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        武都形變臺長短基線伸縮儀觀測資料對比*

        2021-10-14 07:24:08魏東星醴武權(quán)冶梅竹孫點峰王亞紅孫海洋陳業(yè)勤
        甘肅科技 2021年17期
        關(guān)鍵詞:武都隴南潮汐

        魏東星 ,醴武權(quán) ,冶梅竹 ,孫點峰 ,王亞紅 ,孫海洋 ,姚 瑤,謝 霞,陳業(yè)勤

        (1.隴南中心地震臺,甘肅 隴南 746000;2.中國地震局蘭州地震研究所,甘肅 蘭州 730000)

        SS-Y 型伸縮儀器在定點形變觀測臺站中廣泛使用,其主要用于測量地殼表面兩點間的應變量,具有觀測資料精度高,長期穩(wěn)定性較好等特點[1]。甘肅省武都形變臺是5·12 地震災后重建項目,2011 年5 月始建,2013 年起在觀測山洞內(nèi)安裝了長短基線兩套SS-Y型伸縮儀。其中長基線伸縮儀由隴南中心地震臺(下文簡稱隴南臺)負責儀器維護和資料處理,短基線伸縮儀由隴南市地震局(下文簡稱隴南市局)負責。

        筆者在地震監(jiān)測工作中發(fā)現(xiàn),兩套儀器的維護質(zhì)量和觀測資料質(zhì)量存在一定差異,選取2018 年度觀測數(shù)據(jù),從一般性評價、內(nèi)在質(zhì)量、同震效應等方面進行對比,分析觀測資料質(zhì)量差異。

        1 武都形變臺概況

        武都形變臺位于甘肅省隴南市武都區(qū)姚寨溝民族村,海拔1154m。觀測山洞地處南北地震帶中段,武都弧形構(gòu)造帶弧頂處,山洞打在白龍江群基巖上,巖性為灰?guī)r,兩公里內(nèi)無大的活動斷裂。洞頂覆蓋層厚約40m,洞內(nèi)溫度穩(wěn)定,年變化小于0.10℃。2013 年起安裝長短基線兩套SS-Y 型伸縮儀(見表1)。儀器布設圖如圖1 所示。

        表1 儀器概況與基線長度對比

        圖1 武都形變臺長短基線伸縮儀儀器布設圖

        2 觀測資料質(zhì)量對比

        洞體應變觀測質(zhì)量指標包括完整率、年變化幅度、相對噪聲水平,M2潮汐因子相對中誤差等[2]。選取2018 年度觀測資料,統(tǒng)計計算以上指標,對比觀測數(shù)據(jù)內(nèi)在質(zhì)量。具體計算結(jié)果見表2。

        表2 長短基線伸縮儀觀測資料一般性評價結(jié)果

        2.1 一般性評價

        對觀測資料進行完整率、年變幅度、年零漂等指標進行計算和處理,計算結(jié)果見表2。

        (1)數(shù)據(jù)完整率。數(shù)據(jù)完整率是檢驗儀器運行質(zhì)量的根本條件,計算公式如下:

        一般大于99.5%為優(yōu)秀。

        (2)年變幅。年變幅是將一年中觀測數(shù)據(jù)的最大值減去最小值所得結(jié)果,本文采用整點值數(shù)據(jù)進行計算。

        (3)年零漂。年零漂反映了儀器的穩(wěn)定性及所測方向的微小形變。本文采用日均值來計算零漂,即用12 月31 日的日均值減去1 月1 日的日均值。

        由表2 可知:①隴南臺運維的伸縮儀運行率較高,隴南市局伸縮儀器運行率很低,小于95%,主要原因是隴南市地震局無專業(yè)運維人員,儀器故障頻繁,且不能及時處理。②年變幅度上較為接近,NS 分量短伸縮儀大于長伸縮儀,EW 分量長伸縮儀大于短伸縮儀。③短伸縮EW 分量年零漂最小,NS 分量最大,兩套儀器NS 分量均表現(xiàn)為張性變化,EW 分量均表現(xiàn)為壓性變化,應變趨勢具有一致性。

        2.2 內(nèi)在質(zhì)量

        (1)相對噪聲水平。相對噪聲水平可以判斷觀測資料的長期穩(wěn)定性。用契比雪夫多項式于一個年度觀測資料的73 個五日均值做30 階擬合而得,計算公式為:

        其中,Tn (x) 稱為契比雪夫多項式,x 為五日均值,C0為常數(shù),Cn為擬合系數(shù),n 為系列號,m 為提取的五日均值總個數(shù)[3-4]。計算結(jié)果見表2??梢钥闯龆袒€伸縮儀相對噪聲水平略低于長基線伸縮儀,兩套儀器NS 分量相對噪聲水平均大于EW 分量。

        (2)潮汐因子相對中誤差。按照《地震及前兆數(shù)字觀測技術(shù)規(guī)范》 要求,M2波潮汐因子相對中誤差需小于0.02,測值越小,觀測精度越高。由表2 結(jié)果可知,兩套伸縮儀觀測數(shù)據(jù)均為優(yōu)秀,觀測資料內(nèi)精度高。同時繪制每月M2波潮汐因子相對中誤差對比曲線,如圖2 所示。其中1 月和12 月因供電、儀器故障導致長時間缺數(shù),未做分析。從圖中可知,長短基線伸縮儀M2波潮汐因子相對中誤差較為穩(wěn)定,無明顯差異。

        圖2 長短基線伸縮儀觀測數(shù)據(jù)2018 年度M2波潮汐因子相對中誤差對比

        2.3 觀測數(shù)據(jù)曲線對比

        選取無地震事件和其他干擾事件的時段,繪制NS 分量分鐘值曲線圖,如圖3 所示。并計算日相關(guān)系數(shù),相關(guān)系數(shù)表示2 個變量之間的線性關(guān)系,其值越接近1,2 個變量的線性相關(guān)性越強。從圖中可以看出,長短基線伸縮儀記錄的固體潮均很清晰,曲線光滑程度近似,日相關(guān)系數(shù)均在0.98 以上,說明兩套儀器觀測數(shù)據(jù)一致性很好。

        圖3 長短基線伸縮儀觀測數(shù)據(jù)分鐘值曲線對比圖

        3 同震效應

        選取2018 年度伸縮儀記錄到的5 個較為明顯的地震事件,見表3。繪制2018 年1 月23 日分鐘值曲線圖,如圖4 所示。從結(jié)果可以看出,短基線伸縮儀記錄地震波形能力較弱,同震效應變化幅度小。

        表3 2018 年度伸縮儀記錄地震事件

        圖4 伸縮儀2018 年1 月23 日阿拉斯加灣8.0 級地震同震波形

        4 結(jié)論

        通過對2018 年度隴南臺、隴南市局SS-Y 伸縮儀觀測數(shù)據(jù)對比分析,得到以下結(jié)論:

        (1)短基線伸縮儀,運維質(zhì)量較差,缺記情況較多。要進一步提高觀測資料的完整率,加強資料的研究應用,還需繼續(xù)加強隴南臺運維人員對隴南市局的指導協(xié)助。

        (2)兩套伸縮儀器記錄的固體潮汐均清晰可見,內(nèi)在精度滿足較高,NS 分量均表現(xiàn)為張性變化,EW 分量均表現(xiàn)為壓性變化,應變趨勢具有一致性。

        (3)短基線伸縮儀記錄地震波形能力較弱,同震效應變化幅度小。

        武都形變臺在同一山洞,同時架設有2 套同型號基線長度不同的伸縮儀,觀測資料有較高的研究價值。目前還需加強短基線伸縮儀的運維質(zhì)量,同時在臺站架設氣象三要素等輔助觀測手段,保障觀測資料的完整率和內(nèi)在質(zhì)量。

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