西昌臺(tái)網(wǎng)地震儀方位角校正

張正偉，楊洪剛

（四川省地震局西昌地震中心站，四川　西昌　615000）

西昌臺(tái)網(wǎng)地震儀方位角校正

張正偉，楊洪剛

（四川省地震局西昌地震中心站，四川西昌615000）

根據(jù)對(duì)測(cè)震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站方位角普查校正的工作要求，四川省地震局西昌測(cè)震臺(tái)網(wǎng)采用STH-2型陀螺尋北儀對(duì)臺(tái)網(wǎng)地震臺(tái)站地震儀進(jìn)行了方位角校正、方位標(biāo)志安裝和地震儀輸出極性檢測(cè)。通過(guò)陀螺尋北儀與地質(zhì)羅盤(pán)儀定位地理正北方向兩種方法相比較表明，采用陀螺尋北儀具有精度高，不受外界磁場(chǎng)或其它環(huán)境的干擾和影響的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)大部分地震臺(tái)站方位角偏差超過(guò)規(guī)范要求。經(jīng)校正后，臺(tái)網(wǎng)所有地震臺(tái)站方位角偏差小于1°，符合規(guī)范要求。同時(shí)也進(jìn)一步提高了西昌測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的地震觀測(cè)資料的可靠性和地震分析處理精度。

測(cè)震臺(tái)站；陀螺尋北儀；方位角；極性

張正偉，楊洪剛.西昌臺(tái)網(wǎng)地震儀方位角校正［J］.華南地震，2016，36（2）：96-100.［ZHANG Zhengwei，YANG Honggang.Seismograph Azimuth correction for Xichang Seismic Network［J］.South china journal of seismology，2016，36（2）：96-100.］

0　引言

測(cè)震臺(tái)站的基本任務(wù)是真實(shí)記錄地震時(shí)產(chǎn)生地面運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程，為監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)地震和地震基礎(chǔ)科學(xué)研究提供真實(shí)、可靠、完整的資料［1］。地震計(jì)的精確定向，對(duì)于獲取高質(zhì)量地震觀測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)展資料的分析應(yīng)用具有重要意義。

西昌臺(tái)網(wǎng)數(shù)字測(cè)震臺(tái)站使用的地震計(jì)在安裝時(shí)采用地質(zhì)羅盤(pán)儀來(lái)進(jìn)行地震計(jì)的常規(guī)定向。地震計(jì)在最初架設(shè)時(shí)雖然考慮了磁偏角影響，知道其它環(huán)境因素的影響會(huì)導(dǎo)致地震計(jì)定向結(jié)果有一定的誤差，但是卻沒(méi)有測(cè)試設(shè)備來(lái)精確測(cè)定其誤差值并加以修正?，F(xiàn)在采用陀螺尋北儀對(duì)西昌地震臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行了地震計(jì)方位角校正工作，以解決影響地震觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的儀器極性和方位角偏差問(wèn)題。方位角校正技術(shù)要求：使用陀螺尋北儀進(jìn)行方位定向普查，如果測(cè)定地震計(jì)方位偏差≤2°，則不進(jìn)行地震計(jì)方位校正；如果測(cè)定地震計(jì)方位偏差＞2°，則需對(duì)地震計(jì)方位進(jìn)行校正；地震計(jì)方位校正時(shí)，需在地震計(jì)擺墩上安裝方位標(biāo)志，方位標(biāo)志安裝偏差應(yīng)≤1°，已運(yùn)行地震計(jì)或新安裝地震計(jì)方位偏差應(yīng)≤2°［2］。方位角校正設(shè)備有：SHT-2型陀螺尋北儀、激光墨線儀、激光數(shù)字水平角度尺、激光直角尺，三角架、筆記本電腦、照相機(jī)、羅盤(pán)、電鉆、方位標(biāo)志、直尺、記號(hào)筆、地震計(jì)靠尺等。激光墨線儀和激光直角尺使用前要用陀螺尋北儀對(duì)其兩條正交激光線進(jìn)行測(cè)定，確保校正結(jié)果滿(mǎn)足精度要求。

STH-2陀螺尋北儀主要由一個(gè)高精度雙動(dòng)力調(diào)諧陀螺及兩個(gè)加速度計(jì)構(gòu)成，尋北儀通過(guò)測(cè)量地球自轉(zhuǎn)角速度在XY軸上的分量不同，自主確定所附載體的真北方向值，尋北儀不受外界磁場(chǎng)或其它環(huán)境的干擾和影響。主要技術(shù)參數(shù)：方位角測(cè)量范圍0°～360°，方位測(cè)量精度0.1°，方位角分辨率0.01°，傾角測(cè)量范圍±6°，傾角測(cè)量精度0.06°，傾角分辨率0.01°，尋北時(shí)間3 min，準(zhǔn)備時(shí)間10 min，方位數(shù)字顯示5位，數(shù)字輸出形式RS232。西昌臺(tái)網(wǎng)所有子臺(tái)都是已建臺(tái)站并正在運(yùn)行，所以要對(duì)子臺(tái)進(jìn)行全面校正。西昌地震臺(tái)網(wǎng)使用的地震儀有BBVS-60型和CMG-3ESPC型兩種，下面就對(duì)這兩種地震儀進(jìn)行方位角校正和輸出極性的檢測(cè)進(jìn)行介紹。

1　地震儀方位角校正

1.1BBVS-60型地震儀方位角校正

在不斷電的情況下去掉地震計(jì)密封罩后，將地震計(jì)靠尺一面與BBVS-60地震計(jì)方位基準(zhǔn)面相切，將SHT-2型陀螺尋北儀與地震計(jì)靠尺緊密相切，并根據(jù)尋北儀上的指示標(biāo)志指向北方。

尋北儀通電等待其運(yùn)行平穩(wěn)，這個(gè)過(guò)程需要3～5 min，在等待的過(guò)程中可以將激光墨線儀安裝在三角架上，將三腳架架設(shè)在擺墩上，調(diào)整三腳架的位置使激光墨線儀的一條激光線與尋北儀一邊相切，為下步工作做準(zhǔn)備。這時(shí)陀螺尋北儀已經(jīng)運(yùn)行平穩(wěn)可以進(jìn)行地震計(jì)初始方位角的測(cè)定，將兩次測(cè)試結(jié)果平均就得到地震計(jì)安裝指示北方的角度，它與正北360°的差值，就是地震計(jì)與地理正北方向的方位角偏差。測(cè)試結(jié)果未到360°，表示地震計(jì)方向偏西需要補(bǔ)償所差角度，超過(guò)表示偏東則要向北回調(diào)。測(cè)試數(shù)據(jù)用數(shù)碼照相機(jī)拍照作為資料保存。

根據(jù)初始方位角測(cè)試結(jié)果，用激光數(shù)字水平尺張開(kāi)所需角度，將一個(gè)激光三角尺的一條激光線與激光墨線儀的北南向激光線重合，再用另一個(gè)激光三角尺的一條激光線與前一個(gè)激光三角尺東西向激光線重合，把它移動(dòng)到安裝方位標(biāo)志的位置，北南向激光線再加上地震計(jì)初始方位角所需增加或減少的角度即為正北方向，用記號(hào)筆在激光數(shù)字水平角度尺的一邊劃一條北南向直線，這條直線就是安裝地震計(jì)方位標(biāo)志的基線見(jiàn)圖1。在方位標(biāo)志安裝孔的位置做上記號(hào)，用電錘在擺墩上打孔并將方位標(biāo)志固定在擺墩上。將尋北儀與方位標(biāo)志緊密相靠，測(cè)試方位標(biāo)志方位角，如果達(dá)到測(cè)試要求，將兩次測(cè)試求平均值結(jié)果標(biāo)注在方位標(biāo)志的兩邊，用直尺劃出正北方向延長(zhǎng)線并標(biāo)記。不能達(dá)到測(cè)試要求，就微調(diào)方位標(biāo)志，重新測(cè)試，直到達(dá)到測(cè)試要求為止，測(cè)試數(shù)據(jù)用數(shù)碼照相機(jī)拍照作為資料保存。

圖1　標(biāo)志方位線平移和方位標(biāo)志安裝Fig.1 Installation of orientation sign and azimuth mark

地震計(jì)經(jīng)過(guò)初始方位角的測(cè)試，滿(mǎn)足要求就不移動(dòng)地震計(jì)，用直尺靠緊地震計(jì)靠尺劃出地震計(jì)安裝方向，作方向標(biāo)記。不能達(dá)到要求的，首先鎖擺，斷電，拔出擺線，然后用激光數(shù)字水平角度尺張開(kāi)所需角度，將地震計(jì)移到位置，最后用尋北儀測(cè)試，直到達(dá)到要求，作出方向標(biāo)記，測(cè)試數(shù)據(jù)用數(shù)碼照相機(jī)拍照作為資料保存。

1.2CMG-3ESPC型地震儀方位角校正

在不斷電的情況下去掉地震計(jì)密封罩后，將激光墨線儀固定在三腳架上，張開(kāi)三腳架將激光墨線儀架設(shè)在CMG-3ESPC地震計(jì)的正上方，在不影響尋北儀安裝的情況下，調(diào)整三腳架位置，使激光墨線儀的一條激光線與地震計(jì)提手上的NS向標(biāo)志線重合，并與地震計(jì)NS向兩個(gè)定向標(biāo)志尖端重合，最后將尋北儀安裝在NS向激光線上。

尋北儀通電并運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)就可以進(jìn)行初始方位角的測(cè)試，測(cè)試兩次，得到的平均值就是地震計(jì)的初始方位角，它與360°的差值就是地震計(jì)與地理正北方向的方位角偏差，測(cè)試數(shù)據(jù)用數(shù)碼照相機(jī)拍照作為資料保存。標(biāo)尺方位角和地震計(jì)校正方位角的測(cè)試與BBVS-60型地震計(jì)測(cè)試方法一致，這里就不重復(fù)敘述了，西昌臺(tái)網(wǎng)所有測(cè)震臺(tái)站測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　地震計(jì)方位角測(cè)試和輸出極性測(cè)試匯總Table 1 Summary of the measurement of the azimuth and the output polarity of seismic meter

2　地震計(jì)輸出極性檢測(cè)

西昌臺(tái)網(wǎng)所有子臺(tái)擺房中有3個(gè)為擺墩型、7個(gè)為擺坑型。擺墩型地震儀極性敲擊檢測(cè)方法，用錘子依次分別敲擊UD、EW、NS向擺墩面，每一個(gè)分向連續(xù)敲擊3次，記錄敲擊時(shí)得到的沖擊波形初始方向來(lái)判定輸出極性是否正確。具體方法為：沿U→D方向敲擊擺墩水平面，相當(dāng)于擺墩向D方向運(yùn)動(dòng)，記錄波形初動(dòng)向下；沿E→W方向敲擊擺墩側(cè)面，相當(dāng)于擺墩向W方向運(yùn)動(dòng)，記錄波形初動(dòng)向下；沿N→S方向敲擊擺墩側(cè)面，相當(dāng)于擺墩向S方向運(yùn)動(dòng)，記錄波形初動(dòng)向下。對(duì)EW、NS反方向敲擊，則記錄波形初動(dòng)向上，敲擊示意圖見(jiàn)圖2，記錄波形見(jiàn)圖3。如果記錄波形初動(dòng)方向與敲擊分向方向不一致或記錄分向不一致，則說(shuō)明該分向輸出極性不正確，。地震儀輸出極性

圖2　地震計(jì)極性檢測(cè)敲擊示意圖Fig.2 Knocking diagram for seismographic polarity detection

3　校正結(jié)果匯總

每一個(gè)測(cè)震臺(tái)站校正工作完成后，及時(shí)進(jìn)行資料匯總，包括：初始方位角、校正方位角、標(biāo)尺方位角、輸出極性檢測(cè)等信息，填寫(xiě)完整日志，保存影像資料等。將所有臺(tái)方位角和極性測(cè)試完成后，進(jìn)行全部資料匯總并保存。

4　校正結(jié)果分析

大動(dòng)態(tài)范圍、高分辨率和高精度，是現(xiàn)代地震學(xué)研究對(duì)地震觀測(cè)系統(tǒng)的重要要求［3］，地震事件的精確定位是對(duì)高精度的表現(xiàn)，地震計(jì)方位角的偏差和地震儀極性對(duì)地震事件的精確定位有較大的影響，利用臺(tái)網(wǎng)定位能夠提高定位的精確度，但每個(gè)臺(tái)網(wǎng)子臺(tái)的方位角偏差較大時(shí)對(duì)定位還是有影響。中國(guó)地震局臺(tái)網(wǎng)中心趙仲和在地震觀測(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)講座中對(duì)地震計(jì)三分向方位角和傾角誤差對(duì)地震事件定位的影響中有明確的闡述［4-5］，方位角誤差與所造成的震中位置誤差的關(guān)系見(jiàn)示意圖4，計(jì)算公式為：由地震計(jì)、擺線、數(shù)采等多種設(shè)備組成，需要多方面檢查才能發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。擺抗型地震儀極性敲擊檢測(cè)方法，地震計(jì)是放在擺坑中，沒(méi)有擺墩，敲擊時(shí)UD向與擺墩型UD向一樣，EW向和NS向用小螺絲刀輕敲地震計(jì)外殼的方法判定極性。地震計(jì)與地面為一個(gè)整體，敲擊擺外殼與敲擊擺墩側(cè)面造成的運(yùn)動(dòng)是一致的，每個(gè)方向敲擊3次，對(duì)記錄波形極性進(jìn)行判定。

圖3　地震計(jì)極性檢測(cè)敲擊記錄波形Fig.3 Waveform recorded knocking for seismographic polarity detection

公式（1）中：AB是方位角誤差所造成的震中誤差，OA是震中距，a是方位角誤差（度）。根據(jù)公式（1），臺(tái)網(wǎng)子臺(tái)方位角誤差對(duì)地震定位的誤差見(jiàn)表2，表中計(jì)算結(jié)果以震中距為100 km計(jì)算。

圖4　方位角誤差與震中誤差關(guān)系示意圖Fig.4 The relationship between the azimuth error and the epicenter error

通過(guò)表2可以看出，地震計(jì)方位角與正北的偏差越大，對(duì)地震事件的定位影響越大。表2中的震中距是以100 km計(jì)算的，木里臺(tái)誤差都達(dá)10.387 km，如果是1 000 km的遠(yuǎn)震，誤差將會(huì)達(dá)到103.87 km，遠(yuǎn)震分析的結(jié)果與實(shí)際地震事件震中不符，對(duì)地震事件分析研究造成較大的影響。通過(guò)方位角校正后，木里臺(tái)1 000 km的遠(yuǎn)震誤差只有2.21 km，進(jìn)一步提高了西昌測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的觀測(cè)資料的可靠性和地震分析處理精度。

表2　地震計(jì)方位角校正前后對(duì)地震定位的誤差Table 2 The error of seismic location before and after the azimuth correction of seismic design

5　結(jié)語(yǔ)

西昌臺(tái)網(wǎng)所有子臺(tái)的方位角和輸出極性測(cè)試完成后通過(guò)表2發(fā)現(xiàn)，與正北方向最大偏差是普格臺(tái)達(dá)到6.38°，與正北方向最小偏差是冕寧臺(tái)0.18°，偏差在2°以?xún)?nèi)的有4個(gè)子臺(tái)，2°以上的有6個(gè)子臺(tái)，通過(guò)校正都達(dá)到方位角普查的技術(shù)要求。由此可見(jiàn)，測(cè)震臺(tái)站用地質(zhì)羅盤(pán)儀定正北方向（初始方位角）有較大誤差，它受臺(tái)站環(huán)境因素干擾無(wú)法消除，用陀螺尋北儀定正北方向有效的解決了這一問(wèn)題。西昌臺(tái)網(wǎng)通過(guò)地震計(jì)方位角校正和地震儀輸出極性檢測(cè)工作，解決了影響地震觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的儀器極性和方位角偏差問(wèn)題，提高了測(cè)震臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)資料的內(nèi)在質(zhì)量，提高了對(duì)地震事件處理精度。

［1］中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司，數(shù)字地震觀測(cè)技術(shù)［M］．北京：地震出版社，2003.

［2］李少睿，趙建和，王黨席，等.全國(guó)測(cè)震臺(tái)站儀器方位角普查校正［J］．地震地磁觀測(cè)與研究，2014，35（Z1）：224-230.

［3］中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.數(shù)字地震觀測(cè)技術(shù)［M］．北京：地震出版社，2003.

［4］劉軍，康英.新版測(cè)震臺(tái)網(wǎng)地震觀測(cè)報(bào)告［J］.華南地震，2015，35（4）：25-30.

［5］陳祥開(kāi)，周玲，郭昱琴，等.地震觀測(cè)報(bào)告中的自動(dòng)糾錯(cuò)軟件［J］.華南地震，2013，33（1）：65-71.

Seismograph Azimuth Correction for Xichang Seismic Network

ZHANG Zhengwei，YANG Honggang
（Xichang Seismic Station，Earthquake Administration of Sichuan Province，Xichang 615022，China）

According to the work requirements of the measurement and correction of the azimuth of the seismic network，Xichang seismic network does azimuth correction，azimuth sign installation and output polarity detection of seismic instrument by using the STH-2 type gyro north finder.Through the comparison of two methods of the gyroscope north finder and geological compass location geographic north direction，result shows that the method of using the gyro north seeking instrument has high accuracy，and is not affected by the external magnetic field or other environmental interference.In practical work，the azimuth deviation of most seismic stations exceeds the standard requirements.After correction，the azimuth deviation of the seismic station is less than 1°，which accords with the requirements of the standard specification，and also further improves the reliability of seismicobservation data of Xichang seismic network and the seismic analysis accuracy.

Seismic station；Gyro north-finder；Azimuth；Polarity

P315.62

A

1001-8662（2016）02-0096-05

10.13512/j.hndz.2016.02.015

2014-12-06

張正偉 （1968-），男，工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)工作.

E-mail：xczhangzw@163.com.