延边地震台数字形变资料分析方法与讨论

韩忠民，李承雪，朴 杰，金正燮

吉林省延边地震台，吉林 延边 133003

0 引言

延边地震台形变站2000年安装DSQ型水管倾斜仪和SS-Y型伸缩仪观测项目，并于2002年增加VS型垂直摆观测项目。三套数字化仪器以分钟采样率工作，每日生成分钟值、整点值采样数据，能记录到清晰的倾斜、应变固体潮汐、震前异常信息。多年来三套形变前兆数字化仪器运行情况较好，γ均值中误差及外精度、相对噪声水平M1等指标均达到较高水平，为地震监测提供了可信度较高的形变观测资料。

在地震前兆观测中，正确地认识和排除观测资料中的各种干扰而准确捕捉地震异常信息是前提。本文中介绍了延边台形变资料分析方法与典型图片，为形变资料的正确分析提供一些经验。

1 洞室环境概况

延边地震台地处我国唯一的深震区、举世瞩目的长白山火山就在辖区内。形变站位于，离延吉市10km的帽儿山山根处。形变观测洞室位于延吉市帽儿山防空洞里面，其山洞长300m、台基为安山岩，岩体完整，山洞覆盖层110m，洞内年温度变化±0.2℃，日温变幅小于0.03℃，相对湿度小于90%。台站观测墩均根据仪器的安装要求设计建造。附近没有居民点，主要干扰来自大风和暴雨。

放置数字形变仪的洞室，洞长300m，中间有4道水泥密封门和五道塑钢门，用聚乙烯泡沫板做保温罩密封仪器。可以排除环境因素直接对仪器的影响和仪器自身的的不稳定等因素。用于安放仪器的石墩系花岗岩，建于1987年，长1.2m，宽0.5m，稳定性好。

2 资料分析方法

地倾斜观测资料的异常分析方法比较多，延边台形变资料选用了下列几种常用方法：

1）形态异常法

对于单台地倾斜观测，一般可通过单分量图或矢量图的正常背景来判断异常的形态。在单分量图上识别异常时主要寻找速率变化段、不稳态级临震反向段，分别相当于中、短临异常。

在矢量图上进行异常识别时，主要是寻找矢量转折或变速，打结或S形变动。一般以日均值或五日均值作图。在年温干扰排除不净的情况下，矢量年变椭圆仍会出现，这种变化不是异常。

图1 延边台2008年水管EW向日均值图

图2 延边台2008年垂直摆五日均值矢量图

图1和图2是延边台2008年度水管仪EW向日均值图与垂直摆五日均值矢量图实例。图上可以看出没有什么明显的中、短临异常。当然分析资料时要综合考虑各仪器方向。

2）γ值异常法

固体潮的理论潮振幅与观测点实测的固体潮振幅之比称为潮振幅因子既γ。γ值的动态变化可探测观测点岩石物性变化，实现中使用M2波的γ值作为实用指标来识别异常变化。γ值比比较稳定，变化较小，则表示正常。当γ值波动较大，则是异常记录。由于每一个γ值都是以大量的数据计算，且为表征当地介质状态在该时段内的一个平均量，因此较适用于中、短期异常的判别。

3）差分判别法

在各类形变前兆模式中，都存在不同形变速率特征的阶段。单分量一阶差分值曲线反映地倾斜速率变化，二阶差分反映加速度变化。

使用差分法判别异常时，首先应该对所分析的资料进行粗差剔除及干扰的排除，再计算异常量。在差分法判别异常后，应再次查阅台站日志进行核对。在实现中，差分法判别的异常数常多于实际有震异常数，造成虚假异常。这是由于所分析资料中干扰不能排净的原故。

差分法适用于中期、短期异常的判别。判别中期异常时用五日均值序列；判别短期异常时用日均值序列。

4）最大相关系数法判别异常

许多震例表明，在大震之前，地倾斜方向偏离正常状态，因此，通过适当的数据处理，突出地倾斜方向的改变，是一种重要的方法。本办法的原理是假定两个分量之间的相关系数ρ应当在末一稳定值附近摆动，旋转坐标轴至某一方位，可以使ρ值达到极大值ρmax，既以该值作为矢量方向处于正常状态的标准。如果地震使地倾斜方向在短时间内发生剧变，则必然会引起最大相关系数的急速下降。总之，可从最大相关系数的改变中发现地震异常。

5）卡尔曼滤波法判别异常

这是一种根据观测数据自适应特征提出的方法，其特点是可以预估今后一段时间的正常动态变化值，从而在实测数据出现不符值时判别异常。应用卡尔曼滤波法判别异常时，需要正确建立卡尔曼滤波模型，确定观测噪声和系统的方差，给定系统的初始状态。由于地震预报中地形变的确切数学物理模型还难以实现，因此从已得到的观测值出发总结其正常规律而建立模型。

3 几点说明

1）延边台形变资料主要是以国家地震局预测预防司出版的《地壳形变分析预报方法》为理论基础，结合本台站实际观测数据进行分析；

2）延边台形变资料主要是以《EIS2000地震前兆信息系统》软件来进行分析。上述各种分析方法的图片大部分用该软件生成的；

3）本文中的分析方法，只是延边台形变分析中的典型，实际分析中要考虑各个仪器方向以及各个前兆手段等综合考虑。

4 结论

延边台数字形变仪多年运行以来，仪器稳定性相对较好、精度较高，观测数据齐全。形变仪比较真实的反映了固体潮的变化，并能及时捕捉到地震信息，可以为地球物理研究和地震预报提供服务。另外，形变资料分析方法很多，本文只是介绍了我台资料分析的方法，目的在于互相交流和学习，共同提高分析预报水平。

[1]中国地震局监测预报司.地壳形变数字观测技术[M].北京：地震出版社，2003.

[2]国家地震局预测预防司.地壳形变分析预报方法[M].北京：地震出版社，1998.