臨汾水平擺臨震前典型波動異常研究*

荊紅亮 張仰輝 馬武剛 劉瑞春

1)山西省地震局臨汾中心地震臺，臨汾 041000

2)中國地震局地震研究所，武漢 430071

3)太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，太原 030002

臨汾水平擺臨震前典型波動異常研究*

荊紅亮1)張仰輝1)馬武剛2)劉瑞春3)

1)山西省地震局臨汾中心地震臺，臨汾 041000

2)中國地震局地震研究所，武漢 430071

3)太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，太原 030002

對山西臨汾水平擺固體潮曲線形態在臨震前的典型畸變現象進行分析，從時間、空間上對該類典型波動異常在震前出現的概率進行統計，并對其形成的物理機制進行了解釋。

水平擺;固體潮;典型波動;概率統計;機理研究

1 引言

在形變觀測的原始記錄曲線中，地震前會出現較明顯的“形變前驅波”，而這種“前驅波”形態在傾斜觀測中主要表現為脈沖加粗型或長周期波動型。山西臨汾臺水平擺接收遠場形變波很明顯，能夠清晰記錄到國內外大多數中強地震［1］，是一種理想的“傾斜拾震器”。由于水平擺工作頻帶較寬，其頻率響應范圍為0～50 kHz，因此在大震前特別是一些遠震前，臨汾臺水平擺曲線形態會呈現出鋸齒狀、臺階突跳或曲線連續擾動等固體潮曲線畸變現象，其中單方向脈沖突跳現象在所有的畸變中尤為突出。

本文著重分析臨汾臺水平擺固體潮曲線在臨震前出現的這種畸變形態特征，對其形成的物理機制做了解釋，并對近幾年來地震前出現的這種特征進行概率統計分析，其結果為地震預報特別是短臨預報提供了判定依據。

2 儀器簡介

臨汾臺水平擺觀測儀器為SSQ-Ⅱ型石英水平擺，是用于測量地球內部運動引起地面水平向傾斜變化的一種高靈敏度儀器。在不考慮電路部分的情況下，水平擺的自振周期可以達到50 s左右［2］，實際工作中，可根據需要降低儀器靈敏度，即在安裝過程中，把擺的自振周期調到8 s左右，以保證觀測數據的穩定性，而不影響儀器的其他性能。

3 固體潮畸變機理與統計研究

臨汾臺水平擺對國內外中強震都有著較好的同震效應，在地震前常伴有速率加快、轉折、脈沖突跳、及鋸齒畸變等異常現象，其中一種典型波動——脈沖突跳現象最為突出。根據近幾年水平擺觀測資料總結研究，只要固體潮曲線形態出現脈沖突跳，后續一般都會有地震發生。該現象具有以下基本特征:震前正、負向脈沖都有可能出現，但是以負向脈沖居多，幅度較大，范圍在幾ms～50 ms，震前幾小時或者一天內恢復平靜。這種情況主要反映在NS分量上，這可能與山西帶的特殊構造有關。

3.1 典型圖像

對臨汾臺水平擺2008年1月—2011年6月全球M≥6.0地震資料進行統計分析。由于臨汾臺水平擺固體潮曲線形態在全球M≥6.0地震前出現這種典型波動事件較多，故只針對部分具有明顯特征的震例進行研究。

1)圖1為2008年1月9日我國西藏改則縣(32.5°N，85.2°E)的 6.9 級地震記錄曲線(震中距為2 436 km)。水平擺NS向觀測曲線在地震前近71小時(震前4天)出現向下矩形跳動方波，其間伴有間歇性脈沖突跳現象，以向上突跳為主，突跳出現的方式為由大變小，在接近地震發生時幅度又逐漸變大，整個過程持續了37小時，震前34小時恢復平靜(圖2);EW分量無明顯變化。

圖1 2008-01-09日臨汾臺水平擺NS分量分鐘值曲線Fig.1 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-01-09

2)圖3為2008年2月25日印尼蘇門答臘7.6級地震記錄曲線(震中距為4 478 km)。水平擺NS向觀測曲線在地震前近90小時出現向上、向下脈沖突跳，24日開始曲線呈現出幅度較弱的向下脈沖突跳，持續時間近5個小時，25日出現第3次突跳現象(圖4)，潮汐曲線形態完全變形呈單點或者多點突跳，最大變化幅度為47 ms，幅度由小到大，持續時間為498分鐘;EW分量無明顯變化。

3)圖5為2008年3月21日新疆于田縣7.3級地震記錄曲線(震中距為2 674 km)。水平擺NS分量觀測曲線在地震前3月19日04:40曲線出現明顯抖動向下突跳，持續時間為8小時50分(圖6)，最大變化幅度為45 ms，而后潮汐曲線形態恢復正常變化，至地震發生;EW分量無明顯變化。

圖2 2008-01-06—08日臨汾臺水平擺NS分量分鐘值曲線Fig.2 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-01-06—08

圖3 2008-02-22—25日臨汾臺水平擺NS分量分鐘值曲線Fig.3 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-02-22—25

圖4 2008-02-25日臨汾臺水平擺NS分量分鐘值曲線Fig.4 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-02-25

圖5 2008-03-19—21日臨汾臺水平擺NS分量分鐘值曲線Fig.5 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-03-19—21

4)圖7為2011年6月23日日本本州東海岸附近海域7.2級地震的記錄曲線(震中距為2 745 km)。水平擺NS分量觀測曲線在地震前6月20日小時出現間歇性向下脈沖突跳，幅度由大變小，最大幅度為46 ms，20、21日這種突跳現象比較明顯，22日只出現一次單點突跳，基本恢復平靜;EW分量無明顯變化。

5)2010年10月2—11日臨汾臺水平擺NS分量潮汐形態無明顯變化，只是在曲線上疊加了一部分向下大幅度高頻突跳信號(圖8)，最大幅度達到56 ms，無遠震與之相對應，經查證認為是2010年13號臺風影響所致。

圖6 2008-03-19日臨汾臺水平擺NS分量分鐘值曲線Fig.6 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2008-03-19

圖7 2011-06-20—23日臨汾臺水平擺NS分量分鐘值曲線Fig.7 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2011-06-20—23

圖8 2010-10-02—11日臨汾臺水平擺NS分量分鐘值曲線Fig.8 Minute value curves of NS component of horizontal pendulum at Linfen station in 2010-10-02—11

3.2 統計結果分析

2008年1月—2011年6月全球共發生6.0級以上地震121次，臨汾臺水平擺水平擺固體潮曲線出現典型波動61次，其中可以確定的全球M≥6.0地震前固體潮曲線出現畸變現象為39次，中國地震臺網中心未發布地震10次，臺風引起水平擺出現波動干擾9次，3例波動異常并無臺風效應也無地震發生。

以中國地震臺網中心發布的地震信息為準，臨汾臺水平擺震前出現典型波動異常的概率為32%。我國境內出現了6次，其中西藏地震3次，新疆地震1次，青海地震1次，臺灣地震1次。從震例統計可知:

1)震例包括 M4.8 ～9.0，其中 M≥6.0 的地震約占80.3%，M≥7.0的地震約占52.4%，大小地震都有可能出現這種脈沖突跳，但總體來說還是以大地震為主。

2)典型波動超前出現時間分布很寬，其中發生在震前0～7天內的占89.7%，1～7天的占87.2%，大于7天的占10.3%。一般前驅波出現后7天內發生地震的可能性最大。

3)有效距離很寬，從目前震例來看，距臺站89～17 500 km的范圍內臨汾臺水平擺都可以捕捉到典型波動事件，其中距離大于3 000 km的占74.4%，距離小于3 000 km的占25.6%，距離在2 000 km內占10.3%，從以上數據來看該典型波動出現后，3 000 km以外發生地震的可能性較大。

4)距離小于100 km，前驅波的超前時間為13天。如果觀測儀器已監測到該事件，而且延續時間較長一直未發生大震，經查并無氣象等其他干擾因素影響，觀測環境也無變化，則可能表示臺站及周圍區域發生中強地震的可能性較大。

為什么臨汾臺水平擺會清晰記錄到幾千千米以外的臺風干擾訊號?根據文獻［3］“臺風可以產生一種傳播很遠的次聲波，它是一種周期在4～8秒，近似正弦的振動。在距離一、二千千米處，它的聲壓一般有幾微巴數量級”，8秒左右周期的水平擺正好處在臺風所產生的次聲波的優越周期上，擺的自振周期與次聲波的某一頻率相吻合時，就會產生共振，因此水平擺能夠清晰記錄到臺風干擾訊號，可以通過調節儀器自振周期，來避開這一周期的干擾。

4 結論

臨汾臺水平擺臨震前異常波動是客觀存在的，它是大震的前奏，可以作為識別地震短臨前兆及短臨預測的一個重要參考指標，根據其出現的時間以及動態分布特征，確定是否進入短臨異常階段，并判定地震發生的震級大小，結合其他觀測手段的異常變化情況進而確定地震的有效距離。

1 荊紅亮，等.山西臨汾臺數字擺傾斜資料對比研究分析［J］.山西地震，2009，(4):24 －27.

2 呂寵吾.洞體儀器的自振周期［A］.中國地球物理2010——中國地球物理學會第二十六屆年會、中國地震學會第十三次學術大會論文集［C］.2010，777－778.

3 屠焰，趙樹卿.奇異的次聲［M］.北京:科學出版社，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年科研項目

荊紅亮，女，1975年生，高級工程師，研究方向為地震前兆觀測資料的異常分析.E－mail:jhl－1@163.com