秦雙龍,關(guān)玉梅,洪旭瑜,楊錦玲

（福建省地震局,福州 350003）

0 引言

近年來,隨著地震儀器采樣率的不斷提升,強震前的短臨異?，F(xiàn)象不斷被觀測到并逐漸成為熱點研究問題。據(jù)研究,高頻采樣率的地震儀器如寬頻帶地震儀、秒采樣的超導(dǎo)重力儀以及彈簧重力儀都可以監(jiān)測到震前的擾動信號。這種擾動信號也稱為震顫異常波,常與低頻地震及慢地震相關(guān)。在關(guān)于超導(dǎo)重力與彈簧重力儀的震前異常研究方面,國內(nèi)外學(xué)者做了較多深入系統(tǒng)的研究。胡小剛等[1]利用國家測震臺網(wǎng)40臺寬頻帶地震儀對2018年汶川8.0地震震前后共計7 d的數(shù)據(jù)進行分析,發(fā)現(xiàn)震前有明顯的異常顫動信號；赫曉光等[2]對國家野外觀測站Lacoste ET-21重力儀的觀測資料進行分析,發(fā)現(xiàn)在汶川大地震前出現(xiàn)重力擾動異?，F(xiàn)象,信號周期4～8 s；Zhang和Ma[3]基于全球的超導(dǎo)重力儀,結(jié)合地震活動及地震波的到時,確定了2011年日本9級大震前重力非潮汐分量的低頻波動是該強震前的5.7地震引起,不是地震前兆異常；Lan等[4]基于日本和新竹的超導(dǎo)重力儀,檢測到近了十年與27個地震有關(guān)的35組震前擾動異?，F(xiàn)象；Shen等[5]應(yīng)用超導(dǎo)重力儀和寬頻帶地震儀數(shù)據(jù)分析了汶川8.0級地震前的異常信號。震前擾動信號一般出現(xiàn)在震前3～10 d ,擾動的變化過程有快有慢,有的擾動持續(xù)至地震發(fā)生,擾動信號疊加在固體潮曲線和寬頻帶地震儀曲線上,且經(jīng)常表現(xiàn)為紡錘狀的曲線形態(tài)。但是目前有關(guān)震前擾動現(xiàn)象產(chǎn)生的產(chǎn)生機理沒有確切的定論,特別是由于強震的發(fā)生常常伴隨著臺風(fēng)、降雨、氣壓、氣流等氣象因素的干擾,使得研究問題更加復(fù)雜。

本文對華南地區(qū)的重力臺網(wǎng)的多個連續(xù)重力臺站原始秒采樣數(shù)據(jù)處理發(fā)現(xiàn),在2019年10月12日廣西北流—廣東化州MS5.2級地震前2 d存在重力擾動信息,且隨著地震的結(jié)束,重力信號逐漸消失。對于此次中等強震的重力信號異?，F(xiàn)象是否屬于前兆異常還是擾動異常,對此通過收集多個重力臺站的數(shù)據(jù)記錄和該時段氣象因素進行分析。

1 資料選取

收集華南地區(qū)10個g-Phone相對重力儀資料,采樣頻率為1 Hz ,分辨率為0.1 ,且在2019年10月12日廣西MS5.2級地震前重力儀工作正常,沒有出現(xiàn)儀器故障等情況,重力數(shù)據(jù)反映真實可靠。廣西北流—廣東化州MS5.2級地震距離最近的靈山重力臺130 km ,最遠的福州重力臺990 km.

圖1 廣西北流—廣東化州5.2地震及華南地區(qū)重力臺站分布圖Fig.1 The distribution map of Beiliu-Huazhou MS5.2 earthquake in the junction of Guangxi and Guangdong and gravity stations in south China

2 重力數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

選取2019年10月12日廣西北流—廣東化州5.2級地震前6 d和震后一天華南地區(qū)10個重力臺站記錄的原始重力潮汐變化秒采樣數(shù)據(jù),基于Tsoft（Van Camp M ,2005）預(yù)處理軟件對原始重力重力數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,在預(yù)處理的基礎(chǔ)上進行理論固體潮和氣壓改正,同時應(yīng)用小波分解去除固體潮中的低頻成分提取高頻信號。因研究時間較短,暫不考慮海潮效應(yīng)和極移。

圖2 華南地區(qū)10個臺站重力原始數(shù)據(jù)時序圖Fig.2 Time series of gravity data of 10 stations in south China

2.1 原始秒采樣數(shù)據(jù)

按照震中距離由近及遠對2019年10月7日至2019年10月13日華南地區(qū)的10個連續(xù)重力臺秒采樣數(shù)據(jù)進行分析比較,觀測數(shù)據(jù)曲線圖見圖2,顯示華南地區(qū)10個重力臺數(shù)據(jù)變化基本一致,從原始秒采樣曲線顯示震前沒有明顯的擾動異常現(xiàn)象。

圖3 華南地區(qū)連續(xù)重力在2019年10月12日廣西北流—廣東化州5.2地震前濾波分析Fig.3 Filtering analysis of continuous gravity in south China before Beiliu-Huazhou MS5.2 earthquake on October 12th,2019

2.2 重力數(shù)據(jù)信號時間域分析

根據(jù)前文所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法,采用小波分析對華南地區(qū)的10個連續(xù)重力臺秒采樣數(shù)據(jù)采用0.075～0.25 Hz帶通濾波器進行濾波,提取高頻信息（如圖3）,可以發(fā)現(xiàn)華南地區(qū)所有重力臺都記錄到廣西北流—廣東化州5.2級地震同震信號,同震信號隨著震中距的增大而減小,另外福建地區(qū)的7個重力臺還記錄到10月8日01時17分5.6秒的臺灣宜蘭海域4.3級地震同震信號,但重力數(shù)據(jù)在時間域信號分析沒有明顯的震前擾動信號出現(xiàn)。

圖4 廣西北流—廣東化州5.2級地震前華南地區(qū)連續(xù)重力臺站的擾動時頻Fig.4 Time-frequency diagram of continuous gravity stations in south China before the Beiliu-Huazhou MS 5.2 earthquake

2.3 重力數(shù)據(jù)信號頻率分析

對重力臺的秒采樣數(shù)據(jù)的時頻分析顯示,各重力臺的重力擾動頻率范圍在0.1～0.4 Hz之間。震前2 d ,2019年10月10日開始各臺出現(xiàn)一簇明顯的能量高值,頻率在0.1～0.2 Hz之間,整體來看從西向東逐漸增強,與震中距沒有明顯的關(guān)系。

圖5 臺風(fēng)“海貝思”路徑圖Fig.5 Track map of typhoon Hagibis

2.4 氣象影響因素分析

臺風(fēng)或熱帶氣旋容易在重力高頻信號中引起響應(yīng)。臺風(fēng)“海貝思”自2019年10月6日在西北太平洋上生成,之后強度迅速增強,自10月7日14日成強臺風(fēng)級別,10月12日17時后逐漸減弱為熱帶風(fēng)暴直至消失。

圖6 臺風(fēng)“海貝思”中心距離重力臺距離Fig.6 Distance between the center of typhoon Hagibisand and gravity stations

對比分析了2019年10月6日～10月13日臺風(fēng)“海貝思”中心距離靈山、瓊中、廈門、福州四個重力臺的距離（圖6）,在10月6日～10月11日期間臺風(fēng)中心距離各重力臺距離逐漸減小,其中10月11日最近,自10月12日后臺風(fēng)中心距離各重力臺距離轉(zhuǎn)折增大,這與重力數(shù)據(jù)顯示的頻率能量信號變化基本一致,同時可以判斷臺風(fēng)中心對各重力信號的干擾半徑約在3000 km范圍之內(nèi),距離臺風(fēng)中心越近,能量越大。

3 結(jié)論與討論

本文基于華南地區(qū)重力觀測的秒采樣高頻數(shù)據(jù),對2019年10月12日廣西北流—廣東化州5.2級地震前后的重力擾動信號進行分析,得到以下主要幾點結(jié)論：

（1）2019年10月12日廣西北流5.2級地震前華南地區(qū)的主要重力觀測臺原始觀測數(shù)據(jù)在震前6天沒有出現(xiàn)明顯的震前擾動信號；

（2）通過對重力數(shù)據(jù)的信號頻率進行分析,發(fā)現(xiàn)在震前2 d ,即10月10出現(xiàn)明顯的一簇明顯的能量高值信號,頻率在0.1～0.2 Hz之間,從西向東逐漸增強,與震中距沒有明顯的關(guān)系；

（3）通過對地震前后的氣象影響因素進行分析,認為在10月10日～10月12日華南地區(qū)各重力臺出現(xiàn)的能量高值信號與2019年19號臺風(fēng)“海貝思”活動有關(guān),隨著臺風(fēng)中心與重力臺站距離越近,顯示能量越大,同時判斷臺風(fēng)中心對各重力信號的干擾半徑約在3000 km范圍之內(nèi)。

(4) 隨著“海貝思”臺風(fēng)中心靠近重力臺網(wǎng),記錄的0.1Hz低頻重力擾動信號明顯加強,遠離時則逐漸減弱。