长清M4.1地震应急流动观测台的组建与评估

吴 双，李树鹏，胡旭辉，王 良

（山东省地震局，山东 济南 250000）

“十三五”项目建设完成后，山东省内已建成布局基本合理的数字化测震观测系统，该系统可以满足日常地震速报工作的要求，但对微震事件或局部地区的非天然地震事件的监控能力仍显不足。在较大地震发生后，对余震活动进行有效跟踪监测是地震应急工作的首要任务。但往往因为台站的密度不够，无法准确定位余震，在一定程度上影响到震后趋势判断，而应急流动台的架设就可以有效地弥补局部地区监测能力不足，从而提高地震定位精度（张清等，2019）。

1 地震流动观测启动工作

根据中国地震台网测定，2020年2月18日17时7分在山东省济南市长清区（36.47°N，116.64°E）发生了M4.1地震，震源深度10 km。震中距平阴县城26 km，距肥城市区34 km，距济南市区41 km。按照地震应急响应工作安排，山东省地震局出动现场流动监测队，负责在震区架设流动台，对余震活动进行监测。根据中国地震局学科管理相关要求，地震计、数据采集器、通信设备、供电设备等均要做好检测工作，包括备用仪器、电缆等均要存放于应急库房，以备不时之需。

2 流动台的组建

2.1 组网

流动台的布设是应急流动观测的重要环节，根据以往经验，流动观测台站应围绕地震震中布设，而且流动台和现有固定台要合理的对震中形成包围分布，同时还需要考虑地震构造带的走向、地震破裂方向和震中迁移情况（张璐等，2019）。根据长清地震震中位置，同时考虑到流动台台址应避开陡坡、风口、局部地形起伏变化大的地点以及可能影响观测的震动源，经过对震中现场的勘察，选定了贾庄（LJIN）、小屯（L3704）、顾小庄（L3705）、五峰山（L3706）4个环境噪声低、仪器能安全运行、通信供电条件良好的观测点架设流动台，加上长清（CHQ）固定台，本次地震固定台和流动台联合组网的流动监测台网完成，可以较好地包围余震活动区（谢江涛等，2019）。济南长清4.1级地震应急流动观测联合组网台站的空间分布如图1，各应急流动观测台站的具体信息如表1。

图1 济南长清M4.1地震流动台组网分布图

表1 济南长清M4.1地震应急流动台信息表

2.2 系统调试

地震计、数据采集器的参数配置和性能检测决定了流动台在数据处理中的有效性。流动台架设完成后，工作人员对其进行参数配置，确认流动台授时正确，并进行正弦、脉冲标定，测试地震计性能是否良好，且流动台采样率一般设为100 sps。4个流动台地震计正弦标定、脉冲标定如图2。4个流动台正弦标定和脉冲标定结果如表2，结果显示4个流动台工作状态均正常。表2中观测系统灵敏度计算公式为：观测系统灵敏度＝地震计电压灵敏度/数采转换因子。以L3704流动台垂直向为例进行计算，采集电压为±10 V，地震数据采集器转换因子为74.5 nV/Count，地震计垂直向电压灵敏度为999.01 V·s/m，通过公式计算得出L3704流动台垂直向的观测灵敏度为13 409.53 Count·s/μm。

图2 流动台正弦标定和脉冲曲线图

表2 4个流动台的标定结果

3 流动台的噪声水平分析

噪声水平是衡量地震台站观测环境质量的指标，也是衡量地震台站观测的地震波形数据质量的重要因素（王松等，2016）。地震流动台网架设主要目的是监测余震活动情况，为后续震情跟踪、震情趋势分析和断层分析等提供有力的数据。为此流动台架设完成后，对台基的噪声水平分析就变得非常重要。本文采用Welch方法计算样本数据的加速度功率谱密度评估台基环境地动噪声水平（张宇等，2013）。随机选取无地震事件6 h时间段原始数据作为计算样本，计算4个流动台的台基噪声，各台的噪声功率谱密度曲线图如图3、图4。

图3 L3704小屯（左）和L3705顾小庄（右）流动台台基噪声功率谱密度曲线

图4 L3706五峰山（左）和LJIN贾庄（右）流动台台基噪声功率谱密度曲线

从流动台台基噪声功率谱密度曲线图可以看出：（1）小屯和贾庄两个流动台均使用短周期地震计，两个台站分别在2 s～50 Hz和2 s～60 Hz频带范围内的高频段台基噪声要高于NHNM曲线，说明台站附近可能存在固定干扰源，也可能与流动台当地地质构造有关（侯颉等，2019）。（2）顾小庄和五峰山两个流动台台基噪声在60 s～80 Hz频带范围内曲线大致正常，水平向在低频段稍高于NHNM曲线，造成这种情况可能为附近环境干扰，如风、大气流动等。另外，顾小庄流动台部分时段在高频段台基噪声较高，可能是流动台存在不定时外界人为干扰。4个流动台台基倍频程1～20 Hz频带范围内环境地动噪声水平值如表3。

表3 流动台台基噪声平均RMS值

4 流动台的运行状况

4个流动台从2月18日架设完成至3月23日撤台一直运行良好，运行率均在99.86%以上，各台站运行率情况如表4。

表4 4个流动台的运行率统计

截至2020年3月5日，流动台运行期间共记录到余震事件34次。其中，M3.0～M3.9余震1次，M2.0～M2.9余震1次，M1.0～M1.9余震3次，M1.0以下余震29次（包含一个单台不可定位事件）。记录到震级最大的余震为2020年2月20日4时44分的长清M3.1（36.46°N，116.63°E）地震，震源深度8 km。流动台记录到的地震波形如图5、图6。

图5 L3704小屯（左）和L3705顾小庄（右）地震波形

图6 L3706五峰山（左）和LJIN贾庄（右）地震波形

5 结论

流动台的架设可以实现对震区有效覆盖，提升震区余震活动的监测能力。通过对流动台脉冲和正弦标定测试，验证流动台设备性能良好；通过对流动台台基噪声数据样本功率谱密度分析，获得各流动台台基地动噪声功率谱密度曲线和台基倍频程1～20 Hz频带范围内环境地动噪声水平值，垂直向最优可达到2.44645e-7m/s。科学合理的流动台布设获取了长清M4.1地震大量的余震记录，精确的余震定位为震后余震活动、震后趋势判断及区域地质构造的分析均提供了有效的基础资料。