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1、地震地磁觀測(cè)與研究第35卷第3／4期SEISM0L0GICALANDGE0MAGNETICo1．35No．3f2014年8月OBSERVAT10NANDRESEARCHAug．2014doi：10．3969／j．issn．1003—3246．2014．03／04．026乾陵地震臺(tái)鉆孑L體應(yīng)變張性突跳異常分析楊小林柳暢何斌?！]瑪麗D王黨席D張璐)1)中國(guó)西安710068陜西省地震局2)中國(guó)武漢430074華中科技大學(xué)3)中國(guó)南京210014江蘇省地震局摘要2012年2—6月乾陵地震臺(tái)鉆孔體應(yīng)變多次記錄到不明原因的大幅
2、張性突跳，采用HHT方法對(duì)邊際譜特征進(jìn)行分析，并與山東長(zhǎng)清地震臺(tái)體應(yīng)變因電源不匹配所產(chǎn)生干擾信號(hào)的邊際譜特征進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，二者具有較好的相關(guān)性。據(jù)此推斷，造成此次應(yīng)變異常的主要原因是電源問題。關(guān)鍵詞HHT；邊際譜；張性突跳；鉆孔體應(yīng)變；電源干擾0引言鉆孔體應(yīng)變儀是一種高精度、寬頻帶地殼形變觀測(cè)儀器，與GPS和InSAR等相比，更適合揭示短期(數(shù)分鐘至數(shù)月)形變變化(Nikolaidis，2002)。在實(shí)際觀測(cè)和資料分析處理中，階躍、突跳和毛刺等典型的異常信號(hào)，成為體應(yīng)變研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。應(yīng)變異常信號(hào)可能由地震前
3、兆、慢地震和蠕滑等產(chǎn)生(Lindeetal，1996；Bernardetal，2006；Johnstonetal，2006；邱澤華等，2010，2012；池順良等，2013)，也可能因干擾(如：氣壓、降雨、地下水位、鉆孑L地質(zhì)條件、抽水及儀器系統(tǒng)等)所致(王梅等，2002；蘇愷之等，2005；張凌空等，2008；Itabaetal，2010；盧雙苓等，2010a，b；朱航等，2010；李罡風(fēng)等，2011；郝軍麗等，2012；Oriharaetal，2012)。所以，弄清異常信號(hào)的性質(zhì)，對(duì)前兆異常提取和干擾排除等具有實(shí)
4、際意義。2012年2—6月，乾陵地震臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱乾陵臺(tái))鉆孑L體應(yīng)變多次出現(xiàn)不明原因的大幅張性突跳，每次突跳持續(xù)數(shù)分鐘到4天不等，其中，最大幅度約為4×1O一。該應(yīng)變異常出現(xiàn)后，對(duì)儀器系統(tǒng)和觀測(cè)環(huán)境等進(jìn)行調(diào)查，未能查明誘因。必須借助信號(hào)處理方法，分析這些應(yīng)變異常信號(hào)的頻譜特征。并在此基礎(chǔ)上，與其他誘因明確的異常體應(yīng)變信號(hào)的頻譜特征進(jìn)行對(duì)比分析，從而合理判定此次應(yīng)變異常的性質(zhì)。目前，階躍、突跳和毛刺等異常信號(hào)的處理方法，主要有濾波、小波變換和超限率等(Borcherdtetal，2006；馬棟等，2011；邱澤華等，2
5、010，2012)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。例如，基于Fourier變化的濾波方法，對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)會(huì)存在信號(hào)失真；而小波變換則存在小波基的選取、頻域重疊和閾值不確定等問題。不適用于分析頻率隨時(shí)間變化的非線性非平穩(wěn)信號(hào)，也不適用于信號(hào)作者簡(jiǎn)介：楊小林(1983一)，男，碩士，主要從事烈度和強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)等方向的研究基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局2013年度震情跟蹤青年課題(2013020215)及陜西省地震局啟航與創(chuàng)新基金課題聯(lián)合資助本文收到日期：2013—12—03160地震地磁觀測(cè)與研究局部分析(Huangetal，1998；周摯等，2008
6、；Chenetal，2013)。希爾伯特一黃變換(Hilbert—Huangtransform，簡(jiǎn)稱HHT)是一種新的信號(hào)處理方法，對(duì)非線性非平穩(wěn)信號(hào)具有清晰的物理意義(Huangetal，1998)。通過HHT對(duì)信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)，把各種頻率成分以本征模態(tài)函數(shù)(IMF)形式從中有效分離，然后對(duì)IMF序列進(jìn)行Hilbert變換，得到Hilbert時(shí)頻譜和Hilbert邊際譜。由于HHT方法具有較好的客觀性和自適應(yīng)性，適于分析階躍、突跳和毛刺等非線性非平穩(wěn)信號(hào)。在地學(xué)等領(lǐng)域，該方法已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用(Huan
7、getal，2008)。考慮到乾陵地震臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱乾陵臺(tái))張性突跳信號(hào)的非線性非平穩(wěn)特征，嘗試采用HHT方法分析處理，以提取其真實(shí)可靠的邊際譜特征。1臺(tái)站參數(shù)乾陵臺(tái)位于渭河斷陷盆地中段與鄂爾多斯塊體南緣的接觸帶上，在關(guān)山一口鎮(zhèn)斷裂帶以南，乾縣一富平斷裂帶以北。該臺(tái)TJ一Ⅱ型體積式應(yīng)變儀2007年安裝觀測(cè)，采樣率為每分鐘一次。鉆孔孔深73．5m，為于孔’，巖芯完整，巖性為奧陶系炭巖。由于體應(yīng)變探頭與鉆孔圍巖耦合較好，所以該觀測(cè)系統(tǒng)比較穩(wěn)定，可以記錄到清晰、規(guī)則的固體潮。2HHT方法HHT方法主要由兩部分構(gòu)成：經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分
8、解(EMD)和希爾伯特變換(Huangetal，1998，2008；安張輝等，2011)。2．1經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解是HHT的核心部分，是一種自適應(yīng)分解方法。該方法可以基于信號(hào)的局部特征時(shí)間尺度，直接把復(fù)雜信號(hào)分解為有限個(gè)本征模態(tài)函數(shù)(IMF)和一個(gè)剩余分量(趨勢(shì)項(xiàng))，具體分解思路和過程可參見Huang等(1998，2008)的研究。2．2
