陆态网淮北g—phone型连续重力仪观测高频扰动分析

尹传兵 丁雨 李惊生 樊冬

摘 要：通过滤波分析方法，将淮北重力固体潮高频信号与气象实况资料的对比发现，高频异常信号与台风、寒流等强对流天气存在较好的应对关系，高频异常信号的优势周期为2min，频谱幅值、扰动振幅均为正常信号的4.5倍以上；主要受到西太平洋台风进入中国大陆或近海的影响，高频异常信号与台风中心速度正相关，与台风距离负相关；高频异常信号与中国大陆5级和观测点400公里内中等以上地震具有较好的对应，震前1～5天出现高频异常信号占比47.62%；高频异常信号与气压变化对应较弱。

关键词：陆态网重力 高频扰动 台风 中强地震

中图分类号：P31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（a）-0031-04

Abstract： By filtering analysis method， the huaibei tidal gravity high frequency signal and the actual meteorological data contrast found that abnormal high frequency signal with strong convective weather such as typhoon， cold snap is a better deal with relationship， the advantage of the abnormal high frequency signal cycle for 2 minutes， and the disturbance amplitude spectrum amplitude were 4.5 times more than normal signal； It is mainly affected by the typhoon entering the mainland of China or offshore areas in the western Pacific. High frequency abnormal signal has good correspondence with earthquakes of magnitude 5 in mainland China and above within 400 kilometers of the observation point .The high frequency abnormal signal has weak correspondence with the change of air pressure.

Key Words： CMONOC gravimeter； High frequency perturbation； Typhoon； Moderately strong earthquake

在重力观测数据产出应用及趋势会商跟踪分析中，台 站发现正常观测数据叠加幅度较大的扰动信息，高频频带扰动现象较为显著。近年来许多专家对此现象进行了关注并深入分析，在大地震发生前，震源及其附近将会产生微小的错动和微小的裂隙。而震前的这种微裂微错的产生可以发生频带较宽的震洞，并且可以以波的形式向外发射[1]产生重力高频扰动；南极中山站重力仪记录出现高频扰动后发生地震，重力高频扰动可能来自地核的物质扰动[2]；汶川8.0级、日本9.0级震前重力资料出现喇叭口壮、纺锤状 的高频信号异常现象[3，4]；同时热带气旋运动过程中与海 面、浅海区大陆架及陆地表面的摩擦和由此产生的海浪对 地壳表面的冲击引起的震颤波[5]也可能产生重力仪的高频 扰动，重力高频异常信号与强对流及台风具有一定的相关性[6，7]。

针对陆态网淮北gphone型连续重力仪固体潮数据开展高频扰动信号分析，研判台风以外的干扰信号是否可能是地震前兆，还是其他干扰因素。

1 基本概况

安徽省淮北地震台位于苏、鲁、豫、皖交界处，距郯-庐断裂带西侧约120km，建于相山背斜南翼，其东侧方向为山脉，西侧为平原，雨季雨水顺山体方向向南泄流，周围寒武系和奥陶系灰岩出露；第四系覆盖以冲积和坡积的砂砾石、红色粘土为主。重力观测山洞位于山体半坡，洞体为奥陶系灰岩，岩层产状近于直立，裂隙发育，洞体进深160m，覆盖大于50m，植被为冠、乔木林及杂草。重力观测室距离洞口60m，设置4套密封船舱门，洞内温度15.5℃，日温差小于0.05℃、年温差小于0.1℃。

2009年10月，建成淮北连续重力基准站，属于中国大陆构造环境监测网络工程项目，仪器安装在安徽省淮北地震台形变观测山洞内并投入观测，观测仪器为Micro-g LaCoste公司ghpone型弹簧重力仪。观测系统集成了观测、采集、存储、传输、实时监控等模块，数据采样间隔1次/s，仪器核心传感器采用零长弹簧系统。

2 重力仪观测到的固体潮高频扰动现象及天气实况

连续重力儀观测的主要地球物理现象为固体潮，但我们在长时期的观测过程中发现，观测曲线在固体潮背景上 还经常叠加有高频异常扰动信号。采用低通滤波器和傅里叶变换频谱分析方法对连续重力2016年7～12月的观测资料进行处理。连续重力观测在半年时间内多次出现了观测测曲线脉动加粗异常变化，低通滤波滤除日波、半日波和1/3日波等长周期成份，滤波结果可以清晰地看到观测数据曲线上出现的高频扰动信号。在消除固体潮 背景后，这些高频扰动过程主要表现为“纺锤状”或“锤形”，持续事件一般在1天以上，变化幅度可达10nm/s2，见图1。

本文收集了2016年7～12月期间淮北地区天气日变资料[8]和西太平洋面台风资料[9]，通过与区域天气发展和台风迁移过程的对比分析发现，重力仪的高频扰动变化除西太平洋台风有关外，还与观测站所在地区出现的强对流天气有关。

3 高频异常扰动信号分析

3.1 频谱分析

2016年7～12月观测数据高频信号，通过高频水平高低，选取正常时间（2016年7月28日）和異常时间（2016年9月28 日）信号进行频谱分析，发现淮北连续重力正常时段的信号周期主要为2min以内扰动，异常时段的信号周期与其相似，但异常信号与正常信号的2min周期幅值相差近5倍，异常信号与正常信号的高频扰动幅度相差4.5倍，见图2、图3。

3.2 台风影响分析

台风可导致地壳脉动增强，使得连续重力能力观测到高频异常信号，并且台风的影响与台风中心位置、台风移动速度有关。我们选取2016年7～12月份西太平洋台风对中国大陆华东地区影响较大的台风，统计有尼珀特、妮妲、莫兰蒂、鲇鱼和海马5次台风迁移路径进入或影响安徽及周边省份。图4（a）～（e）给出了5次淮北连续重力高频信号与同期出现的台风中心速度和台风距离淮北观测点的距离，最近距离为莫兰蒂台风距测点358km，台风中心最大速度也是莫兰蒂台风达到70m/s，尼珀特台风对淮北潮汐高频扰动影响相对最小。从5次台风对比显示，连续重力高频信号与台风中心速度正相关，与台风中心距离测点距离负相关，且随着台风的结束高频信号随之减弱消失。

3.3 气压影响分析

我们对比分析了高频异常信号与气压的关系（见图1），发现部分高频信号出现时同时伴有气压的显著变化，但同时存在台风、强对流或地震等因素。如2016年09月13～21日、9月25日～10月1日淮北台连续出现高频异常信号时正值台风“莫兰蒂”“鲇鱼”登陆中国大陆架，安徽及周边地区出现大风增大和阵风强对流天气，气压未出现显著变化，气压大幅变化与高频异常信号不同步见图5。由表1可见，淮北重力观测出现的12次高频异常信号与气压剧烈变 化没有较好的对应关系。

3.4 高频异常信号与地震的关系

对2016年7～12月世界7级、中国大陆5级和观测点400 公里内中等以上地震对比分析发现，在不考虑气压的影响下，部分高频异常信号的出现后1～5天内有中强以上地震发生。由表1可见，统计时间段内淮北连续重力观测出现12次高频异常信号，之后有6个异常时间段1～5天内发生10次地震，5次无相应地震发生。统计时间段内世界7级、中国大陆5级和观测点400km内中等以上地震共计21次，可见，震前1～5天出现高频异常信号的地震占比47.62%，有一定关系。其中仅有16.67%属于在西太平洋登陆台风时间段发震，对应性较弱。

4 结语

陆态网淮北连续重力潮汐变化高频信号主要受到西太 平洋洋面生成的进入中国大陆的台风或地区强对流天气 引起，高频异常信号的优势周期主要为2min以内扰动，正 常信号周期与其相似，但异常信号与正常信号的幅值相差 近5倍。受台风影响信号随着台风中心速度的增加和距测 点距离的缩短而出现变化的，显示出与风速正相关，与距 离负相关。高频异常信号与地震也存在一定关系，高频异 常信号出现后1～5天内有地震发生，值得进一步关注。

参考文献

[1] 陈德福.潮汐形变前驱波的时空特征[J].大地测量与地球动力学，2006，26（2）：24-30.

[2] 赫晓光.L&R-PET;重力仪在南极中山站记录到“不明地学事件”[J].极地研究，1997，9（3）：214-215.

[3] 刘子维，韦进，郝洪涛，等.日本Ms9.0地震前的重力高频扰动[J].大地测量与地球动力学，2010，31（2）：4-8.

[4] 韦进，刘子维，郝洪涛，等.日本Ms9.0地震前的连续重力观测异常[J].大地测量与地球动力学，2010，31（2）：9-16.

[5] 张雁滨，蒋骏，李胜乐，等.热带气旋引起的震颤波[J].地球物理学报，2010，53（2）：335-341.

[6] 李杰，卢双苓，殷海涛，等.泰安重力观测高频扰动信号分析[J].西北地震学报，2009，31（3）：265-271.

[7] 王梅，季爱东，曲同磊，等.泰安地震台重力扰动现象研究[J].地震学报，2014，36（3）：443-451.

[8] 淮北气象局[EB/OL].https：//www.hb121.gov.cn/.

[9] 中国天气台风网[EB/0L].https：//typhoon.weather.com.cn/.