恩施地震台gPhone 重力仪同震响应特征分析

徐志辉 钱 庚 王建伟

（1、中国地震局地震研究所（地震大地测量重点实验室），湖北 武汉430071 2、湖北省地震局，湖北 武汉430071 3、恩施地震台，湖北 恩施445000）

1 概述

当地震发生时，架设在各观测点的数字化形变前兆仪器会记录到倾斜、应变或应力波动的现象，我们把这种由地震波激发而产生的现象称为震时形变波，用以区分地震波[1]。地震引起的同震形变波包括了地震破裂及传播过程中的大部分信息，通过这些信息可以估算地震震源的一些参数[2]。

近年来，国内许多同行对重力同震响应特征做了很多工作，主要是从首波初至、地震频带响应、地震面波、同震变形幅度、同震持续时间等方面进行分析。

拉萨地震台巫继兰[3]，北京地震台周江林[4]，乌加河地震台胡玮[5]，漠河地震台赵建通等[6]，分别研究了各自台站记录到的重力强震同震响应特征，得出的结果大同小异。

恩施地震台配备了高精度的gPhone 相对重力仪，同样具备强震同震响应特征分析。

2 恩施地震台观测条件

恩施地震台位于湖北省恩施市五峰山，在地质构造上位于上扬子台褶带的咸丰复背斜轴部，北北东向恩施断陷盆地东缘，西距第四纪活动的北北东向恩施断裂带约10km。台站占地面积14000 平方米，台基为二叠纪石灰岩，岩层完整、坚硬，观测环境良好，是中国大陆构造环境监测网络（简称“陆态网络”）基准站之一。

2009 年5 月，重力观测山洞开始修建，同年8 月，山洞建成，安装仪器并且开始运行。恩施台重力观测仪器为Micro-g 和LaCoste 公司研发的gPhone 相对重力仪，该仪器采样率为1 秒，精度可达5.0×10-8m·s-2，系统分辨率为0.1×10-8m·s-2，可控量程为7000mGal，仪器每月零漂小于1×10-5m·s-2，可以保证仪器在观测过程中依然处于量程范围内。自仪器开始运行以来，仪器的运行率和连续率均保持较高水平，有利于地壳形变的研究。

3 同震响应特征分析

本文根据发震时的重力数据震荡曲线，选取了2020-2021年来国内外发生的5 次6.0 级以上地震，研究恩施地震台gPhone 重力仪对于不同震中距和震级的地震的同震响应特征，5 次地震的基本参数具体如表1 所示。

3.1 国内近震

北京时间2021 年03 月19 日14 时11 分26 秒，西藏那曲市比如县发生6.1 级地震，震中距距离恩施地震台1604.15 公里，地震发生后160 秒后，恩施地震台gPhone 重力仪开始出现震动，震动形态为震荡衰减，并未出现台阶等形态，整个震动持续时间为41 分钟，其中最大波值达到29454.4×10-8m·s-2，最小波值为14250.5×10-8m·s-2，最大幅度达到15203.9×10-8m·s-2，重力观测数据曲线如图1。

图1 2021 年03 月19 日恩施地震台重力仪观测曲线

3.2 国外远震

北京时间2021 年02 月13 日22 时07 分50 秒，日本本州东岸近海发生7.1级地震，震中距距离恩施地震台3073.66公里，地震发生后663 秒后，恩施地震台gPhone 重力仪开始出现震动，震动形态为震荡衰减，并未出现台阶等形态，整个震动持续时间为61 分钟，其中最大波值达到28454.7×10-8m·s-2，最小波值为14805.5×10-8m·s-2，最 大 幅 度 达 到13649.2×10-8m·s-2，重力观测数据曲线如图2。

图2 2021 年02 月13 日恩施地震台重力仪观测曲线

北京时间2020 年03 月25 日10 时49 分19 秒，千岛群岛发生7.5 级地震，震中距距离恩施地震台4527.35 公里，地震发生后977 秒后，恩施地震台gPhone 重力仪开始出现震动，震动形态为震荡衰减，并未出现台阶等形态，整个震动持续时间为263 分钟，其中最大波值达到22268.4×10-8m·s-2，最小波值为3784.4 ×10-8m·s-2， 最 大 幅 度 达 到18484.0×10-8m·s-2，重力观测数据曲线如图3。

图3 2020 年03 月25 日恩施地震台重力仪观测曲线

北京时间2021 年03 月05 日03 时28 分32 秒，新西兰克马德克群岛发生7.8 级地震，震中距距离恩施地震台10226.57 公里，地震发生后2207 秒后，恩施地震台gPhone 重力仪开始出现震动，震动形态为震荡衰减，并未出现台阶等形态，整个震动持续时间为215 分钟，其中最大波值达到25616.9×10-8m·s-2，最小波值为16914.9×10-8m·s-2，最大幅度达到8702.0×10-8m·s-2，重力观测数据曲线如图4。

图4 2021 年03 月05 日恩施地震台重力仪观测曲线

北京时间2020 年01 月29 日03 时10 分22 秒，古巴南部海域发生7.7 级地震，震中距距离恩施地震台14413.40 公里，地震发生后3111 秒后，恩施地震台gPhone 重力仪开始出现震动，震动形态为震荡衰减，并未出现台阶等形态，整个震动持续时间为135 分钟，其中最大波值达到14746.0×10-8m·s-2，最小波值为9675.9×10-8m·s-2，最大幅度达到5070.1×10-8m·s-2，重力观测数据曲线如图5。

图5 2020 年01 月29 日恩施地震台重力仪观测曲线

4 结果与讨论

本文中5 次地震的同震响应参数如表2。

表2 恩施地震台gPhone 重力仪对5 次地震的同震响应参数

从表中我们可以得出以下结论：

4.1 恩施台重力仪完整的记录了这5 次地震，并且每个地震的同震响应幅度都非常明显，说明该重力仪对强地震有很高的响应灵敏度。

4.2 5 次地震反映出随着震中距的增加，重力仪的震动到时也随之增加，说明同震响应中，震动到时和震中距成正相关关系，震中距越大，震动到时时间越长。

4.3 从1、2、4 和5 号地震可以看出，同震响应的最大振幅，和震中距有着一定的关系，随着震中距的增大，最大振幅呈现递减的趋势，同时最大振幅和震级也有着一定的关系，相同震中距的地震，震级越大，最大振幅也越大，相同震级的地震，震中距越大，最大振幅越小。

4.4 1、2 和3 号地震可以看出，震中距越大，震荡持续时间越长，3、4 和5 号地震可以看出，当震级相近时，震中距越远，震荡时间越短。

4.5 3、4 和5 号地震，震荡持续时间非常长，超过地震本身震动持续时间，猜测可能是因为这三个地震都属于远海地震，发生在海中，地震波引起海水的来回震动，对陆地进行来回的冲击，导致震荡持续时间明显增加。

4.6 本文的研究还有许多不足之处，由于研究的震例较少，再加上地震发生时地下结构的复杂性，并未得出具有普遍性的结果，这方面需要加强学习研究。