利用伸缩仪观测体应变资料检测地球自由振荡

（ ２， ３ 图 ４ 。 图 图 ， ）
１
图 １ 湖州 台伸 缩 仪 记 录 的 日本 大 地震 体 应 变 分 钟 值 曲线
Ｆ ｇ １ Ｍｉｕ ｅ ｖ ｌ ｅｃ Ｙ ｅｏ ｅｒ ｃ ｒ ｉｇ ｏ ｈ ｒａ ｉ． ｎ ｔ ａ ｕ ｖ ｆｔ ｅ ｏ ｄｎ ｆｔ ｅｇ ｅ ｔ ｕ ｈ
Ｈ ｕｚ ｕ Ｓｅｓ ｉ ａ ｉｎ ｈｏ ｉｍ ｃ Ｓｔ ｔｏ
、 一
１０ ５０ １０ ０ ０ ５０ ０ Ｏ
／
／ ／ ＼ √
ｆ／ＯＨ ｌ‘ ｚ
１
３２ ５ ３ ３ ９ ３ ４ ９ ４ ７ ３ ８ ３ ７ ３ １ ５ ０ ４ ６ ９ ５ ４ ５１ ３ ５ ３ ３ ６ ４ ２５ ３ ８ ５ ３ ９ ５
观测 值 计算体 应 变 的公 式 （ 尔基 奥 尔 ， ９ ４ 刘 序俨 等 ，９ ８ 。 梅 １８ ； １ ８ ）
＾ ＾ １ ∞ 一 一
∑ ＋ｅ 一 ∑ 一＿ ∑ Ｖ 一 ２ ｒ ３ 兰 ＿ ∑
一
（ １ ）
一 ２
地表 某一 点处 的体 应 变等 于该 点处 面应 变 的 ２ ３ 在 此 基 础上 ， ／， 由湖 州地 震 台东 西 向与 南 北 向伸 缩仪 的观 测值 得到 该地 区 的体应 变值 。
图 ３ ２ ７ — ３ ９ ． ３ ． ５ＭＨｚ 段 伸 缩 仪 体 应 变 数 据 功 率 谱 密 度 估 计 曲 线 频
Ｆｉ ．３ Ｃｕｒ ｓｇｉ ｎ ｂｙ ｐｏ ｅ ｐ ｃ ｒ ｍ ｎｓｔ ｓ ｉ ａ ｉｎ ｏ ｓ ｒ ｔｏ ｌｄａ ａ ｉ ｈｅ ２ ７３ ｇ ｖｅ ｖｅ ｗ ｒｓ ｅ ｔ ｕ ｄｅ ｉｙ ｅ ｔｍ ｔｏ ｆｏｂ ｅ ｖａ ｉｎａ ｔ ｎ ｔ ． ３ ５ ．９ Ｍ Ｈ ｚ ｆｅ ｕｅ ｙ ｂ ｎｄ ｏｆｔ ｅ ｄｉ ｔ ｌｅ ｔ ｎｓ ｅ ｅ ｏ ｖｏ ｕ ｅ ｓ ｒ ｉ — ｅ ｅ ｒ ｑ ｎｃ ａ ｈ ｇｉａ ｘ ｅ ｏｍ ｔ ｒｔ ｌ ｍ — ｔａ ｎ ｍ ｔ ｒ
检 测是 可靠 的 。此 次 日本 地震 激 发 的振 型并非 在 各 级谐 频 均 能 记 录到 ， 检 测 到 ２个 较好 的 只
２级 谐 频 。
表 １ 湖 州 台伸 缩 仪 体 应 变 资 料 检 测 到 的基 频 振 型 、 频 振 型 及 其 理 论 值 谐
Ｔａ ｌ Ｈｕ ｈ ｕ Ｓ ｉｍｉ ｔ ｔｏ ｏ ｈ ｂ ｅ ｖ ｄ ｄ ｔ ｎ ｈ ｈ ｏ ｅ ｉａ ａ ａ ｏ ｕ ｄ ｍｅ ｔ ｌｆ ｅ ｅ ｃ ｂｅ１ ｚ ｏ ｅｓ ｃ Ｓ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ ｔ ｅ ｏ ｓ ｒ ｅ ａ ａ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌｄ ｔ ｆ ｆ ｎ ａ ｎ ａ— ｒ ｑｕ ｎ ｙ
ｓｒ ｉ－ ｔｒａ ｚ ｏ ｅｓ ｉ ａ ｉｎ ｔａｎ ｍｅｅ ｔ Ｈｕ ｈ ｕ Ｓ ｉｍ ｃＳｔｔｏ
５０ ０ ０ ４０ ５０ ４０ ００
ｕ － ｔａｎ ｍｅ ｅ ｆｔ ｅＪ ｐ ｎ ｅ ｒ ｈ ｕ ｋ ｔ ｍｅ ｓ ｒ ｉ － ｔ ｒｏ ｈ ａ ａ ａ ｔ ｑ ａ ｅ ａ
６ １
频 振 型对上 地 幔剪切 波 速较 敏感 。
通常浅 源地 震 主要 激发基 频 地球 自由振荡 ， 此次 日本 地震 释放 的能量 非 常大 ， 仅 激发 但 不
基 频 地球 自由振荡 ， 激 发谐 频 地球 自由振 荡 。共 检 测 到 ２个 ２级 谐 频 振 型 ， 测 结 果 见表 还 检 １ 同时列 出 Ｐ Ｅ 地球模 型 的理论 预 测 值作 对 比 ， ， Ｒ Ｍ 和理 论值 基本 一 致 ， 明对这 ３个 振 型 的 表
作 者 简介 ： 燕 勋 （９ ３ ）男 ， 江 兰溪 市 人 ， 学 本 科 ， 方 １８ 一 ， 浙 大 主要 从 事 地 震 监 测 预 报 工 作 基 金 项 目 ： 国地 震 局 ２ １ 度 三 结 合 课 题 和 浙 江 省 地 震 局 ２ ｌ 中 ｏ ２年 Ｏ １年 度 科 技 项 目资 助
ｄ ｉ １ ． ９ ９ Ｊ ｉｓ ． ０ ３ ３ ４ ． ０ ２ ０ ． １ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ — ２ ６ ２ １ ． ２ ０ ０
利 用 伸 缩 仪 观 测 体 应 变 资 料 检 测 地 球 自由振 荡
方 燕 勋 卞 根 发
（ 国浙 江 ３３ ０ 中 １ ０ ０湖州 地震 台 ）
图 ２ 湖 州 台 伸 缩 仪 体 应 变 资 料 记 录 的 日本 地
震 激 发 的功 率 谱
Ｆｉ ２ Ｐｏ ｅ ｓ ｅ ｔ ａ ｆ ｈｅ ｘｔｎｓ ｍ ｅ ｅ ｔ ｖ — ｇ． ｗ ｒ ｐ ｃ ｒ ｏ ｔ ｅ ｅ ｏ ｔ ｒ ｏ ｏｌ
Ｊ ｐ ｎ ｅ ￣ ｑ ａ ｅ ｗｉ ｘ ｅ ｓ ｍｅｅ ｏ ｖ ｌ ｍｅ ａ ａ ａ ｈ ｕ ｋ ｔ ｅ ｔｎ ｏ ｔ ｒｔ ｏｕ － ｈ
ｖ ｔ ｎ ａ ｋ ｒ ｕ ｄ ｎ ｉｅ ｂ ｆ ｒ Ｊ ｐ ｎ ａ ｉ ｂ ｃ ｇ ｏ ｎ ｏｓ ｅ ｏ ｅ ａ ａ ｏ
ｅ ｒ ｈｑ ｋｅ ａ ｔ ｕａ
近 ， 噪 比较 小 ： 信 另一方 面 可能 是这 几 个 高 阶基
第 ２ 期
方 燕 勋 等 ： 用 伸 缩 仪 观 测 体 应 变 资 料 检 测 地 球 自由 振 荡 利
３ 结 果
在 此 次 日本 大 地震 中 ， 州 地震 台伸 缩 仪 湖
体 应变 资料检 测 到 ２ 个 地 球 自由振 荡振 型 ， ９ 其
中 。 。。 。 。 。 。 型 未 检 测 到 ， 由 于 正 常 Ｓ 、Ｓ 、Ｓ 、Ｓ 振 是
图 ４ 日本 地 震 前 伸 缩 仪 体 应 变 资 料 正 常 运 行 时 的观 测 背 景 噪 声
ｆ ｅ ｓ ｉｌ ｔ ｎ ｏ ｈｅｅ ｒ ｈ ｒ ｅ ｏ ｃｌａ ｉ ｆｔ ａ ｔ ｏ
基 本 振 型
ｏ２ Ｓ４
ｏ２ Ｓ５
ｏ２ Ｓ６
ｏｚ Ｓ７
ｏ２ Ｓ８
ｏ２ Ｓ９
ｏ３ Ｓｏ
谐 频 振 型
２５ Ｓ
２４ Ｓ
Ｐ ＥＭ／ ０ Ｈｚ ３ ２ ５ ３ ３ ９ ３ ４ １ ３ ５ ３ ３ ６ ４ ３ ７ ５ ３ ８ ５ 伸 缩 ／ ｏ Ｈｚ Ｒ １一 ．６９ ．５４ ．５９ ．４７ ．３８ ．２３ ．１５ ｉ １５ ５ １ ３ ０ ．１３ ．８１ 伸 缩 ／ ｏ Ｈｚ ｉ～ ３ ２ ２ ３ ３ ９ ３ ４ ２ ３ ５ １ ３ ６ ８ ３ ７ ２ ３ ８ ５ Ｐ Ｅ ／０ ３ １ ５ ４ ｌ ３ ９ ．６４ ．５３ ．５８ ．５０ ．３９ ．３０ ．１８ Ｒ Ｍ １ — Ｈｚ ．１ ９ －７２ 相对误差 ０１ ． ０ ０ ０ ．２ ０２ ． ０ １ Ｙ ０ １ ．Ｉｏ ．７ ０ 相对误差 ０ ０ ．２ ０ ０ ．６
洞 内） 。但安 装 深度毕 竟 比潮 汐应 变波 长 小得 多 。因此 ， 以认 为 ， 测 是在 地 表一 自由表 面 可 观 进行 的 ， 由 自由边界 条 件 （ｖ ＝０ ８ ０ ０ ｙ ： ） 可 得 到 由北 南 、 西 两 个 方 向的线 伸 缩 则 ８７ ，７ ＝ ， ＝ ０ ， ＝ 东
Ｆｉ ４ Ｔ ｈ ｘ ｅ ｏ ｅ ｅ ｏｒ ａ ｅ ａ ｉｎ ｏｂｓ ｒ ｇ． ｅ ｅ ｔ ｎｓ ｍ ｔ ｒｎ ｍ ｌｏｐ ｒ ｔｏ ｅ
运行此 的观 测背 景噪声 在此 频 段 内 功率 谱 密度 很 高 ， 球 自由振 荡 波 被 淹 没 了。。 。 。 。 地 Ｓ 、Ｓ 、Ｓ 振 型偏 差较 大 ， 方 面 由于 台站 在 振 型 节 线 附 一
本 文 收 到 日期 ： ０ １０ — ２ ２ １－７１
６ Ｏ
地
震
地
磁
观
测
与
研
究
天资 料 ， ７２ ０ｒｉ ； 中伸缩仪 体应 变数 据通 过公式 （ ） 算得 到 （ １ 。 共 ０ ｎ 其 ａ １计 图 ）
２ 地球 自由振 荡 计 算
地球 自由振 荡有 两种基 本振 型 ： 型振荡 和环 型振 荡 ， 中球 型振荡 有径 向位 移变化 。 球 其 潮汐观 测仪运 行 时的观 测背景 噪声 非常 复杂 ， 主要包 括两部 分 ： ①仪 器运行 时仪 器本 身 的 观测 噪声 ； 台站周 围及 区域 性 的背景 噪声 等 。采用 大 地震 前 后 一段 地 震平 静 且 仪器 正 常 运 ②
地 震 地 磁 观 测 与 研 究
第 ３ ３卷 第 ２期
２１ ０ ２年 ４月
ＳＥＩ ＳＭ ０ Ｌ０ ＧＩ ＣＡ Ｌ Ｎ Ｄ Ａ ＧＥ０ Ｍ ＡＧ Ｎ ＥＴ Ｉ Ｃ ０ＢＳＥＲ Ｖ ＡＴ １ ０Ｎ Ｎ Ｄ Ａ ＲＥＳＥＡＲ ＣＨ
Ｖｏ ． ３பைடு நூலகம்Ｎｏ ２ １３ ．
Ａ ｐｒ ． ２ ２ ０１
得机 遇 。
１ 资 料 预 处 理
１ １ 伸缩 仪观 测线 应变 资料 转换 成体 应变 ．
考 虑到地 壳 的非 均匀 性 ， 别 是地层 的裂 隙和层 面之 间 的连接 特征 ， 特 把伸 缩仪 的基 线长 度 布设 得 足够 ， 很必 要 。 同时 ， 了保 证环 境稳 定 ， 可 能将 仪器 安装 在地 下深 处 （ 般安 放在 山 为 尽 一
行 时 的观测 残差 资料 ， 来模 拟伸缩 仪 的观测 背景 噪声 ， 对其 进行傅 氏分 析就 得到 的观测 背 景 再
噪声 谱 。此次 日本地 震震级 很大 ， 大于 ６ ０ 余 震 较 多 ， 后 较 长时 间仍 不 平 静 ， ．级 震 采用 震 前 平 静 时 的观 测残 差 资料 模 拟 观测 仪 的 观测 背景 噪 声 ， 对其 进 行 傅 氏分 析 ， 获得 观 测 背景 噪声 谱
摘要 将 湖州地 震台数字 伸缩仪线 应变观测数 据转换 成体应变 数据 ， 用功率谱 密度估计方 法 ， 采 资 料 未 进 行 去 固体 潮 处 理 ， 确 获 得 ２ ｌ 准 Ｏ １年 ３月 １ １日 日本 大 地 震 激 发 的 ｏ ４ Ｓ Ｏ基 频 球 型 自 Ｓ 一ｏ ３ 由振 荡 ， 照 Ｐ Ｅ 模 型 的理 论 计 算 周 期 ， 现 观测 资料 周 期 与 之 符 合 较 好 。 对 Ｒ Ｍ 发
关键词 Ｓ － 伸 缩 仪 ； 应 变 ；ｔ ９ｏ级 大地 震 ； 球 自由振 荡 ＳＹ 体 Ｅ本 ． 地
０ 引 言
２１ ０ １年 ３月 １ １日 日本发 生 ９ ０级 地震 ， 发 了全 球 规 模 的地 球 自由振 荡 。对 此 次 地 球 ． 激 自由振荡 的检 测 与分 析 ， 不仅有 益 于确定 特 大地 震 的震级 ， 为研究 地球 的深 内部 结构 提供 难 也
１ ２ 资料选 取 ．
湖 州地 震 台伸缩 仪 于 ２ ０ ０ ２年 开始 正 常 观测 ， 观测 仪 器 安 装 在人 防“ ７号 洞 ” 能 清 晰记 内，
录潮汐 波 和 同震 响应 （ 燕勋 ，０ ０ 。分析 采用 地震 发 生后 的数 据 ， 取有 明显地 震 影 响 的 ５ 方 ２ １） 提
４ 结 论
（ ） 州地震 台伸缩 仪记 录到 日本 大地 震 ， 观 测资 料 的线应 变转 换成 体应 变 。分析 检测 １湖 将 到 ２ 个 地 球 自由振 荡振 型 ， 中包 括 ２ 个 基频 振 型和 ２个谐 频振 型 。 ９ 其 ７ （ ） 知 ， 是 国 内首 次利 用 伸缩仪 资 料转 换 成 体应 变 进 行 的 自由振 荡分 析 ， 同一 台站 ２据 这 为 安 装钻 孔体 积式 应变 仪 和伸缩 仪 提供新 的对 比研 究 方法 ， 为研 究 地 球 的深 部 结 构提 供 新 的基