江西省贛州地震中心站DSQ型水管傾斜儀與VS型垂直擺傾斜儀同震響應對比分析＊

余 思 唐婷婷

（江西省地震局，江西南昌 330039）

0 引言

連續(xù)形變觀測儀器是地震監(jiān)測的重要組成部分，可以反映豐富的地下介質(zhì)信息，包括巖石性質(zhì)變化、地殼應力應變引起的傾斜及其固體潮汐變化等[1]，常見的觀測儀器有洞體應變、體應變、水管傾斜儀、垂直擺傾斜儀、水平擺傾斜儀等，其中水管傾斜儀和垂直擺傾斜儀觀測的物理量均為地傾斜，但是兩套儀器的觀測原理不同[2]。形變觀測不僅能反映觀測區(qū)域強震發(fā)生前后的地下應力場變化，而且能記錄到更大范圍的強震同震變化。同震響應是一種典型的疊加在形變觀測數(shù)據(jù)上的高頻干擾，可以檢驗觀測儀器的性能和映震能力[3-5]。

近年來對形變前兆觀測儀器同震響應能力的研究越發(fā)引起研究人員的重視。很多專家學者對形變觀測儀器的映震能力進行了較深人的研究。狄樑等[6]對常熟臺水管儀與垂直擺記錄到的同一次地震的地傾斜響應進行對比分析，兩套儀器的地震延遲時間、響應持續(xù)時間與震級及震中距均成正比；水管儀的變形幅度與震級成正比，與震中距成反比，同時垂直擺的變形幅度主要與震級有關，但與震中距也有一定關系。張肖等[7]利用河北易縣地震臺DSQ型水管傾斜儀與VS型垂直擺傾斜儀記錄的2005—2015年數(shù)據(jù)資料，分析兩種地傾斜觀測儀器同震響應的特征及響應幅度與震中距、震級的關系，表明DSQ型水管傾斜儀對遠震響應幅度大，同震響應幅度與震級呈正比，與震中距呈反比；VS型垂直擺傾斜儀對近震響應幅度大，與震級、震中距無明顯的線性關系。DSQ型水管傾斜儀的同震響應延遲時間比VS型垂直擺傾斜儀短，與震中距呈正比，且兩種地傾斜觀測儀的地震響應持續(xù)時間與震級呈正比，VS型垂直擺傾斜儀對中小地震的響應持續(xù)時間比DSQ型水管傾斜儀長。胡寶慧等[8]對鶴崗地震臺水管傾斜儀和垂直擺傾斜儀記錄到的同震響應資料進行分析，認為水管儀和垂直擺對不同震中距的地震記錄存在較大差異；水管儀穩(wěn)定性較好，而垂直擺實際靈敏度更高；兩種儀器記錄的同震響應與震級、震中距及震源深度具有相關性。周雯等[9]利用海南五指山形變臺DSQ型水管傾斜儀和VP型垂直擺傾斜儀記錄的20次地震的同震響應資料，對比分析2套儀器的同震響應特征，發(fā)現(xiàn)在震中距相近時，二者響應幅度、同震響應持續(xù)時間與震級呈正相關；除少數(shù)地震外，在震級相近或相同時，二者地震響應幅度與震中距呈負相關；地震響應延遲時間與震中距有關，二者均呈正相關；對于同一次地震，一般VP型垂直擺傾斜儀的最大響應幅度較大，且同震持續(xù)時間較長。其他研究人員也對不同地區(qū)的水管傾斜儀和垂直擺傾斜儀觀測數(shù)據(jù)進行了對比分析[10-12]。

本文挑選了2016—2022年臺灣6級以上，2008—2022年全球8級以上、全國（除臺灣地區(qū)）7級以上的地震，從同震響應的最大響應幅值、延遲時間和持續(xù)響應時間3個方面進行了對比分析，總結贛州中心站DSQ型水管傾斜儀與VS型垂直擺的同震響應特征。

1 臺站概況

江西贛州地震中心站（下文簡稱贛州站）位于江西省贛州市會昌縣文武壩鎮(zhèn)嵐山公園內(nèi)，海拔高度205.3 m，山體巖性為花崗巖。主要受石城—尋烏斷裂帶控制，是華南地區(qū)邵武—河源大斷裂帶在贛南地區(qū)的重要一段，呈北北東向，新華夏系構造（圖1）。在這條斷裂及其附近，歷史上發(fā)生過1806年會昌6級、1926年石城4.7級、1941年尋烏龍崗5.7級地震，以及1987年8月尋烏MS5.5、MS4.9、MS4.8地震序列。贛州站現(xiàn)有DSQ型水管傾斜儀、VS型垂直擺傾斜儀、VP型垂直擺傾斜儀、SSY型洞體應變觀測儀4套形變觀測儀器，而VP型垂直擺傾斜儀為2022年5月安裝，觀測時間較短。DSQ型水管傾斜儀、VS型垂直擺傾斜儀兩種地傾斜觀測儀均為武漢地震科學研究院生產(chǎn)安裝，DSQ型水管傾斜儀東西基線長12.07 m、方位角68°，南北基線長12.48 m、方位角338°，正交布設，分辨率為0.000 5〃，漂移量＞0.005〃，采樣率1次/min，2007年3月投入觀測。VS型垂直擺傾斜儀基墩為花崗巖石，東西方位角90°，南北方位角0°，分辨率為0.000 1〃，日漂移＞0.005〃，采樣率1次/min，2007年1月投入觀測。贛州中心站水管傾斜儀與垂直擺傾斜儀自安裝以來，運行穩(wěn)定，2008—2022年運行連續(xù)率均在99%以上。同時，每年按時進行兩次標定，格值穩(wěn)定，符合學科要求。表1為山洞觀測環(huán)境參數(shù)。

圖1 贛州地震中心站地理位置Fig.1 Location of the Ganzhou seismic center station

2 同震響應對比分析

本文根據(jù)贛州中心站兩套儀器的連續(xù)觀測資料，挑選了距離臺站300 km附近的2016—2022年臺灣6級以上，2008—2022年全球8級以上、全國（除臺灣地區(qū)）7級以上的地震進行同震分析（表2）。

從表2可以看出，兩種傾斜儀器對同一次地震的最大響應幅度、延遲時間和持續(xù)響應時間均不同。同一儀器對同一地區(qū)不同震級地震的響應也不同，同時，同一儀器不同分量對同一次地震響應也不完全相同。這與前人的研究結果較為一致[6,9,13]。

2.1 最大響應幅值

圖2和圖3分析了水管儀和垂直擺EW分量對應34次地震的最大響應幅度，對比可以看出，臺灣地區(qū)12次地震中，垂直擺響應幅度有7次都大于水管儀，4次地震造成靠擺，僅有兩次地震水管儀最大響應幅度大于垂直擺。而遠震的響應情況相反，22次地震中，水管儀最大響應幅值有20次大于垂直擺。

圖2 臺灣地區(qū)地震水管儀、垂直擺最大響應幅值對比曲線Fig.2 Maximum response amplitude of the earthquakes in Taiwan

圖3 遠震水管儀、垂直擺最大響應幅值對比曲線Fig.3 Maximum response amplitude of the teleseism

2.2 地震響應延遲時間

響應延遲時間指在觀測儀器記錄到的響應與地震發(fā)生時刻之間的時間差，該時間與地震面波的傳播速度及震中距有關[14]。由于臺灣地震響應延遲時間較短，圖4僅繪制了水管儀、垂直擺對全國（除臺灣地區(qū)）MS7.0以上、全球MS8.0以上地震的響應延遲時間，可以看出延遲時間與震中距呈一定的正相關性，震中距越大，延遲時間越長。

圖4 水管儀、垂直擺響應延遲時間與震中距關系曲線Fig.4 Relation between the delay time and epicenter distance

2.3 地震持續(xù)響應時間

從圖5關系曲線可以看出，水管儀、垂直擺持續(xù)響應時間與震級有一定的正相關性，震級越大，地震響應持續(xù)時間越長。水管儀和垂直擺的地震持續(xù)響應時間長短不僅受震級影響，同時還是斷層體受地震影響程度、地震自身能量、震中距等多重因素綜合影響[9]。

圖5 水管儀、垂直擺持續(xù)響應時間與震級關系曲線Fig.5 Relation between the continuous response time and the magnitude

2.4 不同分量對比分析

兩套儀器NS分量和EW分量對地震響應大體較為一致，但是少數(shù)地震也有區(qū)別，如2010年4月14日青海玉樹M7.1地震，水管EW與NS分量的最大響應幅值有量級上的差別（圖6），這可能與地震破裂性質(zhì)，也就是震源區(qū)性質(zhì)有關[8]。

圖6 2010年4月14日青海玉樹M7.1地震水管儀兩個分量地震響應Fig.6 Response of two components of the water-pipe instrument for the M7.1 earthquake in Yushu，Qinghai Province，on April 14，2010

3 結論

本文從地震響應最大幅值、延遲時間、持續(xù)響應時間3個方面，對贛州地震中心站DSQ型水管儀與VS型垂直擺記錄到的同一次地震的地傾斜響應進行對比分析，得到贛州站DSQ型水管儀和VS型垂直擺兩種傾斜觀測儀器都能清晰地記錄到同震響應，但是由于儀器設計和觀測原理不同，使得記錄到的同震響應信號有所差異。

（1）贛州站DSQ型水管儀和VS型垂直擺兩種儀器同震響應持續(xù)響應時間與震級大小有一定的正相關性，震級越大，地震響應持續(xù)時間越長。

（2）兩套儀器地震響應延遲時間與震中距呈一定的正相關性，震中距越大延遲時間越長。同時，水管儀、垂直擺隨著震中距增大，延遲時間差越大。

（3）DSQ型水管儀對遠震的同震響應幅度較大，VS型垂直擺對近震的同震響應幅度較大，且容易出現(xiàn)靠擺現(xiàn)象。