重力仪高频信息和地脉动的观测研究

本文介绍了应用电磁反馈零位检测技术改装的重力仪进行高频信息的观测。阐述重力仪高频信息频谱分布特征、数据采集、数字计算和随机信息的处理方法。利用高频信息可以很好地观测和研究地脉动,给出北京香山地震台利用重力仪高频信息观测所得的地脉动功率谱。分析了地脉动特征及其与台风过程的关系;讨论了某些大地震前所出现的地脉动异常现象。得出北京地区正常地脉动频率分布范围为0.13-0.32Hz,优势频率为0.2Hz,相应的卓越周期为5s的脉动频率异常,也可能在地脉动的正常频率处（0.2Hz左右）,出现幅度很大的脉动幅度异常,后者又往往与台风引起的幅度异常相混淆。     

风暴及台风天气引起的微震现象分析

正近年来,随着宽频带地震仪及数字化重力仪、倾斜仪在全国的广泛布设,越来越多的研究显示,宽频带地震仪、重力仪和倾斜仪都能观测到一种连续的地震动信号。国内较早的工作主要将其对应为大地震前的前兆异常或震前慢地震,但随后大量的研究表明,这种连续震动信号与台风和大风天气有关。国际地学界对这种连续震动信号的研究在1950年以后就有了比较明确的认识,一般把这种迭加在地脉动或固体潮观测曲线上、周期在2~20s之间的     

固体潮观测中的震颤异常波

在地震与固体潮台站的日常监测中,常发现有一些异常"脉动"信号叠加在固体潮曲线上.这些异常"脉动"与宽频带数字地震计的观测在时间上同步、一致,其中的一部分由发生在西太平洋上的热带气旋引起,而其他的则大多与强地震相伴随,统称为震颤异常波.本文介绍了华中科技大学的地震与固体潮观测台站(HUST)的概况,报道了该台应用 DZW重力仪和VS-1倾斜仪观测记录到的大量震颤异常波事例.大量观测事实表明:中国固体潮台站记录的震颤异常波,绝大多数只在DZW重力仪和VS-1倾斜仪的低通滤波1 通道(LP1)出现,而在其低通滤波2通道(LP2)和其他固体潮仪器中则罕有发现;震颤异常波的包络线大多呈"纺锤状"或"尾巴状",持续时间多为1~3天. 通过对震颤异常波和固体潮观测仪器的分析研究,得到以下结论:震颤异常波实际上就是一种来源复杂的地球脉动信号,响应范围广泛,可被宽频带数字地震计和固体潮仪器记录.由西太平洋上的热带气旋引起的震颤异常波的主要周期在3~7 s范围,而强震前的震颤异常波则除此外,还包含10~60 s及更长周期的信号.固体潮仪器对震颤异常波响应的差异是因为仪器的传递函数不同和特性所致. DZW重力仪和VS-1倾斜仪分钟值采样数据中的震颤异常波,只是真实信号的一种"混叠"或映射.强震前的震颤异常波是否与地震有关？是否是震兆？尚需做更深入细致的分析和研究.     

gPhone重力仪的面波频段响应实测研究

以中国大陆构造环境监测网络昆明台和恩施台gPhone相对重力仪连续重力潮汐观测数据为基础,研究了gPhone重力仪在1 mHz以上频段的高频响应。从瑞利面波角度获得gPhone重力仪的高频响应,并且通过与同址观测的STS-1地震仪LHZ分量数据进行对比,验证了gPhone重力仪高频观测结果的可靠性。对比从gPhone重力仪和STS-1地震仪观测数据中提取到的面波波形和群速度频散曲线,发现昆明台两类仪器观测到面波信号的振幅和相位都较为一致,而恩施台仅振幅较为一致,相位上存在较明显差异,gPhone重力仪记录的面波信号在各频段存在不同的时间延迟。用两类仪器观测数据获得了大地震激发的自由振荡,结果表明两类仪器观测到的基频球型模态自由振荡的频率和振幅都吻合较好,进一步验证了gPhone重力仪对高频频段信号振幅响应的可靠性。以上研究结果表明:利用gPhone重力仪能够准确地观测到大地震激发的面波和自由振荡等高频信号的振幅,但在记录信号的相位信息时,有些仪器会有相位偏移产生,如果研究中需要考虑信号的相位,则必须获得仪器相位偏移量,再进行仪器相位校正。     

数字地震观测中由台风产生的震颤信号分析

本文的工作源于我们在以宽频数字地震计和倾斜、重力仪开展对"慢地震"、"前驱波"等信号连续观测和分析的过程中,观测到不少异常的波动信号.在探讨这些异常信号的产生原因的研究中,发现其中一部分由热带气旋(台风)产生.     

重力仪与宽频带地震仪地震波信号分析及其在异常判定中的应用

以2011年3月11日日本东北M_S9.0地震和2013年11月23日3个典型地震(近震、 远震、 深远震)为例, 对泰安地震台JCZ-1甚宽频数字地震仪及LaCoste-PET重力仪的地震波信号进行频谱分析. 结果表明, 由于两套仪器的设计频率响应范围各有侧重, 其对地震波信号的采集能力也有所差别, 信号频谱分布也有所不同, 即地震仪卓越周期较重力仪偏小, 谱能量向高频方向集中, 而重力仪的频谱分布平坦且较地震仪响应周期大. 地震仪和重力仪对长周期地震波信号的响应仍有对应性和可比性, 对1 s以上的地震波信号均有响应, 对远震波形记录有较好的一致性. 宽频带地震仪和重力仪对地震波响应的特性, 为重力观测中阶变突跳等异常变化性质的判定提供了物理学指标, 对形变观测中可能出现的地震前兆异常的认识及判定具有重要意义.      

震前重力扰动与背景噪声时空变化特征——以玛多MS7.4与漾濞MS6.4地震为例

2021年5月21—22日,云南漾濞、青海玛多先后发生了M_S6.4和M_S7.4地震。为检测震前是否存在重力扰动与重力仪背景噪声异常信号,文中基于中国连续重力台网中15台重力仪的秒采样数据,成功提取了震前重力扰动信号,并计算了排列熵(PE)及重力仪在地震频段(200～600s)的背景噪声等级(SNM)。结果表明：1)大地震发生前多数台站在2021年5月15—18日存在1组重力扰动信号,其中沿海台站同时还存在其他2组扰动信号,扰动幅度为±(10～100)μGal,扰动频率集中在0.15～0.25Hz。沿海台站的扰动幅度普遍大于内陆台站,震中距与扰动幅度无明显相关性,沿海台站扰动幅度较大及产生其他2组扰动的原因可能与海浪脉动或局部降雨有关;2)不需要对原始重力序列作任何预处理,PE能够快速检测到数据中的突变信号,PE时间序列中持续显著下降的信号对应震前扰动信号,PE瞬时向下的脉冲信号对应地震波引起的颤动信号;3)多个台站的SNM时变曲线显示,震前2个月(2021年3月初)直至主震发生时背景噪声水平显著升高,SNM的空间分布表明,震前1～2个月,位于...     

地震期间的地磁脉动效应

１９９６年１１月１７日至１１月２９日在新疆喀仁地区８次地震期间观测到的震前发生的高频地磁脉动现象,文中对每次地震前的Ｐｃｌ－２脉动的形态,以及脉动的起动时刻,持续时间,Ｈ分量和Ｄ分量的平均振幅随北京地方时的分布进行了详细研究分析,对这种震前观测到的高频地磁脉动的激发机制也做了深入的讨论,事实表明,这种震前发生的高频地磁脉动的地震的短期预报上可能有广泛的应用前景。     

海岛地震台网自然因素对地脉动干扰分析

利用海南地震台网宽频带地震仪连续观测资料,分析不同自然环境下地脉动扰动信号,结果显示:在不同自然环境下,地震仪记录的地脉动扰动信号的形态、振幅、频率、扰动强度不同,其中登陆海岛的热带气旋引起的震颤信号频带窄、能量大、扰动强度较大,对地脉动干扰影响大,其次是天文潮期,远离海岛的热带气旋对地脉动干扰影响较小;不同路径、距离的热带气旋引起的震颤信号频率带一致,但扰动强度区别明显;不同自然环境对不同观测台站记录的地脉动信号均存在影响,只是程度稍有不同。     

广西北流—广东化州5.2级地震前华南地区连续重力扰动信号分析

利用华南地区的多个连续重力台站gPhone相对重力仪秒采样原始数据,对记录到2019年10月12日广西北流—广东化州5.2级地震前后共7 d的重力秒采样数据进行预处理,提取高频扰动信号,应用短时傅里叶变换时频分析方法分析震前异常信号的频率特征,结合地震前后的台风活动变化,分析认为该扰动异常为2019年19号台风"海贝思"活动引起,非地震前兆异常。     

泰安地震台重力扰动现象研究

利用滤波分析法对山东泰安地震台重力固体潮观测的分析表明,重力观测中存在大量高频扰动信号.通过与气象观测实况资料的对比发现,这些异常扰动信号除了受台风等热带气旋影响外,还明显与“冷空气”过境等区域强对流天气有关. 对泰安台JCZ-1甚宽频带地震仪观测资料的频谱分析和滤波处理进一步表明,区域强对流天气及台风对重力仪的影响频段均在1—8 s范围内,其中2—6 s区间影响最为显著; 强对流天气过程触发的扰动信号范围可以在1—16 s,但8 s后扰动信号对重力仪观测基本不造成影响,即重力仪对高频扰动信号的响应存在8 s的截止周期.JCZ-1甚宽频带地震仪的波谱分析还反映出扰动信号的动态特征,即强对流天气产生的扰动信号在发展、传播过程中,首先出现的信号频率较高,随着时间推移信号逐渐向低频演化,揭示了干扰信号传播的多普勒效应以及扰动信号激发源的移动特性.      

重力仪高频信息与地震前兆

在观测重力随时间变化时,重力仪输出端可得到三种信息,即重力场缓慢变化、重力潮汐及叠加在潮汐曲线上的高频信息。在流动重力测量中,为求得重力非潮汐变化,需将后两者作为噪声去掉。在重力固体潮观测中,为求得重力潮汐变化,需将叠加在其上的高频信息作为噪声而滤去。高频信息与地震前兆的关系,国内外早已注意到。1964年3月28日美国阿拉斯加地震和1964年6月14日日本新潟地震,在震前几天日本东京气象研究所GS型重力仪的潮汐记录图上,出现高频扰动并一直延续到地震的发生。我国的一     

台风引起的重力扰动现象

山东省泰安台LaCoste-PET型重力仪安装以来,出现了几次固体潮“脉动加粗”的情况．用高通滤波进行信息分离后发现,“脉动加粗”与2008年登陆我国最强的３次台风发生时间有很好的对应．烟台SSQ-2型倾斜仪表现出与重力仪同步“脉动加粗”的特征,泰安台JCZ-1型地震仪在台风发生期间也观测到了“纺锤形”振幅加大的情况,台风信号卓越周期为3—7s．分析结果表明,重力仪及倾斜仪的这些异常变化均是台风引起的扰动,“扰动”信号的频率、幅度在重力仪的监测能力内．“扰动”的出现与台风发展强度、移动速度及地理位置有关．      

广西苍梧M_S5.4地震前华南地区连续重力异常分析

正实践表明,大震前的异常扰动现象已被高精度重力仪和宽频带地震仪监测到。如Lacaste ET重力仪和宽频带地震仪监测和证实了汶川地震前1—2天内存在周期为4—8 s的重力扰动,Gphone重力仪监测到日本M_S9.0大震前的连续观测重力异常和高频扰动,以及宽频带地震仪监测到的汤加M_W7.6地震和海地M_W7.0地震前的"震前扰动"现象。到目前为止,有关重力仪记录到的震前"重力扰动"及宽频带地震仪等仪器记录到的"震前扰动"的报道大都来自7.0     

风暴及台风天气引起的微震现象分析

本文主要利用时频分析法,基于2016年以来山东省泰安台重力仪及宽频带地震仪观测到的资料,对风暴天气和台风天气引起的微震现象进行研究. 结果表明:这两种天气过程产生的微震信号的频率基本分布在2—20 s之间,能量集中在5—7 s,15 s附近存在一个能量平稳加强的频段;风暴天气产生的微震信号具有由高频向低频演化的动态特征;两种天气条件下产生的微震信号均具有连续、高频及持续时间长的性质,反映了微震信号激发源的移动特征。 结合泰安台微震与风暴和台风天气的一一对应情况,认为微震是一种与近海风暴或远海台风活动有关的微震动过程,而不是与地震有关的前兆异常。      

基于地脉动和地铁振动的钢筋混凝土建筑结构响应分析

在北京城区的一栋钢筋混凝土建筑(Reinforced Concrete building,简称RC)中,进行历时两天的地脉动和地铁振动观测.介绍了利用地脉动和地铁振动信号研究RC建筑结构响应的观测方法、仪器设备、数据采集和数据处理方法.对观测数据进行两种分析:(1)对连续的地脉动背景噪声,采用H/V谱比法;(2)对经过...     

台风对地倾斜仪器干扰分析

临汾、侯马地震台水管仪、垂直摆倾斜数字化观测资料常记录到不明原因的震颤波,影响时段短则2—3天,长则10天到数月,主频段集中在0.01—0.08 Hz,观测振幅(2—6)×10-3″。分析认为,该高频震颤波主要来自西太平洋台风、近海及中国台湾海峡的海风干扰,少部分来自远震震前形变,极少部分原因不明。     

震前蒙城地震台地脉动噪声的特征

对本台数字化地震观测以来记录到的典型地震,运用数字地震信号处理方法,测算每个抽选地震震前一分钟地脉动信号在时间域和频率域的特征数据,通过频谱分析法,获得了震前地脉动噪声频谱的差异性。初步研究了典型地震震前地脉动频谱变化的特征和规律,共归纳了18类震前地脉动噪声类型,按照无震平静分钟值脉动频谱特征类比典型地震震前分钟值频谱的异样变化,发现正常与异常的地脉动噪声特征,最主要的还是受震级强度和地理位置的影响较大。临震前地脉动分钟值频谱特征异常,可用于震前脉动前兆异常变化跟踪,从而利用地脉动频谱的特征参量监测地震孕育过程,为地震中长期及短临预报提供依据。     

西安地震台PET型重力仪常见运行故障及解决方法

<正>西安地震台位于陕西省秦岭北麓,观测山洞年温差变化1.0℃,日温差0.1℃。洞顶无高大树木覆盖,是一个地震观测和地震研究条件较好的台站。PET型重力仪于2007年8月开始投入运行。仪器能清晰地记录到重力固体潮汐,潮汐波清晰、完整,有正常的峰谷变化。(1)靠摆是金属弹簧重力仪很常见的一个问题。粘摆出现的原因主要有3种情况:仪器受到外界人为强烈撞击;远距离大震或近距离地震造成;第三种原因可能是仪器开锁摆电机故障。解决办法:遇到靠     

宽频地震计及倾斜、重力仪对长周期波动信号的综合观测

报道了在武汉华中科技大学地震与固体潮试验站的同一观测平台上,用数字宽频地震计、倾斜仪及重力仪对长周期地震波动信号的综合观测结果,以及各观测的对比和分析。近3年来,不同的观测仪器同时观测到了几十个形态一致、信号较弱而且成分复杂、持续时间大多约为2——3天的异常波（震颤）。分析表明,这些异常震颤中的一部分由来自西太平洋进入中国大陆及近海的台风产生,其信号强弱主要与台风运动中心进入中国大陆近海后与观测点之间的距离,以及风速大小这两个因素密切关联。另外,还有一部分异常震颤信号的产生原因不明。频谱分析结果显示,与平常的背景噪声信号相比,异常震颤信号的成分较为丰富, 除了3——5 min周期的信号外,还含有20——30 min,甚至一小时以上的长周期信号。我们以多种观测仪、长时间的连续观测结果表明,这种震颤信号是真实的和普遍存在的。其产生原因和机制还有待更广泛和深入的研究。