應(yīng)變儀在地震定位中的運(yùn)用

任燁

摘 要：綜合利用上海綜合深井觀測系統(tǒng)中四分向應(yīng)變儀的高采樣率特點(diǎn)，結(jié)合相鄰的其他臺站地震儀，共同對東海Ms7.0級中源地震進(jìn)行了分析，并討論了四分向應(yīng)變儀在地震監(jiān)測定位中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：四分向應(yīng)變儀；采樣率；應(yīng)變地震波；地震定位

中圖分類號：P318.6+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.116

文章編號：2095-6835（2016）11-0116-02

美國重大科學(xué)研究項(xiàng)目板塊邊界觀測（PBO）的實(shí)施表明，鉆孔應(yīng)變儀正在成為地球動(dòng)力學(xué)和地震學(xué)研究的主要觀測儀器之一。我國的鉆孔應(yīng)變觀測起步較早，特別是首創(chuàng)的水平四向量鉆孔應(yīng)變儀，其設(shè)計(jì)理念已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。長期以來，鉆孔應(yīng)變儀都被用在地震預(yù)測預(yù)報(bào)中，是地震預(yù)報(bào)研究的一個(gè)重要發(fā)展方向。連續(xù)地應(yīng)變觀測資料為物理預(yù)報(bào)的開展提供了依據(jù)。無論是解決中長期問題，還是解決短臨前兆問題，鉆孔應(yīng)變觀測都是比較有優(yōu)勢的一種手段。由于其傳統(tǒng)采樣率偏低（一般為1 Hz或者1/60 Hz），未達(dá)到地震定位采樣率（至少為50 Hz）要求，因此在地震定位運(yùn)用中一直處于空白狀態(tài)。

本文以東海Ms7.0級中源地震應(yīng)變地震波數(shù)據(jù)為例，對應(yīng)變地震波在地震定位中的運(yùn)用進(jìn)行討論，提出基本步驟和方法。

1 綜合深井應(yīng)變地震波觀測

綜合深井地震觀測系統(tǒng)是集四分向應(yīng)變儀、兩分量傾斜儀、地磁儀、水位儀、氣象三要素觀測儀于一體的綜合觀測系統(tǒng)。崇明綜合深井于2011-05建成，位于上海市崇明縣長江農(nóng)場內(nèi)（位置31.675°N，121.544°E），井深460 m。其中，四分向應(yīng)變儀運(yùn)用的是珠海泰德公司生產(chǎn)的TBS-41。

圖1和圖2是四分向應(yīng)變儀所記錄的東海Ms7.0級中源地震應(yīng)變地震波。其中，圖1采用的是高采樣率（即原始采樣率為50 Hz），圖2為選擇的秒采樣率（1 Hz）應(yīng)變地震波。從圖1和圖2可以看出，50 Hz采樣率的應(yīng)變地震波內(nèi)容更豐富。記錄得越清晰，失真度越小。

2 對比運(yùn)用分析

2.1 數(shù)據(jù)處理與對比

具體定位不需要四分量，地震儀記錄統(tǒng)一，應(yīng)變地震波與寬頻帶地震記錄具有較大的相似性，短周期由于其頻帶范圍影響，只能記錄到比較明顯的P波，S波則較難分辨。

2.2 定位處理

2.2.1 震中位置與發(fā)震時(shí)刻

四分向應(yīng)變儀器所記錄的應(yīng)變地震波主要體現(xiàn)的是水平方向的應(yīng)變結(jié)果，是無量綱變量，再加上缺乏垂直方向的分量，因此不能使用單臺定位，只能將該道應(yīng)變地震波加到臺網(wǎng)內(nèi)綜合定位比較。

東海Ms7.0級地震震中位于上海臺網(wǎng)東南方，距離上海臺網(wǎng)620 km，且有一定的深度，為中源地震。綜合考慮使用廣東省十五定位軟件MSDP中的Hyposat定位。為了在最大程度上減少因臺站數(shù)量多而帶來的定位修正，選擇滿足定位要求的臺站參與計(jì)算。應(yīng)變地震波臺站殘差很小，只有0.13.這說明，應(yīng)變地震波在地震震中定位中取得了成功。

與USGS、國家臺網(wǎng)中心比較，震中距相差20 km左右，滿足Ⅲ類定位精度要求。但震源深度偏離較大，最高的達(dá)到了35 km。產(chǎn)生這一問題的原因可能為以下兩點(diǎn)：①臺網(wǎng)口徑偏小，偏向西北一隅。十五定位MSDP軟件本來是基于速報(bào)定位開發(fā)的，其所有定位程序?qū)W(wǎng)外遠(yuǎn)距離（相對于臺網(wǎng)口徑）地震定位存在一定的偏差。②震源深度一直較難把握，再加上該地震深震震相不明顯，未加入深震震相定位，而采用的是Iasp91地球模型搜索，深度出入較大。

2.2.2 震級

應(yīng)變地震波振幅是震級和震中距的函數(shù)。張凌空在《Sacks體應(yīng)變地震波的觀測結(jié)果分析》一文中對應(yīng)變地震波振幅與震級的關(guān)系進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，得到了一些經(jīng)驗(yàn)公式。其采用的是體應(yīng)變地震波，與本文中四分向應(yīng)變地震波有一定的區(qū)別，因此僅作為參考，無法得到比較準(zhǔn)確的震級，但也提供了一些思路。如果能得到比較穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)和確定的經(jīng)驗(yàn)公式，就能解決中深源地震面波震級偏小的問題。

3 結(jié)束語

由于綜合深井崇明長江農(nóng)場臺完成驗(yàn)收才幾個(gè)月，浦東張江臺最近才完成驗(yàn)收，從高采樣率的應(yīng)變波形上可以看出，其數(shù)據(jù)波形與穩(wěn)定狀態(tài)的高采樣率的應(yīng)變儀所記錄的有很大區(qū)別，比如帶有許多高頻干擾。初步估計(jì)是由于水泥還未完全凝固，尚處于可蠕動(dòng)狀態(tài)，固體潮波形不清晰等造成。另外，其運(yùn)行時(shí)間短，所記錄的地震資料極為有限，最終的可用性還需要大量的地震案例來驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]邱澤華，闞寶祥，唐磊.四分量鉆孔應(yīng)變觀測資料的換算和使用[J].地震，2009，29（4）：83-89.

[2]陳貴美，楊選，劉錦.廣東數(shù)字地震臺網(wǎng)“十五”系統(tǒng)的幾種地震定位方法的定位效果分析[J].華南地震，2009，29（1）：69-78.

[3]張凌空，牛安福.Sacks體應(yīng)變地震波的觀測結(jié)果分析[J].大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2009，29（5）：33-37.

〔編輯：劉曉芳〕