利用奇異譜分析方法研究烏什gPhone重力儀高頻特性

韋 進 李 輝 劉子維 申重陽(中國地震局地震研究所地震大地測量重點實驗室，武漢 430071)

利用奇異譜分析方法研究烏什gPhone重力儀高頻特性

韋 進 李 輝 劉子維 申重陽
(中國地震局地震研究所地震大地測量重點實驗室，武漢 430071)

國內(nèi)外科學(xué)家已經(jīng)在利用重力儀高采樣率資料發(fā)現(xiàn)了地震前的不明原因、臺風引起的地脈動信號以及地球自身的地脈動（hum）等信號。其中利用重力儀觀測到的地震前的不明原因的高頻信號的研究尤其得到關(guān)注。由于地震前的高頻信號可能受到其他能夠引起正常地脈動信號異常。因此，本研究對地處內(nèi)陸的烏什地震臺山洞中進行連續(xù)重力觀測的gPhone重力儀產(chǎn)出的秒采樣數(shù)據(jù)，采用奇異譜（SSAM方法）分析方法進行粗差探測和合成潮改正研究。

首先，利用2007—2015年較為平靜的5天觀測結(jié)果進行分析，結(jié)果表明秒采樣觀測數(shù)據(jù)中99%的能量來源于低于地脈動（2～7 mHz）頻率的信號（例如：重力固體潮、氣壓負荷潮等）。只有不及1%的能量來源于地球自身的脈動信號。

其次，重構(gòu)上述不足1%的重力殘余信號和氣壓負荷潮改正后的重力殘差信號進行頻譜分析，比較結(jié)果表明：潮汐改正方法顯示氣壓對重力的影響主要集中在2.7 h到16 min周期內(nèi)，影響程度約為：10 dB，而利用SSAM分析方法能夠?qū)⒏恼笥?6 min周期的gPhone重力儀重力信號從－150 dB降低到－175 dB范圍內(nèi)，而小于16 min周期的信號依然在－160 dB附近變化。

最后，利用SSAM方法重構(gòu)1%的殘余能量信號后，將日均方差作為重力儀噪聲水平分析方法研究了2008年以來烏什地震臺gPhone重力儀的噪聲水平的時間序列（圖1）。 結(jié)果表明：該重力儀在夏季噪聲達到最小值，春冬季噪聲較大，并且噪聲水平時間序列呈現(xiàn)年周期性變化。平均噪聲水平約為10±5× 10-8ms-2。結(jié)果表明：在山洞觀測的烏什地震臺gPhone重力儀觀測數(shù)據(jù)能夠觀測到大于10±5×10-8ms-2，周期大于16 min的信號。

圖1　烏什臺噪聲水平隨時間變化的規(guī)律

從時間序列可以很明顯地看到，烏什的背景噪聲水平呈現(xiàn)明顯的年周期變化，夏季噪聲水平相對較低，而春冬季噪聲水平相對較高。