乾陵地震台钻孔体应变张性突跳异常分析.pdf

《乾陵地震台钻孔体应变张性突跳异常分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、地震地磁观测与研究第35卷第3／4期SEISM0L0GICALANDGE0MAGNETICo1．35No．3f2014年8月OBSERVAT10NANDRESEARCHAug．2014doi：10．3969／j．issn．1003—3246．2014．03／04．026乾陵地震台钻孑L体应变张性突跳异常分析杨小林柳畅何斌。’窦玛丽D王党席D张璐)1)中国西安710068陕西省地震局2)中国武汉430074华中科技大学3)中国南京210014江苏省地震局摘要2012年2—6月乾陵地震台钻孔体应变多次记录到不明原因的大幅

2、张性突跳，采用HHT方法对边际谱特征进行分析，并与山东长清地震台体应变因电源不匹配所产生干扰信号的边际谱特征进行对比。结果表明，二者具有较好的相关性。据此推断，造成此次应变异常的主要原因是电源问题。关键词HHT；边际谱；张性突跳；钻孔体应变；电源干扰0引言钻孔体应变仪是一种高精度、宽频带地壳形变观测仪器，与GPS和InSAR等相比，更适合揭示短期(数分钟至数月)形变变化(Nikolaidis，2002)。在实际观测和资料分析处理中，阶跃、突跳和毛刺等典型的异常信号，成为体应变研究的热点和难点。应变异常信号可能由地震前

3、兆、慢地震和蠕滑等产生(Lindeetal，1996；Bernardetal，2006；Johnstonetal，2006；邱泽华等，2010，2012；池顺良等，2013)，也可能因干扰(如：气压、降雨、地下水位、钻孑L地质条件、抽水及仪器系统等)所致(王梅等，2002；苏恺之等，2005；张凌空等，2008；Itabaetal，2010；卢双苓等，2010a，b；朱航等，2010；李罡风等，2011；郝军丽等，2012；Oriharaetal，2012)。所以，弄清异常信号的性质，对前兆异常提取和干扰排除等具有实

4、际意义。2012年2—6月，乾陵地震台(以下简称乾陵台)钻孑L体应变多次出现不明原因的大幅张性突跳，每次突跳持续数分钟到4天不等，其中，最大幅度约为4×1O一。该应变异常出现后，对仪器系统和观测环境等进行调查，未能查明诱因。必须借助信号处理方法，分析这些应变异常信号的频谱特征。并在此基础上，与其他诱因明确的异常体应变信号的频谱特征进行对比分析，从而合理判定此次应变异常的性质。目前，阶跃、突跳和毛刺等异常信号的处理方法，主要有滤波、小波变换和超限率等(Borcherdtetal，2006；马栋等，2011；邱泽华等，2

5、010，2012)，各有优缺点。例如，基于Fourier变化的滤波方法，对非平稳信号会存在信号失真；而小波变换则存在小波基的选取、频域重叠和阈值不确定等问题。不适用于分析频率随时间变化的非线性非平稳信号，也不适用于信号作者简介：杨小林(1983一)，男，硕士，主要从事烈度和强地面运动等方向的研究基金项目：中国地震局2013年度震情跟踪青年课题(2013020215)及陕西省地震局启航与创新基金课题联合资助本文收到日期：2013—12—03160地震地磁观测与研究局部分析(Huangetal，1998；周挚等，2008

6、；Chenetal，2013)。希尔伯特一黄变换(Hilbert—Huangtransform，简称HHT)是一种新的信号处理方法，对非线性非平稳信号具有清晰的物理意义(Huangetal，1998)。通过HHT对信号进行经验模态分解(EMD)，把各种频率成分以本征模态函数(IMF)形式从中有效分离，然后对IMF序列进行Hilbert变换，得到Hilbert时频谱和Hilbert边际谱。由于HHT方法具有较好的客观性和自适应性，适于分析阶跃、突跳和毛刺等非线性非平稳信号。在地学等领域，该方法已经得到广泛应用(Huan

7、getal，2008)。考虑到乾陵地震台(以下简称乾陵台)张性突跳信号的非线性非平稳特征，尝试采用HHT方法分析处理，以提取其真实可靠的边际谱特征。1台站参数乾陵台位于渭河断陷盆地中段与鄂尔多斯块体南缘的接触带上，在关山一口镇断裂带以南，乾县一富平断裂带以北。该台TJ一Ⅱ型体积式应变仪2007年安装观测，采样率为每分钟一次。钻孔孔深73．5m，为于孔’，岩芯完整，岩性为奥陶系炭岩。由于体应变探头与钻孔围岩耦合较好，所以该观测系统比较稳定，可以记录到清晰、规则的固体潮。2HHT方法HHT方法主要由两部分构成：经验模态分

8、解(EMD)和希尔伯特变换(Huangetal，1998，2008；安张辉等，2011)。2．1经验模态分解经验模态分解是HHT的核心部分，是一种自适应分解方法。该方法可以基于信号的局部特征时间尺度，直接把复杂信号分解为有限个本征模态函数(IMF)和一个剩余分量(趋势项)，具体分解思路和过程可参见Huang等(1998，2008)的研究。2．2