宜昌地震臺VP 型寬頻帶傾斜儀和DSQ 型水管傾斜儀同震響應對比分析

曾智輝 張 輝 安一凡 王 慧 錢 山 宋瀟瀟

（1、中國地震局地震研究所（地震大地測量重點實驗室），湖北 武漢430071 2、湖北省地震局，湖北 武漢430000 3、湖北省地震局宜昌地震臺，湖北 宜昌443100）

由于地球是不均勻的球體，在內(nèi)力和外力作用下，地殼不斷運動，在某一時刻這種運動必然導致局部地殼發(fā)生較大的形變，甚至產(chǎn)生破裂，從而引發(fā)地震[1]。地震前兆有多種監(jiān)測方法，地傾斜監(jiān)測為主要手段之一，隨著監(jiān)測的發(fā)展，國內(nèi)很多學者對其展開了深入的研究[2-4]。DSQ 型水管傾斜儀與VP 型寬頻帶傾斜儀是臺站常用的定點形變儀器。宜昌地震臺把這兩臺觀測儀器安裝在同一觀測山洞內(nèi)，作為同時監(jiān)測地傾斜的形變儀器，它們對同一地震的激發(fā)響應會有什么特征呢？本文選取2018-2019 年宜昌地震臺水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀記錄的地震資料進行同震響應對比分析。

1 臺站概況

宜昌地震臺位于湖北省宜昌市夷陵區(qū)森林公園，地處長江三峽、葛洲壩、清江隔河巖三大水利樞紐工程之間。大地構(gòu)造位置處于上揚子褶皺帶黃陵斷塊東南緣，江南造山帶北部。臺站目前的形變儀器有VP 型寬頻帶傾斜儀和DSQ 型水管傾斜儀，均運行良好，放置在臺站形變山洞內(nèi)。臺站山洞進深200 米,臺基為白堊系下統(tǒng)石門組礫巖，巖石堅硬，膠結(jié)完整。洞頂覆蓋厚度達29 米，洞內(nèi)溫度18.02℃，年變化小于0.2℃，滿足多種形變儀器對觀測環(huán)境的要求。

2 觀測儀器性能

VP 型寬頻帶傾斜儀和DSQ 型水管傾斜儀主要測量地面傾斜的變化，是地震前兆監(jiān)測的重要手段之一。宜昌臺VP 型寬頻帶傾斜儀和DSQ 型水管傾斜儀觀測資料連續(xù)穩(wěn)定。宜昌臺VP型寬頻帶傾斜儀分辨力優(yōu)于0.001ms，位移傳感器精度為0.0001μm，日漂移＜0.005ms。DSQ 型水管傾斜儀分辨率為0.0005ms，日漂移＜0.005ms，采樣率為1 次/min[5]。自安裝至今，儀器記錄的固體潮曲線清晰規(guī)則，年周期變化良好。臺站還安裝有WYY-1 型氣象三要素儀器，儀器運行良好，數(shù)據(jù)精度高。

3 同震響應特征分析

選取四川宜賓2019 年06 月24 日4.1 級、臺灣臺東2019年03 月08 日5.3 級、臺灣臺東2019 年06 月04 日5.8 級、四川宜賓2019 年06 月17 日6 級、菲律賓薩馬島2019 年04 月23日6.6 級、巴布亞新幾內(nèi)亞2018 年10 月11 日7.1 級、新不列顛島地區(qū)2019 年05 月14 日7.6 級、斐濟群島地區(qū)2018 年08 月19 日8.1 級共8 個地震作為分析樣本，解析兩種儀器同震響應特征。

宜昌地震臺水管儀和VP 儀地震響應幅度參數(shù)統(tǒng)計

由表可以看出，不管是震級相同還是震級不同，寬頻帶傾斜儀和水管傾斜儀，在幅度和持續(xù)時間的響應上是不同的，響應延遲時間大部分也是不同的。為了更好的說明水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀這兩套觀測儀器的同震響應特征，對表1 中8 個地震的最大響應幅度、響應延遲時間和響應持續(xù)時間進行了詳細的對比分析，得到了一些規(guī)律性的認識。

3.1 最大響應幅度

從圖1 可以看出，除了新不列顛島地區(qū)7.6 級地震外，其余7 個地震都是寬頻帶傾斜儀大于水管傾斜儀的地震響應幅度，這是由于水管傾斜儀的阻尼大于寬頻帶傾斜儀。水管傾斜儀除了四川宜賓4.1 級地震以外，其它7 個地震隨著震級的增大，響應幅度也隨著增大，二者成正比關系。寬頻帶傾斜儀的響應幅度無規(guī)律性，與震級和震中距有關，例如四川宜賓6 級比巴布亞新幾內(nèi)亞7.1 級響應幅度大，臺灣臺東5.8 級比菲律賓薩馬島6.6 級響應幅度大，巴布亞新幾內(nèi)亞7.1 級比新不列顛島地區(qū)7.6 級響應幅度大。

3.2 響應延遲時間

由圖2-1、2-2 可以看出，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的震中距與響應延遲時間有很大的關聯(lián)性，它們成正比關系，震中距越大，延遲時間越長，最遠的斐濟群島地區(qū)8.1 級9302km，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的響應時間均為12min，最近的四川宜賓4.1 級670km，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的響應時間均為1min；對于同一地震，水管傾斜儀的響應延遲時間大部分比寬頻帶傾斜儀的響應延遲時間長（見表），如臺灣臺東5.3 級地震響應延遲時間分別為4min、3min，新不列顛島地區(qū)7.6 級地震響應延遲時間分別為9min、8min。

圖1 水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀最大響應幅度對比曲線

圖2-1 水管傾斜儀震中距與響應延遲時間關系曲線

圖2-2 寬頻帶傾斜儀震中距與響應延遲時間關系曲線

3.3 響應持續(xù)時間

從圖3 可以看出，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀在7.1 級處出現(xiàn)了拐點，震級大于7.1 級，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的響應持續(xù)時間急劇增大，總的來說，震級越大，響應持續(xù)時間越長，二者成正比關系。6 級以上強地震激發(fā)的響應持續(xù)時間要遠大于中等地震持續(xù)時間；除臺灣臺東5.8 級和新不列顛島地區(qū)7.6 級地震外，其它6 個地震寬頻帶傾斜儀的地震響應持續(xù)時間比水管傾斜儀的響應持續(xù)時間長。

圖3 水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀響應持續(xù)時間對比曲線

3.4 震級不同、震中距相近的地震響應

從表可以看出，對震級不同、震中距相近的地震，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的地震響應幅度、響應延遲時間與震級有很大的相關性，一般成正比關系。如：臺灣臺東5.3 級地震響應幅度、響應延遲時間比5.8 級的要小，四川宜賓4.1 級地震響應幅度、響應延遲時間比6.0 級要小。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對宜昌地震臺水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀記錄的8 個地震進行了詳細的對比分析，得出如下結(jié)論：

（1）水管傾斜儀的響應幅度與震級成正比關系；寬頻帶傾斜儀的響應幅度無規(guī)律性，與震級和震中距有關。

（2）水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的地震響應延遲時間均與震中距成正比，水管傾斜儀的響應延遲時間大部分比寬頻帶傾斜儀的響應延遲時間長。

（3）震級的大小決定水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的地震響應持續(xù)時間，震級越大，持續(xù)時間越長，二者成正比關系，強地震激發(fā)的響應持續(xù)時間要遠大于中等地震持續(xù)時間。

（4）震級不同、震中距相近的地震，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的地震響應幅度、響應延遲時間與震級有很大的相關性，一般成正比關系。