形變觀測數據中短臨前兆異常的追蹤識別方法*

崔慶谷 徐漪霖 楊躍文

(云南省地震局，昆明 650024)

形變觀測數據中短臨前兆異常的追蹤識別方法*

崔慶谷1)徐漪霖1)楊躍文1)

(云南省地震局，昆明 650024)

以2012-06-24寧蒗5.7級地震前兆數據中出現的典型非正常變化信號為例，用多臺、多測項觀測資料對其屬性進行聯合追蹤識別，排除儀器干擾、環境干擾、人為干擾，最終認定該非正常變化信號為震前短臨異常。

寧蒗5.7級地震;前兆異常識別;多測項聯合

震前能量的緩慢釋放會產生一種有價值的短臨前兆信息［1］。隨著寬頻帶地震觀測技術的發展，大量短臨前兆異常通過地震、形變、大地測量等各種手段被記錄到［2－11］。但是，短臨異常與多種干擾共存，如何從干擾中識別出前兆異常成為地震短臨預報的關鍵。識別前兆異常一般采用“排除法”，即先判斷一個信號屬于哪一種干擾。由于前兆數據中各種干擾與前兆異常來源不同，可以利用這種差異對記錄數據中非正常變化信號的屬性進行追蹤識別。本文以2012-06-24寧蒗5.7級地震之前的非正常變化信號為研究對象，通過對多種觀測資料的逐次對比，用多臺站、多測項聯合追蹤的方法對信號的屬性進行辨識，最終判定該信號為短臨前兆異常。

1 多測項同點觀測數據對比識別儀器干擾

2012 -06 -24 寧蒗5.7級地震之前15 d左右(06-08～16)，離震中約100 km的麗江地震臺洞體應變資料中出現了疊加在固體潮汐之上的非正常變化信號，表現為潮汐波的突然轉折波動(圖1(a))。為了核實上述轉折信號的屬性，首先需要用“排除法”證明上述信號不屬于儀器干擾。前兆異常在同點同類觀測的多套儀器記錄中同步或延遲出現，而電子干擾在不同儀器系統中一般沒有相關性。這是前兆異常與儀器干擾的差異，可據此有效識別儀器干擾。

進一步考察同臺觀測的長水管記錄發現，上述轉折信號同步出現于水管儀記錄中(圖1(b))。由于麗江臺洞體應變和水管儀是兩個分離的觀測系統，證明該信號并非來源于觀測儀器，而是來源于地面振動。

圖1 2012-06-24寧蒗5.7級地震前麗江臺洞體應變及水管儀記錄的非正常變化Fig.1 Abnormal signal emerged in tidal observation data of SS-Y at Lijiang station，Yunnan province

2 多臺觀測資料對比識別環境干擾與人為干擾

環境干擾及人為干擾的影響范圍有限，而前兆過程是一個發生在較大區域的構造變動過程，其影響不限于單個觀測點。因此，前兆異常不可能僅僅出現在某一個觀測點，可以利用一定區域內多點觀測資料的對比，有效識別前兆異常與環境干擾。

云龍、麗江兩個臺站之間的距離約120 km，水管儀、水平擺和洞體應變儀是其共有測項。將兩個臺站的記錄數據進行對比發現，云龍臺的水平擺、洞體應變儀的記錄數據與麗江臺出現了準同步的變化(06-08～16)，如圖2。對比圖1、2可以看出，兩個臺站的洞體應變、水平擺、水管儀3種儀器的記錄數據均出現了準同步的變化(06-08～16)，可以判定該信號不屬于小區域的人為干擾或環境干擾。

圖2 云龍臺準同步記錄到的非正常變化信號Fig.2 Abnormal signals emerged synchronically in tidal observation curves of Yunlong station

3 對比同點地震記錄識別遠震尾波及自由振蕩

地震能夠同時對多個臺站的觀測數據產生影響，遠震面波及巨震后引發的調整常常導致形變記錄中出現持續時間較長的轉折和波動。例如，2007-05-16老撾6.6級地震引發的調整在楚雄臺的形變資料中持續到3 d后的05-19前后(圖3)。

圖3 2007-05-16老撾6.6級地震引發的震后調整Fig.3 Records of crustal adjustment after M6.6(2007-05-16，Laos)from DSQ at Chuxiong station，Yunnan province

大地震引發的調整不僅僅在老撾6.6級地震之后出現，2013-08-12川滇交界處的左貢芒康6.1級地震后，永勝、昆明、楚雄臺形變資料中也準同步地出現了持續1 d以上的調整。但此類調整并不是在每一次大震后都會出現。

值得關注的是，老撾6.6級地震后23 d(2007-06-03)，在其震中會曬以北260 km外的云南寧洱發生6.3級地震。與此相似，2013-08-12芒康6.1級地震之后的16～19 d(2013-08-28、31)，距芒康230 km左右的香格里拉縣相繼發生了5.1、5.9級地震。為了避免將遠震引發的調整誤判為短臨異常，必須查詢地震目錄并瀏覽對應時段的地震記錄數據，核實形變數據中的非正常變化信號，以排除震后調整造成的誤判。

寧蒗5.7級地震前的非正常變化信號出現時間為2012-06-8～25，該時段內全球5級以上大震活動如表1?？梢钥闯觯卣鹗录c非正常變化信號在時間上沒有相關性。進一步瀏覽相應時段的地震記錄數據，也沒有發現與上述調整同步且持續時間相當的遠震面波及地球自由振蕩記錄。因此，地震事件不能解釋圖中的非正常變化，地震造成干擾的可能性可以排除。

4 環境、氣象干擾因素的辨識

研究表明，降雨、氣壓變化等氣象因素可能在某些臺站的形變觀測資料中引起非正常變化，但受影響的情況因覆蓋層厚度、洞室的密封條件而各不相同。云龍臺、麗江臺形變觀測洞室的覆蓋層非常厚，最大分別為100 m、106 m，觀測資料基本上不受氣象因素的影響。2013年降雨量與麗江臺鉆孔應變數據的對比情況見圖4?？梢钥闯?，麗江臺的觀測資料基本不受降雨的影響。云龍臺與麗江臺相同。

將寧蒗地震前的麗江臺、云龍臺非正常變化信號所在時段的記錄數據與降雨量、氣壓、溫度觀測數據進行對比，可以排除氣象因素影響。其中，麗江臺形變數據與降雨數據見圖5。

經過上述步驟逐步排除儀器干擾、環境干擾、地震干擾、氣象因素干擾后，可以基本認定寧蒗5.7級地震前的非正常變化信號屬于短臨前兆信號。

5 結語

形變觀測資料中的前兆異常往往混雜在各干擾之中無法識別。由于前兆異常與各種干擾信號的來源不同，可以根據這種差異對非正常變化信號的來源進行追蹤并最終判定其是否是震前異常。實踐證明，通過幾套獨立觀測系統的同點觀測數據對比可以排除儀器干擾;通過幾個臺站的同類觀測數據對比，可以排除小范圍的環境干擾和人為干擾;通過測震資料對比，可以識別遠震干擾;通過與氣象記錄數據對比并總結歷史資料，可以排除氣象因素的干擾。經過上述步驟，就可以對前兆異常的真實性得出初步判斷。

表1 寧蒗5.7級地震前全球5級以上地震活動Tab.1 Seismic events(M ≧ 5)before Ninglang M5.7

1 Kanamori H，Cipar J J.Focal process of the great Chilean earthquake on May 22，1960［J］.Physics of the Earth and Planetary Interiors，1974(9):128 －136.

2 Beroza G C，Jordan T H.Searching for slow and silent earthquakes using free oscillations［J］.J Geophys Res，1990，95(B3):2 485－2 510.

3 McGuire J J，Ihmle P F，Jordan T H.Time-domain observations of slow precursor to the 1994 Romanche transform earthquake［J］.Science，1996，274:82 －85.

4 Linde A T，Sacks I S.Slow earthquakes and great earthquakes along the Nankai trough［J］.Earth and Planetary Science Letters，2002，203(1):265 －275.

5 陳德福.潮汐形變前驅波的時空特征［J］.大地測量與地球動力學，2006，26(2):24 － 30.(Chen Defu.Space-time characteristics of tidal deformation precursor［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2006，26(2):24 －30)

6 王迪晉，李正媛，呂品姬.慢地震研究綜述［J］.大地測量與地球動力學，2007，27(S):21 －25.(Wang Dijin，Li Zhengyuan，Lv Pinji.Summarization of research on slow earthquake［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2007，27(S):21－25)

7 張晶，牛安福，高福旺，等.數字化形變觀測提取的地震短臨異常特征［J］.地震，2003，23(1):70 －76.(Zhang Jing，Niu Anfu，Gao Fuwang，et al.On the imminent and shortterm characteristics of earthquake anomalies obtained from the digital deformation observations［J］.Earthquake，2003，23(1):70－76)

8 劉序儼，張雁濱.排除形變觀測數據中降水干擾的數學物理方法的研究［J］.地殼形變與地震，1991，11(1):36－40.(Liu Xuyan，Zhang Yanbin.Studies of mathematical and physical method for elimination of precipitation influence on crustal information data［J］.Crustal Deformation and Earthquake，1991，11(1):36 －40)

9 金克儉，葉傳潛，韓月鵬.地傾斜干擾因素的典型圖像分類說明［J］.地殼形變與地震，1986，6(2):131 －136.(Jin Kejian，Ye Chuanqian，Han Yuepeng.Discussion on the classification of typical disturbance patterns of ground tilting［J］.Crustal Deformation and Earthquake，1986，6(2):131－136)

10 楊婕，占惠，凌學才.強降水對廈門地震臺伸縮儀的影響［J］.大地測量與地球動力學，2009，29(S):76 －78.(Yang Jie，Zhan Hui，Ling Xuecai.Effect of heavy rainfall on extensometer at Xiamen seismostation［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2009，29(S):76 － 78)

11 孫伶俐，羅俊秋，龍濤.大氣降水對數字化地傾斜觀測干擾特征分析［J］.大地測量與地球動力學，2010，30(S):105 － 110.(Sun Lingli，Luo Junqiu，Long Tao.Analysis of disturbance characteristics from rainfallon tilt tide deformation at Wuhan seismostation［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2010，30(S):105 －110)

STUDY ON THE METHOD FOR TRACING AND DISTINGUISHING PREMONITORY SIGNALS FROM DISTURBANCES IN CRUSTAL DEFORMATION DATA

Cui Qinggu，Xu Yilin and Yang Yuewen
(Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224)

Earthquake premonitory signals in crustal deformation recording data always contain various disturbances，the premonitory signals must be distinguished from disturbances so as to be used in short-term earthquake forecasting.So it is important to trace an abnormal signal and distinguish its sort.Because premonitory signals and disturbances come from different sources，they can be sorted and recognized step by step by comparing records of different instruments at a same site or at different sites.The method is demonstrated by tracing an abnormal signal emerging in crustal deformation data before Ninglang M5.7 earthquake.This signal is sorted as a premonitory signal finally.

Ninglang M5.7 earthquake;premonitory signal tracing and distinguishing;multi-record joint

P315.7

A

1671-5942(2014)05-0055-04

2013-11-13

云南省地震局短臨跟蹤專項(2013JC001)。

崔慶谷，1967年生，高級工程師，博士，主要從事地震觀測工作。E-mail:cqgooo123@sina.com.cn。