |
25 |
起伏型异常 |
13 |
深井 水位 |
东营鲁 08井 |
瞬时值 |
(1) 瞬时稳态变化被破坏; (2) 突升(或突降)变化幅度达数mm; (3) 仪器工作正常 |
1983.11.3.13―4.06时 |
恢复正常 |
7.3mm |
380 |
D |
26 |
突降―回升―恢复 |
14 |
石油井动态 |
油田 34121 井 |
石油日产量 |
日产油量超过日均产量的20%以上,连续数日 |
1983.10.底-11.中旬 |
日产油量逐渐恢复至日均产量 |
180 t |
335 |
D |
27 |
临震突升 |
15 |
石油井动态 |
油田滨南258井 |
石油日产量 |
日产油量超过日均产量的20%以上, 连续数日 |
1983.10.20―11.18 |
逐渐恢复到日均 值 |
100t |
335 |
D |
28 |
日均产油量上升 |
16 |
石油井动态 |
油田采油五队 |
石油日产量 |
日产油量超过日均产量的20%以上,连续数日 |
1983.7.上旬 ―12.下旬 |
日产油量逐渐恢复至日均产量 |
170t |
335 |
D |
28 |
日产油量趋势上升, 并伴随突升、突降 |
17 |
体应变 |
徐州台 |
瞬时值 |
观测时间短(仅有52天), 资料太少, 异常判据待进一步积累资料和研究后确定 |
1983年11月7日03时26分至04时06 分 |
恢复正常 |
2.2×10-8, 1.3×10-8两次脉冲 |
195 |
D |
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两次张性脉冲 |
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图12 菏泽5.9级地震前的地震条带 Fig.12 Distribution of seismic bands before the MS 5.9 Hezhe earthquake
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图13 菏泽5.9级地震前聊考带菏泽“地震巢”(a)和小震频度变化(b) Fig.13 “Seismic nest” in Hezhe (a) and frequency veriation of minor earthquakes(b)along liaokao fault zone before the MS 5.9 Hezhe earthquake
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图14 菏泽5.9级地震前聊考带应变释放速率变化 Fig.14 Velocity variation of strain release along Liaokao fault zone before the MS 5.9 Hezhe earthquake
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图15 林县小震月频度曲线 Fig.15 Curve for monthly frequency of minor earthquakes in Linxian
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图16 华北地区缺震曲线 Fig.16 Curve of lack of earthquake in North China
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图17 长清电感地应力日均值(a)及瞬时值(b)曲线 Fig.17 Curve for daily mean value(a) and instantaneous value(b) of crustal stress by electromagnetic element in Changqing station
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图18 辉县振弦应变日均值(a)及瞬时值(b)曲线 Fig.18 Curves for daily mean value (a) and instantaneous value(b) by vibration string strain meter in Huixian station
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图19 菏泽5.9级地震地下水异常点分布图 Fig.19 Anomalies distribution of ground water before (a) and after (b) the MS 5.9 Hezhe earthquake (a) 地震前;(b) 地震后; 1 水文观测井异常点;2 井水异常点;3. 井水上升幅度(m); 4 水位上升自流区;5 地下水异常范围
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图20 菏泽市解元集乡穆李水文井水位变化 Fig.20 Water level variation in hydrologic well at Muli in Jieyuanji village, Hezhe 水位单位:m(海拔标高)
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图21 震中附近六口水文井三年水位变化趋势对比 Fig.21 Comparison of variation trend among six hydrologic wells around the epicenter in three years
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图22 α粒子径迹J值历年观测曲线(周期滑动均值) Fig.22 Observation curve for J-value of α partical track over the years
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图23 α粒子21天周期滑动差值曲线 Fig.23 Differential sliding curve for 21-day period of α partical
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6. 河北省河间马17井水位震前13天(10月25至26日)大幅度下降[13](图24);鲁08井水位,临震前5天出现突降7.3cm异常#+[6、7)](图25);胜利采油34121井(图26)、滨南258井(图27)、滨南采油五队井(图28)日产油量于临震前提高20―30%,有的提高达2倍以上。 |
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图24 河北河间马17井水位变化曲线 Fig.24 Variation curve of water level in Ma-17 well at Hejian in Hebei Province
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图25 胜利油田鲁08井水位瞬时值曲线 Fig.25 Curve for instantanuous value of water level in Lu-08 well at Shengli oil field
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图26 胜利采油34121井日均产油量曲线 Fig.26 Curve for daily mean value of oil output in No.34121 oil well at Shengli oil field
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图27 滨南采油258井日均产油量曲线 Fig.27 Curve for daily mean value of oil output in No.258 oil well at Binnan oil field
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图28 滨南采油五队井日均产油量曲线 Fig.28 Curve for daily mean value of oil output in the wells of No.5 Oil production Crew in Binnan oil field
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7. 徐州台的体应变仪记录,震前2小时内出现2个张脉冲及锯齿型变化图象[14],由于记录时间短,缺乏震例证明,能否肯定是反映菏泽5.9级地震难以定论,需再积累资料。
另外,文献[7]、[5]讨论的两个“空区”;文献[16]、[17]所讨论的菏泽台视电阻率;文献[18]讨论的东明―菏泽段长水准施测资料和文献[19]豫49(范县)深井水位观测分析,经进一步调查核实,笔者认为以上文献的资料不能反映菏泽5.9级地震,但这与原文献作者的认识存在很大争议,需留待以后研究。 |
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异常特征分析
1. 菏泽5.9级地震前,小地震活动异常的时、空特征:
多年以来,地震沿聊考断裂带及附近总是分散分布,地震活动频度、强度、能量释放等动态参数的变化都是在平均水平上有起伏的涨落。可是,从1981年开始,地震的空间分布明显地向聊考断裂附近收缩,尤其从1981年年底至1982年7月底,“收缩”的特征更加明显,主要表现为:沿断裂及其附近,半年左右连续发生11次ML≥2.0级地震,4.0级以上地震的频度明显增高,应变释放速率加快,形成具有前兆异常特征、长约200km的地震条带,显示了聊考带地震的活跃时段。1982年8月以后,沿带的地震活动逐渐趋于平静,即使以往所谓的"菏泽地震巢"的小震(ML≥2.0)季频度(1次)也明显下降,尤其从1983年2月至5.9级地震发生前,8个多月没记录到一次小地震。 分析上述地震活动的时、空特征发现,这一特征与当时华北地区的中强地震活跃形势是一致的。1981年7月以后,华北地区的地震活动首先从华北北部的阴山、燕山纬向构造上开始,自海城经渤海到京西北晋、冀、蒙交界处连续发生多次中强震,然后由北向南迁移。追溯菏泽5.9级地震的发生背景,发现这些地震的发生是华北地区区域构造应力场活动增强的反映。正是在这一背景下聊考断裂带也加强了新的活动,该带上的地震活动性增强,并表现出时、空分布方面的上述异常特征。2. 菏泽5.9级地震的前兆异常点的空间分布特征:菏泽5.9级地震的前兆异常点都分布在北东走向的聊考断裂带和北西走向的东明-成武隐伏断裂附近或其延伸方向上,如辉县应变、长清电感地应力、地震条带以及小震活动动态参数等都显示了这一特征。这一特征的出现表明前兆异常点的空间分布与断裂有密切关系。3. 菏泽5.9级地震的前兆异常数量少。在孕震过程中,单项手段观测到的异常不明显。经分析认为,出现这一特征主要是与菏泽5.9级地震本身的孕震强度低有直接关系。辉县(△=130km)振弦应变仪震前测到的最大主应变为6.13×10-8, 表明一个6级左右的中强地震在100―200km范围内能观测到的前兆应变量不超过10-7量级。这与国外提供的资料一致。 出现这一特征的另外一个原因是:台站分布稀、少,台网布局不完善;台站上的仪器设备不配套,精度低,灵敏度不高,稳定性能差。以上状况在客观上使本来就弱的中强地震前兆信息被“噪声”淹没,造成前兆异常数量少。在孕震过程中,各个单项手段的异常阶段不明显。菏泽5.9级地震表明,虽然中等强度地震的前兆信息微弱,数量少,中、短临异常阶段不明显,但是地震活动前兆异常的时、空分布特征及动态参数的异常变化能提供较明显的中期异常信息。
参 考 文 献
[ 1 ]中国科学院地球物理研究所,近震分析,地震出版社,1977。
[ 2 ]商宏宽、吕梦林,晋、冀、鲁、豫交界地区地震地质条件,华北地震科学,
Vol.3,No.3,1985。[ 3 ]李家灵、吴庭章、蔡全利,菏泽5.9级地震的发震构造,地震科学研究,No.6,1984。[ 4 ]刘正荣,用宏观方法测定震源深度的量板,地球物理学报,No.2,1961。
[ 5 ]魏光兴、周翠英、许坤福,1983年菏泽5.9级地震,地震学报,
Vol.7,No.1,1985。
[ 6 ]山东省地震预报研究中心,1983年山东菏泽5.9级地震及其短临前兆,地震,
No.2,1985。[ 7 ]赵兴兰、魏光兴、周翠英,菏泽5.9级地震前地震活动图象,地震,No.2,1986。
[ 8 ]赵淑平、陈正品、郭玉莲,菏泽5.9级地震前的应变异常信息,地震研究,
Vol.8,No.1,1985。
[ 9 ]郭玉莲、油朝元、赵淑平,菏泽5.9级地震前地应力的异常变化,华北地震科学,
Vol.2,No.4,1984。[10]王启民、龚 倩,菏泽5.9级地震前后应变异常,地震,No.2,1984。
[11]苏鸾声、汪成民、赵宪超、黄保起,菏泽5.9级地震震中区地下水异常特征,地震,
No.3,1984。[12]宋一峰,菏泽5.9级地震前的α粒子密度异常,华北地震科学,Vol.3,No.3,1985。[13]姜涛,河间马17井动水位观测地震前兆反映初探,华北地震科学,Vol.3, 增刊, 1985。
[14]杨军、邓世榜、拾礼勤、王玉才,菏泽5.9级地震前徐州台观测到的应变异常,地震,
No.2, 1984。[15]宋俊高、陆远忠,应用孕震空区进行中期地震趋势估计的一次尝试,地震,No.4,1984。
[16]金安忠、李润贤、吴隆茂、王瑞田、李言竹、靳祥谦,菏泽5.9级地震前地电阻率的临震突
跳现象,地震,No.2,1982。
[17]金安忠、赵 强,近震中区及远区地电阻率前兆异常特征及台站监测能力的讨论,地震,
No.2,1984。[18]贾占岭,菏泽5.9级地震前后的地壳垂直形变,地壳形变与地震,No.4,1984。
[19]吴景云、冯云才、张冠峰、郭海黎,菏泽5.9级地震前后豫49井的水位变化特征,地震,
No.3,1984。
参 考 资 料
1) 山东省城乡建设委员会抗震办公室,菏泽5.9级地震震害调查,1984.2。2) 山东省地震局,山东省地震台网地震目录。3) 孙武成等,菏泽地区地壳深部发震条件及其近期变异状态的研究,1983。4) 赵兴兰、魏光兴,聊考断裂带地震平面分布特征,1982.12。5) 刁守中,聊城-兰考地震带小震活动特征,1983.3。6) 刘元生、于秀兰,山东省地震综合预报清理成果报告―― 1983年菏泽5.9级地震震例报告,1985。
7) 华北地区地震综合预报清理攻关组,华北地区地震综合预报清理成果报告(第三部分),1985。 |