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地震前兆信号识别中的“冤假错案”之(I): 数字信号处理方法错误

已有 840 次阅读 2026-2-6 18:28 |个人分类:地震前兆|系统分类:观点评述

      据全球矩心矩张量组测定,2021年5月22日2时4分,在青藏高原巴颜喀拉块体发生了玛多Mw7.4地震,其矩心位于(34.66°N,98.46°E),深度12 km;从震源机制解和野外地质调查等结果来看,该地震是一次沿昆仑山口—江错断裂错断的左旋走滑事件,其产生的地表破裂长达160 km(图 1a);此外,近场地表最大的水平位错量和垂直位错量分别为3.6 m和1.8 m.这是继2001年昆仑山Mw7.8和2008年汶川Mw7.9地震后,在我国发生的震级最大的一次地震.同时,对地震预测预报业务而言,该事件不仅能丰富陆内强震事件的统计样本,而且还可以为大型走滑断裂带的地震前兆侦测等提供重要契机。

有鉴于此,在震后不久,许多研究便着重对青藏高原的地磁、地下流体和定点地壳形变等监测数据进行了回溯性探究,并揭示出了多种震前异常. 由于小波变换可以有效提取不同频段内的奇异信号,所以被广泛应用于地震前兆的诊断;其中,论文“玛多MW7.4地震前洞体应变异常分析”就采用小波变换,对同仁、宕昌、武都和姑咱等4个洞体应变台在2021年5月1—22日的变化进行了分频段诊断(图 1),发现在震前2天,其第11层的信号(周期:2048~4096 min)出现了不同幅度的应变异常波动,且波动幅度随震中距的增大而衰减(图 1b).依据时域上的强相关性和应变异常的迁移及衰减特征,该文献初步推测这些短临异常可能是玛多地震的前兆信号. 假若上述结论可靠,那该研究无疑会对强震短临前兆信号的合理提取产生积极的启迪作用;另外,从理论上看,在数天的时间尺度内,洞体应变仪的分辨力要优于10-9,故而也能捕捉到震前的短临前兆. 但遗憾的是,在进行小波变换时,文献忽略了一个基本事实:奇异信号即同震零频应变阶和震后大幅变形,无疑会导致小波细节系数出现脉冲波(由于同震应变阶和震后大幅变形的能量泄漏,见图2,3),因此,该研究具有一定的误导性,值得进一步回溯和探究。

那么,洞体应变的同震应变阶和震后大幅变形,会对其小波细节系数产生何等影响?截止目前,还鲜有系统性的研究. 为客观解答该问题,本研究依旧采用小波变换来对文献中的4个洞体应变台进行再诊断. 结果表明:同震应变阶和震后变形才是主因。

图a.png

图 1  (a) 2021年玛多Mw7.4地震震中和(b)中、远场洞体应变短临波动异常

图b.png

图 2  各台洞体应变对玛多Mw7.4地震的同震响应及其阶变量

图c.png

图 3  保留和剔除同震及震后洞体应变的小波分解(第11层小波系数)对比

 通过该地震前兆提取的“冤假错案”,可以看出地震前兆科学研究中的“葫芦僧乱判葫芦案”并不鲜见;长期以来,在大地震发生之后,很多研究往往会报道发现了震前的“前兆信号”,但事实真的如此吗?

 如果真的能这么简单地发现大地震的前兆信号,那么地震预报的难题可能早已破解; 在此,希望我国地震前兆研究能真正从 “玄学” 迈入科学的“长征”之路!



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