临汾水平摆临震前典型波动异常研究*

荆红亮 张仰辉 马武刚 刘瑞春

1)山西省地震局临汾中心地震台，临汾 041000

2)中国地震局地震研究所，武汉 430071

3)太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，太原 030002

临汾水平摆临震前典型波动异常研究*

荆红亮1)张仰辉1)马武刚2)刘瑞春3)

1)山西省地震局临汾中心地震台，临汾 041000

2)中国地震局地震研究所，武汉 430071

3)太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，太原 030002

对山西临汾水平摆固体潮曲线形态在临震前的典型畸变现象进行分析，从时间、空间上对该类典型波动异常在震前出现的概率进行统计，并对其形成的物理机制进行了解释。

水平摆;固体潮;典型波动;概率统计;机理研究

1 引言

在形变观测的原始记录曲线中，地震前会出现较明显的“形变前驱波”，而这种“前驱波”形态在倾斜观测中主要表现为脉冲加粗型或长周期波动型。山西临汾台水平摆接收远场形变波很明显，能够清晰记录到国内外大多数中强地震［1］，是一种理想的“倾斜拾震器”。由于水平摆工作频带较宽，其频率响应范围为0～50 kHz，因此在大震前特别是一些远震前，临汾台水平摆曲线形态会呈现出锯齿状、台阶突跳或曲线连续扰动等固体潮曲线畸变现象，其中单方向脉冲突跳现象在所有的畸变中尤为突出。

本文着重分析临汾台水平摆固体潮曲线在临震前出现的这种畸变形态特征，对其形成的物理机制做了解释，并对近几年来地震前出现的这种特征进行概率统计分析，其结果为地震预报特别是短临预报提供了判定依据。

2 仪器简介

临汾台水平摆观测仪器为SSQ-Ⅱ型石英水平摆，是用于测量地球内部运动引起地面水平向倾斜变化的一种高灵敏度仪器。在不考虑电路部分的情况下，水平摆的自振周期可以达到50 s左右［2］，实际工作中，可根据需要降低仪器灵敏度，即在安装过程中，把摆的自振周期调到8 s左右，以保证观测数据的稳定性，而不影响仪器的其他性能。

3 固体潮畸变机理与统计研究

临汾台水平摆对国内外中强震都有着较好的同震效应，在地震前常伴有速率加快、转折、脉冲突跳、及锯齿畸变等异常现象，其中一种典型波动——脉冲突跳现象最为突出。根据近几年水平摆观测资料总结研究，只要固体潮曲线形态出现脉冲突跳，后续一般都会有地震发生。该现象具有以下基本特征:震前正、负向脉冲都有可能出现，但是以负向脉冲居多，幅度较大，范围在几ms～50 ms，震前几小时或者一天内恢复平静。这种情况主要反映在NS分量上，这可能与山西带的特殊构造有关。

3.1 典型图像

对临汾台水平摆2008年1月—2011年6月全球M≥6.0地震资料进行统计分析。由于临汾台水平摆固体潮曲线形态在全球M≥6.0地震前出现这种典型波动事件较多，故只针对部分具有明显特征的震例进行研究。

1)图1为2008年1月9日我国西藏改则县(32.5°N，85.2°E)的 6.9 级地震记录曲线(震中距为2 436 km)。水平摆NS向观测曲线在地震前近71小时(震前4天)出现向下矩形跳动方波，其间伴有间歇性脉冲突跳现象，以向上突跳为主，突跳出现的方式为由大变小，在接近地震发生时幅度又逐渐变大，整个过程持续了37小时，震前34小时恢复平静(图2);EW分量无明显变化。

图1 2008-01-09日临汾台水平摆NS分量分钟值曲线Fig.1 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-01-09

2)图3为2008年2月25日印尼苏门答腊7.6级地震记录曲线(震中距为4 478 km)。水平摆NS向观测曲线在地震前近90小时出现向上、向下脉冲突跳，24日开始曲线呈现出幅度较弱的向下脉冲突跳，持续时间近5个小时，25日出现第3次突跳现象(图4)，潮汐曲线形态完全变形呈单点或者多点突跳，最大变化幅度为47 ms，幅度由小到大，持续时间为498分钟;EW分量无明显变化。

3)图5为2008年3月21日新疆于田县7.3级地震记录曲线(震中距为2 674 km)。水平摆NS分量观测曲线在地震前3月19日04:40曲线出现明显抖动向下突跳，持续时间为8小时50分(图6)，最大变化幅度为45 ms，而后潮汐曲线形态恢复正常变化，至地震发生;EW分量无明显变化。

图2 2008-01-06—08日临汾台水平摆NS分量分钟值曲线Fig.2 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-01-06—08

图3 2008-02-22—25日临汾台水平摆NS分量分钟值曲线Fig.3 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-02-22—25

图4 2008-02-25日临汾台水平摆NS分量分钟值曲线Fig.4 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-02-25

图5 2008-03-19—21日临汾台水平摆NS分量分钟值曲线Fig.5 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-03-19—21

4)图7为2011年6月23日日本本州东海岸附近海域7.2级地震的记录曲线(震中距为2 745 km)。水平摆NS分量观测曲线在地震前6月20日小时出现间歇性向下脉冲突跳，幅度由大变小，最大幅度为46 ms，20、21日这种突跳现象比较明显，22日只出现一次单点突跳，基本恢复平静;EW分量无明显变化。

5)2010年10月2—11日临汾台水平摆NS分量潮汐形态无明显变化，只是在曲线上叠加了一部分向下大幅度高频突跳信号(图8)，最大幅度达到56 ms，无远震与之相对应，经查证认为是2010年13号台风影响所致。

图6 2008-03-19日临汾台水平摆NS分量分钟值曲线Fig.6 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-03-19

图7 2011-06-20—23日临汾台水平摆NS分量分钟值曲线Fig.7 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2011-06-20—23

图8 2010-10-02—11日临汾台水平摆NS分量分钟值曲线Fig.8 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2010-10-02—11

3.2 统计结果分析

2008年1月—2011年6月全球共发生6.0级以上地震121次，临汾台水平摆水平摆固体潮曲线出现典型波动61次，其中可以确定的全球M≥6.0地震前固体潮曲线出现畸变现象为39次，中国地震台网中心未发布地震10次，台风引起水平摆出现波动干扰9次，3例波动异常并无台风效应也无地震发生。

以中国地震台网中心发布的地震信息为准，临汾台水平摆震前出现典型波动异常的概率为32%。我国境内出现了6次，其中西藏地震3次，新疆地震1次，青海地震1次，台湾地震1次。从震例统计可知:

1)震例包括 M4.8 ～9.0，其中 M≥6.0 的地震约占80.3%，M≥7.0的地震约占52.4%，大小地震都有可能出现这种脉冲突跳，但总体来说还是以大地震为主。

2)典型波动超前出现时间分布很宽，其中发生在震前0～7天内的占89.7%，1～7天的占87.2%，大于7天的占10.3%。一般前驱波出现后7天内发生地震的可能性最大。

3)有效距离很宽，从目前震例来看，距台站89～17 500 km的范围内临汾台水平摆都可以捕捉到典型波动事件，其中距离大于3 000 km的占74.4%，距离小于3 000 km的占25.6%，距离在2 000 km内占10.3%，从以上数据来看该典型波动出现后，3 000 km以外发生地震的可能性较大。

4)距离小于100 km，前驱波的超前时间为13天。如果观测仪器已监测到该事件，而且延续时间较长一直未发生大震，经查并无气象等其他干扰因素影响，观测环境也无变化，则可能表示台站及周围区域发生中强地震的可能性较大。

为什么临汾台水平摆会清晰记录到几千千米以外的台风干扰讯号?根据文献［3］“台风可以产生一种传播很远的次声波，它是一种周期在4～8秒，近似正弦的振动。在距离一、二千千米处，它的声压一般有几微巴数量级”，8秒左右周期的水平摆正好处在台风所产生的次声波的优越周期上，摆的自振周期与次声波的某一频率相吻合时，就会产生共振，因此水平摆能够清晰记录到台风干扰讯号，可以通过调节仪器自振周期，来避开这一周期的干扰。

4 结论

临汾台水平摆临震前异常波动是客观存在的，它是大震的前奏，可以作为识别地震短临前兆及短临预测的一个重要参考指标，根据其出现的时间以及动态分布特征，确定是否进入短临异常阶段，并判定地震发生的震级大小，结合其他观测手段的异常变化情况进而确定地震的有效距离。

1 荆红亮，等.山西临汾台数字摆倾斜资料对比研究分析［J］.山西地震，2009，(4):24 －27.

2 吕宠吾.洞体仪器的自振周期［A］.中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集［C］.2010，777－778.

3 屠焰，赵树卿.奇异的次声［M］.北京:科学出版社，1979.

ABNORMAL STUDY ON IMPENDING TYPICAL FLUCTUATIONS OF LINFEN HORIZONTAL PENDULUM

Jing Hongliang1)，Zhang Yanghui1)，Ma Wugang2)and Liu Ruichun3)
1)Linfen Central Seismostation of Earthquake Administration of Shanxi Province，Linfen 041000
2)Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071
3)National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan，Taiyuan030002

The typical distortion phenomenon of earth tidal curve from horizontal pendulum at Linfen seismostation before the earthquakes is analyzed，the probability of typical fluctuation appearance before the earthquakes is calculated in both space and time，the physical mechanism of the typical abnormal events is explained.The analysis results can be a preliminary judgement condition of earthquake.

horizontal pendulum;earth tide;typical fluctuation;probability statistics;mechanism study

P315.725

A

1671-5942(2013)Supp.(Ⅱ)-0028-03

2013-01-03

山西省地震局2011年科研项目

荆红亮，女，1975年生，高级工程师，研究方向为地震前兆观测资料的异常分析.E－mail:jhl－1@163.com