涇縣地震臺(tái)DSQ數(shù)據(jù)固體潮分析

黃顯良郎孝齡何曉業(yè)許少峰王 巍唐 鄭

1）中國(guó)合肥 230031安徽省地震局

2）中國(guó)安徽242500涇縣地震臺(tái)

3）中國(guó)合肥230029中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室

涇縣地震臺(tái)DSQ數(shù)據(jù)固體潮分析

黃顯良1）郎孝齡2）何曉業(yè)3）許少峰3）王 巍3）唐 鄭3）

1）中國(guó)合肥 230031安徽省地震局

2）中國(guó)安徽242500涇縣地震臺(tái)

3）中國(guó)合肥230029中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室

對(duì)涇縣地震臺(tái)DSQ型水管儀觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析，認(rèn)為傾斜儀工作比較穩(wěn)定，觀測(cè)資料質(zhì)量達(dá)到形變規(guī)范要求；與往年同期數(shù)據(jù)調(diào)和分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)不同氣候條件、噪聲、地震等因素，均對(duì)調(diào)和分析結(jié)果，即相關(guān)潮汐參數(shù)有一定程度的影響。

Eterna；固體潮；調(diào)和分析；DSQ 水管傾斜儀

0 引言

涇縣地震臺(tái)始建于1975年，是集測(cè)震、形變、大地磁場(chǎng)和電磁波于一體的綜合性臺(tái)站，地處皖南山區(qū)南陵凹陷南端，附近有江南斷裂和周王斷裂通過(guò)，小斷層發(fā)育，臺(tái)站有大面積石英砂出露。臺(tái)站目前主要觀測(cè)設(shè)備有：KS-2000寬帶地震計(jì)、SSY-Ⅱ型石英伸縮儀、DSQ型水管傾斜儀、FHD-2B型質(zhì)子磁力儀、WYY-1型氣象三要素輔助觀測(cè)設(shè)備等（郎孝齡等，2007）。其中DSQ水管傾斜儀保溫封閉措施完善，采用四周砌磚、頂部放置硬泡沫板的方式封閉腔體，最大程度降低溫度變化及氣流變化對(duì)儀器的干擾。

地球上某點(diǎn)所受引潮力實(shí)際是日、月及其他天體引力的疊加結(jié)果，加之地球自轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致復(fù)雜的周期性潮汐形變，固體地球潮汐形變即為固體潮（許澤厚等，2010）。由固體潮引起的地表形變由DSQ型水管傾斜儀記錄呈現(xiàn)。本文擬采用潮汐調(diào)和分析Eterna 34軟件，對(duì)涇縣地震臺(tái)DSQ型水管傾斜儀數(shù)據(jù)進(jìn)行固體潮調(diào)和分析，得到當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)潮汐參數(shù)。

1 調(diào)和分析軟件Eterna

Eterna軟件是德國(guó)地球物理學(xué)家Wenzel H G編寫(xiě)的基于DOS平臺(tái)的潮汐分析軟件（Wenzel H G，1994；Wenzel H G，1996），已被國(guó)際地潮中心推薦作為標(biāo)準(zhǔn)軟件，具有數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、分析、結(jié)果輸出、可視化等功能。

Eterna軟件的ANALYZE模塊可廣泛用于引潮位、重力潮汐、傾斜固體潮、垂直應(yīng)變、水平應(yīng)變、體應(yīng)變及海洋潮汐等觀測(cè)數(shù)據(jù)分析?？刂茀?shù)文件是軟件計(jì)算結(jié)果正確的基礎(chǔ)，表1所示為控制參數(shù)文件所需部分參數(shù)。

表1 控制參數(shù)文件相關(guān)參數(shù)Table 1 Parameters of controlling parameter files

2 數(shù)據(jù)調(diào)和分析

2.1 水管傾斜儀布設(shè)參數(shù)

涇縣地震臺(tái)監(jiān)測(cè)洞體內(nèi)搭建一套DSQ型水管傾斜儀（圖1），分東西和南北兩個(gè)方向布置，兩套系統(tǒng)安裝方位角等參數(shù)見(jiàn)表2。由于經(jīng)緯度數(shù)據(jù)屬保密信息，文章中未給出。

涇縣地震臺(tái)站形變監(jiān)測(cè)洞體內(nèi)觀測(cè)資料完整、連續(xù)率高，選用2012年1月1日至5月1日觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行固體潮調(diào)和分析。為了作圖清晰，僅取1月1日至17日的數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖2，清晰可見(jiàn)完整的固體潮信息。

圖1 DSQ型水管傾斜儀Fig.1 DSQ water tube tiltmeter

表2 傳感器安裝參數(shù)Table 2 Parameters of sensor installation

圖2 固體潮數(shù)據(jù)Fig.2 Data of earth tide

2.2 驗(yàn)證固體潮現(xiàn)象

2.2.1 固體潮理論基礎(chǔ)。以引潮天體月球M為例，圖3為月球和地球的位置關(guān)系，O點(diǎn)為地心，N為地表或地球內(nèi)部任意一點(diǎn)，r為徑向，rM為月球到O點(diǎn)的距離，R為月球到N點(diǎn)的距離，zM為月球的地心天頂距。

由潮汐理論（許澤厚等，2010）可知，月球?qū)點(diǎn)的引潮位表達(dá)式為

圖3 月球、地球位置關(guān)系Fig.3 The position of moon and earth

為方便估算相關(guān)基本潮波的振幅，引進(jìn)杜德森常數(shù)D（方俊，1984），即

根據(jù)天文學(xué)知識(shí)，可知天體地心天頂距（許澤厚等，2010）的表達(dá)式，帶入公式（2）即可得到月球?qū)點(diǎn)的引潮位表達(dá)式二階項(xiàng)，見(jiàn)公式（4）。同理，展開(kāi)至3階后，即可辨別周日、半周日、三分之一日潮等潮波信息。

2.2.2 固體潮對(duì)DSQ水管傾斜儀影響驗(yàn)證。為驗(yàn)證DSQ型水管傾斜儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化由固體潮所致，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，頻點(diǎn) f1= 1.2×10-5Hz、f2= 2.4×10-5Hz、f3= 3.6×10-5Hz出現(xiàn)3個(gè)峰值，經(jīng)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)大約對(duì)應(yīng)周期7.7 h、11.6 h和23.1 h的3個(gè)潮波分量，分別對(duì)應(yīng)1/3日潮、半周日潮和周日潮，與潮汐周期特征基本吻合，說(shuō)明DSQ型水管傾斜儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完整記錄下固體潮影響。

圖4 DSQ水管傾斜儀數(shù)據(jù)頻譜分析Fig.4 Spectrum analysis of DSQ water tube tiltmeter data

2.3 調(diào)和分析

2.3.1 2012年1月1日至5月1日數(shù)據(jù)。將儀器位置、海拔等相關(guān)參數(shù)代入Eterna軟件，進(jìn)行調(diào)和分析計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3。

2.3.2 2011年1月1日至5月1日數(shù)據(jù)。為了深入研究固體潮對(duì)DSQ型水管傾斜儀的影響，用相同方法對(duì)2011年1月1日至5月1日的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和分析，以方便與2012年同期數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。調(diào)和分析結(jié)果見(jiàn)表4。

2.3.3 對(duì)比結(jié)果。根據(jù)理論計(jì)算（許少峰，2014），可得到周日潮波O1二階引潮力傾斜固體潮潮汐因子即γ2（O1） = 1 + k2- h2= 0.6949，γ2（M2） = 1 + k2- h2= 0.6937，γ2（M3） = 1 + k3- h3= 0.8035，這些傾斜潮汐因子值均是在彈性各向介質(zhì)同性非自轉(zhuǎn)球?qū)ΨQ模型的地球假設(shè)條件下得到，若進(jìn)一步考慮地球自轉(zhuǎn)、橢球率、介質(zhì)非彈性等因素影響，潮汐因子數(shù)值相差甚小。由表3和表4可知：①潮汐因子數(shù)值接近理論值，說(shuō)明涇縣地震臺(tái)DSQ型水管傾斜儀觀測(cè)資料質(zhì)量較好（受限于篇幅，潮汐因子理論值詳見(jiàn)許少峰論文）；②對(duì)于不同年份同期數(shù)據(jù)，各潮波潮汐因子存在細(xì)微差別。

表3 2012年1月1日—5月1日調(diào)和分析得出的相關(guān)潮汐參數(shù)Table 3 Related tidal parameters drawn by harmonic analysis from January 1 to May 1 in 2012

表4 2011年1月1日—5月1日調(diào)和分析得出的相關(guān)潮汐參數(shù)Table 4 Related tidal parameters drawn by harmonic analysis from January 1 to May 1 in 2011

潮汐因子存在差別，可能是因?yàn)椋孩贈(zèng)芸h地震臺(tái)地處山區(qū)，洞體形變受降雨等氣候條件影響較大，降水滲入臺(tái)站監(jiān)測(cè)洞體上方山體地表及巖石縫隙，引起地面傾斜，因不同時(shí)期降雨量等外界氣候條件不同，此非固體潮變化不同，附加到固體潮信號(hào)中，進(jìn)而影響調(diào)和分析結(jié)果；②不同時(shí)期受外界影響不近相同，如噪聲、地震等，干擾數(shù)據(jù)影響了調(diào)和分析結(jié)果。

3 結(jié)束語(yǔ)

DSQ型水管傾斜儀工作比較穩(wěn)定，可完整記錄固體潮信息，調(diào)和分析得出的相關(guān)潮汐參數(shù)和理論值接近，觀測(cè)資料質(zhì)量達(dá)到形變規(guī)范（DB/T46—2012）要求。

氣候條件（降雨等）、噪聲、地震等因素對(duì)DSQ型水管傾斜儀數(shù)據(jù)調(diào)和分析結(jié)果有一定影響。在實(shí)際工作中，可以通過(guò)濾波、平滑等不同數(shù)據(jù)處理方法降低影響，如：對(duì)降雨、噪聲干擾進(jìn)行壓制或剔除，對(duì)地震影響進(jìn)行突出。

在論文撰寫(xiě)過(guò)程中，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室何曉業(yè)教授及團(tuán)隊(duì)給予建議和幫助，在此表示感謝。

方俊.固體潮［M］.北京：科學(xué)出版社，1984.

郎孝齡，翟義勇，曹志磊，等.涇縣地震臺(tái)地磁 FHD 儀器房建設(shè)幾點(diǎn)體會(huì)［J］.防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，9（3）： 71-73.

許澤厚，等.固體地球潮汐［M］.武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

許少峰.粒子加速器中復(fù)雜靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)的精度理論與驗(yàn)證研究［D］.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2014.

Wenzel H G.Earth tide analysis package ETERNA 3.0［J］.Marées terrestres，1994，118： 8 719-8 721.

Wenzel H G.The nanogal software： Earth tide data processing package ETERNA 3.30［J］.Bull Inf Marées Terrestres，1996，124：9 425-9 439.

Harmonic analysis of the data of the tilt tide recorded by DSQ water tube tiltmeter at Jingxian Seismic Station with using Eterna

Huang Xianliang1），Lang Xiaoling1），He Xiaoye2），Xu Shaofeng2），Wang Wei2）and Tang Zheng2）
1） Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei 230031，China
2） Jingxian Seismic Station，Anhui Province 242500，China
3） NSRL，University of Science and Technology of China，Hefei 230029，China

The tidal effects on DSQ water tube tiltmeter is proved to be recorded completely through fast Fourier transformation to the raw data.Besides，it is assessed that the DSQ water tube tiltmeter runs stably through harmonic analysis of the data of the tilt tide recorded by DSQ water tube tiltmeter at Jingxian Seismic Station.The quality of the observations reaches relative specification requirements.Through comparative analysis of the harmonic analysis results between the data of the same period in different years，it can be concluded that different climatic conditions，noise and even earthquake will affect the tidal wave parameters.

Eterna，earth tide，harmonic analysis，DSQ water tube tiltmeter

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.017

黃顯良，男，高級(jí)工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)與地震預(yù)測(cè)研究工作。E-mail：66988840@qq.com

安徽省地震局重點(diǎn)基金課題（20130601）資助

本文收到日期：2015-07-01