烏什體應(yīng)變的氣壓響應(yīng)特征分析

邢喜民　楊紹富

1　新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊市科學(xué)二街338號(hào)，830011

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烏什體應(yīng)變的氣壓響應(yīng)特征分析

邢喜民1楊紹富1

1新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊市科學(xué)二街338號(hào)，830011

通過選取不同時(shí)段烏什體應(yīng)變、氣壓觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用小波分析分離觀測(cè)數(shù)據(jù)中的信號(hào)，將相同頻段的體應(yīng)變、氣壓進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，烏什氣壓對(duì)烏什體應(yīng)變的影響主要表現(xiàn)為線性關(guān)系，并且有16～64 min和64～128 h兩個(gè)卓越頻段。關(guān)鍵詞： 烏什體應(yīng)變；相關(guān)系數(shù)；氣壓；小波分析

體應(yīng)變觀測(cè)除了能清晰記錄到固體潮汐、地震波和震前異常等重要信息外，同時(shí)也記錄到了大氣壓力、地下水位、抽水和降雨對(duì)地應(yīng)變場(chǎng)的干擾[1]。對(duì)這些干擾規(guī)律的認(rèn)識(shí)，是進(jìn)行合理數(shù)據(jù)分析和準(zhǔn)確識(shí)別震前異常的前提和基礎(chǔ)。喬子云等[2]通過對(duì)河北張家口地震臺(tái)體應(yīng)變和氣壓觀測(cè)的對(duì)比分析認(rèn)為，氣壓是體應(yīng)變觀測(cè)中的一項(xiàng)主要干擾，消除氣壓干擾后，異常更加明顯，有利于異常的識(shí)別和判斷。邢喜民等[3]在研究烏什體應(yīng)變年頻段及日頻段信息的影響因素時(shí)認(rèn)為，氣壓是影響烏什體應(yīng)變?nèi)兆兓闹饕蛩刂唬殷w應(yīng)變的短期波動(dòng)變化與氣壓基本是同步的。而鉆孔體應(yīng)變儀觀測(cè)精度高(可達(dá)10-11)、響應(yīng)頻帶寬(從0到幾Hz)[4]，文獻(xiàn)[3]中給出的結(jié)論可能不足以揭示氣壓對(duì)烏什體應(yīng)變的影響特征。為此，本文通過選取烏什體應(yīng)變、氣壓等不同時(shí)段數(shù)據(jù)，利用小波分析，將觀測(cè)數(shù)據(jù)中的信號(hào)按不同周期分離出來，研究烏什體應(yīng)變的氣壓影響特征。

1　烏什體應(yīng)變臺(tái)址地質(zhì)構(gòu)造和觀測(cè)情況

烏什地震臺(tái)(41.2°N,79.2°E)位于新疆維吾爾自治區(qū)天山南麓阿克蘇地區(qū)烏什縣西郊七女墳旁，處在柯坪斷塊的東北部，北東向的闊克沙勒斷裂分布在臺(tái)站北部。臺(tái)區(qū)基巖大面積出露，巖性以石英質(zhì)砂巖為主，是地震及前兆觀測(cè)的理想場(chǎng)所[3]。

烏什體應(yīng)變觀測(cè)儀器型號(hào)為TJ-Ⅱ型，體應(yīng)變鉆孔開口孔徑150 mm，終孔徑130 mm，鉆孔深度80 m，實(shí)際測(cè)量深度77 m。因鉆孔底部有大約3 m的沉砂，探頭底部的實(shí)際埋深為75.6 m，探頭處于砂巖層中[3]。

2　數(shù)據(jù)分析

由圖1看出，烏什體應(yīng)變?nèi)兆兓芄腆w潮影響明顯，但固體潮與氣壓對(duì)體應(yīng)變的影響特征并不同，因此文獻(xiàn)[3]中“氣壓是影響烏什體應(yīng)變?nèi)兆兓饕蛩刂弧钡慕Y(jié)論，不足以揭示氣壓對(duì)烏什體應(yīng)變的影響特征。

圖1　烏什體應(yīng)變、氣壓分鐘值曲線(2015-01-01～01-15)Fig.1　Minute values of body strain, atmospheric pressure(2015-01-01～01-15)

用小波分析的方法將原始曲線中的短周期信號(hào)分離出來，氣壓的影響會(huì)變得清晰[4-5]。針對(duì)體應(yīng)變響應(yīng)頻帶寬的特點(diǎn)，選取2013-01-01～2015-10-31整點(diǎn)值、2015-01-01～01-15分鐘值兩段數(shù)據(jù)分別進(jìn)行研究。

首先，將2015-01～01-15分鐘值按周期2～4 min、4～8 min、8～16 min、16～32 min、32～64 min、64～128 min、128～256 min、256～512 min、512～1 024 min、1 024～2 048 min、2 048～4 096 min、4 096～8 192 min劃分，得到12個(gè)頻段的波形數(shù)據(jù)，再將同一頻段體應(yīng)變和氣壓分別進(jìn)行相關(guān)性分析，得到各頻段的相關(guān)系數(shù)r(圖2)。

圖2　烏什體應(yīng)變與氣壓在各頻段的相關(guān)系數(shù)(2015-01-01～01-15)Fig.2　The correlations of every bands body strain with atmospheric pressure(2015-01-01～01-15)

由圖2可以看出，2015-01-01～01-15氣壓對(duì)烏什體應(yīng)變的影響基本可分為兩個(gè)頻段：一個(gè)頻段是16～64 min，氣壓與體應(yīng)變相關(guān)系數(shù)為0.82；另一個(gè)頻段是4 096～8 192 min(68.3～136.5 h)，相關(guān)系數(shù)為0.87。兩個(gè)頻段的氣壓與體應(yīng)變散點(diǎn)圖見圖3。

圖3　烏什體應(yīng)變與氣壓散點(diǎn)圖(2015-01-01～01-15)Fig.3　The scatter of body strain and atmospheric pressure(2015-01-01～01-15)

由圖2、圖3可知，在16～64 min和4 096～8 192 min這兩個(gè)頻段，烏什體應(yīng)變與氣壓線性相關(guān)性較強(qiáng)。

同樣，對(duì)2013-01-01～2015-10-31的整點(diǎn)值數(shù)據(jù)，利用小波分析，按周期2～4 h、4～8 h、8～16 h、16～32 h、32～64 h、64～128 h、128～256 h、256～512 h、512～1 024 h劃分，得到9個(gè)頻段的波形數(shù)據(jù)，再將同一頻段體應(yīng)變和氣壓分別作相關(guān)性分析，得到各頻段的相關(guān)系數(shù)r，見圖4。

圖4　烏什體應(yīng)變與氣壓在各頻段的相關(guān)系數(shù)(2013-01-01～2015-10-31)Fig.4　The correlations of every bands body strain with atmospheric pressure at Wushi(2013-01-01～2015-10-31)

由圖4可以看出，2013-01-01～2015-10-31烏什氣壓對(duì)體應(yīng)變影響的顯著頻段為64～128 h，相關(guān)系數(shù)為0.91，這與2015-01-01～01-15的4 096～8 192 min(68.3～136.5 h)頻段結(jié)果基本一致。烏什氣壓與體應(yīng)變散點(diǎn)圖見圖5。

圖5　烏什體應(yīng)變與氣壓散點(diǎn)圖(2013-01-01～2015-10-30)Fig.5　The scatter of body strain and atmospheric pressure(2013-01-01～2015-10-30)

由圖5可知，在64～128 h頻段烏什體應(yīng)變與氣壓具有較高的線性相關(guān)性。

綜上可以看出，烏什氣壓對(duì)烏什體應(yīng)變影響主要有兩個(gè)顯著頻段，一個(gè)頻段周期約為16～64 min，另一頻段周期約為64～128 h。這與張凌空[4]、周龍壽等[6]的結(jié)論不一致，但有一點(diǎn)卻是相同的，那就是氣壓對(duì)體應(yīng)變的影響主要表現(xiàn)為線性相關(guān)。結(jié)合圖1，烏什體應(yīng)變與氣壓的變化基本同步。

3　結(jié)　語

本文通過小波分析，將烏什氣壓和烏什體應(yīng)變觀測(cè)數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)變化按不同周期進(jìn)行劃分，對(duì)相同頻段的氣壓和體應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，烏什氣壓對(duì)烏什體應(yīng)變的影響主要表現(xiàn)為線性關(guān)系，并且有16～64 min、64～128 h兩個(gè)卓越周期。

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[6]周龍壽，邱澤華，唐磊.地殼應(yīng)變場(chǎng)對(duì)氣壓短周期變化的影響[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2008,23(6)：1 717-1 726(Zhou Longshou, Qiu Zehua, Tang Lei. The Response of Crustal Strain Field to Short-Period Atmospheric Pressure Variation[J].Progress in Geophysics,2008,23(6):1 717-1 726)

About the first author:XING Ximin, engineer, majors in the precursor tracking data analysis,E-mail:24033663@qq.com.

Exploration of the Response Characteristics of Air Pressure to Wushi Body Strain

XINGXimin1YANGShaofu1

1Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region, 338 Kexueer Road, Urumqi 830011, China

Selecting different period data of Wushi body strain and air pressure, we apply wavelet analysis method to separate observation data signals, using correlation analysis of body strain and air pressure in the same frequency band. The results show that the effect of air pressure on body strain is mainly expressed as a linear relationship, and that there are two outstanding bands.

Wushi body strain; correlation coefficient; air pressure; wavelet analysis

Seismic Regime Tracking Project of CEA, No.2015010225.

2016-01-12

邢喜民，工程師，主要從事前兆跟蹤數(shù)據(jù)分析研究，E-mail：24033663@qq.com。

10.14075/j.jgg.2016.10.019

1671-5942(2016)010-0930-03

P315

A

項(xiàng)目來源：中國(guó)地震局震情跟蹤課題(2015010225)。