嘉峪關(guān)測震臺(tái)勘選數(shù)據(jù)分析

肖淑娟 蘇宏偉

摘 要：臺(tái)基的噪聲測試是測震數(shù)字化臺(tái)站勘選的首要工作，完全達(dá)到“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)程”技術(shù)要求的臺(tái)址將來必定產(chǎn)出高質(zhì)量的觀測資料。依據(jù)甘肅嘉峪關(guān)臺(tái)野外記錄的波形數(shù)據(jù)，分析記錄到的天然與非天然地震事件。計(jì)算分析連續(xù)48h的地脈動(dòng)速度均方根值（RMS）和噪聲功率譜密度，結(jié)果表明該臺(tái)基的背景地噪聲達(dá)到I類臺(tái)基噪聲水平。

關(guān)鍵詞：嘉峪關(guān)臺(tái) 地脈動(dòng)背景噪聲 功率譜密度 RMS值

中圖分類號：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0088-04

Abstract： Noise test of the base is the most important work for digital seismic stations to be selected， and high-quality observation data will be produced in the future at sites that fully meet the technical requirements of "China Digital Seismological Observation Network Technical Regulation". Based on the waveform data recorded at Jiayuguan station in Gansu Province， the natural and non-natural earthquake events are analyzed. The RMS of ground fluctuation velocity and the power spectral density of noise are calculated and analyzed for 48 hours. The results show that the background ground noise of the base reaches the level of class I base noise.

Key Words： Jiayuguan； Platform pulsation background noise； Power spectral density； RMS value

嘉峪關(guān)測震臺(tái)為國家數(shù)字測震臺(tái)，同時(shí)也是甘肅省區(qū)域數(shù)字測震臺(tái)，安裝港震公司生產(chǎn)的BBVS-120三分向?qū)掝l帶地震計(jì)和BBAS-2加速度計(jì)，以及大動(dòng)態(tài)范圍的24位數(shù)據(jù)采集器EDAS-24GN，通過實(shí)時(shí)方式將地震數(shù)據(jù)傳送到甘肅省測震臺(tái)網(wǎng)中心和中國地震局臺(tái)網(wǎng)中心。嘉峪關(guān)測震臺(tái)臺(tái)基為紅砂巖，屬于三類臺(tái)，噪聲大，記錄不理想，資料質(zhì)量很難提高。因此重選臺(tái)址建設(shè)嘉峪關(guān)數(shù)字化測震臺(tái)迫在眉睫，此項(xiàng)目已被中國地震局列為2014年度臺(tái)站優(yōu)化改造項(xiàng)目。

1 新臺(tái)址地理位置及水文地質(zhì)概況

嘉峪關(guān)新測震臺(tái)勘選臺(tái)址經(jīng)過反復(fù)勘踏最終確定在懸臂長城景區(qū)西800m的黑山山體，距離嘉峪關(guān)中心臺(tái)站北約7km，地理位置：北緯39.8457°，東經(jīng)98.1696°，海拔高程1700m?？边x點(diǎn)基本在嘉峪關(guān)懸臂長城景區(qū)內(nèi)，交通方便，車輛可直達(dá)，基巖大部分出露，臺(tái)基巖性為灰?guī)r，幾乎無風(fēng)化，山體前開闊，距離測點(diǎn)北50m有一河谷，常年幾乎無流水，勘選臺(tái)址附近無斷層。測點(diǎn)西南方向1.7km是水庫，東面約1km是鄉(xiāng)村公路。臺(tái)址周圍無大的干擾源。嘉峪關(guān)氣候?qū)贉貛Т箨懶曰哪?，年平均氣溫?.7℃～7.7℃，夏天最高溫度達(dá)35℃，冬季氣溫可低到-25℃，年平均降水量85.3mm，無霜期平均130d。

2 背景噪聲測試情況

勘選中臺(tái)址背景噪聲測試所用地震數(shù)據(jù)采集器REFTEK-130B是美國REFTEK公司生產(chǎn)，具有性能穩(wěn)定、低功耗、低噪聲等特點(diǎn)，適合在多種復(fù)雜惡劣環(huán)境下的野外流動(dòng)地震觀測，拾震器采用英國GURALP公司生產(chǎn)的CMG-3ESPC-120寬頻帶地震計(jì)。同時(shí)配備了GPS天線、筆記本電腦、電池以及一些輔助設(shè)備。野外測試現(xiàn)場設(shè)備連接見圖1。根據(jù)“中國數(shù)字地震觀測網(wǎng)絡(luò)”區(qū)域數(shù)字測震臺(tái)站勘選技術(shù)要求，背景噪聲連續(xù)測試必須達(dá)到48h。野外測試現(xiàn)場關(guān)鍵問題是地震計(jì)架設(shè)在基巖出漏的地方，盡可能找到水平面，必要時(shí)在基巖出漏面用水泥混凝土做出水平面，并且干燥后架設(shè)地震計(jì)，外罩塑料桶，用細(xì)沙土將塑料桶掩埋，以防空氣流動(dòng)造成干擾。地震計(jì)與數(shù)采的距離盡可能遠(yuǎn)，因?yàn)闇y試期間還要檢查儀器運(yùn)行狀況，避免人為干擾。正式測試前一定要等儀器穩(wěn)定一段時(shí)間后試測半小時(shí)，然后現(xiàn)場計(jì)算背景噪聲能否達(dá)標(biāo)，背景噪聲如果理想，才能進(jìn)行連續(xù)觀測。從2014年5月28日10時(shí)至5月30日09時(shí)對嘉峪關(guān)測震臺(tái)勘選臺(tái)址進(jìn)行48h連續(xù)地脈動(dòng)測試，數(shù)據(jù)記錄完整。連續(xù)測試前對儀器做正弦脈沖標(biāo)定，確定儀器工作狀態(tài)是否正常[1]。

3 事件記錄分析

試記2天中記錄到3次近震和1次遠(yuǎn)震，波形記錄初動(dòng)清晰，層次明顯。沒有記錄到非天然地震事件。野外近震原始記錄效果見圖2，遠(yuǎn)震原始記錄效果見圖3。

人機(jī)交互統(tǒng)計(jì)非天然地震事件，統(tǒng)計(jì)時(shí)除去了測試人員現(xiàn)場工作所產(chǎn)生的干擾事件和偶然的過往車輛干擾事件，其中出現(xiàn)兩次不明干擾，非天然地震事件發(fā)生頻度N=0（次數(shù)/h），非天然地震事件持續(xù)時(shí)間占記錄時(shí)間的百分比R=0（%），評估結(jié)論為干擾少。

4 新臺(tái)基背景噪聲水平分析

根據(jù)中國地震局2004年發(fā)布的“地震測震臺(tái)站觀測環(huán)境技術(shù)要求”，規(guī)定臺(tái)基背景噪聲在1～20Hz頻帶范圍的速度RMS值作為臺(tái)基噪聲水平的評估標(biāo)準(zhǔn)[2]。共分為5類臺(tái)基（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），下面列出評估的標(biāo)準(zhǔn)，單位：m/s。

Ⅰ類臺(tái)基噪聲水平：RMS<3.16×10-8m/s；

Ⅱ類臺(tái)基噪聲水平：3.16×10-8m/s≤RMS <1.00×10-7m/s；

Ⅲ類臺(tái)基噪聲水平：1.00×10-7m/s≤RMS<3.16×10-7m/s

Ⅳ類臺(tái)基噪聲水平：3.16×10-7m/s≤RMS<1.00×10-6m/s；

Ⅴ類臺(tái)基噪聲水平：1.00×10-6m/s≤RMS<3.16×10-6m/s。

以此為依據(jù)，用2d的連續(xù)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算了嘉峪關(guān)新臺(tái)臺(tái)基1～20Hz頻段48h噪聲RMS值，采用我國地震觀測儀器專家童汪練研究員研制的噪聲計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算[3]，噪聲功率譜密度分析是評估臺(tái)基噪聲水平的另一有效方法。計(jì)算得出1～20Hz頻帶內(nèi)1/3倍頻程各中心頻點(diǎn)處地噪聲RMS均值結(jié)果見表1，嘉峪關(guān)新測震臺(tái)噪聲功率譜密度曲線見圖4，嘉峪關(guān)測震臺(tái)實(shí)際觀測動(dòng)態(tài)范圍見圖5，48h各均值地動(dòng)速度噪聲RMS值隨時(shí)間分布見圖6。從計(jì)算結(jié)果看出：臺(tái)站背景噪聲功率譜密度曲線在地球高噪聲模型（NHNM）和低噪聲模型（NLNM）之間，白天噪聲高于夜間。嘉峪關(guān)測震臺(tái)勘選臺(tái)址48h記錄數(shù)據(jù)計(jì)算得到的1～20Hz范圍內(nèi)U-D向靜態(tài)地脈動(dòng)噪聲RMS有效值平均為2.08×10-8m/s，E-W向靜態(tài)地脈動(dòng)噪聲RMS有效值平均為2.49×10-8m/s，N-S向靜態(tài)地脈動(dòng)噪聲RMS有效值平均為3.17×10-8m/s，基本屬于Ⅰ類臺(tái)基噪聲水平，N-S向受風(fēng)擾較大。

5 結(jié)果與討論

（1）臺(tái)址背景噪聲水平為1～20Hz頻段內(nèi)速度RMS值分別為：UD向2.08×10-8m/s，EW向2.49×10-8m/s，NS向3.17×10-8m/s，基本達(dá)到Ⅰ類臺(tái)基噪聲水平（RMS<3.16×10-8m/s）。測震新臺(tái)址如果修建成山洞，氣壓、溫度、風(fēng)速等[4]造成的干擾降低到或消除，噪聲水平完全能達(dá)到Ⅰ類臺(tái)基噪聲水平。

（2）測試現(xiàn)場天然地震事件記錄清晰，波形特征突出，震相清楚易識(shí)。

（3）嘉峪關(guān)測震臺(tái)勘選臺(tái)址交通便利，交流電距離臺(tái)址150m，2M SDH光纖線路接入點(diǎn)距離臺(tái)址900m，具有GPRS、CDMA無線數(shù)據(jù)傳輸條件，屬于嘉峪關(guān)懸壁長城景區(qū)內(nèi)，未來發(fā)展規(guī)劃對該地沒有影響?；鶐r大面積初露，無風(fēng)化。臺(tái)址附近無地表附著物，具備征地條件。車輛直達(dá)，具有施工運(yùn)料條件。臺(tái)站建成后由景區(qū)人員看護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用包含用電費(fèi)、信道租用費(fèi)、臺(tái)站看護(hù)費(fèi)，無其他費(fèi)用?；ā⑦\(yùn)行經(jīng)費(fèi)額度能夠控制在預(yù)算范圍內(nèi)。嘉峪關(guān)測震臺(tái)勘選臺(tái)址符合建臺(tái)要求[5]，擬在勘選臺(tái)址建設(shè)嘉峪關(guān)國家測震臺(tái)，建筑類型為山洞擺房。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國地震局.地震及前兆數(shù)字觀測技術(shù)規(guī)范[M].北京：地震出版社，2001.

[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 19531.1-2004，地震臺(tái)站觀測環(huán)境技術(shù)要求第1部分：測震[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[3] 童汪練.數(shù)字地震儀參數(shù)測定軟件使用手冊[M].北京：港震機(jī)電有限責(zé)任公司，2005.

[4] 任梟，劉瑞豐，梁建宏，等.國家數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)臺(tái)站地動(dòng)噪聲功率譜分析[J].地震地磁觀測與研究，2004，25（1）：28.

[5] 吳書貴，蔣秀琴.數(shù)字遙測地震臺(tái)網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行[M].北京：地震出版社，2003.