丁雨 尹传兵

摘  要：利用安徽地区定点形变观测仪器记录到的日本9.0级地震同震响应的数据资料，分析同震形变波的初始方向、触发时间、最大振幅、衰减过程等震相特征，检验观测仪器的可靠性和灵敏性，得到日本9.0级巨震对安徽区域形变场的影响。

关键词：形变观测;同震响应;日本3·11地震

中图分类号：P315.73       文献标志码：A       文章编号：2095-2945（2019）28-0053-03

Abstract： Based on the data of coseismic response of M9.0 earthquake in Japan recorded by fixed-point deformation observation instrument in Anhui area， the characteristics of seismic phase such as initial direction， trigger time， maximum amplitude and attenuation process of coseismic deformation wave are analyzed. The reliability and sensitivity of the observation instruments are tested， and the influence of the M9.0 earthquake in Japan on the regional deformation field in Anhui is obtained.

Keywords： deformation observation; coseismic response; 3/11 earthquake in Japan

引言

同震响应的研究是揭示地壳介质对应力-应变过程响应最直接、最有效和最重要的技术手段之一[1]，而地形变倾斜、应变观测方法是同震响应变化最直接的观测手段和研究方法。2011年3月11日13时46分在日本本州东海岸附件海域发生9.0级巨大地震，是1990年以来全球发生的第四大地震，震源距离安徽定点形变观测网2200-2500公里，大地震为检验定点形变观测对地壳动力作用响应及仪器对比分析提供难得的机遇。本文基于安徽地区定点形变观测数据资料，收集和整理了日本大地震同震响应信息并开展特征分析。

1 台站基本情况

安徽省前兆监测台网经过“十五”数字化改造，淮北、泾县、泗县等相继安装洞体倾斜、应变观测仪器，改造建成多个形变观测综合台，同时在郯庐断裂带安徽沿线布设安装合肥、嘉山、滁州、六安等钻孔应变观测点，初步形成钻孔应变监测网。通过新建改造形变观测点，安徽地区形变监测台网得到初步优化。

2 日本地震同震效应及特征分析

日本3·11巨大地震发生后，安徽地区形变观测数据均发生触发，不同程度的记录到日本地震形变波（见表1），文中从响应初始、形变波最大振幅、衰减特征和形态特征等方面整理分析，得到日本地震形变波的主要同震变化特征（见图1）。

（1）同震响应初始特征

从同震形变波初始触发到时的统计结果表现（见表1），多数形变仪器在震后5分钟记录到震时形变波，其中石英水平摆倾斜仪震后7分钟，泗县台水管倾斜仪EW、NE分量和金寨台金属垂直摆倾斜仪EW分量震后4分钟;也出现台站测项较其他仪器同震形变波触发时间相差较大的个例现象，滁州钻孔应变仪震后2分钟、嘉山钻孔应变仪震后0分钟和黄山钻孔应变仪震后9分钟记录到同震形变波。各类仪器记录曲线上的触发特征显示，同类仪器震时触发初始方向基本一致，水管倾斜仪各分量的初始方向“+”，伸缩应变仪、石英水平摆倾斜仪、金属垂直摆倾斜仪和钻孔应变仪各分量初始方向“-”，其中泗县台伸缩应变仪EW、NE分量初始方向“+”除外。

同震形变波是地震波不断向外传播时发生的“共振”现象，安徽地区形变仪器均清晰记录到日本9.0级地震波。各套仪器的同震形变波触发时间与同观测点地震计记录到地震波初始到达时间基本一致;石英水平摆倾斜仪、金属垂直摆倾斜仪NS、EW分量的同震形变波与同观测点地震计水平分量的初动方向基本一致，水管倾斜仪两分量与同观测点地震计垂直分量的初动方向基本一致，水管倾斜仪同震波的初始方向呈现NE向倾斜，伸缩应变仪、钻孔应变仪同震波的初始方向呈现观测点受地震波的挤压变化，泗县台伸缩仪EW、NE分量较大NS分量同震形变波触发时间提前了1分钟，在泗县台形变及测震仪器中最早记录到日本地震波，三套钻孔应变仪同震形变响应波初始到时彼此相差较大，可能是系统时间偏差导致。

（2）同震形变波最大振幅

在安徽地区形变仪器记录到日本地震震时形变波的最大振幅中，同仪器数据曲线对比（见表1），伸缩应变仪、石英水平摆倾斜仪EW分量较NS分量振动幅度高出近1倍;不同仪器对比，水管倾斜仪比水平摆倾斜仪最大幅度小且EW分量較为明显，水平摆倾斜仪与垂直摆倾斜仪同分量形变波最大振幅值相差3倍，钻孔应变仪相比伸缩应变仪放大10陪。观测点仪器EW分量记录到地震波能量大于NS分量，符合震中位于安徽地区东侧偏北方位的震源特征，水平摆倾斜仪与水管倾斜仪、垂直摆倾斜仪更为擅长记录远震响应信息。

（3）同震形变波随时间衰减特征（余震）

从形变仪器记录到日本3·11同震形变波的波动形态上，可分为宽幅振动和窄幅振荡两个阶段，宽幅振动波具有振动幅度大、频率高等特点，窄幅振荡波则有持续时间较长、振荡幅度小、频率较低等特点。同震形变波中，宽幅振动波切换至窄幅振荡波，幅度、周期出现明显变化时作为振动结点，窄幅振荡波出现波动平静断面时作为振荡结点（见图1）。安徽地区形变仪器记录到日本地震同震形变波显示（见表1），多数观测仪器的宽幅振动阶段时间0.5小时内，宽幅振动出现周期振荡后进入窄幅振荡、呈现歪三角状，2类应变仪宽幅衰减过程比较完整;2类摆式倾斜宽幅振动1.5小时左右，其中最大振幅无或不突出，呈现长条形;水管倾斜仪两分量宽幅振动在半小时始衰减，窄幅振荡持续46至59小时后出现相对平静振荡。从仪器同震响应形变波衰减时间看，水管倾斜仪、水平摆倾斜仪和垂直摆倾斜仪震时形变波在46-58小时，伸缩应变仪震时形变波在22-31小时，钻孔应变仪在16-29小时。

（4）同震形变波形态特征

日本9.0级地震时，安徽形变仪器记录到不同形态的同震形变波（见表1），摆式倾斜仪、伸缩应变仪及钻孔应变仪记录过程中不同程度都出现突然的阶跃变化，水平摆仪和垂直摆仪有5个测向呈下阶跃、1个测向呈上阶跃;钻孔应变仪均呈下阶跃，伸缩应变仪观测有1个对称变化、1个上阶跃、5个下阶跃。泗县、金寨台摆式倾斜两分量波形的阶跃变化表明日本地震时观测点受到地震波影响呈现西南倾斜变化，淮北等台伸缩应变和嘉山等台钻孔应变表明震时地震波携带能量对观测点产生挤压。

3 结论

（1）安徽地区形变仪器与观测点地震计记录到日本地震波的触发时间基本一致，且同震形变波的初始方向与观测点地震计记录到日本地震波的初动方向一致，表明形变仪器能够较为清晰记录到特大地震震时携带较大能量的地震初始波，特大地震震时形变波一定程度克服了仪器采样率较低的不足，为分析震源参数提供了较为可靠的观测资料。

（2）通过安徽地区形变仪器记录到地震波的初始特

征，摆倾斜仪、应变仪和同观测点地震计水平分量的初始方向一致，可获得日本地震震源信息。同震形变波的初始方向、形态特征反映震时安徽区域形变观测点受地震波的挤压变化。泗县台伸缩仪EW、NE分量较观测点形变及测震仪器提前1分钟记录到地震波。观测数据采样率为分钟值，会出现跨分钟时间误差。日本地震位于观测点的东北方位，同震形变波的最大振幅反映伸缩仪记录到地震波的EW、NE分量较NS分量携带能量更大，会更早触发记录。水管倾斜仪、摆式倾斜仪同为倾斜观测，摆式仪器的宽幅振动持续时间较长，说明摆式仪器更擅长记录高频信息。

（3）现有定点形变观测仪多为采样率为1次/min，相对地震计数据采样率较低，使得同震形变波的响应幅度、持续时间等变化特征难以真实反映地震震源信息，提高形变观测仪器同震响应资料的准确度，需适度提高观测记录分辨率，提升观测影响因素认知和掌握程度。

参考文献：

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