烏什體應變的氣壓響應特征分析

邢喜民　楊紹富

1　新疆維吾爾自治區地震局，烏魯木齊市科學二街338號，830011

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烏什體應變的氣壓響應特征分析

邢喜民1楊紹富1

1新疆維吾爾自治區地震局，烏魯木齊市科學二街338號，830011

通過選取不同時段烏什體應變、氣壓觀測數據，利用小波分析分離觀測數據中的信號，將相同頻段的體應變、氣壓進行相關性分析。結果表明，烏什氣壓對烏什體應變的影響主要表現為線性關系，并且有16～64 min和64～128 h兩個卓越頻段。關鍵詞： 烏什體應變；相關系數；氣壓；小波分析

體應變觀測除了能清晰記錄到固體潮汐、地震波和震前異常等重要信息外，同時也記錄到了大氣壓力、地下水位、抽水和降雨對地應變場的干擾[1]。對這些干擾規律的認識，是進行合理數據分析和準確識別震前異常的前提和基礎。喬子云等[2]通過對河北張家口地震臺體應變和氣壓觀測的對比分析認為，氣壓是體應變觀測中的一項主要干擾，消除氣壓干擾后，異常更加明顯，有利于異常的識別和判斷。邢喜民等[3]在研究烏什體應變年頻段及日頻段信息的影響因素時認為，氣壓是影響烏什體應變日變化的主要因素之一，且體應變的短期波動變化與氣壓基本是同步的。而鉆孔體應變儀觀測精度高(可達10-11)、響應頻帶寬(從0到幾Hz)[4]，文獻[3]中給出的結論可能不足以揭示氣壓對烏什體應變的影響特征。為此，本文通過選取烏什體應變、氣壓等不同時段數據，利用小波分析，將觀測數據中的信號按不同周期分離出來，研究烏什體應變的氣壓影響特征。

1　烏什體應變臺址地質構造和觀測情況

烏什地震臺(41.2°N,79.2°E)位于新疆維吾爾自治區天山南麓阿克蘇地區烏什縣西郊七女墳旁，處在柯坪斷塊的東北部，北東向的闊克沙勒斷裂分布在臺站北部。臺區基巖大面積出露，巖性以石英質砂巖為主，是地震及前兆觀測的理想場所[3]。

烏什體應變觀測儀器型號為TJ-Ⅱ型，體應變鉆孔開口孔徑150 mm，終孔徑130 mm，鉆孔深度80 m，實際測量深度77 m。因鉆孔底部有大約3 m的沉砂，探頭底部的實際埋深為75.6 m，探頭處于砂巖層中[3]。

2　數據分析

由圖1看出，烏什體應變日變化受固體潮影響明顯，但固體潮與氣壓對體應變的影響特征并不同，因此文獻[3]中“氣壓是影響烏什體應變日變化主要因素之一”的結論，不足以揭示氣壓對烏什體應變的影響特征。

圖1　烏什體應變、氣壓分鐘值曲線(2015-01-01～01-15)Fig.1　Minute values of body strain, atmospheric pressure(2015-01-01～01-15)

用小波分析的方法將原始曲線中的短周期信號分離出來，氣壓的影響會變得清晰[4-5]。針對體應變響應頻帶寬的特點，選取2013-01-01～2015-10-31整點值、2015-01-01～01-15分鐘值兩段數據分別進行研究。

首先，將2015-01～01-15分鐘值按周期2～4 min、4～8 min、8～16 min、16～32 min、32～64 min、64～128 min、128～256 min、256～512 min、512～1 024 min、1 024～2 048 min、2 048～4 096 min、4 096～8 192 min劃分，得到12個頻段的波形數據，再將同一頻段體應變和氣壓分別進行相關性分析，得到各頻段的相關系數r(圖2)。

圖2　烏什體應變與氣壓在各頻段的相關系數(2015-01-01～01-15)Fig.2　The correlations of every bands body strain with atmospheric pressure(2015-01-01～01-15)

由圖2可以看出，2015-01-01～01-15氣壓對烏什體應變的影響基本可分為兩個頻段：一個頻段是16～64 min，氣壓與體應變相關系數為0.82；另一個頻段是4 096～8 192 min(68.3～136.5 h)，相關系數為0.87。兩個頻段的氣壓與體應變散點圖見圖3。

圖3　烏什體應變與氣壓散點圖(2015-01-01～01-15)Fig.3　The scatter of body strain and atmospheric pressure(2015-01-01～01-15)

由圖2、圖3可知，在16～64 min和4 096～8 192 min這兩個頻段，烏什體應變與氣壓線性相關性較強。

同樣，對2013-01-01～2015-10-31的整點值數據，利用小波分析，按周期2～4 h、4～8 h、8～16 h、16～32 h、32～64 h、64～128 h、128～256 h、256～512 h、512～1 024 h劃分，得到9個頻段的波形數據，再將同一頻段體應變和氣壓分別作相關性分析，得到各頻段的相關系數r，見圖4。

圖4　烏什體應變與氣壓在各頻段的相關系數(2013-01-01～2015-10-31)Fig.4　The correlations of every bands body strain with atmospheric pressure at Wushi(2013-01-01～2015-10-31)

由圖4可以看出，2013-01-01～2015-10-31烏什氣壓對體應變影響的顯著頻段為64～128 h，相關系數為0.91，這與2015-01-01～01-15的4 096～8 192 min(68.3～136.5 h)頻段結果基本一致。烏什氣壓與體應變散點圖見圖5。

圖5　烏什體應變與氣壓散點圖(2013-01-01～2015-10-30)Fig.5　The scatter of body strain and atmospheric pressure(2013-01-01～2015-10-30)

由圖5可知，在64～128 h頻段烏什體應變與氣壓具有較高的線性相關性。

綜上可以看出，烏什氣壓對烏什體應變影響主要有兩個顯著頻段，一個頻段周期約為16～64 min，另一頻段周期約為64～128 h。這與張凌空[4]、周龍壽等[6]的結論不一致，但有一點卻是相同的，那就是氣壓對體應變的影響主要表現為線性相關。結合圖1，烏什體應變與氣壓的變化基本同步。

3　結　語

本文通過小波分析，將烏什氣壓和烏什體應變觀測數據細節變化按不同周期進行劃分，對相同頻段的氣壓和體應變數據進行分析。結果表明，烏什氣壓對烏什體應變的影響主要表現為線性關系，并且有16～64 min、64～128 h兩個卓越周期。

[1]李杰，鄒鐘毅，閆德橋，等. TJ-Ⅱ型鉆孔體應變儀數字化觀測資料分析[J].大地測量與地球動力學，2002 22(3):69-74(Li Jie, Zou Zhongyi, Yan Deqiao, et al. Analysis of Digitized Observations of TJ-Ⅱ Borehole Body Strain Meters[J].Journal of Geodesy and Geodynamics,2002,22(3):69-74)

[2]喬子云，馬興國.體應變的氣壓效應[J].山西地震，2000(2)：36-38(Qiao Ziyun, Ma Xingguo. Atmospheric Pressure Effect of Body Strain[J]. Earthquake Research in Shanxi,2000(2):36-38)

[3]邢喜民，孫吉澤，張治廣.烏什鉆孔體應變年頻段及日頻段信息的影響因素探索[J].大地測量與地球動力學,2016,36(5):82-85(Xing Ximin, Sun Jize, Zhang Zhiguang. Exploring the Factors Influencing of Wushi Borehole Body Strain Year Period and Daily Frequency Information[J].Journal of Geodesy and Geodynamics,2016,36(5):82-85)

[4]張凌空，王廣才，牛安福.周期氣壓波對地殼應變場觀測影響的若干因素分析[J].地震學報，2011,33(3)：351-361(Zhang Lingkong, Wang Guangcai, Niu Anfu. Analysis on Several Factors of Periodic Air Pressuer Wave Affecting Crustal Strain Field[J]. Acta Seismologica Sinica,2011,33(3):351-361)

[5]陸遠忠，李勝樂，鄧志輝，等.基于GIS的地震分析預報系統[M].成都：成都地圖出版社,2002(Lu Yuanzhong, Li Shengle, Deng Zhihui, et al. Seismic Analysis and Prediction System Based on GIS[M].Chengdu: Chengdu Cartographic Publishing House, 2002)

[6]周龍壽，邱澤華，唐磊.地殼應變場對氣壓短周期變化的影響[J].地球物理學進展，2008,23(6)：1 717-1 726(Zhou Longshou, Qiu Zehua, Tang Lei. The Response of Crustal Strain Field to Short-Period Atmospheric Pressure Variation[J].Progress in Geophysics,2008,23(6):1 717-1 726)

About the first author:XING Ximin, engineer, majors in the precursor tracking data analysis,E-mail:24033663@qq.com.

Exploration of the Response Characteristics of Air Pressure to Wushi Body Strain

XINGXimin1YANGShaofu1

1Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region, 338 Kexueer Road, Urumqi 830011, China

Selecting different period data of Wushi body strain and air pressure, we apply wavelet analysis method to separate observation data signals, using correlation analysis of body strain and air pressure in the same frequency band. The results show that the effect of air pressure on body strain is mainly expressed as a linear relationship, and that there are two outstanding bands.

Wushi body strain; correlation coefficient; air pressure; wavelet analysis

Seismic Regime Tracking Project of CEA, No.2015010225.

2016-01-12

邢喜民，工程師，主要從事前兆跟蹤數據分析研究，E-mail：24033663@qq.com。

10.14075/j.jgg.2016.10.019

1671-5942(2016)010-0930-03

P315

A

項目來源：中國地震局震情跟蹤課題(2015010225)。