延邊地震臺數字形變資料分析方法與討論

韓忠民，李承雪，樸 杰，金正燮

吉林省延邊地震臺，吉林 延邊 133003

0 引言

延邊地震臺形變站2000年安裝DSQ型水管傾斜儀和SS-Y型伸縮儀觀測項目，并于2002年增加VS型垂直擺觀測項目。三套數字化儀器以分鐘采樣率工作，每日生成分鐘值、整點值采樣數據，能記錄到清晰的傾斜、應變固體潮汐、震前異常信息。多年來三套形變前兆數字化儀器運行情況較好，γ均值中誤差及外精度、相對噪聲水平M1等指標均達到較高水平，為地震監測提供了可信度較高的形變觀測資料。

在地震前兆觀測中，正確地認識和排除觀測資料中的各種干擾而準確捕捉地震異常信息是前提。本文中介紹了延邊臺形變資料分析方法與典型圖片，為形變資料的正確分析提供一些經驗。

1 洞室環境概況

延邊地震臺地處我國唯一的深震區、舉世矚目的長白山火山就在轄區內。形變站位于，離延吉市10km的帽兒山山根處。形變觀測洞室位于延吉市帽兒山防空洞里面，其山洞長300m、臺基為安山巖，巖體完整，山洞覆蓋層110m，洞內年溫度變化±0.2℃，日溫變幅小于0.03℃，相對濕度小于90%。臺站觀測墩均根據儀器的安裝要求設計建造。附近沒有居民點，主要干擾來自大風和暴雨。

放置數字形變儀的洞室，洞長300m，中間有4道水泥密封門和五道塑鋼門，用聚乙烯泡沫板做保溫罩密封儀器。可以排除環境因素直接對儀器的影響和儀器自身的的不穩定等因素。用于安放儀器的石墩系花崗巖，建于1987年，長1.2m，寬0.5m，穩定性好。

2 資料分析方法

地傾斜觀測資料的異常分析方法比較多，延邊臺形變資料選用了下列幾種常用方法：

1）形態異常法

對于單臺地傾斜觀測，一般可通過單分量圖或矢量圖的正常背景來判斷異常的形態。在單分量圖上識別異常時主要尋找速率變化段、不穩態級臨震反向段，分別相當于中、短臨異常。

在矢量圖上進行異常識別時，主要是尋找矢量轉折或變速，打結或S形變動。一般以日均值或五日均值作圖。在年溫干擾排除不凈的情況下，矢量年變橢圓仍會出現，這種變化不是異常。

圖1 延邊臺2008年水管EW向日均值圖

圖2 延邊臺2008年垂直擺五日均值矢量圖

圖1和圖2是延邊臺2008年度水管儀EW向日均值圖與垂直擺五日均值矢量圖實例。圖上可以看出沒有什么明顯的中、短臨異常。當然分析資料時要綜合考慮各儀器方向。

2）γ值異常法

固體潮的理論潮振幅與觀測點實測的固體潮振幅之比稱為潮振幅因子既γ。γ值的動態變化可探測觀測點巖石物性變化，實現中使用M2波的γ值作為實用指標來識別異常變化。γ值比比較穩定，變化較小，則表示正常。當γ值波動較大，則是異常記錄。由于每一個γ值都是以大量的數據計算，且為表征當地介質狀態在該時段內的一個平均量，因此較適用于中、短期異常的判別。

3）差分判別法

在各類形變前兆模式中，都存在不同形變速率特征的階段。單分量一階差分值曲線反映地傾斜速率變化，二階差分反映加速度變化。

使用差分法判別異常時，首先應該對所分析的資料進行粗差剔除及干擾的排除，再計算異常量。在差分法判別異常后，應再次查閱臺站日志進行核對。在實現中，差分法判別的異常數常多于實際有震異常數，造成虛假異常。這是由于所分析資料中干擾不能排凈的原故。

差分法適用于中期、短期異常的判別。判別中期異常時用五日均值序列；判別短期異常時用日均值序列。

4）最大相關系數法判別異常

許多震例表明，在大震之前，地傾斜方向偏離正常狀態，因此，通過適當的數據處理，突出地傾斜方向的改變，是一種重要的方法。本辦法的原理是假定兩個分量之間的相關系數ρ應當在末一穩定值附近擺動，旋轉坐標軸至某一方位，可以使ρ值達到極大值ρmax，既以該值作為矢量方向處于正常狀態的標準。如果地震使地傾斜方向在短時間內發生劇變，則必然會引起最大相關系數的急速下降。總之，可從最大相關系數的改變中發現地震異常。

5）卡爾曼濾波法判別異常

這是一種根據觀測數據自適應特征提出的方法，其特點是可以預估今后一段時間的正常動態變化值，從而在實測數據出現不符值時判別異常。應用卡爾曼濾波法判別異常時，需要正確建立卡爾曼濾波模型，確定觀測噪聲和系統的方差，給定系統的初始狀態。由于地震預報中地形變的確切數學物理模型還難以實現，因此從已得到的觀測值出發總結其正常規律而建立模型。

3 幾點說明

1）延邊臺形變資料主要是以國家地震局預測預防司出版的《地殼形變分析預報方法》為理論基礎，結合本臺站實際觀測數據進行分析；

2）延邊臺形變資料主要是以《EIS2000地震前兆信息系統》軟件來進行分析。上述各種分析方法的圖片大部分用該軟件生成的；

3）本文中的分析方法，只是延邊臺形變分析中的典型，實際分析中要考慮各個儀器方向以及各個前兆手段等綜合考慮。

4 結論

延邊臺數字形變儀多年運行以來，儀器穩定性相對較好、精度較高，觀測數據齊全。形變儀比較真實的反映了固體潮的變化，并能及時捕捉到地震信息，可以為地球物理研究和地震預報提供服務。另外，形變資料分析方法很多，本文只是介紹了我臺資料分析的方法，目的在于互相交流和學習，共同提高分析預報水平。

[1]中國地震局監測預報司.地殼形變數字觀測技術[M].北京：地震出版社，2003.

[2]國家地震局預測預防司.地殼形變分析預報方法[M].北京：地震出版社，1998.