寧蒗5.7級地震前數(shù)字化形變觀測短臨異常識別與分析方法研究＊

王赟輝（云南省地震局，昆明650024）

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寧蒗5.7級地震前數(shù)字化形變觀測短臨異常識別與分析方法研究＊

王赟輝
（云南省地震局，昆明650024）

摘 要由于采樣率的大幅度提高，從數(shù)字化形變資料中能挖掘大量短臨前兆異常信息，如地震前短周期的脈動、突跳、轉(zhuǎn)折等。本文以2012年6月24日寧蒗5.7級地震為例，通過研究麗江、云龍臺站數(shù)字化形變觀測資料，對寧蒗5.7級地震前的形變短臨前兆識別與分析進(jìn)行了研究，給出了形變前兆異常識別方法。

關(guān)鍵詞數(shù)字化形變觀測；短臨前兆異常；寧蒗5.7級地震

引言

地震發(fā)生前能量的緩慢釋放會產(chǎn)生短臨前兆異常信息［1］。隨著地震觀測技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化形變資料采樣率的大幅度提高，大量短臨前兆異常信息通過各種觀測手段被記錄到，豐富了形變觀測的震前變化信息，如地震前短周期的脈動、突跳、轉(zhuǎn)折等短臨信息，以及全球大地震的同震變形等，使研究震前短臨的異常信息成為可能［2］。利用固體潮觀測資料獲得了震前地殼形變的中短期異常信息特征［3－6］，已取得了一些重要研究成果。但是，短臨異常信息常常伴隨著多種干擾噪聲，如何排除干擾并識別出真正的前兆異常成為短臨前兆異常研究的關(guān)鍵。在前兆數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中非正常變化信號的屬性進(jìn)行跟蹤識別［7］。本文以寧蒗5.7級地震前形變觀測資料記錄到的非正常變化信息為研究對象，對云南麗江、云龍臺形變觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，最終判定該變化信息為短臨前兆異常。

1　震前形變異常的群體性特征

1.1 單臺多測項觀測數(shù)據(jù)對比分析

2012年6月24日寧蒗5.7級地震之前的6月8～16日，離震中約100km的麗江臺SSY型洞體應(yīng)變儀觀測資料記錄到潮汐波的突然轉(zhuǎn)折波動信息（圖1a）。為了識別判定上述變化信息的屬性，首先須識別該變化信息是否為儀器干擾。前兆異常會在同點(diǎn)同類觀測的多套儀器記錄中同步或延遲出現(xiàn)，而電子干擾在不同儀器系統(tǒng)中一般沒有相關(guān)性。這是前兆異常與儀器干擾的差異，可據(jù)此有效識別儀器干擾［7］。

筆者對上述時段的觀測日志記錄進(jìn)行了核查，發(fā)現(xiàn)上述時段內(nèi)該SSY型洞體應(yīng)變儀觀測系統(tǒng)運(yùn)行正常。進(jìn)一步對麗江臺DSQ型水管儀觀測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，上述變化信息

圖1　寧蒗5.7級地震前麗江臺洞體應(yīng)變、水管傾斜記錄的異常變化

同步出現(xiàn)于DSQ型水管儀記錄中（圖1b）。由于麗江臺洞體應(yīng)變和水管儀是兩個分離的觀測系統(tǒng)，且運(yùn)行正常，證明該信息并非來源于觀測儀器，而是源于地形變。

1.2 多臺多測項觀測數(shù)據(jù)對比分析

我國大陸中強(qiáng)以上地震，地震前中期、短期或短臨等不同階段，在震區(qū)及其周圍一定范圍內(nèi)的定點(diǎn)前兆臺站或多或少會觀測到一些異常變化［8］。因此，一定范圍的多個測點(diǎn)往往記錄到同步、準(zhǔn)同步的前兆異常變化信息。可以利用一定區(qū)域內(nèi)同時段多點(diǎn)觀測資料的對比，有效排除環(huán)境、人為等干擾因素，識別前兆異常信息。

云龍地震臺距麗江地震臺約120km。筆者對云龍地震臺形變觀測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，云龍臺SSQ－2I型水平擺、SSY型洞體應(yīng)變儀的記錄數(shù)據(jù)與麗江臺出現(xiàn)了準(zhǔn)同步的變化特征（圖2）。對比圖1和圖2可以看出，兩個臺站的SSY洞體應(yīng)變、SSQ－2I型水平擺、DSQ型水管儀3種儀器的記錄數(shù)據(jù)均出現(xiàn)了準(zhǔn)同步的變化，可以判定該變化信息不屬于人為干擾或環(huán)境干擾，而是震前異常變化。

2　震前形變異常干擾分析

2.1 大遠(yuǎn)震尾波引起的振蕩波及分析

部分形變或應(yīng)變觀測資料在地震時和震后的變化反映為振蕩型波動變化，或者出現(xiàn)幅度較大的階躍變化。前者多出現(xiàn)在遠(yuǎn)震，而后者主要出現(xiàn)在近震。若是巨大遠(yuǎn)震引起的變化則往往是階變或振蕩型波動現(xiàn)象的疊加。這種地震時和震后的形變或應(yīng)變觀測出現(xiàn)的階變或振蕩型波動現(xiàn)象，有時稱為應(yīng)變階或應(yīng)變波［9－11］。地震能夠同時對多個臺站的觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，大遠(yuǎn)震面波及巨震后引發(fā)的調(diào)整常常導(dǎo)致形變記錄中出現(xiàn)持續(xù)時間較長的轉(zhuǎn)折和波動［7］。為了識別是否是遠(yuǎn)震引起的形變觀測振蕩波動，須核查地震記錄數(shù)據(jù)，核實(shí)形變數(shù)據(jù)中的變化信息，以排除大遠(yuǎn)震尾波引起的振蕩波動影響。

寧蒗5.7級地震前的異常變化信息時段為2012年6月8～16日，從該時段內(nèi)全球5級以上大震活動（表1）可以看出，地震事件與異常變化信息在時間上沒有相關(guān)性。進(jìn)一步查閱相應(yīng)時段的地震記錄數(shù)據(jù)，也沒有發(fā)現(xiàn)與上述變化信息同步且時間節(jié)點(diǎn)相對應(yīng)的遠(yuǎn)震面波及地球自由振蕩記錄。因此，可以排除大遠(yuǎn)震尾波引起的振蕩波及干擾。

圖2　云龍臺洞體應(yīng)變儀、水平擺傾斜儀記錄到的準(zhǔn)同步異常變化

表1　寧蒗5.7級地震前全球M≥5.0地震活動

2.2 氣象干擾因素分析

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［12－14］。麗江臺所有形變觀測儀器都放置于山洞坑道內(nèi)，儀器墩為天然原巖，巖性為灰?guī)r，洞內(nèi)溫差幾乎為零，恒溫在16.5℃，坑道覆蓋106m，覆蓋面為天然灌木植被［15］。從麗江臺氣象三要素與麗江臺洞體應(yīng)變北南分量觀測數(shù)據(jù)的對比情況（圖3）可以看出，麗江臺的觀測資料基本不受氣象的影響。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(shù)據(jù)與降雨量、氣壓、溫度觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以排除氣象因素影響。其中，麗江臺形變數(shù)據(jù)與氣象三要素數(shù)據(jù)見圖4。

圖3　2013年麗江臺洞體應(yīng)變與降水量數(shù)據(jù)的對比

圖4　麗江臺洞體應(yīng)變、氣象三要素對比觀測曲線

經(jīng)過上述步驟逐步排除儀器干擾、環(huán)境干擾、大遠(yuǎn)震尾波干擾、氣象因素干擾后，基本可以認(rèn)定寧蒗5.7級地震前的非正常變化信息屬于寧蒗地震的短臨前兆異常。

3　結(jié)論與討論

長期形變臺站觀測工作經(jīng)驗及震前短臨異常特征的研究表明，前兆異常與各種干擾信號的機(jī)理不同。可以根據(jù)這種差異對形變短臨異常進(jìn)行追蹤，并最終判定其是否為震前異常。其思路可總結(jié)為：通過幾套獨(dú)立觀測系統(tǒng)的同點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)對比，可以識別是否為儀器干擾；通過幾個臺站的同類觀測數(shù)據(jù)對比，可以識別小范圍的環(huán)境干擾和人為干擾；通過測震資料對比，可以識別遠(yuǎn)震干擾；通過與氣象記錄數(shù)據(jù)對比，可以識別氣象因素的干擾。寧蒗5.7級地震前云龍臺和麗江臺在地傾斜、應(yīng)變短時異常變化很可能是其短臨前兆。

（作者電子信箱，王赟輝：blessyoyo＠qq.com）

參考文獻(xiàn)

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

［2］張晶，牛安福，高福旺，等.數(shù)字化形變觀測提取的地震短臨異常特征.地震，2003，23（1）：71－75

［3］郗欽文.地球?qū)σ绷Φ捻憫?yīng)及綜合分析.中國地震，1994，10（S1）：83－89

［4］唐九安，常千軍，張幼敏，等.甘肅省東部地區(qū)的潮汐測量結(jié)果及其地球動力學(xué)意義.地震，1995，15 （3）：252－259

［5］楊林章，何世海，郗欽文，等.用潮汐體應(yīng)變加卸載響應(yīng)比研究巖石彈性性質(zhì)的變化.中國地震，1994，10（S1）：90－94

［6］張燕濱，蔣駿，周翠屏.地表潮汐線應(yīng)變、剪應(yīng)變與面應(yīng)變觀測的殘差矢量及其震兆變化.地殼形變與地震，1996，16（3）：49－54

［7］崔慶谷，徐漪霖，楊躍文.形變觀測數(shù)據(jù)中短臨前兆異常的追蹤識別方法.大地測量與地球動力學(xué)，2014，34（5）：55－58

［8］張希，李瑞莎，唐紅濤，等.綜合定點(diǎn)前兆異常推測地震危險區(qū)域的一種途徑.地震研究，2012，35 （1）：1－5

［9］李蘭生，劉建華.同震階變異常的特征與機(jī)制分析.地殼形變與地震，1992，12（3）：81－87

［10］孫毅，程萬正.特大遠(yuǎn)震引起的形變觀測變化圖像.內(nèi)陸地震，2005，19（3）：265－270

［11］牛安福，吉平，高福旺，等.印尼強(qiáng)地震引起的同震形變波.地震，2006，26（1）：131－137

［12］劉序儼，張雁濱.排除形變觀測數(shù)據(jù)中降水干擾的數(shù)學(xué)物理方法的研究.地殼形變與地震，1991，11 （1）：36－40

［13］楊婕，占惠，凌學(xué)才.強(qiáng)降水對廈門地震臺伸縮儀的影響.大地測量與地球動力學(xué)，2009，29（S1）：76－78

［14］孫伶俐，羅俊秋，龍濤.大氣降水對數(shù)字化地傾斜觀測干擾特征分析.大地測量與地球動力學(xué)，2010，30（S1）：105－110

［15］云南省地震局.云南省地震監(jiān)測志.北京：地震出版社，2005

Study on the method of short－impending anomaly recognition and analysis of digital deformation observation before Ninglang M5.7 earthquake

Wang Yunhui
（Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650024，China）

Abstract Due to the increase of the digital deformation data sampling rate，a large number of short－impending anomaly information such as a former short－period pulsating，jumping and turning points can be observed through a variety of observational tools.This enriches the deformation information before earthquake and make it possible to study on short－impending anomaly before earthquake.Taking Ninglang M5.7earthquake occurred on 24June 2012as an example，extraction and analysis of the short－impending anomaly and anomaly recognition methods are summarized through study of Lijiang and Yunlong observation data of digital deformation stations.

Keywords digital deformation observation；short－impending anomaly；Ninglang M5.7 earthquake

收稿日期：(＊)2015－07－09；采用日期：2015－08－06。

doi：10.3969／j.issn.0235－4975.2015.10.004

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A；

中圖分類號：P315.72；