岷县-漳县M6.6地震前后的形变范数变化特征

岷县-漳县M6.6地震前后的形变范数变化特征
许康生;曾文浩
【摘要】采用分布在南北地震带上10个洞体应变台的观测资料,基于小波分解和范数计算,提取2013-07-22甘肃岷县-漳县M6.6地震前异常信息.结果表明,除肃南台外,其余9个台均出现震前异常信息,昭通台、小庙台最早出现异常,在2013-06初(约在震前50 d),距震中最近的宕昌台在7月初出现异常.结合其他学者的研究,对异常信息特征进行讨论认为,这次地震与南北地震带东侧块体自南向北运动有密切关系,而震后的形变传递过程是一个反向过程.同时也证明,用范数计算方法提取震前形变异常是简单、有效和可靠的.%Using the observation data from 10 North-South seismic belt hole strain stations,based on wavelet decomposition and norm calculation,we acquire anomaly information from the Minxian-Zhangxian earthquake M6.6 (Jul.22,2013).The results show,in addition to Sunan station,the rest of the 9 stations present anomaly information before the earthquake.The earliest anomalies occur in early Jun 2013 (about 50 days before the earthquake);at Dangchang
station,which is nearest to the epicenter,anomalies occur in early July bined with other research results,the characteristics of abnormal information are discussed.We believe that there is a close relationship between it and the movement of eastern side from south to north in South-North seismic belt.The deformation transfer process after the earthquake is a reverse direction process.In addition,it is proved that the method is simple,effective and reliable to extract the deformation anomaly before the earthquake.
【期刊名称】《大地测量与地球动力学》
【年(卷),期】2017(037)009
【总页数】4页(P884-887)
【关键词】岷县-漳县地震M6.6;形变;小波分解;范数;南北地震带
【作者】许康生;曾文浩
【作者单位】中国地震局兰州地震研究所,兰州市东岗西路450号,730000;中国地震局兰州地震研究所,兰州市东岗西路450号,730000
【正文语种】中文
【中图分类】P315
南北地震带是纵穿中国大陆中部的一条构造带，从北端鄂尔多斯地块西缘起，经过秦岭、龙门山，沿鲜水河-安宁河-小江断裂带进入缅甸境内，是青藏高原与鄂尔多斯高原、四川盆地及华南地块的分隔带[1]，历史上曾孕育和发生过多次大地震。

2013-07-22甘肃岷县-漳县交界发生的M6.6地震，位于南北地震带北段，介于西秦岭北缘断裂带和东昆仑断裂带之间，是继2008年汶川特大地震及2010年玉树地震之后，发生在南北地震带上的又一次大地震[2]。

本文通过分布在南北地震带上观测质量较好的10个洞体应变台2013年观测资料，分析地震前后的变化特征，提取震前异常信息，并结合其他学者研究结果[3-4]，在南北地震带这一构造运动背景上，初步探讨这次地震的演化过程。

本研究采用分布在南北地震带上的10个洞体应变台观测资料(图1),各台距震中的距离在表1中列出。

这些台站的观测仪器为应变伸缩仪，观测值为地表的相对伸缩量，伸长为正值，缩短为负值。

时间段为2013年，数据采样率为每分钟一个样
点。

首先进行数据预处理，包括个别缺值内插，以及去趋势性变化。

分别对每个台站的北南向和东西向进行多尺度小波分解，得到细节分量的第14层分量。

小波分解的目的是为了尽可能去除高频干扰和长周期潮汐变化对结果的影响。

以每个分量的细节分量的第14层结果作为输入数据计算，每天得到一个形变分量的范数。

范数是在赋范线性空间中定义，且满足一定条件(非负性、齐次性、三角不等式和
相容性)的函数。

常见范数有1-范数、2-范数和∞-范数。

本研究采用2-范数：
2-范数也叫Euclid范数，得到的是向量矩阵的最大奇异值。

洞体应变观测值为地
表的相对伸缩量。

从每天的观测值得到一个相对伸缩量的范数，在时序上表述了地表伸缩量的最大变化率，是对当地构造运动状态的一种描述。

每天相对伸缩量的范数时序表达如图2。

为了方便讨论，给出一条参考线，范数为10 000，对范数大于该值的变化进行重点讨论。

从图2可以看到，应变范数在背景变化的基础上在地震前各台都有所增大，其中
变幅较大的台站依次为昭通台、昆明台、永胜台和宕昌台。

有学者研究了川滇地区应变与地震的关系，认为应变持续加速变化超过相应阈值后可能有M5.8以上地震发生，这与本研究结果是相吻合的[5]。

本研究中，各台呈现出一个共同的特征,即
除昭通台以外，其他各台东西分量的范数变化远大于南北分量。

从异常变化出现的时间可见，最早出现异常的是昭通台，异常起始于2013-06初，之后依次为永胜台、昆明台和宕昌台，起始时间分别为6月中旬和7月初。

地震之后，最大变化
幅度出现的时间显示出从震中开始由北及南逐渐滞后的现象，而处在震中北方一侧的兰州台、合作台地震引起的幅度变化则极其微弱。

综合各台变化幅度及异常起始时间以及各台的地理分布，似乎显示出以昭通地区为中心向外辐射的基本态势。

如果沿南北地震带考察应变范数的变化特征可以看到，在地震之前大致呈现由南及北的异常变化过程，而地震之后则显示出由北及南的推进次序。

一些文献从不同时间尺度研究了南北地震带地震发生的时空关系，认为存在南北两端的跳跃现象[6-8]，
一定程度上揭示了南北两端地震的相互关系，这些观点与本文结果相一致。

文献[9]利用292个GPS站点多年的观测结果，结合本地区大地震的震源机制解、主干活动断裂分布及其他研究结果，将青藏高原东南缘划分为11个子块体，并给出除去整体运动后的运动特征图，见图3。

图3中，虚线表示子板块边界，粗箭头方向示意了除去整体运动后块体运动的方
向[2]。

另外，给出了每个台站形变范数时序图，如小框图所示，左图为北南向，
右图为东西向。

为了便于比较各台站的变化幅值，每个台站两个分量的幅值分别以昭通台相应分量的最大值为参考进行归一化，岷县-漳县地震的时序位置用小箭头
标出。

由图3可以看出，这一区域的运动特征大体可以概括为3种情形，第1种是藏东
子块体、香格里拉子块体、雅江子块体、滇中子块体、景谷子块体、保山子块体和西盟子块体的整体顺时针旋转运动；第2种是阿坝子块体的北东向推进；第3种
是南北地震带东侧自南向北的运动。

小庙台、昭通台、永胜台和昆明台在距震中760～1 100 km的范围，肃南台距离震中约650 km。

从图2可以看到，在地震
前存在两种现象：一是小庙台、昭通台、昆明台、永胜台形变范数远大于其他台站，甚至大于距震中最近的宕昌台，特别是北南向(可见本区域内最大的形变异常不是
在震中区)；二是异常出现的时序依次为小庙台、永胜台、昭通台、昆明台和宕昌台，是一个由南及北的过程。

结合文献[9]的结果推测，2013-07-22岷县-漳县
M6.6地震的发生与南北地震带东侧自南向北的运动过程密切相关，这一过程的动力源从本文掌握的资料看可能来自昭通-小庙这一区域，这一异常过程向北传递至
甘东南地区触发了本次地震。

另外可以看出，对于2013-04芦山M7.0地震，在
小庙台和同仁台有较明显的震前异常反映，其余多台未见明显变化。

由上述现象得到两点基本认识：1)这两次地震具有不同的动力来源；2)岷县-漳县地震之前存在
一个大体自南向北的动力学过程，最大幅度的形变并非地震发生的充要条件。

来自
文献[9]的GPS观测结果(图3)较好地解释了各个台形变范数变化幅度大小的顺次
关系及异常出现时间的时序关系。

换句话说，也支持了本研究的上述观点。

1)本研究通过小波分解和范数计算方法较好地获得了2013-07-22岷县-漳县
M6.6地震前的异常信息。

最早异常出现在震前50 d，最近台站的异常出现在震前20 d。

2)2013-07-22岷县-漳县M6.6地震的发生与南北地震带东侧自南向北的运动过
程密切相关，这一过程的动力源从本文掌握的资料看应该来自小庙-昭通这一区域；而震后的形变传递过程是一个反向过程。

3)洞体应变的范数计算对于形变异常的提取是一种简单而有效的处理方法
4)由于目前形变观测还未达到成场化观测，限于观测台站和资料及相应震例的数量，本研究未涉及对异常的判定指标及与地震位置和大小的定量关系的研究，这是今后进一步工作的一个方向。

以香港中文大学林珲教授为首的中欧“龙计划”冰冻圈遥感团队，首次使用雷达遥感技术测量青藏高原西部内流区、西昆仑山、喀喇昆仑山、兴都库什山、帕米尔高原2000～2014年冰川物质平衡。

研究表明，高亚洲西部存在自塔里木盆地西南
缘向喀喇昆仑的冰川物质平衡递减梯度，喀喇昆仑异常中心位于青藏高原与塔里木盆地交界的西昆仑山。

相关成果日前发表于《科学报告》杂志(柳建乔)。

【相关文献】
[1] 蒋锋云,张晓亮,张希,等.南北地震带近期地壳水平运动变化分析[J].地震研究, 2015,38(2) : 229-236(Jiang Fengyun,Zhang Xiaoliang,Zhang Xi,et al.Analysis on Recent Crustal Horizontal Movement Variationof South-North Seismic Belt[J].Journal of Seismological Research, 2015,38(2) : 229-236)
[2] 葛伟鹏.岷县漳县6.6级地震发震构造与地形地貌特征关系讨论[J].地震工程学报，
2013,35(4):840-847(Ge Weipeng.Discussion on the Relationship between Regional
Landform and Seismogenic Structure of the Minxian-Zhangxian MS6.6 Earthquake[J]. China Earthquake Engineering Journal,2013,35(4):840-847)
[3] 唐九安，沈旭章，高安泰.2013年甘肃岷县漳县6.6级地震前邻近区域水管倾斜和伸缩应变观测结果[J].大地测量与地球动力学，2014,34(6)：13-19(Tang Jiuan,Shen Xuzhang,Gao Antai. Analysis of Obsevation Data of Wate-Tube Tilte and Extensomete before 2013 Minxian-Zhangxian Eathquake[J].Journal of Geodesy and Geodynamics. 2014,34(6)：13-19)
[4] 王双绪，蒋锋云，李宁,等. 岷县漳县6.6级地震前区域地壳运动变形背景与断层形变异常特征[J].地震工程学报,2013,35(3):503-512(Wang Shuangxu,Jiang Fengyun,Li Ning,et al.Regional Crustal Movement Background and Cross-Fault Deformation Anomaly Characteristics Prior to the Minxian-Zhangxian MS6.6 Earthquake[J].China Earthquake Engineering Journal, 2013,35(3):503-512)
[5] 牛安福，张晶，高福旺,等，地壳持续加速变形与地震关系的研究[J]. 大地测量与地球动力学，2002,22(1)：29-33(Niu Anfu,Zhang Jing,Gao Fuwang，et al.Study on the Continuously Accelerated Deformation and the Relationship with Earthquakes[J].2002,22(1):29-33) [6] 程万正.南北地震带地震转移图像与趋势预测[J].地震,2005,25(1):1-7(Cheng Wanzheng.Earthquake Transferring Picyure and Trend Prediction on the Sourth-North Earthquake Belt in China[J].Earthquake, 2005,25(1):1-7)
[7] 李漳南. 我国“ 南北地震带” 大震的跳跃迁移及其统计预测[J].地震学报,1982,4(2):190-198(Li Zhangnan.Jumping Migration of Great Earthquke South-North Seismic Belt of China and the Their Statistical Prediction[J].Acta Seismologica Sinica,1982,4(2):190-198)
[8] 杨兴悦，杨立明，陈继峰,等. 南北地震带南北段地震迁移现象[J].地震地磁观测与研究，2012,33(5/6):7-12(Yang Xingyue,Yang Liming,Chen Jifeng, et al.Discussion on Earthquake Migration Phenomenon of Northern-Southern in Sourth-North Seimic
Belt[J].Seismological and Geomagnetical Observation and Reserach, 2012,33(5/6):7-12) [9] 程佳，徐锡伟，甘卫军,等，青藏高原东南缘地震活动与地壳运动所反映的块体特征及其动力来源[J].地球物理学报，2012,55(4):1 198-1 212(Cheng Jia,Xu Xiwei,Gan Weijun, et al.Block Model and Dynamic Implication from the Earthquake Actives and Crustal Motion in the Southeastern Margin of Tibetan Plateau[J.Chinese J Geophys, 2012,55(4):1 198-1 212)。