将测震无量纲整数转换为地动速度的快速方法

董立杰 丁 勇 赵乃千

（1、四川省地震局阿坝地震监测中心站，四川 阿坝623300 2、四川省地震局成都地震监测中心站，四川 成都 611730）

本文基于现有的转换公式，以松潘地震台测震记录作为研究样本，旨在研究一种快速的数据转换方法，直接从数据本身获得前放增益和地震计电压灵敏度。通过这种方式获得的参数更加准确，并且精简了前放增益和地震计电压灵敏度查询的步骤，提高了数据转换的效率。

1 转换公式

无量纲整数转换为地动速度的公式为[1]：

式中，XV0为地动速度，AV0为振幅，单位为counts，Kad是A/D转换因子，单位为μV/counts，G为前放增益，SS0为地震计电压灵敏度，单位V/m·s-1。地震观测系统不同，转换系数也是有所不同的。以松潘地震台为例，该地震台目前采用的是CTS-1 型地震计和EDAS-24GN 型数据采集器的组合，A/D 转换因子Kad等于1.192μV/counts。前放增益G和地震计电压灵敏度SS0均为为常数，可将二者的乘积表示为一个计算因子S，则公式变为：

2 S 值的计算

根据对S的定义可知，若要计算S 值，则需要查询前放增益G 和地震计电压灵敏度SS0的值。前放增益可以通过查询相关文献获得，地震计电压灵敏度存在默认值。但是在实际运用中，台站会根据标定结果对地震计电压灵敏度进行相应的修正[2]，即地震计电压灵敏度并非一定是等于默认值的。因此，若无法通过直接获取准确的前放增益和地震计电压灵敏度计算S 值时，该怎么换算地动速度呢？文中提出了一个快速的方法，不需要繁琐的查询步骤便可以获得准确的S 值。

以松潘地震台CTS-1 型地震计记录的2019 年1 月15 日08 时0～120 秒的垂直分向数据为例。首先用MSDP 软件打开数据，在数据中随机选择一个时间点（文中选择的是零点）并记录下该时间点的速度值（零点处速度值为-2.969μm/s）、振幅值（零点处振幅值为-3737.0 counts）。

依据得到的速度值XV与振幅值AV0，再将已知的A/D 转换因子Kad代入公式，通过计算得到零点处S 值为1500.33816。然而这只是零点处的S 值，并不代表真实值。因此，作者通过对300 个时间点进行抽样采样与计算，分析得到S 值等于1500+X，其中X∈(0,0.6)。将S 值取整为1500,代入公式计算地动速度，再将计算结果与原速度值进行对比。其中，计算得到的速度值相较原速度值的最大误差率为0.04%。对比结果表明：S 值取整所造成的误差是可以忽略的，S 值取整后即为1500。这与其它分向中得到的结论是一致的。确定下S的值，那么就可应用于整段波形的数据转换，于是将整段0～120 秒波形共计12000 个时间点代入公式计算，求出速度值的序列并绘出波形。如图1 所示，数据转换后的波形形态与原波形是保持一致的。

图1 松潘台数据转换后的波形

3 影响S 值的因素

在同一观测系统下，采用文中方法计算并取整后的S 值都是稳定的，如表1 所示。S 值的形式为：S=A+X,其中A 为正整数，X 为小数。通常情况下，A的值在个位数一般存在±1 左右的浮动，X 值的浮动略大，但经过四舍五入取整后得到的S 值是一定的。值得注意的是，若计算时所选择时间点的振幅值Av0过小会造成S 值出现明显差异。

表1 松潘台2018 年1-3 月不同时间点S 值计算结果

以延边地震台2016 年5 月13 日00 时垂直分向数据作为示例，已知延边地震台A/D 转换因子Kad等于1.589μV/counts。选择5 个时间点分别计算S 值并转换为地动速度，结果如表2 所示。当选择时间点的振幅值AV0过小，则计算得到的S 值会不准确，若以该S 值进行数据转换会造成速度的误差变大。这种速度的误差放在振幅值Av0较小的时间点并不明显，但放在振幅值AV0较大的时间点则非常突出。当以较大振幅值AV0计算得到的S 值进行速度转换时，对于振幅值AV0较小和较大的时间点均不会造成明显的速度误差。因此实际的应用中，应选择振幅值AV0较大（振幅值应在三位数以上）的时间点计算S的值，并根据计算结果合理选择取整的整数。

表2 延边台不同S 值的速度转换结果

4 实例应用

为了证明方法的适用性，文中选择武汉地震台2016 年5 月13 日16 时31 分15 秒至34 分15 秒垂直分向的一段波形数据，共计时间长度为180 秒，数据序列长度为18000。已知武汉台的A/D 转换因子Kad等于1.589μV/counts。首先打开MSDP 软件获取任意5 个时间点的速度值Xv与振幅值Av并计算出这5个时间点的S的值，得到S的值为1969+y,其中y∈(-0.5,0.3)。将S 值进行取整为1969，代入公式计算地动速度，再将计算结果与原速度值进行对比。对比的结果如表3 所示，计算得到的速度值相较原速度值的最大误差率仅为0.02%，说明S的值取整所造成的误差是可以忽略的。将整段数据代入公式，计算速度序列并绘图，如图2 所示，数据转换后的波形形态与原波形同样是保持一致的。

表3 武汉台地动速度及S 值计算结果

图2 武汉台数据转换后的波形

5 结论

通过对测震无量纲整数转换为地动速度的快速方法的研究，从中得到了下面几点认识：

5.1 若无法直接获取前放增益和地震计电压灵敏度的参数时，采用本文中的方法可以快速、准确地实现数据的转换。

5.2 在实际应用中，应选择至少5 个时间点计算S 值，并根据计算结果合理选择取整的整数。S 值的表现形式为：S=A+X,其中A 为正整数，X 为小数。通常X的值浮动较大，A的值通常在个位数存在±1 左右的浮动，但四舍五入取整后得到的S 值是一定的。

5.3 当选择时间点的振幅值AV0过小（振幅值为两位数），则计算得到的S 值不准确，进而造成明显的速度误差，因此，应选择振幅值AV0较大（振幅值应在三位数以上）的时间点进行S 值的计算。