南平地震臺(tái)地傾斜儀器資料分析對(duì)比

張志鵬，龔 薇，吳慧敏，曹文君，陳傳昌，方傳極，梁 凱，黃弘乾，朱立帆

（福建省地震局南平地震臺(tái)，福建 南平 353000）

地傾斜儀器是監(jiān)測(cè)地震變化的一種重要手段，南平臺(tái)同時(shí)擁有VS 垂直擺傾斜儀、DSQ 水管傾斜儀和VP 寬頻帶傾斜儀3 種觀測(cè)手段，且入網(wǎng)運(yùn)行多年，為地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)提供數(shù)據(jù)資料支撐。本文選取南平臺(tái)2020—2021 年的觀測(cè)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析對(duì)比，具體分析對(duì)比情況如下。

1 臺(tái)站概況

南平地震臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“南平臺(tái)”）位于南平市延平區(qū)東坑村，經(jīng)緯度為東經(jīng)118.19°，北緯26.62°，臺(tái)站海拔高程180 m，臺(tái)站所在位置周圍出露的地層為震旦紀(jì)火山巖，巖性多為變質(zhì)石英巖，為中、低山山地，山巒疊嶂，地形切割強(qiáng)烈，多為剝蝕、侵蝕地貌，溝谷縱橫交錯(cuò)，地表水系發(fā)育，河谷多呈“V”字型，谷地和山間小盆地發(fā)育。臺(tái)站所在地區(qū)延平區(qū)地處閩中大谷地最低處，東北部以低山為主，北部以中山為主，南部以中低山為主，西部為低山丘陵。洞室?guī)r性為深灰色絹云母板巖夾透輝石英巖。

臺(tái)站山洞長(zhǎng)33.7 m，其內(nèi)辟有2 個(gè)擺房：微震儀擺房和傾斜儀擺房。擺房均采用規(guī)整花崗巖拱型砌體加固，拱頂貼油氈，外覆水泥沙漿抹平，兩側(cè)開盲溝，毛洞滲透水導(dǎo)入盲溝外流。經(jīng)過(guò)防潮處理過(guò)的窿道擺房結(jié)構(gòu)，如同一個(gè)保溫瓶，防潮和保溫效果良好，窿道內(nèi)濕度小于70%，平均溫差4 ℃左右。

臺(tái)站觀測(cè)洞室在監(jiān)測(cè)樓后直線200 m 處，有一條1 m 寬水泥路連接，交流電采用鎧裝電纜接入，通信采用電信光纖接入。在觀測(cè)房建設(shè)的同時(shí)，進(jìn)行了地網(wǎng)的建設(shè)，地網(wǎng)建成后，該地網(wǎng)的接地電阻為3.8 Ω。

2 儀器參數(shù)指標(biāo)

本項(xiàng)目研究的3 套儀器均為南平地震臺(tái)地傾斜儀器，且均來(lái)自武漢地震研究所，具體儀器參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)見表1—表3。

表1 VS 垂直擺傾斜儀儀器參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)

表2 DSQ 水管傾斜儀儀器參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)

表3 VP 寬頻帶傾斜儀儀器參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)

3 觀測(cè)資料分析對(duì)比

VS 垂直擺傾斜儀于2004 年9 月1 日正式入網(wǎng)觀測(cè)運(yùn)行，2022 年3 月25 日停止觀測(cè)，測(cè)項(xiàng)分量為北南、東西，采樣率為分鐘值。DSQ 水管傾斜儀于2019年6 月1 日正式入網(wǎng)觀測(cè)運(yùn)行，測(cè)項(xiàng)分量為北南、東西、北、南、東、西，采樣率為分鐘值，目前正在運(yùn)行。VP 寬頻帶傾斜儀于2020 年1月1 日正式入網(wǎng)觀測(cè)運(yùn)行，測(cè)項(xiàng)分量為北南、東西，采樣率為秒值，目前正在運(yùn)行。

3.1 儀器穩(wěn)定性

運(yùn)用中國(guó)地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件計(jì)算出本文研究的3 套儀器的完整率（表4），得出VS 垂直擺傾斜儀完整率為95.21%，DSQ 水管傾斜儀完整率為99.23%，VP 寬頻帶傾斜儀完整率為98.60%，對(duì)比發(fā)現(xiàn)完整率均保持較高水平，同時(shí)體現(xiàn)出儀器較好的運(yùn)行能力。

表4 VS 垂直擺傾斜儀、DSQ 水管傾斜儀和VP 寬頻帶傾斜儀完整率%

3.2 連續(xù)率對(duì)比

運(yùn)用中國(guó)地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件計(jì)算出本文研究的3 套儀器的連續(xù)率（表5），得出VS 垂直擺傾斜儀連續(xù)率為100%，DSQ 水管傾斜儀連續(xù)率為99.90%，VP 寬頻帶傾斜儀連續(xù)率為99.98%，對(duì)比發(fā)現(xiàn)連續(xù)率均保持高水平，體現(xiàn)儀器性能穩(wěn)定，這也為觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量提供堅(jiān)實(shí)支撐。

表5 VS 垂直擺傾斜儀、DSQ 水管傾斜儀和VP 寬頻帶傾斜儀連續(xù)率 %

3.3 映震能力

VS 垂直擺傾斜儀和DSQ 水管傾斜儀均采用分鐘采樣，VP 寬頻帶傾斜儀采用秒采樣。3 套儀器性能穩(wěn)定，均能清晰地記錄固體潮汐和地震事件。本文選取南平臺(tái)2020—2021 年8 個(gè)較為典型的地震進(jìn)行分析，具體分析情況見表6—表8。

表6 VS 垂直擺傾斜儀記錄典型地震的同震響應(yīng)參數(shù)

表7 DSQ 水管傾斜儀記錄典型地震的同震響應(yīng)參數(shù)

表8 VP 寬頻帶傾斜儀記錄典型地震的同震響應(yīng)參數(shù)

圖1 選取的是2021 年2 個(gè)典型地震，分別是2021年7 月29 日14：15：46 在美國(guó)阿拉斯加州以南海域發(fā)生8.1 級(jí)地震和2021 年5 月22 日02：04：11 在青海果洛州瑪多縣發(fā)生7.4 級(jí)地震。從圖1 可以看出，3 套儀器均能較好地記錄地震，地震波形清晰可見。

圖1 地傾斜儀器記錄到2021 年7 月29 日和2021 年5 月22 日地震同震波

為了對(duì)比分析3 套儀器對(duì)不同震級(jí)、震中距地震的同震響應(yīng)特性，共選取了2020—2021 年8 個(gè)典型地震進(jìn)行分析。主要從發(fā)震時(shí)刻，地震延遲時(shí)間，地震響應(yīng)時(shí)間等方面進(jìn)行映震能力的分析，結(jié)果得出3 套地傾斜儀器均能清晰記錄地震波形，體現(xiàn)儀器較好的性能，和地震同震響應(yīng)相關(guān)性。地震響應(yīng)延遲時(shí)間主要和震中距有關(guān)，震中距越遠(yuǎn)，地震響應(yīng)延遲時(shí)間越長(zhǎng)，呈正相關(guān)性。地震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間主要和地震震級(jí)有關(guān)，地震震級(jí)越大，地震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間相對(duì)也更長(zhǎng)。

3.4 M2 波潮汐因子和M2 波潮汐因子均方誤差

運(yùn)用數(shù)據(jù)資料，在中國(guó)地震前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件計(jì)算出3 套儀器的M2波潮汐因子和M2波潮汐因子均方誤差（表9—表10）。

表9 VS 垂直擺傾斜儀、DSQ 水管傾斜儀和VP 寬頻帶傾斜儀M2 波潮汐因子

表10 VS 垂直擺傾斜儀、DSQ 水管傾斜儀和VP 寬頻帶傾斜儀M2 波潮汐因子均方誤差

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，VS垂直擺傾斜儀NS向、DSQ水管傾斜儀兩分量和VP寬頻帶傾斜儀NS向M2波潮汐因子變化量均小于20%，表明儀器具有較好的穩(wěn)定性。而VS垂直擺傾斜儀EW向和VP寬頻帶傾斜儀EW向M2波潮汐因子變化量超過(guò)20%，表明穩(wěn)定性較為不好，主要是受山洞附近隧道施工影響導(dǎo)致的。在儀器的內(nèi)精度方面，3套儀器有一半的M2波潮汐因子均方誤差小于0.02，體現(xiàn)儀器較好的內(nèi)精度，而另一半M2波潮汐因子均方誤差大于0.02，則說(shuō)明儀器可能受到自然環(huán)境、人為干擾、場(chǎng)地環(huán)境等干擾因素影響，影響了M2波潮汐因子，導(dǎo)致儀器內(nèi)精度較差，且有可能會(huì)對(duì)儀器產(chǎn)出的數(shù)據(jù)波形造成影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)南平臺(tái)3 套地傾斜儀器資料的分析對(duì)比，可以得出以下結(jié)論：3 套儀器均具有較好的穩(wěn)定性，連續(xù)率與完整率均位于較高水平。對(duì)2020—2021 年8 個(gè)典型地震進(jìn)行同震響應(yīng)分析，得出3 套地傾斜儀器均能清晰記錄地震波形，體現(xiàn)儀器較好的性能，和地震同震響應(yīng)相關(guān)性。計(jì)算得出M2波潮汐因子變化量基本處于20%以下，儀器穩(wěn)定性較高。M2波潮汐因子均方誤差數(shù)值相對(duì)較高，表明儀器受外界因素干擾較大。