宁蒗5.7级地震前数字化形变观测短临异常识别与分析方法研究＊

王赟辉（云南省地震局，昆明650024）



宁蒗5.7级地震前数字化形变观测短临异常识别与分析方法研究＊

王赟辉
（云南省地震局，昆明650024）

摘 要由于采样率的大幅度提高，从数字化形变资料中能挖掘大量短临前兆异常信息，如地震前短周期的脉动、突跳、转折等。本文以2012年6月24日宁蒗5.7级地震为例，通过研究丽江、云龙台站数字化形变观测资料，对宁蒗5.7级地震前的形变短临前兆识别与分析进行了研究，给出了形变前兆异常识别方法。

关键词数字化形变观测；短临前兆异常；宁蒗5.7级地震

引言

地震发生前能量的缓慢释放会产生短临前兆异常信息［1］。随着地震观测技术的不断发展，数字化形变资料采样率的大幅度提高，大量短临前兆异常信息通过各种观测手段被记录到，丰富了形变观测的震前变化信息，如地震前短周期的脉动、突跳、转折等短临信息，以及全球大地震的同震变形等，使研究震前短临的异常信息成为可能［2］。利用固体潮观测资料获得了震前地壳形变的中短期异常信息特征［3－6］，已取得了一些重要研究成果。但是，短临异常信息常常伴随着多种干扰噪声，如何排除干扰并识别出真正的前兆异常成为短临前兆异常研究的关键。在前兆数据中，各种干扰与前兆异常来源不同，可以利用这种差异对记录数据中非正常变化信号的属性进行跟踪识别［7］。本文以宁蒗5.7级地震前形变观测资料记录到的非正常变化信息为研究对象，对云南丽江、云龙台形变观测数据进行对比分析，最终判定该变化信息为短临前兆异常。

1　震前形变异常的群体性特征

1.1 单台多测项观测数据对比分析

2012年6月24日宁蒗5.7级地震之前的6月8～16日，离震中约100km的丽江台SSY型洞体应变仪观测资料记录到潮汐波的突然转折波动信息（图1a）。为了识别判定上述变化信息的属性，首先须识别该变化信息是否为仪器干扰。前兆异常会在同点同类观测的多套仪器记录中同步或延迟出现，而电子干扰在不同仪器系统中一般没有相关性。这是前兆异常与仪器干扰的差异，可据此有效识别仪器干扰［7］。

笔者对上述时段的观测日志记录进行了核查，发现上述时段内该SSY型洞体应变仪观测系统运行正常。进一步对丽江台DSQ型水管仪观测数据分析发现，上述变化信息

图1　宁蒗5.7级地震前丽江台洞体应变、水管倾斜记录的异常变化

同步出现于DSQ型水管仪记录中（图1b）。由于丽江台洞体应变和水管仪是两个分离的观测系统，且运行正常，证明该信息并非来源于观测仪器，而是源于地形变。

1.2 多台多测项观测数据对比分析

我国大陆中强以上地震，地震前中期、短期或短临等不同阶段，在震区及其周围一定范围内的定点前兆台站或多或少会观测到一些异常变化［8］。因此，一定范围的多个测点往往记录到同步、准同步的前兆异常变化信息。可以利用一定区域内同时段多点观测资料的对比，有效排除环境、人为等干扰因素，识别前兆异常信息。

云龙地震台距丽江地震台约120km。笔者对云龙地震台形变观测数据分析发现，云龙台SSQ－2I型水平摆、SSY型洞体应变仪的记录数据与丽江台出现了准同步的变化特征（图2）。对比图1和图2可以看出，两个台站的SSY洞体应变、SSQ－2I型水平摆、DSQ型水管仪3种仪器的记录数据均出现了准同步的变化，可以判定该变化信息不属于人为干扰或环境干扰，而是震前异常变化。

2　震前形变异常干扰分析

2.1 大远震尾波引起的振荡波及分析

部分形变或应变观测资料在地震时和震后的变化反映为振荡型波动变化，或者出现幅度较大的阶跃变化。前者多出现在远震，而后者主要出现在近震。若是巨大远震引起的变化则往往是阶变或振荡型波动现象的叠加。这种地震时和震后的形变或应变观测出现的阶变或振荡型波动现象，有时称为应变阶或应变波［9－11］。地震能够同时对多个台站的观测数据产生影响，大远震面波及巨震后引发的调整常常导致形变记录中出现持续时间较长的转折和波动［7］。为了识别是否是远震引起的形变观测振荡波动，须核查地震记录数据，核实形变数据中的变化信息，以排除大远震尾波引起的振荡波动影响。

宁蒗5.7级地震前的异常变化信息时段为2012年6月8～16日，从该时段内全球5级以上大震活动（表1）可以看出，地震事件与异常变化信息在时间上没有相关性。进一步查阅相应时段的地震记录数据，也没有发现与上述变化信息同步且时间节点相对应的远震面波及地球自由振荡记录。因此，可以排除大远震尾波引起的振荡波及干扰。

图2　云龙台洞体应变仪、水平摆倾斜仪记录到的准同步异常变化

表1　宁蒗5.7级地震前全球M≥5.0地震活动

2.2 气象干扰因素分析

研究表明，降雨、气压变化等气象因素可能在某些台站的形变观测资料中引起非正常变化，但受影响的情况因覆盖层厚度、洞室的密封条件而各不相同［12－14］。丽江台所有形变观测仪器都放置于山洞坑道内，仪器墩为天然原岩，岩性为灰岩，洞内温差几乎为零，恒温在16.5℃，坑道覆盖106m，覆盖面为天然灌木植被［15］。从丽江台气象三要素与丽江台洞体应变北南分量观测数据的对比情况（图3）可以看出，丽江台的观测资料基本不受气象的影响。将宁蒗地震前的丽江台、云龙台非正常变化信号所在时段的记录数据与降雨量、气压、温度观测数据进行对比，可以排除气象因素影响。其中，丽江台形变数据与气象三要素数据见图4。

图3　2013年丽江台洞体应变与降水量数据的对比

图4　丽江台洞体应变、气象三要素对比观测曲线

经过上述步骤逐步排除仪器干扰、环境干扰、大远震尾波干扰、气象因素干扰后，基本可以认定宁蒗5.7级地震前的非正常变化信息属于宁蒗地震的短临前兆异常。

3　结论与讨论

长期形变台站观测工作经验及震前短临异常特征的研究表明，前兆异常与各种干扰信号的机理不同。可以根据这种差异对形变短临异常进行追踪，并最终判定其是否为震前异常。其思路可总结为：通过几套独立观测系统的同点观测数据对比，可以识别是否为仪器干扰；通过几个台站的同类观测数据对比，可以识别小范围的环境干扰和人为干扰；通过测震资料对比，可以识别远震干扰；通过与气象记录数据对比，可以识别气象因素的干扰。宁蒗5.7级地震前云龙台和丽江台在地倾斜、应变短时异常变化很可能是其短临前兆。

（作者电子信箱，王赟辉：blessyoyo＠qq.com）

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Study on the method of short－impending anomaly recognition and analysis of digital deformation observation before Ninglang M5.7 earthquake

Wang Yunhui
（Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650024，China）

Abstract Due to the increase of the digital deformation data sampling rate，a large number of short－impending anomaly information such as a former short－period pulsating，jumping and turning points can be observed through a variety of observational tools.This enriches the deformation information before earthquake and make it possible to study on short－impending anomaly before earthquake.Taking Ninglang M5.7earthquake occurred on 24June 2012as an example，extraction and analysis of the short－impending anomaly and anomaly recognition methods are summarized through study of Lijiang and Yunlong observation data of digital deformation stations.

Keywords digital deformation observation；short－impending anomaly；Ninglang M5.7 earthquake

收稿日期：(＊)2015－07－09；采用日期：2015－08－06。

doi：10.3969／j.issn.0235－4975.2015.10.004

文献标识码：A；

中图分类号：P315.72；