西安地震臺VP 垂直擺傾斜儀對臺灣花蓮MS6.5 級地震同震響應分析＊

（陜西省地震局，陜西 西安 710068）

地傾斜觀測是記錄地殼變形和固體潮變化的重要手段，是連續地殼形變觀測的重要組成部分。地傾斜觀測不僅能夠記錄到地殼運動的潮汐現象，也能夠記錄到因人類活動、大氣運動、地震等引起的地面振動信息。VP 垂直擺傾斜儀是寬頻帶傾斜儀的一種，具有采樣周期短、頻帶范圍寬的優點，其成功運行有效填補了地震計與傳統形變儀器之間在頻率領域的空白[1]。本文通過對西安地震臺VP 垂直擺傾斜儀的觀測數據在時域和頻域進行分析，探索反映地震前后地殼運動的信息。

2018-02-06T23：50，在臺灣省花蓮縣海域發生了MS6.5級地震，本次地震的震中位置為24.13°N，121.72°E，震源深度為10 km。花蓮縣位于臺灣的東北部，是歐亞板塊和菲律賓板板塊的交匯區，在兩大板塊的共同作用下地震頻發。根據USGS 提供的地震目錄，在本次地震發生前02-04 至震后02-07，花蓮縣共記錄到3 級以上地震38 次，其中6 級以上地震2 次，5 級以上地震7 次，4 級以上地震28 次，3 級以上地震1 次。

1 數據選取

本文選取的地震位于西安地震臺東南方向，震中距約1 700 km，該臺VP 垂直擺傾斜儀對本次地震序列中的4.5級以上地震記錄良好。根據本次地震的發震時間，選取西安地震臺2018-02-06—02-07，VP 垂直擺傾斜儀原始記錄的秒采樣數據。為了更好分析記錄地震的特征，首先需去除原始觀測數據中的固體潮汐和線性趨勢。

2 時域分析

西安地震臺記錄花蓮MS6.5 級地震波形如圖1 所示。

圖1 西安地震臺記錄花蓮MS6.5 級地震波形

西安地震臺距離花蓮MS6.5 級地震震中距約1 700 km，根據理論走時，本次地震P 波到達西安地震臺的時間為02-06T23：54，S 波達到時間為23：57。由圖1 可知，NS和EW 兩個方向P 波到達時間相同，為23：54，與理論到時一致，但S 波到達時間與理論時間略有差異，兩個方向的波形記錄都較理論到達時間稍早，并且EW 向略早于NS到達。

3 頻域分析

時頻分析方法能夠描述信號的頻譜等信息隨時間的變化特征，常用的時頻分析方法有傅里葉變換、短時傅里葉變換、小波變換、HHT 變換等，本文在計算時主要使用了小波變換和HHT 變換兩種方法。

3.1 計算方法

小波變換是一種常用的時頻分析方法，是傅里葉變換和短時傅里葉變換的進一步發展，首先由地球物理學家MORLET 對地震信號進行處理后引入，具有多分辨率、多尺度特性。對信號進行小波變換，首先將信號按某一小波函數展開，展開后的小波系數可以反映信號頻率分布情況。小波分析用不同時窗解決時域和頻域的分辨率矛盾，即對于信號的低頻成分，可以用寬時窗降低時域分辨率、提高頻域分辨率，對于信號的高頻成分，可以用窄時窗獲得時域的高分辨率和頻域的低分辨率，小波分析適用于處理諸如寬頻帶傾斜儀觀測數據等非平穩信號的分析[2]。

3.2 計算結果

根據小波變換理論，對西安地震臺VP 垂直擺傾斜儀NS和EW 兩個方向02-06—02-07 的預處理數據做小波變換。計算結果如圖2 所示。震前擾動如圖3 所示。

圖2 小波變換頻譜圖

圖3 震前擾動

由圖2 可知，NS 向和EW 向的頻譜圖大致相似，但是也存在差異，由圖2 可以看出EW 向記錄的地震較NS 向較多，如02-06T00：55：35 發生的緬甸4.0 級地震、12：59：15 發生的菲律賓4.8 級地震（數據來源于USGS：https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/）在EW 向的時頻圖上均有反映，但在NS 向的記錄較為模糊甚至沒有記錄，表明EW向的映震能力優于NS 向，這種情況可能與地震波的傳播路徑有關，也可能是儀器的兩個方向的性能存在差異[3-4]。

由圖3 可以看出，21：48 左右，時頻圖上有明顯的變化，對照該時段的地震序列，在該時間并沒有地震發生，21：48 左右在兩個方向同時出現一個非常小的突跳，其形態也與其他地震記錄不同，因此，可以排除該變化為地震信號。為進一步確定該信號的來源，經查詢當天觀測日志，在該時段并未出現人為或天氣擾動，因此，該信號很有可能就是震前的異常擾動，這種現象在其他研究中也有報道[5-6]。

4 結束語

通過對西安地震臺VP 垂直擺傾斜儀原始觀測數據進行去除固體潮汐和趨勢、均值等因素后，在時域分析了該儀器兩方向記錄的臺灣花蓮MS6.5 級地震的P 波、S 波到達情況。結果表明，兩個方向的波形記錄的P 波基本同時到達臺站，而S 波到達臺站的時間略有差異，但基本與理論到時吻合，S 波到時存在差異可能與該地震與臺站的相對位置及地下結構有關。

在頻率域，通過對地震發生前后共2 d 的波形及地震發生前后3 個多小時的預處理數據進行小波變換，計算表明，西安地震臺VP 垂直擺傾斜儀NS 和EW 兩個分向記錄的數據并不完全一致，EW 向的映震能力要優于NS 向。通過小波時頻圖，發現在花蓮MS6.5 級地震前2 個多小時出現了一次較小擾動。