蔣 駿 張雁濱 林 鋼 陳德璁 李 暢 馬曉飛

(華中科技大學(xué)物理學(xué)院,武漢 430074)

應(yīng)用地震連續(xù)形變觀測技術(shù)有效監(jiān)測地震前兆＊

蔣 駿 張雁濱 林 鋼 陳德璁 李 暢 馬曉飛

(華中科技大學(xué)物理學(xué)院,武漢 430074)

依據(jù)地震觀測技術(shù)的基本原理和大量觀測事實(shí),給出統(tǒng)一的地震連續(xù)形變觀測技術(shù)儀器的特性曲線,分析和解釋其對“前兆”信息響應(yīng)差異的根本原因。地震連續(xù)形變前兆儀器對地震及其前兆響應(yīng)的差異是因?yàn)閮x器的傳遞函數(shù)不同和特性所致;其前兆觀測中的分鐘值采樣數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的震顫異常波,只是真實(shí)信號的一種“混疊”或映射,難以反映真實(shí)的地面運(yùn)動。強(qiáng)震前的震顫異常波是否與地震有關(guān)?是否是震兆?尚需做更深入細(xì)致的分析和研究。

地震觀測技術(shù);重力儀;傾斜儀;震顫異常波;地震前兆監(jiān)測

1 引言

在地震連續(xù)形變臺站的日常監(jiān)測中,常會發(fā)現(xiàn)有異?！懊}動”信號疊加在固體潮曲線上,且一些異?！懊}動”信號常與強(qiáng)地震相伴隨。經(jīng)分析,這類“脈動”信號的成因復(fù)雜,產(chǎn)生機(jī)理尚不十分清楚;周期成分豐富,從幾秒至幾小時(shí)都有;持續(xù)時(shí)間可達(dá)若干小時(shí)甚至幾天[1];信號較弱。相對于地震連續(xù)形變臺站日常觀測,可視其為一種噪聲或異常,亦稱為震顫異常波[2,3]。實(shí)際中,許多學(xué)者大多將地震前發(fā)現(xiàn)的震顫異常波作為地震短臨前兆,開展了大量研究[4-10],取得了進(jìn)展,也遇到問題和矛盾。例如：在同一臺站,重力、傾斜、應(yīng)變等不同物理量和不同分量的觀測對“前兆”的響應(yīng)差異很大,有的響應(yīng)明顯,有的則無響應(yīng);在臺站的“有效監(jiān)測距離”內(nèi),“前兆”異常的空間分布反常,近處無異?；虍惓］^弱,但遠(yuǎn)處卻異常明顯,甚至出現(xiàn)“巨形變”,且異常比例很低;即使對同一物理量,若采用的觀測儀器不同,其結(jié)果也大相徑庭。對于這些現(xiàn)象,雖有過一些解釋和討論,但都不能令人滿意和信服。事實(shí)上,目前對于地震前兆及其特征尚無嚴(yán)格的定義和描述,絕大多數(shù)“前兆”實(shí)際上只是震顫異常波而已。因此,對于地震及其前兆的監(jiān)測而言,除固體潮外,地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的高頻特性及其對震顫異常波的檢測能力也應(yīng)作為衡量觀測質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。本文依據(jù)地震觀測技術(shù)的基本原理和大量觀測事實(shí),給出地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的特性曲線,分析和解釋其對“前兆”信息響應(yīng)差異的原因。旨在更有效和正確地獲取地震及其前兆信息,促進(jìn)地震研究的科學(xué)性與標(biāo)準(zhǔn)化;去偽存真,突破地震監(jiān)測的“瓶頸”,切實(shí)提高地震監(jiān)測與預(yù)測能力。

2 地震連續(xù)形變觀測技術(shù)原理與傳遞函數(shù)

2.1 DZW重力儀和 VS-1傾斜儀的傳遞函數(shù)

DZ W重力儀和VS-1傾斜儀的觀測物理量雖然不同,但技術(shù)原理完全一樣,都是基于一個(gè)彈性擺系,對地形變信號進(jìn)行檢測。顯然,DZ W重力儀和VS-1傾斜儀的傳遞函數(shù)總可表示為其機(jī)械部分和電路部分傳遞函數(shù)的乘積[11]。它們的機(jī)械部分為一個(gè)彈性擺系,理論上可簡化成一個(gè)二階系統(tǒng)。兩者共振周期相同,阻尼相同,則機(jī)械部分的傳遞函數(shù)相同。又這兩種儀器采用了相同的電路設(shè)計(jì),故電路部分的傳遞函數(shù)也完全相同。設(shè) DZ W重力儀和VS-1傾斜儀的機(jī)械部分、LP1和 LP2輸出的傳遞函數(shù)分別為 TLP0(ω)、TLP1(ω)和 TLP2(ω),則其數(shù)學(xué)表達(dá)式可統(tǒng)一表示為：

式中,K11=120,K12=100,K1=100 0,K21=1.2,K22=0.16,=0.16。K0=104V/ms-2為擺系的靜態(tài)靈敏度,為一常量,由儀器的前置放大、主放大和鎖相放大等電路模塊確定,其精確值可通過對儀器系統(tǒng)的標(biāo)定和測試獲得。K01==4π ξ/T0=3.497 6;K02=4π2/=109.662 3。其中ξ和 T0分別為擺系的阻尼系數(shù)和擺系在無阻尼情況下的共振周期。圖 1給出了DZ W重力儀和VS-1傾斜儀的歸一化幅頻特性和相頻特性曲線。

圖1 DZ W重力儀和VS-1傾斜儀的歸一化幅頻特性和相頻特性Fig.1 Amplitude and phase features of DZ W gravimeter and VS-1 tilt meter

由式(1)不難得出,DZ W重力儀和VS-1傾斜儀機(jī)械部分的阻尼系數(shù)和無阻尼的共振周期分別為0.167和0.6 s,阻尼很弱。在共振周期附近,其機(jī)械部分的幅頻響應(yīng)要遠(yuǎn)高于儀器的靜態(tài)響應(yīng),輸出與輸入信號的位相差發(fā)生突變。又由式 (2)和式(3)知,DZ W重力儀和 VS-1傾斜儀的 LP1通道和LP2通道是兩個(gè)低通濾波器,截止周期分別為 7.5s和 42.0s,兩個(gè)通道具有不同的輸出特性。

2.2 地震連續(xù)形變觀測儀器的傳遞函數(shù)

雖然地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的觀測量、儀器品種和傳感器技術(shù)種類繁多,其觀測精度、對環(huán)境的要求及其與地震的關(guān)聯(lián)度也是最高的。但其機(jī)械部分都可等效成一個(gè)彈性擺系,可由式 (1)統(tǒng)一表示,可視其為一個(gè)二階低通濾波器,亦稱為“低通機(jī)械擺”。只要清楚知道擺的共振周期和阻尼系數(shù)這兩個(gè)特征參數(shù),則地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的特性曲線也就唯一確定。因此,地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的核心和本質(zhì)就是一個(gè)彈性的低通機(jī)械擺,擺的特征參數(shù)可通過不同的技術(shù)方法和傳感器給出,也就構(gòu)成了實(shí)際中品種多樣、優(yōu)勢特性各異、豐富多彩的地震連續(xù)形變觀測技術(shù)。而觀測儀器的電路部分的傳遞函數(shù)和特性,因其與具體的電路設(shè)計(jì)和元器件密切相關(guān),逐一對應(yīng),只要知道了準(zhǔn)確的儀器電路結(jié)構(gòu)圖和元器件參數(shù),應(yīng)不難獲得。這里需要特別指出的是：無論地震連續(xù)形變儀器電路部分的傳遞函數(shù)如何不同或具有某種特別功效,它都不會對儀器的機(jī)械擺所確定的通頻帶再拓寬,也不會比其機(jī)械部分獲得更豐富的前兆信息,不同的電路設(shè)計(jì)只是能夠提高和改善機(jī)械擺觀測信息的信噪比。同樣地,對地震連續(xù)形變觀測的數(shù)據(jù)采集和信號處理也有類似的傳遞函數(shù),這些傳遞函數(shù)的組合就完整地表述了地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的特性與功能。所以儀器機(jī)械部分的傳遞函數(shù)就確定了觀測技術(shù)的本質(zhì)和主要特性 (圖2)。

顯然,若地震連續(xù)形變觀測技術(shù)機(jī)械擺的阻尼系數(shù)和共振周期已知,則該儀器的最大通帶寬度和特性也就隨之確定。若機(jī)械擺的阻尼系數(shù)較小,在共振周期附近,儀器的幅頻響應(yīng)可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于儀器的靜態(tài)響應(yīng),輸出與輸入信號的位相差在此發(fā)生突變。只有當(dāng)機(jī)械擺的阻尼系數(shù)取值 0.6～0.8時(shí)才可獲得最佳性能特性,此時(shí)儀器的通帶可從 2.5倍共振周期至零頻。在高于共振頻率的通帶里,儀器反映了對觀測量的速度響應(yīng)平坦;在低于共振頻率的通帶里,儀器則反映了對觀測量的加速度響應(yīng)平坦。而當(dāng)機(jī)械擺為臨界阻尼或過阻尼時(shí),在共振周期附近,儀器的幅頻響應(yīng)則要低于儀器的靜態(tài)響應(yīng),難以觀測到周期在共振周期附近及其以下的“高頻”地形變信號,輸出與輸入信號的位相差也隨頻率呈近似線性變化關(guān)系。所以,地震連續(xù)形變儀器就是一個(gè)“加速度計(jì)”或“低通濾波器”。一般而言,每個(gè)地震連續(xù)形變觀測儀器都會有確定的共振周期,但為了高靈敏、高穩(wěn)定和高可信地獲得較長周期的微小地殼運(yùn)動和前兆變化,通常會選擇和設(shè)計(jì)一個(gè)具有較長共振周期的機(jī)械擺,或增大儀器的阻尼,甚至達(dá)過阻尼,以避開地噪聲、地震面波和環(huán)境因素等偽形變前兆的干擾,并以對固體潮的觀測質(zhì)量作為衡量地震連續(xù)形變儀器和觀測條件的客觀物理標(biāo)準(zhǔn),更準(zhǔn)確和科學(xué)地監(jiān)測和獲取地震前兆。因此,即使一些地震連續(xù)形變儀器的機(jī)械擺的共振周期較短,通常也都會再采用適當(dāng)?shù)碾娐吩O(shè)計(jì)或技術(shù)對機(jī)械擺的輸出信號做濾波,以抑制高頻噪聲和偽形變前兆的干擾,提高對長周期的微小地形變前兆信號的信噪比,獲取可信的地震前兆。

2.3 地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的特性分析

圖2 不同阻尼的歸一化幅頻特性和相頻特性Fig.2 Amplitude and phase featureswith different damping

地震連續(xù)形變觀測的技術(shù)原理與地震計(jì)相同,都是一個(gè)彈性機(jī)械擺。地震計(jì)的主要觀測目標(biāo)是地震波,而地震連續(xù)形變的主要觀測目標(biāo)則是地震孕育過程中的“靜態(tài)”微小地形變。即直接和準(zhǔn)確測量一個(gè)時(shí)間尺度比以地震波傳播為特征的地面運(yùn)動要大的固體地球內(nèi)部的運(yùn)動[12],故其彈性機(jī)械擺的共振周期通常要長,阻尼要大,甚至為過阻尼。例如：水平擺傾斜儀的共振周期約為 20～80 s;水管傾斜儀的共振周期約為 40～140 s;石英伸縮儀的共振周期約為40～100 s;體積應(yīng)變儀的共振周期約為60～100 s。一些地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的機(jī)械擺的共振周期雖然較短,例如：彈簧重力儀和垂直擺傾斜儀,其共振周期約為 0.6 s;雙軸氣泡傾斜儀和鉆孔式氣泡傾斜儀,其共振周期約為 1～2 s范圍。但為了準(zhǔn)確獲取地震孕育過程中的地形變,通常也會采用電路設(shè)計(jì)對信號做低通濾波處理,使得儀器的整體特性與一個(gè)長周期擺或過阻尼擺完全等價(jià)。

很顯然,上述地震連續(xù)形變觀測技術(shù)是難以正確記錄和反映地震波等高頻信息的,自然也就很難觀測到地震波頻段范圍內(nèi)的前兆信息。究其原因就在于：大量觀測、震例和研究表明,地震孕育過程中所引起的地面運(yùn)動的時(shí)間尺度一般要遠(yuǎn)大于地震波,而幅度卻極其微弱。為了能更準(zhǔn)確地獲得和判斷地震前兆,設(shè)計(jì)地震連續(xù)形變儀器時(shí)便將高頻信息視為“噪聲”或干擾,從技術(shù)上進(jìn)行抑制或?yàn)V除。事實(shí)上,地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的特性也可從其日常監(jiān)測的質(zhì)量中給予估計(jì)。若日常觀測曲線只是光滑、細(xì)膩和穩(wěn)定的固體潮,罕見疊加有地震波、地脈動和震顫異常波,則該儀器的特性則必為長周期或過阻尼系統(tǒng)。這也應(yīng)該是在實(shí)際的地震連續(xù)形變前兆監(jiān)測中,為什么難覓“前驅(qū)波”、異常分布反常和比例低的根本原因,亦是地震前兆監(jiān)測和地震預(yù)測的“瓶頸”所在。

3 地震連續(xù)形變儀器系統(tǒng)的觀測響應(yīng)特征

圖3給出了2005年8月HUST臺站DZ W重力儀和VS-1傾斜儀的固體潮原始觀測曲線。

從圖3不難看出,DZ W重力儀和 VS-1傾斜儀的LP2通道輸出的信號主要是清晰、光滑的固體潮(圖 3(d)～(f)),高頻信號已被濾除,觀測結(jié)果和國內(nèi)同型號儀器的觀測結(jié)果一致。而它們的 LP1通道則除了固體潮外,還同時(shí)疊加有豐富的震顫異常波(圖 3(a)～(c))。DZ W重力儀和VS-1傾斜儀觀測到的震顫異常波等高頻信號都來自于儀器的LP1通道。此外,兩個(gè)通道對固體潮等長周期的信號的響應(yīng)基本一致,具有較高的信噪比(圖 4),分別對其固體潮信號的調(diào)和分析結(jié)果表明,LP1通道與LP2通道的結(jié)果一樣或略好[13]。對地震波等高頻信號的響應(yīng)兩個(gè)通道卻差異明顯。其中,LP1通道似能正常地看到地震波形,幅頻響應(yīng)也與地震計(jì)相當(dāng),只是采用分鐘采樣記錄的地震波形無法正確表述真實(shí)地面運(yùn)動。而 LP2通道則常會將地震波濾除,或畸變成為“脈沖”、“突跳”和“長周期形變”等異常,非常容易對地震前兆的分析和識別造成干擾與混淆。因此,必須特別重視和深入了解地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的傳遞函數(shù)及其整體特性。

圖3 HUST臺站DZ W和VS-1的固體潮觀測(2005-08-01—31)Fig.3 Tidal observation curves byDZ W gravimeter and VS-1 tiltmeter at HUST station(Aug.1-31,2005)

事實(shí)上,在DZ W重力儀和VS-1傾斜儀的LP1通道的輸出信號中往往不難同時(shí)發(fā)現(xiàn)有形態(tài)一致、呈“紡錘狀”的震顫異常波,它是一種普遍存在和頻繁發(fā)生的客觀事實(shí)。且與寬頻帶地震計(jì)的觀測在持續(xù)時(shí)間和形態(tài)上完全吻合,相互印證。通常無需任何數(shù)學(xué)處理,震顫異常波就可直觀呈現(xiàn)在固體潮觀測曲線上。這些信號的強(qiáng)度大多較弱,持續(xù)時(shí)間約為 1～3天。研究表明,一部分震顫異常波由熱帶氣旋引起[14]。圖 5給出了 2004年 12月 26日印度尼西亞Ms8.9、2010年 1月 13日海地Ms7.3、2010年2月 27日智利 Ms8.8和 2010年 4月 14日玉樹Ms7.0等地震前,HUST臺站 DZ W重力儀和 VS-1傾斜儀的LP1通道在地震當(dāng)月觀測資料的高通濾波。其中,數(shù)據(jù)處理中所采用的數(shù)字高通濾波器[15]參數(shù)都相同。即同取 Hamming-1型窗口,截止周期為 30分鐘,窗口長度 121分鐘。結(jié)果反映了固體潮儀器對震顫異常波和地震波等“高頻”信號的響應(yīng)。顯然,除熱帶氣旋引起的震顫異常波外,強(qiáng)地震前也會出現(xiàn)震顫異常波。若以強(qiáng)震前的 10天作為統(tǒng)計(jì)的時(shí)間窗,DZ W重力儀、VS-1傾斜儀的LP1通道和寬頻帶地震計(jì)的觀測都一致表明,約 80%的Ms7.0地震前都會發(fā)現(xiàn)有震顫異常波。這種在 LP1通道中的尋?，F(xiàn)象,在LP2通道和其他地震連續(xù)形變儀器觀測中卻罕有發(fā)現(xiàn)。

圖5 強(qiáng)震前HUST臺站DZ W和VS-1觀測的震顫異常波Fig.5 Abnor mal tremorwaves recorded byDZ W gravimeter and VS-1 tiltmeter before strong earthquake

圖4 HUST臺站固體潮觀測的頻譜(2005-08-01—31日)Fig.4 Frequency spectrum of tidal observations at HUST station(Aug.1～31,2005)

圖6給出了HUST臺站DZ W重力儀和VS-1傾斜儀的 LP1通道 2008-01-01—05-31固體潮觀測的高通濾波 (數(shù)據(jù)處理所采用的濾波器參數(shù)同圖5)。

顯然,2008年 1～3月,持續(xù)時(shí)間在 1～3天的震顫異常波就有 10多例,此間全球共發(fā)生Ms7.0強(qiáng)地震5次 (2008年2月8日中大西洋海嶺Ms7.3, 2月 20日、25日和 26日印度尼西亞Ms7.7、7.6和7.0地震,以及 3月 21日新疆于田Ms7.3地震)。而西太平洋和北印度洋并無臺風(fēng)發(fā)生,僅西太平洋有過一次熱帶風(fēng)暴 (http：//weather.unisys.com/ usgs/和 http：//www.typhoon.gov.cn/)。2008年 4月 1日至 5月 12日,明顯的震顫異常波就有 3例,對應(yīng)的時(shí)間分別為 2008-04-07—13日 (震顫 1)、2008-04-17—24日 (震顫 2)和 2008-05-09—12日,且震顫 1和震顫 2的幅度均大于汶川地震前三天的“異常波動”。這期間,除 2008年 5月 12日的汶川Ms8.0地震外,全球Ms7.0及以上的強(qiáng)地震還有 4例 (4月 9日洛亞爾提群島Ms7.3、4月 12日麥夸里群島地區(qū)Ms7.1、5月 2日安德烈亞諾夫群島Ms7.1和 5月 8日日本Ms7.0)。此期間,西太平洋發(fā)生臺風(fēng)兩次(Neoguri(浣熊),2008-04-14—19日和 Rammasun(威馬遜),2008-05-07—12日),北印度洋發(fā)生臺風(fēng) 1次(NARGIS(納吉斯),2008-04-27—05-03日)。

震顫 1期間,沒有臺風(fēng)發(fā)生,但有兩次 7級強(qiáng)震;震顫 2期間,雖無 7級強(qiáng)震,但卻有臺風(fēng)“浣熊”。這些震顫異常波與地震計(jì)的觀測結(jié)果在時(shí)間上非常吻合,相互印證,為同一原因所致,具有同一來源。圖 7給出了采用 JCZ-1地震計(jì)的連續(xù)地震波形數(shù)據(jù)所獲得的 HUST臺站的觀測背景噪聲信號、震顫 1和震顫 2的頻譜特征。不難看出,震顫 1和震顫 2的頻譜成分與背景噪聲的頻譜成分明顯不同,伴隨有強(qiáng)地震的震顫 1中主要包含有 3～7 s、10～20 s和 40～60 s 3種主要的頻譜成分,而震顫 2中卻幾乎只有 3～7 s一種主要的頻譜成分。

圖6 2008-01—5月 HUST臺站觀測的震顫異常波Fig.6 Abnor mal tremorwave recorded at HUST station(Jan.1～May.31,2008)

圖7 背景噪聲信號和震顫異常波的頻譜特征Fig.7 Frequency spectrum of noise signal and abnor mal tremorwave

4 分析與討論

綜上所述,目前地震監(jiān)測中的地形變前兆大多為震顫異常波,是一種來源復(fù)雜的地球脈動信號,其包絡(luò)線大多呈“紡錘狀”或“尾巴狀”,信號的頻率成分復(fù)雜,可覆蓋地震波至固體潮整個(gè)波段,持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于地震波,約為 1～3天,能被分布廣泛的地震連續(xù)形變儀器和寬頻帶數(shù)字地震計(jì)同時(shí)和頻繁觀測到。大多數(shù)地震連續(xù)形變臺站罕能觀測到“前驅(qū)波”和震顫異常波等“地震前兆”,是因?yàn)槠渲饕康氖谦@取地震孕育過程中的“靜態(tài)”、“微小”地形變信息,則必須以固體潮為衡量觀測質(zhì)量和地形變觀測技術(shù)的客觀標(biāo)準(zhǔn)。因此,地震連續(xù)形變儀器就采用了與寬頻帶地震計(jì)不同的傳遞函數(shù)和輸出特性設(shè)計(jì),抑制和濾除高頻信號及噪聲,獲得光滑穩(wěn)定的固體潮曲線,以確保對長周期的微小地形變前兆變化測量的靈敏和精確。也就是說,地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的傳遞函數(shù)與高頻特性對于前兆監(jiān)測和分析也是非常重要的,不容忽視。否則就可能造成地震前兆識別的誤讀和矛盾,產(chǎn)生瓶頸,阻礙和制約地震監(jiān)測和預(yù)測能力。

在剔除了熱帶氣旋 (臺風(fēng))過程引起的震顫異常波后,諸多“異?！敝笸€有強(qiáng)地震發(fā)生,對應(yīng)率非常之高。由西太平洋的熱帶氣旋引起的震顫異常波的信號周期主要在 3～7 s范圍,而強(qiáng)震前的震顫異常波的信號周期往往既有 3～7 s的成分,還包含 10～60 s以及更長的周期成分。這些現(xiàn)象和差異也許反映了不同原因的震顫異常波的特征和特性,或可幫助我們進(jìn)一步認(rèn)識和了解地震的孕育過程,有效獲取地震前兆。

事實(shí)上,即使是在采樣間隔為分鐘值的地震連續(xù)形變觀測技術(shù)中,也能經(jīng)常觀測到震顫異常波等高頻信號,與地震計(jì)的觀測結(jié)果相互印證,充分證實(shí)了這些異常信號是真實(shí)和客觀存在的。但兩者的觀測特征頻域卻差異明顯,表明這些異常信號只是客觀真實(shí)現(xiàn)象在地震連續(xù)形變觀測中的“混疊”或映射,難以反映真實(shí)的地面運(yùn)動。盡管如此,它仍然對地震前兆的監(jiān)測和研究具有重要參考價(jià)值,是切實(shí)促進(jìn)地震科技發(fā)展和水平提高的基礎(chǔ)。也說明在地形變前兆信息的特征分析中,簡單和直接地應(yīng)用地形變數(shù)字觀測資料獲得的信號頻譜與特征,往往不能準(zhǔn)確表述信號和地震前兆的本質(zhì),只是一種“視頻譜”或“視特征”。即在實(shí)際的前兆分析和地震預(yù)測工作中,應(yīng)充分清楚相關(guān)的觀測技術(shù)和分析方法的原理與特性,這樣才可能發(fā)現(xiàn)和找到問題的本質(zhì)所在,更加科學(xué)和有效地獲取地震前兆。

5 結(jié)語

地震連續(xù)形變儀器與地震計(jì)的本質(zhì)相同,觀測信息覆蓋了從地震波至固體潮的寬廣頻域,兩者在頻域上自然銜接和延拓,是地震研究的重要基礎(chǔ)。它們的交叉、滲透、互補(bǔ)和綜合,將有助于地震監(jiān)測和研究的深入,推進(jìn)地震相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步。因此,地震連續(xù)形變儀器的傳遞函數(shù)與特性必須清楚,不應(yīng)或缺。它可以拓寬視野、明辨是非、去偽存真,獲得新的發(fā)現(xiàn)。也有助于更加有效和正確地獲取地震及其前兆,促進(jìn)地震前兆研究的科學(xué)性與標(biāo)準(zhǔn)化;突破地震監(jiān)測的“瓶頸”,切實(shí)提高地震監(jiān)測與預(yù)測能力。

地震過程及其前兆是極其復(fù)雜的,現(xiàn)有的認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)還比較粗淺,尚在不斷地深化和進(jìn)步中,解決問題的最可行途徑就應(yīng)是做盡可能準(zhǔn)確和完善的觀測。因此,地震連續(xù)形變觀測技術(shù)的科學(xué)性與標(biāo)準(zhǔn)化研究,以及應(yīng)用地震連續(xù)形變觀測技術(shù)和地震計(jì),對震顫異常波進(jìn)行綜合觀測和“源”的探索研究就是非常必要和迫切的。可以不斷啟示、修正、提升和完善我們對地震過程的科學(xué)認(rèn)識,也可以探索和發(fā)現(xiàn)一些過去被“忽視”的,但很可能是更深入地認(rèn)識地震和提高地震預(yù)測水平的關(guān)鍵所在。

1 張雁濱,等.寬頻地震計(jì)及傾斜、重力儀對長周期波動信號的綜合觀測[J].地震學(xué)報(bào),2008,30(6)：626-33. (Zhang Yanbin,et al.Joint observation of long period tremor signalswith broadband seis mometer,tiltmeter and gravimeter [J].Acta Seismologica Sinica,2008,21(6)：629-635)

2 蔣駿,等.潮汐測量中異?！罢痤潯毙盘柕木C合觀測與挖掘[J].國際地震動態(tài),2008,(11)：121-121.(Jiang Jun,et al.Synthetic experimentation and excavation of abnor mal tremorswith tidalmeasurement[J].Recent Developments inWorld Seismology,2008,(11)：121-121)

3 蔣駿,等.汶川 8.0級地震前的“震顫異常波”甄別[J].國際地震動態(tài),2009,(4)：35-35.(Jiang Jun,et al.quot; The abnor mal tremor wavequot;screening before the May 12 Wenchuan earthquake,Sichuan,China[J].Recent Developments inWorld Seis mology,2009,(4)：35-35)

4 楊又陵,等.2001年 11月 14日昆侖山口西M8.1地震前的緩慢地震事件[J].國際地震動態(tài),2003,(9)：1-4. (Yang Youling,et al.The slow earthquake event occurring before west to Kunlun Mountain Pass earthquake ofMs 8.1 on November 14,2001[J].Recent Developments in World Seis mology,2003,(9)：1-4)

5 陳德福.潮汐形變前驅(qū)波的時(shí)空特征[J].大地測量與地球動力學(xué),2006,(2)：24-30.(Che Defu.Space-ti me characteristics of tidal deformation precursor[J].Journal of Geodesy and Geodynamics,2006,(2)：24-30)

6 郝曉光,等.汶川大地震前的重力擾動[J].大地測量與地球動力學(xué),2008,(3)：129-131.(Hao Xiaoguang,et al. Gravity disturbance before WenchuanMs8.0 earthquake [J].Journal of Geodesy and Geodynamics,2008,(3)：129 -131)

7 胡小剛,郝曉光.汶川大地震寬帶地震儀短臨異常及成因初探[J].地球物理學(xué)報(bào),2008,51(6)：1 726-1 734. (Hu Xiaogang and Hao Xiaoguan.The short-ter m anomalies detected by broadband seismographs before the May 12 Wenchuan earthquake,Sichuan,China[J].Chinese J Geophysics,2008,51(6)：1 726-1 734)

8 傅容珊,等.地震前兆還是其他因素?— —與“汶川大地震寬帶地震儀短臨異常及成因初探”作者商榷[J].地球物理學(xué)報(bào),2009,52(2)：584-589.(Fu Rongshan,et al.Earthquake auspice or other factor?— —Discuss with authors of the paper“The short-term anomalies detected by broadband seismographs before theMay 12Wenchuan earthquake,Sichuan,China”[J].Chinese J Geophysics, 2009,52(2)：584-589)

9 周龍壽,邱澤華,唐磊.汶川 8.0級地震前驅(qū)波的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)[J].大地測量與地球動力學(xué),2009,(2)：24-29. (Zhou Longshou,Qiu Zehua and Tang Lei.Statistical test precursory waves befor WenchuanMs8.0 earthquake[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics,2009,29(2)：24-29)

10 韋進(jìn),等.汶川地震前成都臺重力的高頻擾動[J].大地測量與地球動力學(xué),2009,(Supp.)：15-19.(Wei Jin,et al.Gravity disturbance of high frequency of Chengdu seismostation beforeWenchuanMs8.0 earthquake[J].Journal of Geodesy and Geodynamics,2009,(supp.)：15-19)

11 蔣駿,等.DZ W重力儀和 VS-1傾斜儀的傳遞函數(shù)與響應(yīng)特征[J].大地測量與地球動力學(xué),2010,(3)：151-155.(Jiang Jun,et al.Transfer functions and response of DZ W gravimeter andVS-1 tiltmeter[J].Journalof Geodesy and Geodynamics,2010,(3)：151-155)

12 陳鑫連,張奕麟,蔡惟鑫.地殼變動連續(xù)觀測技術(shù) [M].北京：地震出版社,1989.(Chen Xinlian,Zhang Yilin and CaiWeixin.Crustal change continuousobservation technology[M].Beijing：Seismological Press,1989)

13 蔣駿,蘇紅梅,張雁濱.低頻信號的精確采集與處理[J].大地測量與地球動力學(xué),2006,(3)：127-130.(Jiang Jun,Su Hongmei and Zhang Yanbin.Accurate acquisition and processing of low frequency signal[J].Journalof Geodesy and Geodynamics,2006,(3)：127-130)

14 張雁濱,等.熱帶氣旋引起的震顫波[J].地球物理學(xué)報(bào), 2010,53(2)：335-341.(Zhang Yanbin,et al.The tropic cyclone aroused the tremor[J].Chinese J Geophysics, 2010,53(2)：335-341)

15 蔣駿,等.地震前兆信息處理與軟件系統(tǒng) (EIS2000) [M].北京：地震出版社,2000.(Jiang Jun,et al.Earthquake precursors information processing and software systems(EIS2000)[M].Beijing：Seismological Press,2000)

APPL I CATI ON OF SEIS M I C DEFOR MATI ON OBSERVATI ON TECHNIQUES TO EFFECTIVELY MONITOR EARTHQUAKE PRECURSOR

Jiang Jun,Zhang Yanbin,Lin Gang,Chengcong,Li Chang andMa Xiaofei
(School of Physics,Huazhong University of Science and Technology,W uhan 430074)

In dailymonitoring of seis mic crustal defor mation,we often found out that there are some abnormal microseis ms in the tidal signals.These microseis ms called abnor mal tremor wave are observed by the broadband digital seis mograph.This article reports a lot of the abnor mal tremor waves recorded by DZ W gravimeter and VS-1 tiltmeter in HUST seis mic and tidal station.According to the principle of seismic measuring techniques and observations,we present a unified characteristic curve for seis mic crustal defor mation observation techniques,analyze and explain them to the roots of different precursory response.The differencesof the response to the abnormal tremorwaves are mainly decided by the transfer function and the features of the instruments.The seis mic crustal defor mation instruments are sampling perminute,so the abnormal tremorwaves are the aliasing ormapping of the real signals,it can not reflect the true ground motion.Are the abnor mal tremor waves before an earthquake related to the earthquake?Is it precursor?We need to analyze and research deeply.This article ai ms to discuss and expound how to more effectively and accurately obtain earthquake precursor,promote earthquake precursory observation techniques scientific and standardization,breakthrough earthquake monitoring by the bottleneck,and improve the ability of earthquake monitoring and prediction.

seismic observation techniques;gravimeter;tiltmeter;abnormal tremor wave;earthquake precursory monitoring

1671-5942(2011)04-0010-08

2011-04-24

公益性行業(yè)(地震)科研專項(xiàng)(200808071)

蔣駿,男,1959年生,博士,教授,主要研究方向：固體潮與地震學(xué),地震數(shù)字觀測技術(shù)與應(yīng)用.E-mail：JiangJun@mail.hust.

edu.cn

P315.72+6

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