西安地震台VP 垂直摆倾斜仪对台湾花莲MS6.5 级地震同震响应分析＊

（陕西省地震局，陕西 西安 710068）

地倾斜观测是记录地壳变形和固体潮变化的重要手段，是连续地壳形变观测的重要组成部分。地倾斜观测不仅能够记录到地壳运动的潮汐现象，也能够记录到因人类活动、大气运动、地震等引起的地面振动信息。VP 垂直摆倾斜仪是宽频带倾斜仪的一种，具有采样周期短、频带范围宽的优点，其成功运行有效填补了地震计与传统形变仪器之间在频率领域的空白[1]。本文通过对西安地震台VP 垂直摆倾斜仪的观测数据在时域和频域进行分析，探索反映地震前后地壳运动的信息。

2018-02-06T23：50，在台湾省花莲县海域发生了MS6.5级地震，本次地震的震中位置为24.13°N，121.72°E，震源深度为10 km。花莲县位于台湾的东北部，是欧亚板块和菲律宾板板块的交汇区，在两大板块的共同作用下地震频发。根据USGS 提供的地震目录，在本次地震发生前02-04 至震后02-07，花莲县共记录到3 级以上地震38 次，其中6 级以上地震2 次，5 级以上地震7 次，4 级以上地震28 次，3 级以上地震1 次。

1 数据选取

本文选取的地震位于西安地震台东南方向，震中距约1 700 km，该台VP 垂直摆倾斜仪对本次地震序列中的4.5级以上地震记录良好。根据本次地震的发震时间，选取西安地震台2018-02-06—02-07，VP 垂直摆倾斜仪原始记录的秒采样数据。为了更好分析记录地震的特征，首先需去除原始观测数据中的固体潮汐和线性趋势。

2 时域分析

西安地震台记录花莲MS6.5 级地震波形如图1 所示。

图1 西安地震台记录花莲MS6.5 级地震波形

西安地震台距离花莲MS6.5 级地震震中距约1 700 km，根据理论走时，本次地震P 波到达西安地震台的时间为02-06T23：54，S 波达到时间为23：57。由图1 可知，NS和EW 两个方向P 波到达时间相同，为23：54，与理论到时一致，但S 波到达时间与理论时间略有差异，两个方向的波形记录都较理论到达时间稍早，并且EW 向略早于NS到达。

3 频域分析

时频分析方法能够描述信号的频谱等信息随时间的变化特征，常用的时频分析方法有傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换、HHT 变换等，本文在计算时主要使用了小波变换和HHT 变换两种方法。

3.1 计算方法

小波变换是一种常用的时频分析方法，是傅里叶变换和短时傅里叶变换的进一步发展，首先由地球物理学家MORLET 对地震信号进行处理后引入，具有多分辨率、多尺度特性。对信号进行小波变换，首先将信号按某一小波函数展开，展开后的小波系数可以反映信号频率分布情况。小波分析用不同时窗解决时域和频域的分辨率矛盾，即对于信号的低频成分，可以用宽时窗降低时域分辨率、提高频域分辨率，对于信号的高频成分，可以用窄时窗获得时域的高分辨率和频域的低分辨率，小波分析适用于处理诸如宽频带倾斜仪观测数据等非平稳信号的分析[2]。

3.2 计算结果

根据小波变换理论，对西安地震台VP 垂直摆倾斜仪NS和EW 两个方向02-06—02-07 的预处理数据做小波变换。计算结果如图2 所示。震前扰动如图3 所示。

图2 小波变换频谱图

图3 震前扰动

由图2 可知，NS 向和EW 向的频谱图大致相似，但是也存在差异，由图2 可以看出EW 向记录的地震较NS 向较多，如02-06T00：55：35 发生的缅甸4.0 级地震、12：59：15 发生的菲律宾4.8 级地震（数据来源于USGS：https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/）在EW 向的时频图上均有反映，但在NS 向的记录较为模糊甚至没有记录，表明EW向的映震能力优于NS 向，这种情况可能与地震波的传播路径有关，也可能是仪器的两个方向的性能存在差异[3-4]。

由图3 可以看出，21：48 左右，时频图上有明显的变化，对照该时段的地震序列，在该时间并没有地震发生，21：48 左右在两个方向同时出现一个非常小的突跳，其形态也与其他地震记录不同，因此，可以排除该变化为地震信号。为进一步确定该信号的来源，经查询当天观测日志，在该时段并未出现人为或天气扰动，因此，该信号很有可能就是震前的异常扰动，这种现象在其他研究中也有报道[5-6]。

4 结束语

通过对西安地震台VP 垂直摆倾斜仪原始观测数据进行去除固体潮汐和趋势、均值等因素后，在时域分析了该仪器两方向记录的台湾花莲MS6.5 级地震的P 波、S 波到达情况。结果表明，两个方向的波形记录的P 波基本同时到达台站，而S 波到达台站的时间略有差异，但基本与理论到时吻合，S 波到时存在差异可能与该地震与台站的相对位置及地下结构有关。

在频率域，通过对地震发生前后共2 d 的波形及地震发生前后3 个多小时的预处理数据进行小波变换，计算表明，西安地震台VP 垂直摆倾斜仪NS 和EW 两个分向记录的数据并不完全一致，EW 向的映震能力要优于NS 向。通过小波时频图，发现在花莲MS6.5 级地震前2 个多小时出现了一次较小扰动。