以许昌台连续地震波形记录时间为序列,以一个小时数据为研究对象,利用快速傅立叶变换进行频谱计算和分析。3次地震前随着地震的临近,只有0.2~0.3 Hz 频段范围谱振幅值显示快速增大,临近震前又开始下降的现象,其它频段振幅变化不明显,本文通过快速傅立叶变换读取4月28日0时至5月12日13时0.2~0.3 Hz 谱振幅值,并对地脉动异常变化时间进程进行了计算分析和统计(图2、表2)。
为了对地脉动是否显示异常有更好的判断,本文根据地震活动情况,选取地震活动比较平静的两个时段:2007年12月25日至2008年1月2日、2008年2月28日至2008年3月1日,用相同方法计算这两时段地脉动傅立叶谱在0.2~0.3 Hz幅值的变化,分析认为正常情况下许昌台这一频段NS向谱振幅值在5~8 count,EW向在4~
图2 许昌台地脉动傅立叶谱0.2~0.3 Hz
幅值变化曲线
(a)NS向;(b)EW向;(c)UD向
Fig.2 Amplitude variation curve in 0.2~0.3 Hz of Fourier spectrum of microtremor at Xuchang Station (a)NS;(b)EW;(c)UD 7 count,UD向在2.0~3.5 count。
2.1 安德烈亚诺夫群岛地震前地脉动变化
笔者分析2008年5月2日9时安德烈亚诺夫群岛M7.0地震前,三分向一小时观测序列0.005~0.6 Hz傅立叶谱发现(图3),NS向4月28日0时至4月29日15时,谱振幅值在6~8 count间波动,29日16时(震前62 h)幅值不断增大,且增大振幅对应的优势频段集中分布在0.2~0.3 Hz; 4月30日18时(震前36 h)达到最高值14.1 count,并开始下降至10.5 count时发震。
EW向4月28日0时至4月30日5时谱振幅
值在7 count左右,频率分布较宽,振幅值≥6 count,优势频率分布在0.25~0.38 Hz,随着地震的临近集中分布在0.25~0.3 Hz,谱振幅4月30日
表2 研究时段3次地震前地脉动整点傅立叶谱0.2~0.3 Hz振幅随时间变化
Tab.2 Fourier spectrum amplitude in 0.2~0.3 Hz of microtremor whole point value variation with time before three earthquakes in the study period
图3 安德烈亚诺夫群岛地震前0.005~0.6 Hz一小时地脉动部分频谱(UD向:0.005~0.7 Hz)
Fig.3 Part of 0.005~0.6 Hz microtremor spectrum in one hour before Andrea Ivanov Islands M7.0 earthquake(UD direction:0.005~0.7 Hz)
6时(震前50 h)起不断增大,持续增大25个小时后于5月1日7时达到最大振幅13.3 count后下降,下降过程中发震,震前1小时幅值降至7.3 count。
UD向4月28日0时至4月29日19时,谱振幅值分布在2.5~3.5 count之间,优势频段处于0.2~0.6 Hz。4月29日20时(震前58 h)谱振幅值开始快速上升,5月1日1时达到最大值5.4 count后下降,震前1小时幅值降至3.6 count。优势频率与水平向同步,相对集中分布在0.2~0.4 Hz。
2.2 日本本州东海岸近海地震前地脉动变化
2008年5月8日0时日本本州东海岸近海M7.1地震前也出现了与上述震例类似的情况(图4)。NS向5月4日15时(震前80 h)0.2~0.3 Hz谱振幅值开始不断增大,于5月5日1时(震前70 h)达到最大值19.1 count后下降至7.0 count左右发震,而之前的5月3日0时至4日14时此频段振幅值在5~8 count徘徊。
EW向5月3日0时至5月4日13时谱振幅值在4~6 count,5月4日15时(震前79 h)起快速增大,5月4日23时(震前70 h)达到最大值15.4 count,后下降至6~7 count时发震。谱振幅值增大部分频率集中分布于0.2~0.3 Hz。
UD向5月3日0时至5月4日13时,谱振幅值分布在2.5~3.5 count,于5月4日14时(震前79 h)快速上升,4日20时(震前73 h)升到最大值7.2 count后下降,震前降至3 count左右。优势频段分布较为宽泛,位于0.2~0.6 Hz,随着异常的出现逐步集中分布到0.2~0.4 Hz。
2.3 汶川地震前地脉动变化
2008年5月8~13日Rammasun台风在西太平洋上空产生,风力达14级,郝晓光和胡小刚(2012)分析认为,该台风行动路径与中国海岸最近距离约1 000~1 300 km,对中国内陆的地脉动变化影响不明显。笔者对许昌台三分向整点观测序列傅立叶谱计算分析发现(图5),汶川地震前
图4 日本本州东海岸近海地震前0.005~0.6 Hz一小时地脉动部分频谱(UD向:0.005~0.7 Hz)
Fig.4 Part of 0.005~0.6 Hz microtremor spectrum in one hour before East coast of Honshu offshore M7.1 earthquake in Japan(UD direction:0.005~0.7 Hz)
NS向5月9日11时(震前73 h)谱振幅值开始快速增大,5月12日8时(震前5 h)达到最大值28.0 count后下降,震前1小时降至24.0 count,之前的5月8日4时至5月9日10时谱振幅值在5~6 count。优势频率分布与振幅变化进程比较吻合,5月9日11时开始更明显的集中分布在 0.2~0.3 Hz,临震前几小时分布较宽。
EW向5月8日4时至5月9日12时谱振幅值在4.5~6.5 count,5月9日13时(震前71 h)起快速增大,5月12日7时(震前6 h)达到最大值22.5 count后下降至18.2 count发震。优势频率分布较为宽泛,9日至临震前几小时集中分布于0.2~0.3 Hz,临震前分布又相对较宽。
UD向5月8日4时至5月9日15时,谱振幅值分布在2.5~3.5 count,于5月9日16时(震前68小时)开始快速上升,持续上升至5月12日2时(震前11 h)13.0 count后下降,震前1小时降至9 count。优势频率开始分布较为宽泛,位于0.2~0.6 Hz,10日起集中分布到0.2~0.3 Hz,一直持续到震前。
图5 四川汶川地震前0.005~0.6 Hz一小时地脉动部分频谱(UD向:0.005~0.7 Hz)
Fig.5 Part of 0.005~0.6 Hz microtremor spectrum in one hour before Wenchuan M8.0 earthquake in Sichuan(UD direction:0.005~0.7 Hz)