地震应急流动监测之实践——以玉树7.1级地震流动监测为例

发布时间:2020-04-10 15:33:48 来源:中国地震局地球物理研究所
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中国地震局地球物理研究所 杨建思 郑钰 刘莎 

  2010年4月14日7时49分,青海玉树发生7.1级地震,地震造成2698人遇难,大量房屋破坏,经济损失达8000亿。震后第一时间,由青海地震局、中国地震局地球物理研究所联合组成的地震现场流动观测队伍,在玉树地震区及邻区开展应急流动地震观测,为确定地震的发震构造、地震发展趋势、地下构造及介质特征等发挥了重要作用,对于抗震救灾、稳定社会秩序、恢复重建和地震科学研究至关重要。

  一、为什么要在震后第一时间开展流动地震观测

  全球各地遍布地震台站,时刻监控地球的“一举一动”,因为地震仪器灵敏度和地球噪声等因素的影响,地震仪器布设的密度在很大程度上决定某个地区的地震监测能力。一次大地震发生后,可以通过余震精确测定确定地震震源区范围和发震断层,还可以通过余震的时空分布判断地震震情发展趋势,通过余震的震源机制或波形特征确定震源区的应力变化情况,通过地震波反演震源区地下结构……,而这些往往是原有的地震监测能力不能保证完成的,所以要通过投入流动监测仪器来配合完成这些监测任务。

  大地震发生后,一般都会有大量的余震发生,这些余震除了数量、强度与位置外,还包含了许多信息,如通过余震的频次和震级随时间的变化,研究其“衰减”关系,也就是常说的地震序列特征的研究,这种地震序列特征的研究,需要余震的记录越完整越好,假如在大地震发生后的一段时间内不能记录到余震(而这段时间内的余震数量往往是比较多的),则丢失了地震序列特征,对于地震序列的研究是一个重大的缺憾。所以,一般大地震发生后,地震部门会立即派出地震现场应急工作队,其中一个重要的组成部分,就是开展现场流动监测的专业队伍。

  二、流动地震观测需要解决的问题和方法

  应急流动地震观测关键要素是及时(丢失余震就丢失了地震序列特征)、实时(震情和社会时刻密切关注)和准确(科学研究和震情研判、社会知情),保证这三个关键要素的基础是流动地震观测台站连续运行和数据实时传输。为此,采取了下列措施和流动监测系统开展地震现场监测:

  首先,采用移动通讯技术解决地震监测信号实时传输问题;

  利用高原阳光充足条件,采用太阳能和电瓶结合方式为地震台站供电,解决流动地震台供电保障的问题;

  通过地下深埋和聚氨酯板保温材料结合的方式保持流动地震仪的温度,解决高原日夜温差太大对于仪器的影响;

图1 流动地震台站结构图

  图1 流动地震台站结构图

  将实时与非实时传输流动台站结合,进行合理布局,既满足实时监测需求,又降低流动台站建设困难;

  最后,综合利用网络、移动通讯、地震专用数据流、IP到台站技术,采用虚拟地震台网方式将流动地震台站和常规地震台站合为一个监测台网,共同开展玉树地震强化监测和余震监测。

图2 玉树地震流动监测虚拟台网拓扑图

  三、地震流动台站布局原则及目的

  地震流动台站的布局主要考虑以下几个方面的因素:首先是要对地震区进行地震监测,主要是监测余震时空分布;其次是监测发震断层的活动变化,以及震区及邻区介质、地下结构及应力场的变化;第三是在完成地震应急期的监测任务后,开展科学考察和综合研究的需求。

  根据上述需求和考虑,中国地震局地球物理研究所和青海省地震局以最快的速度布设起了现场地震观测系统。其中 L6301~L6307为7个应急流动台站,与ZAD、YUS、QML 3个常规台站(其中,QML不在图幅范围内)构成余震实时监测网。T01~T14则是为监测断层活动而设的加密观测台站,它们共同构成了对玉树震源区及邻区的加密地震监测台网。

  流动地震台站建设以后,玉树地区地震定位监测能力显著提高,由以前ML2.5级提升到ML0.8级。

图3-玉树地区台站分布图和构造背景图

  图2 玉树地区台站分布图和构造背景图

  蓝色三角符号代表固定台,黑色三角符号代表流动台,红色圆圈代表余震震中位置.

  F1甘孜—玉树断裂;F2 乌兰乌拉湖—玉树南断裂;F3 打贝通—小苏莽断裂;F4 杂多断裂;F5 清水河断裂.

  四、流动监测取得的主要成果

  震后第一时间开展的地震现场的流动监测,科学合理的台站布局,为玉树地震发展趋势预判及发震构造研究等取得了良好的成果。

  一是,完成了对玉树余震序列的时空分布的监测,确定了玉树地震为主-余震型,之后不会有更大的地震这样的结论,这样的结论对于防震抗震的决策部署及安定民心具有积极的作用。

  二是,精确定位后的余震震源位置,显示出玉树地震发震断层是如上图所示的F1(甘孜-玉树断裂),地震的震源区位于该断层的96°E~97°E段落,深度可达到30km;震中为起始破裂点,地震从起始破裂点向东南(130°~140°)方向破裂,破裂段长度大约为31km(下图中红色实心圆所在的余震分布段)。

  三是,破裂过程反演给出地震最大释放能量在结古镇西部[1],结合主震震源机制可知断层为左旋走滑断裂,断层面几近垂直于地面;在最西端的余震还显示出存在与甘孜-玉树断层垂直的NNE向断裂,这次玉树地震触发了这条断裂的小地震活动,两条断裂的交汇部位小震活动集中分布。

  四是,玉树地区地震监测显著提高,获得了丰富的地震数据,为后来的该地区地下结构、介质特性和应力场及其变化研究提供了数据基础。

图4-1玉树地震余震空间分布

图4-2玉树地震余震空间分布

图4玉树地震余震空间分布

  五、玉树地震流动监测取得成果的积极意义

  玉树地震余震观测结果揭示了发震断层、震源区形态、余震序列特点以及地震发展趋势。主-余震型的结论对于稳定玉树社会局势和民众情绪起到关键的科技支撑作用;地震释放的主能量区解释了结古镇遭到严重破坏的原因。进一步用地震学方法能得出孕震区地下结构与构造特征、地震震源区介质各向异性和应力场分布状态及变化等。地震观测数据为玉树地震的各种研究提供了很好的数据基础,获得了大批科研成果。

  参考文献

  [1] 张勇,许力生,陈运泰.2010年4月14日青海玉树地震破裂过程快速反演.地震学报,2010,32(3):361-365.

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