金寨台地倾斜异常信息研究1

陆栋梁 韩成跃 王 飞 刘 莉 陶 媛

（安徽省地震局金寨地震台，安徽 237300）

金寨台地倾斜异常信息研究1

陆栋梁 韩成跃 王 飞 刘 莉 陶 媛

（安徽省地震局金寨地震台，安徽 237300）

在研究金寨台地倾斜多年观测资料的基础上，提取地倾斜的正常变化形态及干扰形态。对安徽安庆4.8级、江西瑞昌4.9级等地震前的异常特征进行了分析、总结。结果表明，当倾斜仪出现打破以往年变正常规律的形态及多项指标超出二倍标准差时，即可视为异常出现。当趋势异常出现转折，即可视为进入短期阶段，应注意未来1个月左右地震发生的可能，矢量方向大致指向或背向震中。

形变观测 地倾斜 地震前兆 异常指标 金寨台

引言

地倾斜观测是为了精确而又稳定地连续测定地壳上某一特定点的相对位置变化，从而研究地球动态变化与地震孕育、发生的关系。就地倾斜前兆而言，其阶段性特征应从以下三个主要方面加以描述：①速率的变化；②方向的变化；③岩石特征（裂隙扩展、不稳态出现）的变化。

在国家地震局主编的“定点形变地震分析预报方法指南”中提出了一套判别方法及判别标准。但具体到不同的台站，譬如金寨台，在不同震级地震的判定指标上又有何具体判据，特别是针对短临预报，如何根据地倾斜观测给出异常判定指标，即对异常时段、异常区域、以及未来可能发生的地震强度给出有边界的预报和判定，并且要求尽可能地精确，本文对此作了研究。

安徽省地处中部地区，地震较西北、西南地区明显偏少。自2008年以来，台站周边1000km范围内，未发生5级以上中强地震。为研究需要，本文对500km范围内的ML4.0级以上地震进行了系统研究。

1 台站概况

金寨地震台位于安徽省西部、大别山东麓，海拔高程50m，属丘陵向山地过渡地带。台站位于梅山-龙河口断裂北侧，距离梅山水库（常年库容约10亿m3）3km。地倾斜观测山洞是1972年专门开挖的，台基岩性为变质岩。洞体南北走向，深25m，宽2m，高2m，最大覆盖层厚度超过30m。1975年安装JB型金属水平摆倾斜仪和目视水管倾斜仪进行地倾斜观测。金寨台地倾斜连续观测超过30年，在中国同类型观测仪器中，资料质量居于中等水平。2006年开始进行数字化改造。改造中将洞口延伸的长8.2m的三间平房顶部覆盖0.5m以上土层，以改善洞室温度、湿度条件。山洞内安装水密船舱门三道、塑钢门三道、防盗门一道。2006年10月10日，安装VS型垂直摆倾斜仪。

2 异常特征简述

2.1 观测曲线正常形态及主要干扰形态

为正确、迅速识别地震异常，提供有效预报意见，应首先识别各台站观测曲线的正常形态及各类干扰形态，这是识别异常的基础。

金寨台地倾斜山洞在2006年改造前后，洞室温度条件有很大改善。改造前，地倾斜观测受到温度影响较大，这一点从地倾斜矢量图可以看出，见图1、图2。基于JB型金属摆观测记录受到的干扰较大，并且自2003年以后NS分量出现大幅度漂移，本文研究集中于2008年后垂直摆观测的数字化观测资料。

图1 1995年地倾斜矢量图Fig. 1 Tilt vector in 1995

图2 2009年地倾斜矢量图Fig. 2 Tilt vector in 2009

降雨干扰：金寨台台基为变质岩，整体性较好。由于台站附近有2条较小的断裂带通过，故降雨时观测噪声较大。图3显示2012年8月9日，日降水量143.5mm，NS分量噪声较大。

图3 2012年8月9日垂直摆和降雨记录曲线Fig. 3 Recorded curve of vertical pendulum and rainfall on August 29, 2012

气压扰动：由于金寨台山洞较短，并且位于河道一侧山坡上，地倾斜观测受到气压影响比较明显（张学阳，1987；王梅等，2004）。图4显示2009年6月15日0时至2时，气压有一次明显扰动过程，可见垂直摆NS、EW两分量有同步变化。

图4 2009年6月15日垂直摆和气压记录曲线Fig. 4 Recorded curve of vertical pendulum and pressure on June 15, 2009

近距离爆破：台站保护范围之外有小型采石场，定期进行小当量爆破作业，对仪器观测，特别是NS分量观测有影响。图5显示的是2012年12月25日近距离爆破（约7km），NS分量阶跃，EW无影响。

图5 2012年12月25日垂直摆记录曲线Fig. 5 Recorded curve of vertical pendulum on December 25, 2012

2.2 异常特征分析

根据岩石实验及前兆模式，在总结大量震例的基础上，人们提出了形变前兆的阶段性特征，即稳速变化段、加速变化段、失稳段及震前突变段。

目前针对上述三个主要方面使用的异常判别方法主要有：①形态法；②固体潮振幅因子法；③差分及差分矢量判别法；④最大相关系数法；⑤契氏预估判别法；⑥卡尔曼滤波法；⑦短时图象类比判别法（程德福等，1993a；1993b；王梅等，2000）。本研究以中强地震为依据，应用上述处理方法对金寨台的观测数据、图象进行分析，以超过2倍标准差作为异常判据，根据异常的形态、幅度及其与地震的对应关系，确定判断异常的定性或定量指标。

卡尔曼滤波法：2011年9月10日江西瑞昌ML4.9级地震前有异常变化，持续时间从8月13日至9月1日，见图6。

图6 NS分量卡尔曼滤波图Fig. 6 Kalman filter diagraph of NS component

形态法：2011年9月10日23:20江西瑞昌ML4.9级地震前，NS分量日均值曲线显示，8月14日向北倾斜加速，8月24日达到极值；8月25日转向向南倾斜，8月31日到达极值；9月1日向北倾斜，速度恢复正常。矢量图也可见明显异常，见图7、图8。

图7 2011年地倾斜矢量图Fig. 7 Tilt vector in 2011

图8 2011年NS分量日均值图Fig. 8 Daily average of NS component in 2011

固体潮振幅因子法：EW分量倾斜（M2波）潮汐因子变化图在2008年3月10日河南兰考ML4.8级地震前有异常变化，持续时间从2月3日至3月23日；2011年1月19日安庆ML4.8级地震前有异常变化，持续时间从1月1日至2月3日，见图9。

差分及差分矢量判别法：2008年3月10日河南兰考ML4.8级地震前有异常变化，持续时间从2月16日至3月5日；2011年9月10日江西瑞昌ML4.9级地震前有异常变化，持续时间从8月15日至8月21日，见图10。

由于中国中部地区中强地震数量较少，并且台站周边缺少5级以上地震，金寨台地倾斜观测记录的异常现象较少，指标也比较单一。在出现的异常指标中，均属于趋势性异常，一般出现在震前1个月时间，没有临震异常的短时图像，最大相关系数法和契氏预估判别法在实际使用中效果不明显。

图9 EW分量潮汐因子（M2）变化图Fig. 9 Tidal factor (M2) of EW component

图10 NS分量差分绝对值变化图Fig. 10 Variation of the absolute value of NS component

3 结论与讨论

（1）自2008年1月1日至2012年12月31日，金寨台500km范围内发生ML4.0级及其以上地震14次，地倾斜有异常变化的3次，占21.43%。异常变化较少，应该与震级偏小有关。

（2）金寨台地倾斜记录的异常变化一般出现在震前1个月时间，没有记录到临震异常。

（3）金寨台地倾斜记录异常判定中，形态法是基础，差分法、卡尔曼滤波法均可结合使用，相关系数法和契氏预估法在使用中效果不明显。

（4）考虑水库、洞体条件，金寨台地倾斜记录噪声较大，异常判定取2倍标准差作为判定依据。

（5）由于样本较少，特别是缺乏强震检验，结论有待资料进一步积累和研究。

参考文献

陈德福，罗荣祥，刘国培，1993a．地倾斜同震阶跃与震兆异常图象．地壳形变动力学观测与研究．北京：海洋出版杜．

陈德福，罗荣祥，刘国培，1993b．地倾斜异常图象分类及其特征浅析．地壳形变动力学观测与研究．北京：海洋出版杜．

蒋靖祥，王在华等，2005．2003年昭苏MS6.0地震定点形变异常初步分析．地震，25（2）：83—90．

卢双苓，钟普浴，2007．泰安台垂直摆、水平摆仪器异常变化总结．形变学科通讯，19（2）：64—72．

王梅，季爱东，2000．山东省定点形变倾斜观测异常指标研究．地震研究，23（4）：398—404．

王梅，李峰等，2004．数字化形变观测干扰识别．大地测量与地球动力学，24（1）：94—98．

张学阳，1987．潮汐观测中高精度气压辅助观测的必要性及气压效应的校正．地壳形变与地震，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

陆栋梁，韩成跃，王飞，刘莉，陶媛，2014．金寨台地倾斜异常信息研究．震灾防御技术，9（3）：527—532．

10.11899/zzfy20140320

中国地震局地震监测、预测、科研三结合课题（141204）；安徽省地震局科研合同制课题（201230）

2013-12-23

陆栋梁，男，生于1973年。工程师。主要从事地震监测工作。E-mail：ahldl@126.com