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摘要：通過(guò)對(duì)2017年以來(lái)金寨臺(tái)4套地形變觀測(cè)儀器記錄到的所有地震進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出各儀器對(duì)于不同的地震存在不同的同震反應(yīng)和形式；4套地形變觀測(cè)儀器對(duì)遠(yuǎn)震和近震的記錄能力有差異：垂直擺映震能力最強(qiáng)，能涵蓋其他3套儀器所能記錄到的所有地震，其次是水平擺、水管儀，映震能力最弱的是伸縮儀，對(duì)6級(jí)以上地震才有響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：地形變觀測(cè)；映震能力；對(duì)比分析；同震響應(yīng)

地形變觀測(cè)是地震前兆監(jiān)測(cè)的重要手段之一，借助數(shù)字化地形變觀測(cè)儀器可觀測(cè)到地震時(shí)的同震響應(yīng)，通過(guò)分析研究其包含的信息，對(duì)于實(shí)現(xiàn)地震短臨預(yù)報(bào)和年度震情跟蹤具有重要意義。

1臺(tái)站及地形變觀測(cè)儀器簡(jiǎn)介

金寨地震臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱金寨臺(tái)）始建于1971年，位于華北地塊、下?lián)P子地塊和秦嶺—大別斷褶帶的交匯處，梅山—龍河口斷裂帶近側(cè)，臺(tái)站臺(tái)基巖性為變質(zhì)巖，離梅山水庫(kù)2km，是安徽省近視水庫(kù)地震和大別山地區(qū)地震活動(dòng)的重要臺(tái)站之一。金寨臺(tái)新建的形變觀測(cè)山洞自2016年正式投入使用，現(xiàn)有VP垂直擺傾斜儀、SSQ-2I石英水平擺傾斜儀、DSQ水管傾斜儀和SS-Y伸縮儀共4套地形變觀測(cè)儀器。

2地形變觀測(cè)儀器映震能力對(duì)比分析

2.1地形變觀測(cè)儀器同震的反應(yīng)和形式

觀察4套地形變觀測(cè)儀器2017—2019年記錄到的所有地震，可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于每一個(gè)地震，并不是4套地形變觀測(cè)儀器全都有同震反應(yīng)。例如：4套儀器可以全部記錄到2017年09月08日發(fā)生在墨西哥沿岸近海的M8.2地震（見(jiàn)圖1），而在2017年08月09日發(fā)生在新疆精河的M6.6地震只有垂直擺、水平擺和水管儀記錄到（見(jiàn)圖2），更有2017年04月29日發(fā)生在安徽金寨的兩次地震僅有VP垂直擺產(chǎn)生同震反應(yīng)（見(jiàn)圖3）。此外，各地形變觀測(cè)儀器對(duì)于不同地震所產(chǎn)生的同震反應(yīng)的表現(xiàn)形式也不同。例如，觀察垂直擺2017年04月29日的觀測(cè)曲線（見(jiàn)圖3），可以發(fā)現(xiàn)：該套儀器記錄00:53:24發(fā)生在安徽金寨（震中距8km）的M3.1地震，其表現(xiàn)形式為震時(shí)突跳（NS分量）和震時(shí)階躍或掉格（EW分量），而記錄04:23:18發(fā)生在棉蘭老島（震中距3063km）的M7.0地震，其表現(xiàn)形式為同震形變波。也可以看出，地形變觀測(cè)儀器對(duì)于較近地震和遠(yuǎn)震的同震反應(yīng)是不同的。

2.2地形變觀測(cè)儀器記錄最小地震和最遠(yuǎn)地震

筆者統(tǒng)計(jì)了金寨臺(tái)各地形變觀測(cè)儀器記錄同一震級(jí)地震所對(duì)應(yīng)的最大震中距，見(jiàn)表1。根據(jù)表1可以看出，垂直擺記錄的地震范圍較其他儀器都廣，對(duì)很遠(yuǎn)的地震和較小的地震都能記錄，且兩個(gè)分量映震能力基本相同，二分量記錄最遠(yuǎn)地震均為中智利海岸近海M7.0地震（震中距為19203km），二分量記錄最小地震均為安徽金寨M1.5地震（震中距為10km）。垂直擺二分量對(duì)近距離小震反應(yīng)尤其敏感，較近距離的小震均能使之產(chǎn)生突跳甚至階躍，還可能與儀器自身結(jié)構(gòu)及其安裝點(diǎn)的地理位置、地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，比如由于近距離震動(dòng)使得儀器機(jī)械機(jī)構(gòu)部分受到震動(dòng)或錯(cuò)位[1]。水平擺二分量的映震能力基本相當(dāng)，二分量記錄最遠(yuǎn)地震均為中智利海岸近海M7.0地震（震中距為19203km）。二分量記錄最小地震均為湖北巴東M4.3地震（震中距為521km）。當(dāng)然，該儀器也存在二分量映震能力不同的情況，如NS分量記錄最小的5級(jí)地震為震中距2620km本州東海岸近海的M5.0地震，而EW分量記錄最小的5級(jí)地震為震中距2895km的棉蘭老島M5.0地震。水管儀主要是以記錄遠(yuǎn)震為主。NS分量記錄到最小地震為菲律賓群島地區(qū)M5.0地震（震中距為1330km），EW分量記錄到最小地震為棉蘭老島M5.0地震（震中距為2895km）。NS分量記錄到最小6級(jí)地震為安德烈亞諾夫群島M6.0地震（震中距為5772km），EW分量記錄到最小6級(jí)地震為巴勒尼群島地區(qū)M6.0地震（震中距為10951km）。EW分量映震能力優(yōu)于NS分量[2]。伸縮儀只對(duì)較遠(yuǎn)較大的地震有記錄，NS分量記錄最小地震為印度支那半島M6.0地震（震中距為1992km），而EW分量記錄最小地震為瓦努阿圖M6.0地震（震中距為7435km），也是EW分量映震能力優(yōu)于NS分量。通過(guò)以上統(tǒng)計(jì)分析可以得出：金寨臺(tái)這4套地形變觀測(cè)儀器中，垂直擺映震能力最強(qiáng)，能涵蓋其他3套儀器所能記錄到的所有地震，甚至記錄到近距離地方震；其次是水平擺、水管儀，因其固有周期高，對(duì)于短周期的地震波無(wú)法響應(yīng)，只能較好地記錄大地震激發(fā)出的周期較長(zhǎng)的地震波；映震能力最弱的是伸縮儀，對(duì)6級(jí)以上地震才有響應(yīng)[3]。

2.3地形變觀測(cè)儀器對(duì)于安徽省內(nèi)及其周邊小震的記錄情況

2017—2019年在安徽省內(nèi)及臺(tái)站周邊共發(fā)生95次M2.0級(jí)以上地震，其中最大地震為2019年12月26日發(fā)生在湖北應(yīng)城的M4.9地震。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，金寨臺(tái)各地形變觀測(cè)儀器共記錄到其中41次地震。各儀器對(duì)這41個(gè)地震的記錄情況是：垂直擺記錄到了所有地震；水平擺僅記錄到了震級(jí)較大的兩個(gè)地震（2019年12月26日湖北應(yīng)城M4.9地震和2017年6月16圖32017年04月29日VP垂直擺觀測(cè)曲線日湖北巴東的M4.3地震）；水管儀和伸縮儀對(duì)這些小地震均沒(méi)有記錄。以上記錄情況的原因，應(yīng)與各儀器自身設(shè)計(jì)及原理有關(guān)。垂直擺擁有較高的采樣率（秒采樣），但針對(duì)這些周期太小的地震，仍無(wú)法完全記錄到一個(gè)小地震的全部波形，有時(shí)甚至以短時(shí)突跳、瞬時(shí)階躍的形式來(lái)呈現(xiàn)同震響應(yīng)。而水平擺只有在稍遠(yuǎn)的、能在水平方向上產(chǎn)生勒夫波時(shí)，才能記錄到，因此水平擺對(duì)稍遠(yuǎn)地震記錄較為明顯。水管儀因其具有較長(zhǎng)基線，只能較好地記錄大地震激發(fā)出的較長(zhǎng)周期的波[4]。伸縮儀是測(cè)量水平位移的儀器，在結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)上避免對(duì)地面的垂直變化有反應(yīng)，只能相對(duì)清晰地記錄到能產(chǎn)生水平方向地震波的地震，對(duì)于近距離的、僅能產(chǎn)生體波的地方小震，均無(wú)法記錄[5]。

2.4地形變觀測(cè)儀器對(duì)全球7級(jí)以上地震的記錄情況

2017—2019年全球共發(fā)生了M7.0級(jí)以上地震43次。金寨臺(tái)垂直擺和水管儀在統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)記錄到了所有M7.0級(jí)以上地震，記錄能力為100%。水平擺觀測(cè)資料因2017年06月才納入前兆數(shù)據(jù)庫(kù)，故對(duì)2017年前5個(gè)月里發(fā)生的6個(gè)M7.0級(jí)以上地震未有記錄，剩下37個(gè)均有記錄，達(dá)到了很高的記錄能力。分析伸縮儀未記錄到的幾個(gè)地震，大部分是因?yàn)檎鹬芯噍^大，如2017年04月25日中智利海岸遠(yuǎn)海M7.2地震，震中距達(dá)19269km；有的是因?yàn)檎鹪瓷疃容^深，如2018年08月24日秘魯M7.0地震，震源深度630km；還有的是因?yàn)閮x器自身原因，如2017年01月04日斐濟(jì)以南地區(qū)M7.0地震，因伸縮儀NS分量背景噪聲較大，導(dǎo)致地震造成的應(yīng)變幅度湮沒(méi)在背景噪聲內(nèi)，但EW分量卻記錄到了此次地震[6-7]。

3結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)金寨臺(tái)4套地形變觀測(cè)儀器的映震能力做了統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比，結(jié)果表明，金寨臺(tái)各地形變觀測(cè)儀器映震能力明顯不同。

（1）金寨臺(tái)各地形變觀測(cè)儀器對(duì)于不同的地震存在不同的同震反應(yīng)和形式，近距離小震、遠(yuǎn)震的同震反應(yīng)各有不同。

（2）金寨臺(tái)各地形變觀測(cè)儀器對(duì)遠(yuǎn)震和近震的記錄能力有差異。垂直擺映震能力最強(qiáng)，能涵蓋其他3套儀器所能記錄到的所有地震，甚至記錄到近距離地方震，這既是因?yàn)榇怪睌[較高的采樣率，也是因其較低的自振周期（0.6s）、較寬的頻帶范圍，使得垂直擺不僅可以記錄到緩慢地震和長(zhǎng)周期遠(yuǎn)震，還能記錄到頻率高于固體潮信號(hào)的近震地震波、甚至是地方震。其次是水平擺，水平擺工作頻帶較寬，其頻響范圍為0～5kHz，相較于垂直擺，水平擺的分鐘采樣使其缺少對(duì)短周期的近震記錄，對(duì)遠(yuǎn)震記錄較為明顯。然后是水管儀，目前現(xiàn)有水管儀的固有周期在70s左右，它對(duì)短周期地震波無(wú)法響應(yīng)，相對(duì)于擺式傾斜儀器，水管儀頻帶范圍較窄，高頻端截止頻率低于擺式傾斜儀器，無(wú)法記錄更多的高頻信息，映震能力稍弱。映震能力最弱的是伸縮儀，對(duì)6級(jí)以上地震才有響應(yīng)。因?yàn)樯炜s儀是測(cè)量水平位移的儀器，在結(jié)構(gòu)原理設(shè)計(jì)上避免對(duì)地面的垂直變化有反應(yīng)，只能相對(duì)清晰地記錄到能產(chǎn)生水平方向地震波的地震，對(duì)于近距離的、僅能產(chǎn)生體波的地方小震，均無(wú)法記錄，且其頻響范圍還受到差動(dòng)變壓器和濾波電路的頻帶的影響。

作者：劉莉 王飛 陸棟梁 鄭海剛 陶方宇 單位：安徽省地震局 安徽省金寨地震臺(tái)