南平地震台地倾斜仪器资料分析对比

张志鹏，龚 薇，吴慧敏，曹文君，陈传昌，方传极，梁 凯，黄弘乾，朱立帆

（福建省地震局南平地震台，福建 南平 353000）

地倾斜仪器是监测地震变化的一种重要手段，南平台同时拥有VS 垂直摆倾斜仪、DSQ 水管倾斜仪和VP 宽频带倾斜仪3 种观测手段，且入网运行多年，为地震监测预报提供数据资料支撑。本文选取南平台2020—2021 年的观测数据资料进行分析对比，具体分析对比情况如下。

1 台站概况

南平地震台（以下简称“南平台”）位于南平市延平区东坑村，经纬度为东经118.19°，北纬26.62°，台站海拔高程180 m，台站所在位置周围出露的地层为震旦纪火山岩，岩性多为变质石英岩，为中、低山山地，山峦叠嶂，地形切割强烈，多为剥蚀、侵蚀地貌，沟谷纵横交错，地表水系发育，河谷多呈“V”字型，谷地和山间小盆地发育。台站所在地区延平区地处闽中大谷地最低处，东北部以低山为主，北部以中山为主，南部以中低山为主，西部为低山丘陵。洞室岩性为深灰色绢云母板岩夹透辉石英岩。

台站山洞长33.7 m，其内辟有2 个摆房：微震仪摆房和倾斜仪摆房。摆房均采用规整花岗岩拱型砌体加固，拱顶贴油毡，外覆水泥沙浆抹平，两侧开盲沟，毛洞渗透水导入盲沟外流。经过防潮处理过的窿道摆房结构，如同一个保温瓶，防潮和保温效果良好，窿道内湿度小于70%，平均温差4 ℃左右。

台站观测洞室在监测楼后直线200 m 处，有一条1 m 宽水泥路连接，交流电采用铠装电缆接入，通信采用电信光纤接入。在观测房建设的同时，进行了地网的建设，地网建成后，该地网的接地电阻为3.8 Ω。

2 仪器参数指标

本项目研究的3 套仪器均为南平地震台地倾斜仪器，且均来自武汉地震研究所，具体仪器参数和技术指标见表1—表3。

表1 VS 垂直摆倾斜仪仪器参数和技术指标

表2 DSQ 水管倾斜仪仪器参数和技术指标

表3 VP 宽频带倾斜仪仪器参数和技术指标

3 观测资料分析对比

VS 垂直摆倾斜仪于2004 年9 月1 日正式入网观测运行，2022 年3 月25 日停止观测，测项分量为北南、东西，采样率为分钟值。DSQ 水管倾斜仪于2019年6 月1 日正式入网观测运行，测项分量为北南、东西、北、南、东、西，采样率为分钟值，目前正在运行。VP 宽频带倾斜仪于2020 年1月1 日正式入网观测运行，测项分量为北南、东西，采样率为秒值，目前正在运行。

3.1 仪器稳定性

运用中国地震前兆台网数据处理系统软件计算出本文研究的3 套仪器的完整率（表4），得出VS 垂直摆倾斜仪完整率为95.21%，DSQ 水管倾斜仪完整率为99.23%，VP 宽频带倾斜仪完整率为98.60%，对比发现完整率均保持较高水平，同时体现出仪器较好的运行能力。

表4 VS 垂直摆倾斜仪、DSQ 水管倾斜仪和VP 宽频带倾斜仪完整率%

3.2 连续率对比

运用中国地震前兆台网数据处理系统软件计算出本文研究的3 套仪器的连续率（表5），得出VS 垂直摆倾斜仪连续率为100%，DSQ 水管倾斜仪连续率为99.90%，VP 宽频带倾斜仪连续率为99.98%，对比发现连续率均保持高水平，体现仪器性能稳定，这也为观测数据质量提供坚实支撑。

表5 VS 垂直摆倾斜仪、DSQ 水管倾斜仪和VP 宽频带倾斜仪连续率 %

3.3 映震能力

VS 垂直摆倾斜仪和DSQ 水管倾斜仪均采用分钟采样，VP 宽频带倾斜仪采用秒采样。3 套仪器性能稳定，均能清晰地记录固体潮汐和地震事件。本文选取南平台2020—2021 年8 个较为典型的地震进行分析，具体分析情况见表6—表8。

表6 VS 垂直摆倾斜仪记录典型地震的同震响应参数

表7 DSQ 水管倾斜仪记录典型地震的同震响应参数

表8 VP 宽频带倾斜仪记录典型地震的同震响应参数

图1 选取的是2021 年2 个典型地震，分别是2021年7 月29 日14：15：46 在美国阿拉斯加州以南海域发生8.1 级地震和2021 年5 月22 日02：04：11 在青海果洛州玛多县发生7.4 级地震。从图1 可以看出，3 套仪器均能较好地记录地震，地震波形清晰可见。

图1 地倾斜仪器记录到2021 年7 月29 日和2021 年5 月22 日地震同震波

为了对比分析3 套仪器对不同震级、震中距地震的同震响应特性，共选取了2020—2021 年8 个典型地震进行分析。主要从发震时刻，地震延迟时间，地震响应时间等方面进行映震能力的分析，结果得出3 套地倾斜仪器均能清晰记录地震波形，体现仪器较好的性能，和地震同震响应相关性。地震响应延迟时间主要和震中距有关，震中距越远，地震响应延迟时间越长，呈正相关性。地震响应持续时间主要和地震震级有关，地震震级越大，地震响应持续时间相对也更长。

3.4 M2 波潮汐因子和M2 波潮汐因子均方误差

运用数据资料，在中国地震前兆台网数据处理系统软件计算出3 套仪器的M2波潮汐因子和M2波潮汐因子均方误差（表9—表10）。

表9 VS 垂直摆倾斜仪、DSQ 水管倾斜仪和VP 宽频带倾斜仪M2 波潮汐因子

表10 VS 垂直摆倾斜仪、DSQ 水管倾斜仪和VP 宽频带倾斜仪M2 波潮汐因子均方误差

通过对比发现，VS垂直摆倾斜仪NS向、DSQ水管倾斜仪两分量和VP宽频带倾斜仪NS向M2波潮汐因子变化量均小于20%，表明仪器具有较好的稳定性。而VS垂直摆倾斜仪EW向和VP宽频带倾斜仪EW向M2波潮汐因子变化量超过20%，表明稳定性较为不好，主要是受山洞附近隧道施工影响导致的。在仪器的内精度方面，3套仪器有一半的M2波潮汐因子均方误差小于0.02，体现仪器较好的内精度，而另一半M2波潮汐因子均方误差大于0.02，则说明仪器可能受到自然环境、人为干扰、场地环境等干扰因素影响，影响了M2波潮汐因子，导致仪器内精度较差，且有可能会对仪器产出的数据波形造成影响。

4 结束语

通过对南平台3 套地倾斜仪器资料的分析对比，可以得出以下结论：3 套仪器均具有较好的稳定性，连续率与完整率均位于较高水平。对2020—2021 年8 个典型地震进行同震响应分析，得出3 套地倾斜仪器均能清晰记录地震波形，体现仪器较好的性能，和地震同震响应相关性。计算得出M2波潮汐因子变化量基本处于20%以下，仪器稳定性较高。M2波潮汐因子均方误差数值相对较高，表明仪器受外界因素干扰较大。