徐志輝 錢 庚 王建偉

（1、中國(guó)地震局地震研究所（地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），湖北 武漢430071 2、湖北省地震局，湖北 武漢430071 3、恩施地震臺(tái)，湖北 恩施445000）

1 概述

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，架設(shè)在各觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)字化形變前兆儀器會(huì)記錄到傾斜、應(yīng)變或應(yīng)力波動(dòng)的現(xiàn)象，我們把這種由地震波激發(fā)而產(chǎn)生的現(xiàn)象稱為震時(shí)形變波，用以區(qū)分地震波[1]。地震引起的同震形變波包括了地震破裂及傳播過程中的大部分信息，通過這些信息可以估算地震震源的一些參數(shù)[2]。

近年來，國(guó)內(nèi)許多同行對(duì)重力同震響應(yīng)特征做了很多工作，主要是從首波初至、地震頻帶響應(yīng)、地震面波、同震變形幅度、同震持續(xù)時(shí)間等方面進(jìn)行分析。

拉薩地震臺(tái)巫繼蘭[3]，北京地震臺(tái)周江林[4]，烏加河地震臺(tái)胡瑋[5]，漠河地震臺(tái)趙建通等[6]，分別研究了各自臺(tái)站記錄到的重力強(qiáng)震同震響應(yīng)特征，得出的結(jié)果大同小異。

恩施地震臺(tái)配備了高精度的gPhone 相對(duì)重力儀，同樣具備強(qiáng)震同震響應(yīng)特征分析。

2 恩施地震臺(tái)觀測(cè)條件

恩施地震臺(tái)位于湖北省恩施市五峰山，在地質(zhì)構(gòu)造上位于上揚(yáng)子臺(tái)褶帶的咸豐復(fù)背斜軸部，北北東向恩施斷陷盆地東緣，西距第四紀(jì)活動(dòng)的北北東向恩施斷裂帶約10km。臺(tái)站占地面積14000 平方米，臺(tái)基為二疊紀(jì)石灰?guī)r，巖層完整、堅(jiān)硬，觀測(cè)環(huán)境良好，是中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（簡(jiǎn)稱“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”）基準(zhǔn)站之一。

2009 年5 月，重力觀測(cè)山洞開始修建，同年8 月，山洞建成，安裝儀器并且開始運(yùn)行。恩施臺(tái)重力觀測(cè)儀器為Micro-g 和LaCoste 公司研發(fā)的gPhone 相對(duì)重力儀，該儀器采樣率為1 秒，精度可達(dá)5.0×10-8m·s-2，系統(tǒng)分辨率為0.1×10-8m·s-2，可控量程為7000mGal，儀器每月零漂小于1×10-5m·s-2，可以保證儀器在觀測(cè)過程中依然處于量程范圍內(nèi)。自儀器開始運(yùn)行以來，儀器的運(yùn)行率和連續(xù)率均保持較高水平，有利于地殼形變的研究。

3 同震響應(yīng)特征分析

本文根據(jù)發(fā)震時(shí)的重力數(shù)據(jù)震蕩曲線，選取了2020-2021年來國(guó)內(nèi)外發(fā)生的5 次6.0 級(jí)以上地震，研究恩施地震臺(tái)gPhone 重力儀對(duì)于不同震中距和震級(jí)的地震的同震響應(yīng)特征，5 次地震的基本參數(shù)具體如表1 所示。

3.1 國(guó)內(nèi)近震

北京時(shí)間2021 年03 月19 日14 時(shí)11 分26 秒，西藏那曲市比如縣發(fā)生6.1 級(jí)地震，震中距距離恩施地震臺(tái)1604.15 公里，地震發(fā)生后160 秒后，恩施地震臺(tái)gPhone 重力儀開始出現(xiàn)震動(dòng)，震動(dòng)形態(tài)為震蕩衰減，并未出現(xiàn)臺(tái)階等形態(tài)，整個(gè)震動(dòng)持續(xù)時(shí)間為41 分鐘，其中最大波值達(dá)到29454.4×10-8m·s-2，最小波值為14250.5×10-8m·s-2，最大幅度達(dá)到15203.9×10-8m·s-2，重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖1。

圖1 2021 年03 月19 日恩施地震臺(tái)重力儀觀測(cè)曲線

3.2 國(guó)外遠(yuǎn)震

北京時(shí)間2021 年02 月13 日22 時(shí)07 分50 秒，日本本州東岸近海發(fā)生7.1級(jí)地震，震中距距離恩施地震臺(tái)3073.66公里，地震發(fā)生后663 秒后，恩施地震臺(tái)gPhone 重力儀開始出現(xiàn)震動(dòng)，震動(dòng)形態(tài)為震蕩衰減，并未出現(xiàn)臺(tái)階等形態(tài)，整個(gè)震動(dòng)持續(xù)時(shí)間為61 分鐘，其中最大波值達(dá)到28454.7×10-8m·s-2，最小波值為14805.5×10-8m·s-2，最 大 幅 度 達(dá) 到13649.2×10-8m·s-2，重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖2。

圖2 2021 年02 月13 日恩施地震臺(tái)重力儀觀測(cè)曲線

北京時(shí)間2020 年03 月25 日10 時(shí)49 分19 秒，千島群島發(fā)生7.5 級(jí)地震，震中距距離恩施地震臺(tái)4527.35 公里，地震發(fā)生后977 秒后，恩施地震臺(tái)gPhone 重力儀開始出現(xiàn)震動(dòng)，震動(dòng)形態(tài)為震蕩衰減，并未出現(xiàn)臺(tái)階等形態(tài)，整個(gè)震動(dòng)持續(xù)時(shí)間為263 分鐘，其中最大波值達(dá)到22268.4×10-8m·s-2，最小波值為3784.4 ×10-8m·s-2， 最 大 幅 度 達(dá) 到18484.0×10-8m·s-2，重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖3。

圖3 2020 年03 月25 日恩施地震臺(tái)重力儀觀測(cè)曲線

北京時(shí)間2021 年03 月05 日03 時(shí)28 分32 秒，新西蘭克馬德克群島發(fā)生7.8 級(jí)地震，震中距距離恩施地震臺(tái)10226.57 公里，地震發(fā)生后2207 秒后，恩施地震臺(tái)gPhone 重力儀開始出現(xiàn)震動(dòng)，震動(dòng)形態(tài)為震蕩衰減，并未出現(xiàn)臺(tái)階等形態(tài)，整個(gè)震動(dòng)持續(xù)時(shí)間為215 分鐘，其中最大波值達(dá)到25616.9×10-8m·s-2，最小波值為16914.9×10-8m·s-2，最大幅度達(dá)到8702.0×10-8m·s-2，重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖4。

圖4 2021 年03 月05 日恩施地震臺(tái)重力儀觀測(cè)曲線

北京時(shí)間2020 年01 月29 日03 時(shí)10 分22 秒，古巴南部海域發(fā)生7.7 級(jí)地震，震中距距離恩施地震臺(tái)14413.40 公里，地震發(fā)生后3111 秒后，恩施地震臺(tái)gPhone 重力儀開始出現(xiàn)震動(dòng)，震動(dòng)形態(tài)為震蕩衰減，并未出現(xiàn)臺(tái)階等形態(tài)，整個(gè)震動(dòng)持續(xù)時(shí)間為135 分鐘，其中最大波值達(dá)到14746.0×10-8m·s-2，最小波值為9675.9×10-8m·s-2，最大幅度達(dá)到5070.1×10-8m·s-2，重力觀測(cè)數(shù)據(jù)曲線如圖5。

圖5 2020 年01 月29 日恩施地震臺(tái)重力儀觀測(cè)曲線

4 結(jié)果與討論

本文中5 次地震的同震響應(yīng)參數(shù)如表2。

表2 恩施地震臺(tái)gPhone 重力儀對(duì)5 次地震的同震響應(yīng)參數(shù)

從表中我們可以得出以下結(jié)論：

4.1 恩施臺(tái)重力儀完整的記錄了這5 次地震，并且每個(gè)地震的同震響應(yīng)幅度都非常明顯，說明該重力儀對(duì)強(qiáng)地震有很高的響應(yīng)靈敏度。

4.2 5 次地震反映出隨著震中距的增加，重力儀的震動(dòng)到時(shí)也隨之增加，說明同震響應(yīng)中，震動(dòng)到時(shí)和震中距成正相關(guān)關(guān)系，震中距越大，震動(dòng)到時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)。

4.3 從1、2、4 和5 號(hào)地震可以看出，同震響應(yīng)的最大振幅，和震中距有著一定的關(guān)系，隨著震中距的增大，最大振幅呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，同時(shí)最大振幅和震級(jí)也有著一定的關(guān)系，相同震中距的地震，震級(jí)越大，最大振幅也越大，相同震級(jí)的地震，震中距越大，最大振幅越小。

4.4 1、2 和3 號(hào)地震可以看出，震中距越大，震蕩持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，3、4 和5 號(hào)地震可以看出，當(dāng)震級(jí)相近時(shí)，震中距越遠(yuǎn)，震蕩時(shí)間越短。

4.5 3、4 和5 號(hào)地震，震蕩持續(xù)時(shí)間非常長(zhǎng)，超過地震本身震動(dòng)持續(xù)時(shí)間，猜測(cè)可能是因?yàn)檫@三個(gè)地震都屬于遠(yuǎn)海地震，發(fā)生在海中，地震波引起海水的來回震動(dòng)，對(duì)陸地進(jìn)行來回的沖擊，導(dǎo)致震蕩持續(xù)時(shí)間明顯增加。

4.6 本文的研究還有許多不足之處，由于研究的震例較少，再加上地震發(fā)生時(shí)地下結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并未得出具有普遍性的結(jié)果，這方面需要加強(qiáng)學(xué)習(xí)研究。