金寨臺地傾斜異常信息研究1

陸棟梁 韓成躍 王 飛 劉 莉 陶 媛

（安徽省地震局金寨地震臺，安徽 237300）

金寨臺地傾斜異常信息研究1

陸棟梁 韓成躍 王 飛 劉 莉 陶 媛

（安徽省地震局金寨地震臺，安徽 237300）

在研究金寨臺地傾斜多年觀測資料的基礎上，提取地傾斜的正常變化形態(tài)及干擾形態(tài)。對安徽安慶4.8級、江西瑞昌4.9級等地震前的異常特征進行了分析、總結(jié)。結(jié)果表明，當傾斜儀出現(xiàn)打破以往年變正常規(guī)律的形態(tài)及多項指標超出二倍標準差時，即可視為異常出現(xiàn)。當趨勢異常出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，即可視為進入短期階段，應注意未來1個月左右地震發(fā)生的可能，矢量方向大致指向或背向震中。

形變觀測 地傾斜 地震前兆 異常指標 金寨臺

引言

地傾斜觀測是為了精確而又穩(wěn)定地連續(xù)測定地殼上某一特定點的相對位置變化，從而研究地球動態(tài)變化與地震孕育、發(fā)生的關(guān)系。就地傾斜前兆而言，其階段性特征應從以下三個主要方面加以描述：①速率的變化；②方向的變化；③巖石特征（裂隙擴展、不穩(wěn)態(tài)出現(xiàn)）的變化。

在國家地震局主編的“定點形變地震分析預報方法指南”中提出了一套判別方法及判別標準。但具體到不同的臺站，譬如金寨臺，在不同震級地震的判定指標上又有何具體判據(jù)，特別是針對短臨預報，如何根據(jù)地傾斜觀測給出異常判定指標，即對異常時段、異常區(qū)域、以及未來可能發(fā)生的地震強度給出有邊界的預報和判定，并且要求盡可能地精確，本文對此作了研究。

安徽省地處中部地區(qū)，地震較西北、西南地區(qū)明顯偏少。自2008年以來，臺站周邊1000km范圍內(nèi)，未發(fā)生5級以上中強地震。為研究需要，本文對500km范圍內(nèi)的ML4.0級以上地震進行了系統(tǒng)研究。

1 臺站概況

金寨地震臺位于安徽省西部、大別山東麓，海拔高程50m，屬丘陵向山地過渡地帶。臺站位于梅山-龍河口斷裂北側(cè)，距離梅山水庫（常年庫容約10億m3）3km。地傾斜觀測山洞是1972年專門開挖的，臺基巖性為變質(zhì)巖。洞體南北走向，深25m，寬2m，高2m，最大覆蓋層厚度超過30m。1975年安裝JB型金屬水平擺傾斜儀和目視水管傾斜儀進行地傾斜觀測。金寨臺地傾斜連續(xù)觀測超過30年，在中國同類型觀測儀器中，資料質(zhì)量居于中等水平。2006年開始進行數(shù)字化改造。改造中將洞口延伸的長8.2m的三間平房頂部覆蓋0.5m以上土層，以改善洞室溫度、濕度條件。山洞內(nèi)安裝水密船艙門三道、塑鋼門三道、防盜門一道。2006年10月10日，安裝VS型垂直擺傾斜儀。

2 異常特征簡述

2.1 觀測曲線正常形態(tài)及主要干擾形態(tài)

為正確、迅速識別地震異常，提供有效預報意見，應首先識別各臺站觀測曲線的正常形態(tài)及各類干擾形態(tài)，這是識別異常的基礎。

金寨臺地傾斜山洞在2006年改造前后，洞室溫度條件有很大改善。改造前，地傾斜觀測受到溫度影響較大，這一點從地傾斜矢量圖可以看出，見圖1、圖2?；贘B型金屬擺觀測記錄受到的干擾較大，并且自2003年以后NS分量出現(xiàn)大幅度漂移，本文研究集中于2008年后垂直擺觀測的數(shù)字化觀測資料。

圖1 1995年地傾斜矢量圖Fig. 1 Tilt vector in 1995

圖2 2009年地傾斜矢量圖Fig. 2 Tilt vector in 2009

降雨干擾：金寨臺臺基為變質(zhì)巖，整體性較好。由于臺站附近有2條較小的斷裂帶通過，故降雨時觀測噪聲較大。圖3顯示2012年8月9日，日降水量143.5mm，NS分量噪聲較大。

圖3 2012年8月9日垂直擺和降雨記錄曲線Fig. 3 Recorded curve of vertical pendulum and rainfall on August 29, 2012

氣壓擾動：由于金寨臺山洞較短，并且位于河道一側(cè)山坡上，地傾斜觀測受到氣壓影響比較明顯（張學陽，1987；王梅等，2004）。圖4顯示2009年6月15日0時至2時，氣壓有一次明顯擾動過程，可見垂直擺NS、EW兩分量有同步變化。

圖4 2009年6月15日垂直擺和氣壓記錄曲線Fig. 4 Recorded curve of vertical pendulum and pressure on June 15, 2009

近距離爆破：臺站保護范圍之外有小型采石場，定期進行小當量爆破作業(yè)，對儀器觀測，特別是NS分量觀測有影響。圖5顯示的是2012年12月25日近距離爆破（約7km），NS分量階躍，EW無影響。

圖5 2012年12月25日垂直擺記錄曲線Fig. 5 Recorded curve of vertical pendulum on December 25, 2012

2.2 異常特征分析

根據(jù)巖石實驗及前兆模式，在總結(jié)大量震例的基礎上，人們提出了形變前兆的階段性特征，即穩(wěn)速變化段、加速變化段、失穩(wěn)段及震前突變段。

目前針對上述三個主要方面使用的異常判別方法主要有：①形態(tài)法；②固體潮振幅因子法；③差分及差分矢量判別法；④最大相關(guān)系數(shù)法；⑤契氏預估判別法；⑥卡爾曼濾波法；⑦短時圖象類比判別法（程德福等，1993a；1993b；王梅等，2000）。本研究以中強地震為依據(jù)，應用上述處理方法對金寨臺的觀測數(shù)據(jù)、圖象進行分析，以超過2倍標準差作為異常判據(jù)，根據(jù)異常的形態(tài)、幅度及其與地震的對應關(guān)系，確定判斷異常的定性或定量指標。

卡爾曼濾波法：2011年9月10日江西瑞昌ML4.9級地震前有異常變化，持續(xù)時間從8月13日至9月1日，見圖6。

圖6 NS分量卡爾曼濾波圖Fig. 6 Kalman filter diagraph of NS component

形態(tài)法：2011年9月10日23:20江西瑞昌ML4.9級地震前，NS分量日均值曲線顯示，8月14日向北傾斜加速，8月24日達到極值；8月25日轉(zhuǎn)向向南傾斜，8月31日到達極值；9月1日向北傾斜，速度恢復正常。矢量圖也可見明顯異常，見圖7、圖8。

圖7 2011年地傾斜矢量圖Fig. 7 Tilt vector in 2011

圖8 2011年NS分量日均值圖Fig. 8 Daily average of NS component in 2011

固體潮振幅因子法：EW分量傾斜（M2波）潮汐因子變化圖在2008年3月10日河南蘭考ML4.8級地震前有異常變化，持續(xù)時間從2月3日至3月23日；2011年1月19日安慶ML4.8級地震前有異常變化，持續(xù)時間從1月1日至2月3日，見圖9。

差分及差分矢量判別法：2008年3月10日河南蘭考ML4.8級地震前有異常變化，持續(xù)時間從2月16日至3月5日；2011年9月10日江西瑞昌ML4.9級地震前有異常變化，持續(xù)時間從8月15日至8月21日，見圖10。

由于中國中部地區(qū)中強地震數(shù)量較少，并且臺站周邊缺少5級以上地震，金寨臺地傾斜觀測記錄的異常現(xiàn)象較少，指標也比較單一。在出現(xiàn)的異常指標中，均屬于趨勢性異常，一般出現(xiàn)在震前1個月時間，沒有臨震異常的短時圖像，最大相關(guān)系數(shù)法和契氏預估判別法在實際使用中效果不明顯。

圖9 EW分量潮汐因子（M2）變化圖Fig. 9 Tidal factor (M2) of EW component

圖10 NS分量差分絕對值變化圖Fig. 10 Variation of the absolute value of NS component

3 結(jié)論與討論

（1）自2008年1月1日至2012年12月31日，金寨臺500km范圍內(nèi)發(fā)生ML4.0級及其以上地震14次，地傾斜有異常變化的3次，占21.43%。異常變化較少，應該與震級偏小有關(guān)。

（2）金寨臺地傾斜記錄的異常變化一般出現(xiàn)在震前1個月時間，沒有記錄到臨震異常。

（3）金寨臺地傾斜記錄異常判定中，形態(tài)法是基礎，差分法、卡爾曼濾波法均可結(jié)合使用，相關(guān)系數(shù)法和契氏預估法在使用中效果不明顯。

（4）考慮水庫、洞體條件，金寨臺地傾斜記錄噪聲較大，異常判定取2倍標準差作為判定依據(jù)。

（5）由于樣本較少，特別是缺乏強震檢驗，結(jié)論有待資料進一步積累和研究。

參考文獻

陳德福，羅榮祥，劉國培，1993a．地傾斜同震階躍與震兆異常圖象．地殼形變動力學觀測與研究．北京：海洋出版杜．

陳德福，羅榮祥，劉國培，1993b．地傾斜異常圖象分類及其特征淺析．地殼形變動力學觀測與研究．北京：海洋出版杜．

蔣靖祥，王在華等，2005．2003年昭蘇MS6.0地震定點形變異常初步分析．地震，25（2）：83—90．

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王梅，季愛東，2000．山東省定點形變傾斜觀測異常指標研究．地震研究，23（4）：398—404．

王梅，李峰等，2004．數(shù)字化形變觀測干擾識別．大地測量與地球動力學，24（1）：94—98．

張學陽，1987．潮汐觀測中高精度氣壓輔助觀測的必要性及氣壓效應的校正．地殼形變與地震，7（4）：273—280．

Anomaly of Ground Tilt Observed at Jinzhai Station

Lu Dongliang, Han Chengyue, Wang Fei, Liu Li and Tao Yuan

(Jinzhai Seismic Station, Anhui 237300, China)

Based on observed data at Jinzhai station, we obtained the forms of normal variation and disturbance of the regional ground tilt. Taking Anqin ML4.8 and Jiujiang ML4.9 as examples, we analyzed the anomaly features before earthquakes. The results show that when unusual annual variation appears and other factors surpasses two times of median error, it can defined as the anomaly. As the tendency anomaly starts turning, it can be taken as entering short-term stage. In this case an earthquake could happen in the coming month, with the direction of vector pointing to the potential epicenter.

Deformation measurement; Tilt; Seismic precursor; Anomaly index; Jinzhai station

陸棟梁，韓成躍，王飛，劉莉，陶媛，2014．金寨臺地傾斜異常信息研究．震災防御技術(shù)，9（3）：527—532．

10.11899/zzfy20140320

中國地震局地震監(jiān)測、預測、科研三結(jié)合課題（141204）；安徽省地震局科研合同制課題（201230）

2013-12-23

陸棟梁，男，生于1973年。工程師。主要從事地震監(jiān)測工作。E-mail：ahldl@126.com