长白山火山地震频谱特征研究

科 技 论 坛
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长 白山火 山地 震 频 谱 特 征 研 究
周 文 斌
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（ 林省地震局敦化地震 台， 吉 吉林 敦 化 １３ ０ ） ３７ ０ 摘 要 ：讨 论 了应 用 快速 傅 丽 叶 变换 将 时 间 域 的 地震 波信 号 转 换 成 频 率 域 频 谱 信 亏 的基 本 原 理 ，对 火 山地 震 的 类 型进 行 了分 类 阐 述 。 通过 对 长 白 山 天 池 火 山地 震 监 测数 据 进 行 频 谱 分析 ， 定 了 长 白 山近 年 来发 生 的 火 山 地 震 均 属 于构 造 型 火 山地 震 ， 为 目前 长 白 山 确 认 天 池 火 山 正 处 于 火 山 活动 的早 期 ， 尚不 具 备 喷 发 的 危 险 。 关键词 ： 山； 白山； 谱 ； 造地震 火 长 频 构
关 键 词 ： 气能 见 度 ： 测 ； 配 大 观 搭
１概 述 间 能 见 度估 测 中 的肓 目性 ， 而 使 观测 结 果 比较 准 确 。 从 大 气 能见 度 （ｉｂｌｙ 反 映 大 气 透 明度 的一 个 指标 。 Ｖ ｓ ｉｔ是 ｉ ｉ） 与气 象 观 ３能 见度 的确 认 测相 关 的 有 有效 水 平 能 见 度 、 平 能 见度 、 直能 见度 。 见度 是 一 水 垂 能 现人工观测 、 录的能见度 ， 记 是指有效有平 能见度 。 有效水平能 个对航 空 、 航海 、 陆上交通 以及军事活动等都有 重要 影响的气象要 见 度 是 指 四周 视 野 中二 分 之 一 以 上 的 范 围能 看 到 的 目标 物 的 最 大 素 。 规 范 上 能见 度 是 用 气 象 光学 视 程 表 示 。 象 光 学视 程 是 指 白 水平距离 。 现 气 比如图 Ａ中有效能见度取 １． ５０千米 ； Ｂ中有效能见度 图 ． 炽 灯 发 出色 温 为 ２ ０ Ｋ 的平 行 光 束 的光 通 量 ，在 大 气 中削 弱 至 初 取 ４５千 米 ７０ 始值 的 ５ ％所通过 的路径长度。 ２影 响 因子 与 观 测 方 法 现在 能 见 度 的 观测 主 要 还 是 以 目测 为 主 。 响 目测 能 见 度 的 因 影 子是很多 的， 它不仅随大气透 明度而变化 ， 随 目标物视角 的大小 、 还 形态 、 色彩 ， 特别是亮度和它所处 背景 的色彩 、 亮度等 而变化 ， 同 在 样的时间和天气条件下 ， 同的 目标物有着不 同的能见距离 ， 不 而气 ４能 见 度 与天 气 现 象 、 日照 的特 殊 搭 配 象观测 中的能见距离实际上是用来鉴定大气的透 明度 的。因此 ， 应 ４１ ． 能见度与天气现象的特殊搭配 尽量选择深颜 色 、四季亮度少变 、尽可量 以天空为 背景 、视角 以 当有雾从远处移来的时候 ， 移来的方向水平能见度小于 １ ｋ ． ｍ， ０ ０５ ５０ 、 角小 于 ６度 的 物体 作 为 目标 物 。 ．～ ．度 仰 其它几个方向水 平能见度 大于 １ ｋ 根据 记录有效水平能见度的 ． ｍ， ０ ２１白天 能见 度 观 测 ． 的 定 义 ， 测 站 观 测 到 雾 时 ， 就 是 雾 开 始 时 的有 效 水 平 能见 度 记 当 也 白天 能 见 度 的 观 测 根 据 “ 见 ” 远 目标 物 和 “ 能 见 ” 最 近 录为大 于或等于 １ ｋ 能 最 不 的 ． ｍ。这里就不能误把雾定义 的水平能见度小于 ０ 目标 物 ， 而 判定 当时 的能 见 度 。 从 １ｋ ． ｍ与此时记录的有 效水 平能见度混削 ， ０ 造成错记 。其 它有些现 ２２夜 间 能见 度 的 观 测 ． 象 与此 近 似 。 ２ ．在 正 常有 目标 灯 的情 况 下 进 行 观测 。夜 间 观 测 能 见度 ， ．１ ２ 南 ４２ 见度与 日照的搭配 ．能 于 光 照 条 件 的 限 制 ， 见 度 观 测 最 好 用 发 光物 体 （ 灯 光 ） 为 目标 能 如 作 般说来 ， 白天若不受地 物 、 、 等因素影 响 ， 云 雾 应有 日照记录 。 物 ， 根 据灯 光 强 度 和距 离 ， 出 相应 的 能见 度 距 离 。 问 观 测 能 见 然而 ， 再 查 夜 有时 （ 多为 日出后的上午或 日落前 的下午 ） 虽符合上述条件却 度 时 ， 测 员 首 先要 在黑 暗处 停 留 ５ ｌ 分 钟 ， 眼 睛适 应 环 境 后 再 也 无 日照 。这 主要 是 由于 测 站 上 空垂 直 能 见 度 差 所 造 成 的 。就本 地 观 ～５ 使 进行观测。 而言 ， 在全天无 云的情况下 ， 有可影响垂直能见度的天气现象 。 出 若 ２． ． ２在无 目标灯或停 电的情况下观测 。在 月光 较为明亮 的情 现此 类 记 录 ， 分 析 产 生 的 原 因 。 ２ 应 况 下 ， 根 据 目标物 的能 见 情 况来 确定 能见 度 。在 月 光 暗 淡 或 无 月 可 参 考 文 献 光 的情况下 ， 这就要根据天黑前 能见度 的变化 趋势 、 当时的天气现 ［ 成 都 气 象 学 院． 象 学［ 】 京 ： 业 出版 社 ，９ ９ ７ １ 】 气 Ｍ． 北 农 １７ ：． 象和气 象要素变化的情况 ， 结合实践经验 ， 加以判断当时的能见度 。 ［］ ２中国气象局 ， 面气象观测规 范【］ 地 ｓ． 北京 ： 气象 出版社 ，０ ３ １ — ２ ０ ：７ 般来说 ， 当测站处于稳定 的气 团控制下 ， 且没有视程 障碍 的天气 ２０． 现象产 生时 ， 能见度在短时间内的变化是很小 的。所 以要对天黑前 ［】 ３傅志伟． 地面气象观测 中的“ 非规律 性记 录” ． 】 气象 ，０ ５ ３ （ ） ２０ ，１８ ： ． 后 的 能 见 度 进 行 多 次 的对 比观 测 ， 样 就 有 据 可循 ， 大 减 少 了夜 ８９ 这 大
图 １ ９ ５年 ９月 ９ 日哥 仑 比亚 记 录 到 的 一 张 地 震 图 １ ８
构 造 型 火 山地 震 的发 震 机 制 类 似 于 普 通 的构 造 地 震 ， 发 生 在 是 火 山 区 的 由构 造 应 力 场 或 岩 浆 活 动 引 起 岩 石 破 裂 产 生 的 地 震 ， 可 也 因围岩 的剪切破裂或者断层运动而产生 。其 Ｐ Ｓ 清晰 ， 、波 波形 以短 图 ２ ５个 ＭＬ ． 以 上 火 山地 震 的谱 图像 ３０级 周 期 成 分 为 主 。其 优 势 频 率 通 过 在 ５ １ Ｈ 之 间 。 与 典 型 构 造 地震 －５ ｚ 不 同 的是 ， 构造 型火 山地 震 通 常 以震 群 的形 式 发 生 。 由于 岩 浆 可 以 在 很 大 的范 围 内从 很 深 的 位 置 上 升 ， 因此 有 些 构 造 型 火 山地 震 的 震 群 往 往 可 以持 续 很 长 时 间 。 造 型 火 山 地震 的 急 剧增 加 通 常是 火 山 构 活 动 的早 期 信 号 。这 种 类 型 火 山 地 震 也 被 称 为 Ａ类 火 山地 震 。 长 周 期 火 山 地 震 （ Ｐ 是 在 地 下应 力 或者 温度 梯 度 作 用 下 ， 浆 Ｌ） 岩 活 动 或 者 其 它 流 体 活 动 引 发 的一 种 地 震 波 形 ，其 特 点 是 频 率 低 ， Ｐ 波 明显 ， 少有 ｓ波 ， 且 其 波 形 周 期 明 显 比构 造 型 火 山地 震 长 ， 很 而 主 频 一 般 小 于 ２ ｚ５ ｚ Ｈ ，Ｈ 以上 的频 率 成 人 较 少 。 种 火 山 地 震 也 称 为 Ｂ 这 类 火 山地 震 。 混 合 型 火 山 地 震 属 于 二 次 触 发 的 地 震 ， 一 次 构 造 地 震 产 生 的 第 地 震 波 先 到 达 地 面 被 接 收 到 （ 周 期 成 分 ）向 下 传 播 的地 震 波 又触 短 ， 发 了下 面 的 岩 浆 ， 发 了热 液 活 动 ， 生 的地 震 波 后 到 达 地 表 被 接 引 产 收 到 （ 周 期 成 分 ）这 种 地 震 波 形 较 少 见 。混 合 型火 山 地 震 的发 生 长 ， 通 常 代 表 了 地 震 过 程 中 岩浆 活 动 的参 与 ， 岩 浆 活 动 的标 志 之 一 。 是 图 ３ 流 动地 震 台记 录到 的火 山地 震 的 谱 图 像 火山颤动纯粹 是由于岩浆运 动引发的 ， 是一 种连续的信号 。其 特点是波形持续时间长 ， 可长达数小时乃至数个 月。火山颤动波形 次火 山颤动都会对应一次火 山喷发 。 火山颤动所 以一 直受 到地震 以长 周 期 成分 为 主 ， 夹 杂 着 一 些 小 的 类 似 构 造 震 的 波 形 。火 山颤 学 家 的重 视 是 因为 它 对 火 山喷 发 预 报 、 识 活 动 火 山 内部 的物 理 过 也 认 动 的起 始 往 往 缓 慢 出 现 ， 频 范 围 大 多 在 １７ ｚ与 长 周 期 火 山地 程 方 面 具 有 重 要 的意 义 。 以上 国际 上 流 行 的 对火 山地 震 的分 类 上 主 －Ｈ ， 从 震 的主 频 类 似 ， 源 深 度 可 从 几 百 米 到 几 十公 里 。 谐 波 颤 动 或 者 间 可 以看 出 ， 究 火 山 地 震 的 类 型 对 判 断 一 座 火 １的 活 动 状 态 具 有 十 震 研 ｈ 是 ９ ５年 ９月 ９日哥 仑 比亚 记 录 到 的一 张 地 歇 性 颤 动 是 火 山 颤 动 的 特 例 。 常 认 为 火 山颤 动 是 火 山 喷发 前 的一 分 重 要 的意 义 。 图 １ １ ８ 通 个 重 要 信 息 ， 临近 喷 发 ， Ｉ 颤 动持 续 时 间 越 长 ， 并 不 足 每 出现 震 记 录 图 （ 拟 地 震 记 录 图 ）从 图 巾 可 以看 到 越 火Ｉ Ｉ 但 模 ， （ 下转 ６ ６页 ）
１ 方 法原 理
快 速 傅 立 叶 变 换 （Ｆ ） 作 用 是 要 是 用 于 将 一 个 有 限 数 字 信 号 ＦＴ的 从 时间域转换到频率域 。 什么是时 间域 呢？ 简单 的可 以这样理解 ， 就 是 一 个 信 号 是 与 时 间 相 关 的 ， 平 面 坐 标来 说 就 是 横 坐标 是 以 时 间 用 ｔ纵 坐 标 是 时 间 ｔ 的 一 个 函数 值 ｆ ） 们 叫 这 个 鬲 数 ｆ） 时 间 ， 上 （， ｘ我 （为 ｘ 域 。 当一 个 信 号 经 过 Ｆ Ｔ变 换 之 后 ， 变 成 频 率 域 。什 么 是 频 率 域 Ｆ 将 呢 ？ 同样 可 以这 样 理 解 ， 它其 实 就 是 一 个 用 频 率 与相 位 来 标 识 的 一 个 函数 。 Ｆｘ Ａ ｉ（ ｘ ） 数 学 中 Ａ表 示 幅 值 ， ０ 示 频 像 （ ）＝ ｓ ０ ＋ ， ｎ３ 在 而 ３表 率 ， 表 示 相 位 。 们 假 设 Ｆｘ 个 频 率 域 函数 ， 么 其 频 率 谱 就 是 我 ｆ一 ） 那 Ｊｘｌ 【 ）Ｉｘ“） 中 Ｒ与 Ｉ 示取 实 部 与 虚 部 函 数 。 要 说 明 Ｆ ） ＝ Ｒ（ ＋ ）Ｉ其 （ ｘ （］ｘ ， 表 需 的 一点 ， 就 是 Ｆ ’ 换 是 一 个 复 数 变 换 ， 以 Ｆｘ 一 个 复 数 函 那 丌 变 所 （是 ） 数。 现代火 山地震监测一般采用宽频带数字地震 仪 ， 所获 取的地震 波 形 数 据 实 质 上 就 是 离 散 的 时 间 域 信 号 。 通 过 快 速 傅 立 叶 变 换 （ Ｆ ） 可 以将 这些 时 间 域 的 地震 信 号 转换 成 频 谱 。 ＦＴ 就 ２ 火 山地 震 类型 分 类 根据地震波形进行火 山地震分类的方法主要就是频谱分析 。 频 谱 分 析 方 法 主 要 反 映 整 个 观 测 波 形 的 频 谱 特 性 。其 缺 点 是 ， 浅 源 对 地震 ， 随着 观测 距离 的增加 ， 震面波 的发 育可能对 整个 频谱产 生 地 明显 的影 响 ， 使 频 谱 明 向低 频 方 向偏 移 。为 了防 止 因 为这 种 偏 致 移 而导 致 错 误 的 分 析 结 果 ， 般 采 用 多 台频 谱 综 合 进 行 分 析 。 一 按 照火 山地 震 的 成 因 或 频 谱特 征 ，火 山地 震 可 以 分 为 四大 类 ， 即 ：构 造 型 火 山地 震 （ ｅｔ ｉ ｅｅｔ、 混 合 型 火 山 地 震 （ ｙ ｒ Ｔ ｃ ｎｃ ｖｎ） ｏ Ｈ ｂｉ ｄ ｅｅ ｔ、 周 期 火 山 地 震 （ ｏ ｇｐｒ ｄ ｅｅｔ、 山 颤 动 （ ｒｍ ｒ （ ｖｎ）长 Ｌ ｎ ｅｉ ｖｎ）火 ｏ Ｔｅ ｏ） 刘
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科 技 论 坛
大气 能 见度 观 测
张 淑 娜 王 东 育 李 惠 徐 博 （、 １ 吉林省抚松县 东岗国家基准气候 站， 吉林 抚松 １４ １ ２ 黑龙江省五常市气象局 ， ３ ５４ 、 黑龙 江 五 常 １０ ０ ５２ ０
摘 要 ： 对 影 响 大 气 能 见度 的 原 因及观 测方 法进 行 了分析 。 针
国 明等 ，０ ６ 。 ２０ ）
其 中 ｈ ｈ ｆ ｑ ｅ ｃ ａｔｑ ａ ｅ为 构 造 型 火 山地 震 ｉ —ｒ ｕ ｎ ｙ ｅ ｒ ｕ ｋ ｇ ｅ ｈ Ｌ ａｔｑ ａ ｅ 为 长 周 期 火 山地 震 Ｐ ｅ ｒ ｕｋ ｓ ｈ
Ｈａｍｏ ｉ ｔ ｍｏ 是 谐 波 型 火 山 颤 动 ｒ ｎｃ ｒ ｅ ｒ