遼寧普蘭店M4.6地震定點形變資料同震、震后變化分析

孔祥瑞，王喜龍，張志宏，錢 蕊，翟麗娜

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

遼寧省是我國東部地區地震相對頻發、且中強地震較多的省份之一，其人口相對密集。地震不僅會對人民群眾生命財產造成損失，而且帶來的次生災害也會對經濟建設產生極大的影響。地形變觀測作為地球物理場監測的重要手段之一，可以通過監測地殼運動及形變來認識地震孕育和發生的過程，從而達到對地震分析預報的目的[1-2]。

目前，對地形變觀測資料的分析研究主要從以下三個方面展開：一是對地形變資料的觀測質量進行分析研究；二是對地形變觀測資料中存在的異常及其特征進行研究，主要包括震前異常及干擾異常的識別判斷；三是對地形變觀測數據所記錄到的同震信息、觀測儀器映震能力等方面進行研究，主要包括形變觀測儀器的同震響應特征，同震響應臺站分布特征以及不同形變資料的映震能力分析[3-8]。而對同震響應的研究，是解釋地殼介質受應力—應變過程響應的最有效、最直接和最重要的手段之一，地傾斜、地應力觀測則是對同震響應的研究最直接的觀測手段和研究方法[9-10]。

據中國地震臺網正式測定，2023 年8 月23日18 時19 分47 秒，遼寧省大連市普蘭店區發生了M4.6地震，震源深度為8 km。這次地震作為近年來在遼寧地區地震平靜背景下發生的一次較大的地震，引起了廣泛的關注。此次地震距離遼寧地區形變臺站較近，大部分形變觀測記錄到了同震響應。本文針對此次遼寧普蘭店M4.6 地震，對遼寧地區定點形變資料進行梳理，對比分析不同觀測儀器的映震能力以及同震儀器的空間展布特征，獲取遼寧地區形變觀測同震響應的特征和規律。

1 臺站分布及儀器概況

遼寧地區現有17 個地球物理場定點形變觀測站點，包括34套觀測儀器、72項測項。此次地震100 km 范圍內僅有金州臺1 個定點形變觀測站，包含體應變觀測1 套。100～200 km 范圍內有營口地震臺的水管傾斜儀、銦瓦棒伸縮儀、水平擺傾斜儀，海城地震觀測站的豎直擺鉆孔傾斜儀；200～300 km 范圍內有遼陽下達河的體應變，丹東地震臺的水管傾斜儀、銦瓦棒伸縮儀，錦州地震臺的體應變、豎直擺鉆孔傾斜儀，遼陽石洞溝地震臺的水管傾斜儀、銦瓦棒伸縮儀，本溪地震臺的寬頻帶傾斜儀、分量式鉆孔應變儀，朝陽地震臺的水管傾斜儀、銦瓦棒伸縮儀、寬頻帶傾斜儀，沈陽地震臺的數字石英水平擺傾斜儀，阜新地震臺的體積式鉆孔應變儀；300 km 范圍外有撫順地震臺的水管傾斜儀、銦瓦棒伸縮儀，撫順北大嶺的水管傾斜儀、銦瓦棒伸縮儀、數字石英水平擺傾斜儀，撫順木奇形變站的寬頻帶傾斜儀，鐵嶺龍首山形變觀測站的水管傾斜儀、銦瓦棒伸縮儀、寬頻帶傾斜儀，撫順南山城的水管傾斜儀、銦瓦棒伸縮儀、寬頻帶傾斜儀，昌圖三道監測站的豎直擺鉆孔傾斜儀（圖1，表1）。

圖1 形變地震臺站分布圖Fig.1 Distribution of deformation seismic stations

表1 震中臺站分布情況

2 形變儀器同震特征分析

本研究對遼寧地區定點形變觀測資料進行了梳理。由于篇幅限制，我們首先根據形變觀測手段儀器的工作特征，將觀測儀器分為四類進行匯總和分析，分別為水平擺傾斜儀和水管傾斜儀、體積式鉆孔應變儀和分量式鉆孔應變儀、鉆孔傾斜儀、寬頻帶傾斜儀。然后，我們分析了各觀測儀器記錄到的同震數據形態、震后曲線形態、相對震中的空間分布以及記錄同震儀器測項的占比情況，從四個方面進行了統計和歸納，進而對遼寧地區定點形變觀測儀器的同震特征進行綜合分析。

2.1 水平擺傾斜儀、水管傾斜儀同震變化情況

從遼寧地區定點形變觀測水平擺傾斜儀、水管傾斜儀資料同震變化情況來看，出現同震測項數量較少，較為明顯的臺站有營口臺、朝陽臺、撫順北大嶺，部分形變儀器由于背景噪聲相對較大，且本次地震對傾斜儀器的影響較小，導致部分儀器測項無法識別同震波動（圖2）。

圖2 水管傾斜儀、水平擺傾斜儀同震變化曲線Fig.2 Co-seismic variation curve of water pipe inclinometer and horizontal pendulum inclinometer

上圖記錄的同震變化顯示，傾斜類觀測EW 測項相對更容易記錄到此次地震的同震變化，共計3 個測項響應較為明顯，NS 測項僅營口臺存在響應?？傮w來說，此次地震產生的地震波對上述儀器的影響相對較小。從形態來看，這些同震變化均表現為高頻波動。按照震中距的分布來看，營口臺距離此次地震144 km，朝陽臺距離為279 km，撫順北大嶺臺距離為311 km。距離相對較遠的臺站水管傾斜、水平擺傾斜僅EW 測項記錄到了同震變化，分析認為本次地震所產生的地震波動優勢方向為EW向。

從震后曲線形態來看，記錄到此次地震同震變化的臺站在地震后數據曲線并未出現異常變化，維持其原有的曲線形態。從測項占比來看，遼寧地區共計有11 套水平擺傾斜儀和水管傾斜儀，共計26 個測項。此次地震共計有3 套儀器、4 個測項出現相對明顯的同震響應，儀器占比為3/11，測項占比為4/26，這表明水平擺傾斜儀和水管傾斜儀在此次地震中的響應比例較低。

2.2 體積式鉆孔體應變、分量式鉆孔應變儀同震變化情況

從遼寧地區定點形變觀測體積式鉆孔體應變、分量式鉆孔應變儀資料的同震變化情況來看，出現同震測項數量較少的原因是遼寧地區兩類儀器數量相對較少。比較明顯的臺站有遼陽下達河觀測臺和阜新臺的兩套體應變觀測儀器。而遼寧地區僅本溪臺有一套分量式鉆孔應變儀，并未記錄到明顯的同震變化。此外，部分儀器如金州體應變，由于背景噪聲相對較大，也是導致部分測項無法識別同震波動的原因（圖3）。

圖3 體應變同震變化曲線Fig.3 Body strain co-seismic variation curve

從上圖可以看出，體應變觀測記錄到的同震變化并不明顯，表現為高值波動，對數據曲線整體形態影響不大。其中，遼陽下達河臺站距離此次震中約為197 km，阜新臺距離此次震中為296 km，空間上較為分散。從震后曲線形態來看，記錄到此次地震同震變化的臺站在地震后數據曲線并未出現異常變化，維持其原有的曲線形態。

從測項占比來看，遼寧地區共計有體應變、鉆孔應變儀器5套，此次地震共計2套儀器出現相對明顯的同震響應，儀器占比為2/5，均為體應變觀測儀器。這表明體應變觀測儀器能夠較好地記錄到同震信息。其他臺站的體應變儀器由于自身背景噪聲較大，結合現有的同震形變信息，其同震變化幅度較小是導致無法明確判斷是否存在同震的原因。

2.3 鉆孔傾斜儀同震變化情況

從遼寧地區定點形變豎直擺鉆孔傾斜儀數據資料變化情況來看，遼寧地區豎直擺鉆孔傾斜儀共計3 套，分別位于海城市地震觀測站、錦州地震臺以及昌圖三道監測站。上述三臺站三套儀器6個測項均出現同震變化，圖4為海城監測站、昌圖三道監測站鉆孔傾斜儀同震變化曲線（圖4）。

圖4 豎直擺鉆孔傾斜儀同震變化曲線Fig.4 Co-seismic variation curve of vertical pendulum drill hole inclinometer

從上圖可以看出，豎直擺鉆孔傾斜儀記錄到的同震變化主要以單點突跳和同震階躍為主，且地震波達到時受其影響較大。從曲線總體形態來看，記錄到此次地震同震變化的臺站在地震后數據曲線并未出現異常變化，維持其原有的曲線形態。從測項占比來看，遼寧地區共計有豎直擺鉆孔傾斜儀3套、6個測項，此次地震該儀器均記錄到同震信息，儀器占比為3/3，測項占比為6/6，這表明豎直擺鉆孔傾斜儀能夠較好地記錄到同震信息，其映震效果明顯。

2.4 寬頻帶傾斜儀同震變化情況

從遼寧地區定點形變寬頻帶傾斜儀垂直擺傾斜觀測數據資料變化情況來看，遼寧地區豎直擺鉆孔傾斜儀共計5 套，分別位于本溪地震臺、朝陽地震臺、撫順木奇形變站、鐵嶺龍首山形變觀測站以及撫順南山城觀測站，共計10個測項。在此次地震中，上述臺站的5 套儀器、10 個測項均出現同震變化。由于遼寧地區寬頻帶傾斜儀目前穩定性一般，因此選取相對穩定的朝陽地震臺和鐵嶺龍首山形變觀測站的垂直擺傾斜觀測數據為例進行分析（圖5）。

從圖5 可以看出，垂直擺傾斜觀測數據記錄到的同震變化主要以單點突跳和同震階躍為主，且地震波到達時受其影響較大，部分測項存在階躍。從曲線總體形態來看，記錄到此次地震同震變化的臺站在地震后數據曲線并未出現異常變化，維持其原有的曲線形態。從測項占比來看，遼寧地區共計有寬頻帶傾斜儀5 套、10 個測項，此次地震該儀器均記錄到同震信息，儀器占比為5/5，測項占比為10/10，這表明垂直擺傾斜儀能夠較好地記錄到同震信息，其映震效果明顯。

圖5 豎直擺鉆孔傾斜儀同震變化曲線Fig.5 Co-seismic variation curve of vertical pendulum drill hole inclinometer

3 綜合分析及影響機理研究

3.1 同震現象分析

在此次地震中，記錄到此次地震同震變化的水平擺傾斜儀、水管傾斜儀有營口臺、朝陽臺、撫順北大嶺。從震后曲線形態來看，記錄到此次地震同震變化的臺站在地震后數據曲線并未出現異常變化。從測項占比來看，水平擺、水管傾斜在此次地震中的響應比例較低。

體積式鉆孔體應變、分量式鉆孔應變儀在此次地震中出現同震測項數量較少。體應變觀測所記錄到的同震變化并不明顯，表現為高值波動，對數據曲線整體形態影響不大。從震后曲線形態來看，記錄到此次地震同震變化的臺站在地震后數據曲線并未出現異常變化。從測項占比來看，體應變觀測儀器能較好地記錄到同震信息。

鉆孔傾斜儀在此次地震中均記錄到同震信息。從震后曲線形態來看，記錄到此次地震同震變化的臺站在地震后數據曲線并未出現異常變化。從測項占比來看，豎直擺鉆孔傾斜儀能有較好的記錄到同震信息，映震效果明顯。

遼寧地區寬頻帶傾斜儀共計5 套、10 個測項，此次地震該儀器均記錄到同震變化；從曲線總體形態來看，記錄到此次地震同震變化的臺站在地震后數據曲線并未出現異常變化；從測項占比來看，寬頻帶傾斜在此次地震中的響應比例較高。

3.2 同震機理分析

此次地震發生后，利用遼寧臺網波形數據，選取了震中周邊350 km范圍內的43個臺站，利用P 波初動的方法計算了本次M4.6 地震的震源機制解，結合遼寧地區區域應力場和構造情況，認為此次地震為右旋走滑型地震，發震構造為北東向的皮口斷裂。結合地震發生后記錄到同震的臺站震中距分析可知，距離相對較遠的臺站水管傾斜、水平擺傾斜僅EW 測項記錄到了同震變化，表明此次地震距離較遠的臺站EW測項相對更容易出現同震變化。從同震臺站展布方向來看，總體呈北東向展布，記錄到同震信息的最遠臺站位于此次地震東向，距離達到300 km以上。

根據此次地震的同震形變臺站分布特征為北東向展布，以及此次地震類型為北東向走滑型地震，認為同震臺站的分布與此次地震類型存在一定相關性。與此同時，遼寧地區主要斷裂帶為北東走向，地震傳播優勢方向沿斷裂帶方向或更易傳播。但由于此次地震發震位置東南方向沿海無形變臺站，各方向臺站密度不同，以及震級相對較小導致同震臺站樣本數較少，此分析具有一定局限性。

4 結論

根據對遼寧地區定點形變觀測資料的梳理和分析，可以得出以下結論：

（1）不同觀測儀器的同震變化特征存在差異。水平擺傾斜儀和水管傾斜儀記錄到同震的測項數量較少，其中部分臺站記錄到高頻波動，優勢方向為EW 向，但總體來說影響較小。體積式鉆孔應變儀和分量式鉆孔應變儀記錄到的同震變化不明顯，表現為高值波動，對數據曲線整體形態影響不大。鉆孔傾斜儀記錄到的同震變化主要以單點突跳和同震階躍為主，且地震波達到時受其影響較大，映震效果明顯。寬頻帶傾斜儀記錄到的同震變化也以單點突跳和階躍為主。

（2）從測項占比來看，鉆孔傾斜儀和寬頻帶傾斜儀記錄到的同震信息相對較多，映震效果較為明顯。具體來說，遼寧地區共計水平擺、水管傾斜儀器11套，測項26項，此次地震共計3 套儀器、4 個測項出現相對明顯的同震響應，儀器占比為3/11，測項占比為4/26；遼寧地區共計體應變、鉆孔應儀器5套，此次地震共計2套儀器出現相對明顯的同震響應，儀器占比為2/5，均為體應變觀測；遼寧地區共計豎直擺鉆孔傾斜儀3套、6個測項，此次地震共計該儀器均記錄到同震信息；遼寧地區共計寬頻帶傾斜儀5 套、10 個測項，此次地震共計該儀器均記錄到同震信息。

（3）根據此次地震的同震形變臺站分布特征和地震類型，認為同震臺站的分布與此次地震類型存在一定相關性。同時，遼寧地區主要斷裂帶為北東走向，地震傳播優勢方向沿斷裂帶方向或更易傳播。但由于此次地震發震位置東南方向沿海無形變臺站，各方向臺站密度不同，以及震級相對較小導致同震臺站樣本數較少，此分析具有一定局限性。

（4）此次地震震后，各觀測曲線并未出現震后異常變化，總體形態與震前形態基本一致，表明本次地震并未使遼寧地區的應力環境發生改變，但結合遼寧地區近年來的地震活動背景，仍需關注各觀測曲線未來的趨勢形態。

綜合分析表明，不同觀測儀器對地震波動的記錄和響應存在差異，這與儀器的設計原理、觀測方式、數據處理方法等因素有關，其中擺類儀器映震效果明顯優于其他儀器。因此，在后續地震觀測、分析中需要結合具體觀測數據和臺站環境等因素進行綜合分析，才能更準確地把握地震波動的特征和影響。