金寨臺(tái)地傾斜異常信息研究1

陸棟梁 韓成躍 王 飛 劉 莉 陶 媛

（安徽省地震局金寨地震臺(tái)，安徽 237300）

金寨臺(tái)地傾斜異常信息研究1

陸棟梁 韓成躍 王 飛 劉 莉 陶 媛

（安徽省地震局金寨地震臺(tái)，安徽 237300）

在研究金寨臺(tái)地傾斜多年觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，提取地傾斜的正常變化形態(tài)及干擾形態(tài)。對(duì)安徽安慶4.8級(jí)、江西瑞昌4.9級(jí)等地震前的異常特征進(jìn)行了分析、總結(jié)。結(jié)果表明，當(dāng)傾斜儀出現(xiàn)打破以往年變正常規(guī)律的形態(tài)及多項(xiàng)指標(biāo)超出二倍標(biāo)準(zhǔn)差時(shí)，即可視為異常出現(xiàn)。當(dāng)趨勢(shì)異常出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，即可視為進(jìn)入短期階段，應(yīng)注意未來(lái)1個(gè)月左右地震發(fā)生的可能，矢量方向大致指向或背向震中。

形變觀測(cè) 地傾斜 地震前兆 異常指標(biāo) 金寨臺(tái)

引言

地傾斜觀測(cè)是為了精確而又穩(wěn)定地連續(xù)測(cè)定地殼上某一特定點(diǎn)的相對(duì)位置變化，從而研究地球動(dòng)態(tài)變化與地震孕育、發(fā)生的關(guān)系。就地傾斜前兆而言，其階段性特征應(yīng)從以下三個(gè)主要方面加以描述：①速率的變化；②方向的變化；③巖石特征（裂隙擴(kuò)展、不穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)）的變化。

在國(guó)家地震局主編的“定點(diǎn)形變地震分析預(yù)報(bào)方法指南”中提出了一套判別方法及判別標(biāo)準(zhǔn)。但具體到不同的臺(tái)站，譬如金寨臺(tái)，在不同震級(jí)地震的判定指標(biāo)上又有何具體判據(jù)，特別是針對(duì)短臨預(yù)報(bào)，如何根據(jù)地傾斜觀測(cè)給出異常判定指標(biāo)，即對(duì)異常時(shí)段、異常區(qū)域、以及未來(lái)可能發(fā)生的地震強(qiáng)度給出有邊界的預(yù)報(bào)和判定，并且要求盡可能地精確，本文對(duì)此作了研究。

安徽省地處中部地區(qū)，地震較西北、西南地區(qū)明顯偏少。自2008年以來(lái)，臺(tái)站周邊1000km范圍內(nèi)，未發(fā)生5級(jí)以上中強(qiáng)地震。為研究需要，本文對(duì)500km范圍內(nèi)的ML4.0級(jí)以上地震進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

1 臺(tái)站概況

金寨地震臺(tái)位于安徽省西部、大別山東麓，海拔高程50m，屬丘陵向山地過(guò)渡地帶。臺(tái)站位于梅山-龍河口斷裂北側(cè)，距離梅山水庫(kù)（常年庫(kù)容約10億m3）3km。地傾斜觀測(cè)山洞是1972年專門開挖的，臺(tái)基巖性為變質(zhì)巖。洞體南北走向，深25m，寬2m，高2m，最大覆蓋層厚度超過(guò)30m。1975年安裝JB型金屬水平擺傾斜儀和目視水管傾斜儀進(jìn)行地傾斜觀測(cè)。金寨臺(tái)地傾斜連續(xù)觀測(cè)超過(guò)30年，在中國(guó)同類型觀測(cè)儀器中，資料質(zhì)量居于中等水平。2006年開始進(jìn)行數(shù)字化改造。改造中將洞口延伸的長(zhǎng)8.2m的三間平房頂部覆蓋0.5m以上土層，以改善洞室溫度、濕度條件。山洞內(nèi)安裝水密船艙門三道、塑鋼門三道、防盜門一道。2006年10月10日，安裝VS型垂直擺傾斜儀。

2 異常特征簡(jiǎn)述

2.1 觀測(cè)曲線正常形態(tài)及主要干擾形態(tài)

為正確、迅速識(shí)別地震異常，提供有效預(yù)報(bào)意見(jiàn)，應(yīng)首先識(shí)別各臺(tái)站觀測(cè)曲線的正常形態(tài)及各類干擾形態(tài)，這是識(shí)別異常的基礎(chǔ)。

金寨臺(tái)地傾斜山洞在2006年改造前后，洞室溫度條件有很大改善。改造前，地傾斜觀測(cè)受到溫度影響較大，這一點(diǎn)從地傾斜矢量圖可以看出，見(jiàn)圖1、圖2?；贘B型金屬擺觀測(cè)記錄受到的干擾較大，并且自2003年以后NS分量出現(xiàn)大幅度漂移，本文研究集中于2008年后垂直擺觀測(cè)的數(shù)字化觀測(cè)資料。

圖1 1995年地傾斜矢量圖Fig. 1 Tilt vector in 1995

圖2 2009年地傾斜矢量圖Fig. 2 Tilt vector in 2009

降雨干擾：金寨臺(tái)臺(tái)基為變質(zhì)巖，整體性較好。由于臺(tái)站附近有2條較小的斷裂帶通過(guò)，故降雨時(shí)觀測(cè)噪聲較大。圖3顯示2012年8月9日，日降水量143.5mm，NS分量噪聲較大。

圖3 2012年8月9日垂直擺和降雨記錄曲線Fig. 3 Recorded curve of vertical pendulum and rainfall on August 29, 2012

氣壓擾動(dòng)：由于金寨臺(tái)山洞較短，并且位于河道一側(cè)山坡上，地傾斜觀測(cè)受到氣壓影響比較明顯（張學(xué)陽(yáng)，1987；王梅等，2004）。圖4顯示2009年6月15日0時(shí)至2時(shí)，氣壓有一次明顯擾動(dòng)過(guò)程，可見(jiàn)垂直擺NS、EW兩分量有同步變化。

圖4 2009年6月15日垂直擺和氣壓記錄曲線Fig. 4 Recorded curve of vertical pendulum and pressure on June 15, 2009

近距離爆破：臺(tái)站保護(hù)范圍之外有小型采石場(chǎng)，定期進(jìn)行小當(dāng)量爆破作業(yè)，對(duì)儀器觀測(cè)，特別是NS分量觀測(cè)有影響。圖5顯示的是2012年12月25日近距離爆破（約7km），NS分量階躍，EW無(wú)影響。

圖5 2012年12月25日垂直擺記錄曲線Fig. 5 Recorded curve of vertical pendulum on December 25, 2012

2.2 異常特征分析

根據(jù)巖石實(shí)驗(yàn)及前兆模式，在總結(jié)大量震例的基礎(chǔ)上，人們提出了形變前兆的階段性特征，即穩(wěn)速變化段、加速變化段、失穩(wěn)段及震前突變段。

目前針對(duì)上述三個(gè)主要方面使用的異常判別方法主要有：①形態(tài)法；②固體潮振幅因子法；③差分及差分矢量判別法；④最大相關(guān)系數(shù)法；⑤契氏預(yù)估判別法；⑥卡爾曼濾波法；⑦短時(shí)圖象類比判別法（程德福等，1993a；1993b；王梅等，2000）。本研究以中強(qiáng)地震為依據(jù)，應(yīng)用上述處理方法對(duì)金寨臺(tái)的觀測(cè)數(shù)據(jù)、圖象進(jìn)行分析，以超過(guò)2倍標(biāo)準(zhǔn)差作為異常判據(jù)，根據(jù)異常的形態(tài)、幅度及其與地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定判斷異常的定性或定量指標(biāo)。

卡爾曼濾波法：2011年9月10日江西瑞昌ML4.9級(jí)地震前有異常變化，持續(xù)時(shí)間從8月13日至9月1日，見(jiàn)圖6。

圖6 NS分量卡爾曼濾波圖Fig. 6 Kalman filter diagraph of NS component

形態(tài)法：2011年9月10日23:20江西瑞昌ML4.9級(jí)地震前，NS分量日均值曲線顯示，8月14日向北傾斜加速，8月24日達(dá)到極值；8月25日轉(zhuǎn)向向南傾斜，8月31日到達(dá)極值；9月1日向北傾斜，速度恢復(fù)正常。矢量圖也可見(jiàn)明顯異常，見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 2011年地傾斜矢量圖Fig. 7 Tilt vector in 2011

圖8 2011年NS分量日均值圖Fig. 8 Daily average of NS component in 2011

固體潮振幅因子法：EW分量?jī)A斜（M2波）潮汐因子變化圖在2008年3月10日河南蘭考ML4.8級(jí)地震前有異常變化，持續(xù)時(shí)間從2月3日至3月23日；2011年1月19日安慶ML4.8級(jí)地震前有異常變化，持續(xù)時(shí)間從1月1日至2月3日，見(jiàn)圖9。

差分及差分矢量判別法：2008年3月10日河南蘭考ML4.8級(jí)地震前有異常變化，持續(xù)時(shí)間從2月16日至3月5日；2011年9月10日江西瑞昌ML4.9級(jí)地震前有異常變化，持續(xù)時(shí)間從8月15日至8月21日，見(jiàn)圖10。

由于中國(guó)中部地區(qū)中強(qiáng)地震數(shù)量較少，并且臺(tái)站周邊缺少5級(jí)以上地震，金寨臺(tái)地傾斜觀測(cè)記錄的異?，F(xiàn)象較少，指標(biāo)也比較單一。在出現(xiàn)的異常指標(biāo)中，均屬于趨勢(shì)性異常，一般出現(xiàn)在震前1個(gè)月時(shí)間，沒(méi)有臨震異常的短時(shí)圖像，最大相關(guān)系數(shù)法和契氏預(yù)估判別法在實(shí)際使用中效果不明顯。

圖9 EW分量潮汐因子（M2）變化圖Fig. 9 Tidal factor (M2) of EW component

圖10 NS分量差分絕對(duì)值變化圖Fig. 10 Variation of the absolute value of NS component

3 結(jié)論與討論

（1）自2008年1月1日至2012年12月31日，金寨臺(tái)500km范圍內(nèi)發(fā)生ML4.0級(jí)及其以上地震14次，地傾斜有異常變化的3次，占21.43%。異常變化較少，應(yīng)該與震級(jí)偏小有關(guān)。

（2）金寨臺(tái)地傾斜記錄的異常變化一般出現(xiàn)在震前1個(gè)月時(shí)間，沒(méi)有記錄到臨震異常。

（3）金寨臺(tái)地傾斜記錄異常判定中，形態(tài)法是基礎(chǔ)，差分法、卡爾曼濾波法均可結(jié)合使用，相關(guān)系數(shù)法和契氏預(yù)估法在使用中效果不明顯。

（4）考慮水庫(kù)、洞體條件，金寨臺(tái)地傾斜記錄噪聲較大，異常判定取2倍標(biāo)準(zhǔn)差作為判定依據(jù)。

（5）由于樣本較少，特別是缺乏強(qiáng)震檢驗(yàn)，結(jié)論有待資料進(jìn)一步積累和研究。

參考文獻(xiàn)

陳德福，羅榮祥，劉國(guó)培，1993a．地傾斜同震階躍與震兆異常圖象．地殼形變動(dòng)力學(xué)觀測(cè)與研究．北京：海洋出版杜．

陳德福，羅榮祥，劉國(guó)培，1993b．地傾斜異常圖象分類及其特征淺析．地殼形變動(dòng)力學(xué)觀測(cè)與研究．北京：海洋出版杜．

蔣靖祥，王在華等，2005．2003年昭蘇MS6.0地震定點(diǎn)形變異常初步分析．地震，25（2）：83—90．

盧雙苓，鐘普浴，2007．泰安臺(tái)垂直擺、水平擺儀器異常變化總結(jié)．形變學(xué)科通訊，19（2）：64—72．

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Anomaly of Ground Tilt Observed at Jinzhai Station

Lu Dongliang, Han Chengyue, Wang Fei, Liu Li and Tao Yuan

(Jinzhai Seismic Station, Anhui 237300, China)

Based on observed data at Jinzhai station, we obtained the forms of normal variation and disturbance of the regional ground tilt. Taking Anqin ML4.8 and Jiujiang ML4.9 as examples, we analyzed the anomaly features before earthquakes. The results show that when unusual annual variation appears and other factors surpasses two times of median error, it can defined as the anomaly. As the tendency anomaly starts turning, it can be taken as entering short-term stage. In this case an earthquake could happen in the coming month, with the direction of vector pointing to the potential epicenter.

Deformation measurement; Tilt; Seismic precursor; Anomaly index; Jinzhai station

陸棟梁，韓成躍，王飛，劉莉，陶媛，2014．金寨臺(tái)地傾斜異常信息研究．震災(zāi)防御技術(shù)，9（3）：527—532．

10.11899/zzfy20140320

中國(guó)地震局地震監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)、科研三結(jié)合課題（141204）；安徽省地震局科研合同制課題（201230）

2013-12-23

陸棟梁，男，生于1973年。工程師。主要從事地震監(jiān)測(cè)工作。E-mail：ahldl@126.com