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探究M4.9地震震前重力场变化特征
摘要：处理分析2016～2019年湖北及邻区流动重力测网资料,获得2016-09～2019-09的14幅长期和近期重力场变化图像,结合2019-12-26湖北应城M4.9地震,分析震前重力场变化特征,结果表明:1)对应城M4.9地震起控制作用的断裂为襄樊(襄阳)-广济(武穴)断裂,是正负重力变化转换带;2)应城M4.9地震重力异常变化有一个上升-下降的过程,在下降过程中发震;3)应城M4.9地震与秭归M4.5和M4.1地震一样,震前重力场异常变化持续时间较长,可能与两湖地区活动断裂活动性弱、相对运动量小、应力难以集中有关。
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2019-12-2618:36湖北省孝感市应城市杨岭镇(30.87°N,113.40°E)发生M4.9地震,震源深度10km。震中距应城市1km、距京山县31km、距孝感市50km、距武汉市97km,武汉、孝感、随州等湖北省大部分地区均有震感。
1、湖北省及邻区流动重力测量
早期湖北省及邻区定期复测的流动重力网只有三峡流动重力测网,始建于1982年,是一个区域网,为大型水利工程的安全运行提供科学支撑。1998年中国地壳运动观测网络(后升级为中国大陆构造环境监测网络)开始运行,但在湖北省内测点跨距大,对7级以下地震分辨能力不足[1]。2004年中国地震局设立了中国数字地震观测网络流动形变监测系统,其中的地震重力基本网在湖北埋设了一些新的测量点,并整合了地壳运动观测网络测量点、国家2000重力基本网点、区域地震重力网点及其他测点,但仅于2006～2007年观测了1期。2008年汶川地震后,地震系统加强了流动重力观测,对全国地震重点危险区进行每年2期的重力测量,并对南北地震带和大华北地区主要活动构造带上的地震动态重力区域网进行调整、优化和改造[2,3],湖北省亦于2009-10开始进行鄂东和鄂北及邻区流动重力测量。2014年中国地震局以地震基本网为基础建立常态化地球物理场重力观测网,与大华北重力网一起,组成湖北省及邻区完整的重力网,开始了每年2期的定期复测。2017年中国地震局将常态化运行的地球物理场和大华北流动重力网统一为地球物理场重力网,2018年又对测网进行了优化加密,中部增加京山、当阳和峡口等测点,西部增加竹山、郧西、柳林和公祖等测点,至今已累积观测了12期流动重力数据。
2、震区地震地质概况
两湖地区的活动断裂属于滨太平洋活动断裂体系[4],本次应城4.9级地震位于襄樊(襄阳)-广济(武穴)断裂带附近,是区域性深大断裂带,为秦岭褶皱系和扬子地台的分界线,与龙门山断裂同属扬子板块西部和北部边缘。襄樊-广济断裂带西起襄樊庙滩西,经襄樊南、随州三里岗、孝感、武汉、黄冈,止于广济镇(现武穴市),总体走向NWW。其东段与其他断裂的交汇处是地震的频发地段,自公元前143年以来,沿该断裂带曾发生9次破坏性地震,最大为1634年罗田M5.5地震;近代地震为2006年随州M4.7地震,发震断裂为襄樊-广济断裂带的分支断层[5,6]。
3、数据处理
2016-08以来湖北省流动重力网共进行了7期观测,前4期采用CG-5型相对重力仪,后3期采用CG-6型相对重力仪。北部相邻的河南重力网则由中国地震局地球物理勘探中心采用LCR-G型重力仪进行观测。
观测资料处理采用地球物理场整网平差方式进行,取109.5°～116.5°E、29.5°～34°N范围内的重力场变化进行分析,每期资料均采用绝对重力控制下的相对重力联测的弱基准平差。绝对重力观测结果以5μGal精度定权;相对重力联测资料的权则按仪器不同,在计算过程中迭代计算确定。仪器相关参数作为未知数,在相应期的绝对重力测量的控制下整体解算[7]。湖北及邻区用到的绝对点有中国地震局地震研究所、九峰、湖口、襄樊、恩施和万州6个点,用到的相对联测点有180个左右。对7期资料平差结果进行相应差分,获得14幅重力变化图(图1～3)。
图12016年以来湖北及邻区的重力变化
图22017年以来湖北及邻区的重力变化
4、重力变化与地震
4.1较长时间内的重力场演化过程
图32018年以来湖北及邻区重力变化
图1(红色实线表示重力正值变化,蓝色虚线表示重力负值变化,黑线为0等值线,等值线间隔为15μGal,白色线条为断裂,图2和3同)为2016年以来湖北及邻区的重力场变化,由图可知,2016-09～2017-04期开始,始终存在一个以襄樊-广济断裂带为界的正负重力变化转换带,断裂带东北部为重力正值变化,西南部为负值变化。2016-09～2017-04期襄樊以东出现40μGal以上的正值变化,2016-09～2017-09期转换带附近异常范围有所扩大,再往后(2016-09～2018-04期、2016-09～2018-09期、2016-09～2019-04期、2016-09～2019-09期)转换带附近异常范围和量级逐渐减小,应城地震就发生在该转换带的东南部。在测区东北部2016-09～2018-04和2016-09～2018-09两期重力正值变化向东北方向逐渐增强,范围也逐渐向东北方向扩展,至2016-09～2019-04和2016-09～2019-09两期范围和强度又逐渐减弱,应该是物质向东北方向有所迁移。这是一个典型的重力场上升-下降,并在下降过程中发生地震的地壳运动过程[8]。从长期变化来看,襄樊-广济断裂带对重力场变化的控制作用是非常明显的。
图2为2017年以来湖北及邻区的重力场变化,可以看出其整体变化比较平缓,主要特征是西北至东南有一个稳定的重力负值变化带,尽管该带状区域时大时小:在2017-04～2017-09和2017-04～2018-04期间范围减小;在2017-04～2018-04和2017-04～2018-09期间范围增大;在2017-04～2018-09和2017-04～2019-04期间范围减小;在2017-04～2019-04和2017-04～2019-09期间范围又增大,但该带状区域的走向与断裂带一致,且位于断裂带西南缘,显示了襄樊-广济断裂带对物质运动的控制作用。应城地震展示出与2001年昆仑山口西8.1级地震及2008年汶川8.0级地震相似的特征[9],尽管震级与后两者相差较大。在襄樊-广济断裂带东北部,重力正值变化强度经历了一个先增大后减少的过程,2017-04～2017-09、2017-04～2018-04和2017-04～2018-09三期增强,2017-04～2019-04和2017-04～2019-09两期逐渐减弱,验证了震前重力是先上升、后下降,且在下降过程中发生地震。
在各期的西南角,鄂西恩施地区重力正值变化持续增强,需要关注。
4.2较短时间内的重力演化过程
图3为2018-09以来的重力变化,为1a短期重力变化,整体变化比较平缓,除2019-04～2019-09和2018-09～2019-09期间东北小区域重力降超过15μGal外,其他时段基本在15μGal范围内变化。2018-09～2019-04期表现为重力小幅上升,变化很小,除北部和东部小部分区域为重力下降外,大部分为重力上升;2019-04～2019-09期重力场转折略降,只在恩施附近有一个小区域的重力正值变化;年变化(2018-09～2019-09期)整体表现为重力下降,西南部、东南角及麻城东部、北部、西北部3个极小区域为重力上升区,襄樊-广济断裂带附近重力是下降的,进一步说明地震是在重力下降过程中发生。
应城地震从2016-09以来有重力异常积累,到2019-12发生地震,时间跨度超过3a,加上未分析的2016-09以前的重力变化过程,孕震时间可能超过3a甚至更长,比孕育时间超过2a的2018-10秭归M4.5和M4.1地震[10]时间跨度要长1a多,震级也要高。这些地震的孕震时间都超过2a,比一般认为的5级以下地震的孕震时间要长,可能与湖北所处的扬子地块有关,两湖地区活动断裂多以盖层断裂为主,切割深度浅,活动性弱,趋于僵化,相对运动量小,应力常难以集中[11],能量多以温泉的形式释放,因此强震发生频度低[5]。
5、结语
1)对湖北应城4.9级地震起控制作用的断裂为襄樊-广济断裂带,是正负重力变化转换带。
2)应城地震重力异常变化有一个上升-下降的过程,并在下降过程中发生地震。
3)应城地震与秭归M4.5和M4.1地震一样,孕震时间较长,应该与两湖地区断裂活动性弱、相对运动量小、应力常难以集中有关。
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基金:中国地震局地震研究所基本科研业务费和中国地震局地壳应力研究所基本科研业务费专项(IS201716157);中国地震局地震科技星火计划(XH20039).
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2020-10-24我要评论
期刊名称：地震地质
期刊人气：1462
主管单位：中国地震局
主办单位：中国地震局地质研究所,中国地震局地质研究所
出版地方：北京
专业分类：地质
国际刊号：0253-4967
国内刊号：11-2192/P
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创刊时间：1979年
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2020-06-10
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