（陜西省地震局，陜西 西安 710068）

地傾斜觀測(cè)是記錄地殼變形和固體潮變化的重要手段，是連續(xù)地殼形變觀測(cè)的重要組成部分。地傾斜觀測(cè)不僅能夠記錄到地殼運(yùn)動(dòng)的潮汐現(xiàn)象，也能夠記錄到因人類(lèi)活動(dòng)、大氣運(yùn)動(dòng)、地震等引起的地面振動(dòng)信息。VP 垂直擺傾斜儀是寬頻帶傾斜儀的一種，具有采樣周期短、頻帶范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，其成功運(yùn)行有效填補(bǔ)了地震計(jì)與傳統(tǒng)形變儀器之間在頻率領(lǐng)域的空白[1]。本文通過(guò)對(duì)西安地震臺(tái)VP 垂直擺傾斜儀的觀測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)域和頻域進(jìn)行分析，探索反映地震前后地殼運(yùn)動(dòng)的信息。

2018-02-06T23：50，在臺(tái)灣省花蓮縣海域發(fā)生了MS6.5級(jí)地震，本次地震的震中位置為24.13°N，121.72°E，震源深度為10 km。花蓮縣位于臺(tái)灣的東北部，是歐亞板塊和菲律賓板板塊的交匯區(qū)，在兩大板塊的共同作用下地震頻發(fā)。根據(jù)USGS 提供的地震目錄，在本次地震發(fā)生前02-04 至震后02-07，花蓮縣共記錄到3 級(jí)以上地震38 次，其中6 級(jí)以上地震2 次，5 級(jí)以上地震7 次，4 級(jí)以上地震28 次，3 級(jí)以上地震1 次。

1 數(shù)據(jù)選取

本文選取的地震位于西安地震臺(tái)東南方向，震中距約1 700 km，該臺(tái)VP 垂直擺傾斜儀對(duì)本次地震序列中的4.5級(jí)以上地震記錄良好。根據(jù)本次地震的發(fā)震時(shí)間，選取西安地震臺(tái)2018-02-06—02-07，VP 垂直擺傾斜儀原始記錄的秒采樣數(shù)據(jù)。為了更好分析記錄地震的特征，首先需去除原始觀測(cè)數(shù)據(jù)中的固體潮汐和線性趨勢(shì)。

2 時(shí)域分析

西安地震臺(tái)記錄花蓮MS6.5 級(jí)地震波形如圖1 所示。

圖1 西安地震臺(tái)記錄花蓮MS6.5 級(jí)地震波形

西安地震臺(tái)距離花蓮MS6.5 級(jí)地震震中距約1 700 km，根據(jù)理論走時(shí)，本次地震P 波到達(dá)西安地震臺(tái)的時(shí)間為02-06T23：54，S 波達(dá)到時(shí)間為23：57。由圖1 可知，NS和EW 兩個(gè)方向P 波到達(dá)時(shí)間相同，為23：54，與理論到時(shí)一致，但S 波到達(dá)時(shí)間與理論時(shí)間略有差異，兩個(gè)方向的波形記錄都較理論到達(dá)時(shí)間稍早，并且EW 向略早于NS到達(dá)。

3 頻域分析

時(shí)頻分析方法能夠描述信號(hào)的頻譜等信息隨時(shí)間的變化特征，常用的時(shí)頻分析方法有傅里葉變換、短時(shí)傅里葉變換、小波變換、HHT 變換等，本文在計(jì)算時(shí)主要使用了小波變換和HHT 變換兩種方法。

3.1 計(jì)算方法

小波變換是一種常用的時(shí)頻分析方法，是傅里葉變換和短時(shí)傅里葉變換的進(jìn)一步發(fā)展，首先由地球物理學(xué)家MORLET 對(duì)地震信號(hào)進(jìn)行處理后引入，具有多分辨率、多尺度特性。對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波變換，首先將信號(hào)按某一小波函數(shù)展開(kāi)，展開(kāi)后的小波系數(shù)可以反映信號(hào)頻率分布情況。小波分析用不同時(shí)窗解決時(shí)域和頻域的分辨率矛盾，即對(duì)于信號(hào)的低頻成分，可以用寬時(shí)窗降低時(shí)域分辨率、提高頻域分辨率，對(duì)于信號(hào)的高頻成分，可以用窄時(shí)窗獲得時(shí)域的高分辨率和頻域的低分辨率，小波分析適用于處理諸如寬頻帶傾斜儀觀測(cè)數(shù)據(jù)等非平穩(wěn)信號(hào)的分析[2]。

3.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)小波變換理論，對(duì)西安地震臺(tái)VP 垂直擺傾斜儀NS和EW 兩個(gè)方向02-06—02-07 的預(yù)處理數(shù)據(jù)做小波變換。計(jì)算結(jié)果如圖2 所示。震前擾動(dòng)如圖3 所示。

圖2 小波變換頻譜圖

圖3 震前擾動(dòng)

由圖2 可知，NS 向和EW 向的頻譜圖大致相似，但是也存在差異，由圖2 可以看出EW 向記錄的地震較NS 向較多，如02-06T00：55：35 發(fā)生的緬甸4.0 級(jí)地震、12：59：15 發(fā)生的菲律賓4.8 級(jí)地震（數(shù)據(jù)來(lái)源于USGS：https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/）在EW 向的時(shí)頻圖上均有反映，但在NS 向的記錄較為模糊甚至沒(méi)有記錄，表明EW向的映震能力優(yōu)于NS 向，這種情況可能與地震波的傳播路徑有關(guān)，也可能是儀器的兩個(gè)方向的性能存在差異[3-4]。

由圖3 可以看出，21：48 左右，時(shí)頻圖上有明顯的變化，對(duì)照該時(shí)段的地震序列，在該時(shí)間并沒(méi)有地震發(fā)生，21：48 左右在兩個(gè)方向同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)非常小的突跳，其形態(tài)也與其他地震記錄不同，因此，可以排除該變化為地震信號(hào)。為進(jìn)一步確定該信號(hào)的來(lái)源，經(jīng)查詢當(dāng)天觀測(cè)日志，在該時(shí)段并未出現(xiàn)人為或天氣擾動(dòng)，因此，該信號(hào)很有可能就是震前的異常擾動(dòng)，這種現(xiàn)象在其他研究中也有報(bào)道[5-6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)西安地震臺(tái)VP 垂直擺傾斜儀原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行去除固體潮汐和趨勢(shì)、均值等因素后，在時(shí)域分析了該儀器兩方向記錄的臺(tái)灣花蓮MS6.5 級(jí)地震的P 波、S 波到達(dá)情況。結(jié)果表明，兩個(gè)方向的波形記錄的P 波基本同時(shí)到達(dá)臺(tái)站，而S 波到達(dá)臺(tái)站的時(shí)間略有差異，但基本與理論到時(shí)吻合，S 波到時(shí)存在差異可能與該地震與臺(tái)站的相對(duì)位置及地下結(jié)構(gòu)有關(guān)。

在頻率域，通過(guò)對(duì)地震發(fā)生前后共2 d 的波形及地震發(fā)生前后3 個(gè)多小時(shí)的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行小波變換，計(jì)算表明，西安地震臺(tái)VP 垂直擺傾斜儀NS 和EW 兩個(gè)分向記錄的數(shù)據(jù)并不完全一致，EW 向的映震能力要優(yōu)于NS 向。通過(guò)小波時(shí)頻圖，發(fā)現(xiàn)在花蓮MS6.5 級(jí)地震前2 個(gè)多小時(shí)出現(xiàn)了一次較小擾動(dòng)。