小议对地震前驱波的分析

1地震前驱波特征分析

石英摆SN分量在2009年10月9日开始记录到连续性的脉动加粗、毛刺等异常信号扰动现象，在11～13日这种扰动演变为幕式阶跃、错动及幕式尖脉冲事件，且每一幕的扰动时间并不完全相同，扰动事件过程为几分钟至几十分钟不等，该类型异常信号与以前记录的远震前驱波阶变、连续性脉动变粗、突跳等形态完全不同，而是与脆性岩石力学实验中的粘滑信号(伴随声发射)变化特征非常类似，故称其为间歇性的幕式慢粘滑事件，远震前驱波的形态有很大差异。2009年10月14日以后石英摆SN分量固体潮曲线由以往背景光滑的形态变为脉动变粗、毛刺增多等畸变现象，11月5日在陕西高陵发生了4.4级地震(震中距265km)，地震后畸变现象依然存在;1个月后即2010年1月曲线畸变现象更加突出，主要表现为1月7日以后脉动变粗、毛刺增多等扰动现象愈发明显，11日曲线又出现快速北倾变化，至13日北倾幅度约150ms，14日以后转为缓慢南倾变化，期间在9～15日伴有明显的向下脉冲突跳变化，19日始南倾速率加快，固体潮形态消失，24日发生4.8级地震，同震阶变幅度很小，地震后曲线恢复正常(固体潮形态光滑、清晰)。因此，上述的慢粘滑及脉动变粗、毛刺增多等前驱波扰动应是地震的短临异常信号。宽带摆SN分量在地震前后也出现了类似中粘滑形态的变化图像，具体过程是自2009年12月21日开始连续出现幕式错动及幕式尖脉冲事件，错动方向为北向(向上)，错动阶跃幅度最大为25ms，24日记录到地震波，且产生北向同震阶变，幅度达84ms，每日错动3～7次，4.8级地震后错位现象持续了7天左右消失，2010年2月初曲线恢复正常，与石英摆出现的粘滑形态相比，宽带摆的粘滑特征更加明显，持续时间更长(持续约50天)，这可能与两仪器不同的工作周期、频带响应等参数有关。考虑到宽频带倾斜仪“宽频”以及高采样率(秒)的优势，笔者又对粘滑事件每日的秒数据进行了详细分析，经过逐日排查，发现在4.8级地震前1h，光滑的曲线出现了幅度约1ms、周期为1min的南向(向下)脉冲状变化，3min后再次出现幅度为1ms的南向(向下)变化，而临汾台的水平摆、垂直摆及侯马台水管倾斜观测等在同时段均未有此类似形态的图像，这也许是宽带摆“发现的”临震异常信号(2010年1月地震后，汾渭带中北部于4月、6月分别发生了大同阳高4.5级及阳曲4.6级地震，前者震中距临汾台490km，可能是距离较远的原因，临汾台两倾斜仪并未记录到明显异常，而在阳曲地震前则均记到了小幅度的阶跃、脉动增粗等畸变现象(高振强等，2010)，但这些异常形态均不是中的慢粘滑图像特征。笔者对近几年石英摆记录曲线统计，发现只要该测项出现阶跃扰动(突跳)、脉动增粗等前驱波图像之后，往往可能有7级左右的远大地震事件发生，但并不是每次大震前都有前驱波现象。根据台站制定的异常落实方案，每当异常出现后观测人员都认真进行观测场地环境实地调查、及时查看仪器工作状态、核对仪器各项工作参数的正确性等检查措施，必要时对仪器进行标定，当排除仪器自身及观测环境等可能的干扰因素后，可认定为地震前驱波现象。

2幕式错动的机理解释

幕式慢粘滑和脉动变粗、毛刺突跳等现象均属于前驱波现象。脆性岩石力学实验结果证实，伴随声发射的幕式粘滑事件实际上是岩石宏观大破裂前的微破裂，多个幕式发生的微破裂丛集成核最终导致岩石的宏观快速破裂。王贤仁和卢艳清(2002)曾根据云南地倾斜观测资料推测认为，震前一段时间的幕式阶变错动事件很可能就是岩石的微破裂及粘滑现象，是大震前有效的前兆，错动事件来看，其并不具粘滑事件快速破裂(持续时间很短)的特征，并不完全支持幕式慢粘滑事件全部来自断层脆性段微破裂粘滑的成因机理;曾融生(2005)根据对地壳和上地幔的分层结构，提出地壳脆性层应力分布与地震断层存在应力的相互作用，但许多现象说明塑性层可能是地震发生的策源地，由此，上述错动的慢粘滑事件可能部分来自脆性层、部分来自塑性层，两者围绕刚性的地震硬核(孕震体)分布，并最终导致地震核(孕震体)的脆性破裂发震。而脉动变粗、毛刺突跳等扰动形成的机理可能是时间上密集发生的幕式慢粘滑事件相互叠加，形成准连续性的扰动信号。孕震体破裂前，大量介质破裂及裂隙间粘滑产生的应力降使震源区内应变场进行调整应力降以应力波的形式向四周传递，位于震中北部的临汾台两套倾斜仪以阶跃、突跳等形式记录到了粘滑、错动后的变形阶段，而且均是在SN分量上记到的，说明扰动具有明显的方向性特征;4.8级主震后宽带摆幕式粘滑现象并未立即消失，说明孕震体破裂并不能完全释放所有能量，仍有一部分是以多种形式缓慢释放的(如慢地震)，因此，地震后依旧会出现粘滑、扰动现象。

3结论与讨论

慢粘滑及其扰动事件在仪器记录上具有明确的方向性，这对判定未来震中位置有积极的参考价值。由于仪器工作周期、动态范围、频带响应等参数的不同，造成两仪器记录前驱波扰动出现的时间段、形态特征等存在明显差异。建议在同一观测站(点)建立高灵敏度、高采样率、宽频带，或在不同频段上布设多种的同类型定点倾斜形变仪器，组成具有宽频带或低、中、高频段的全面观测系统，这对于捕捉近震的短临异常有实效意义。

作者：李艳高振强程冬焱张仰辉李军单位：山西省地震局