操玉文，曾祥方，李正斌，王爍帆，包豐，謝軍，李麗，李幼銘

1 北京大學(xué)電子學(xué)院，區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100871 2 中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新研究院，大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430077 3 中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新研究院，武漢大地測(cè)量國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 武漢 430077 4 中國(guó)地震局地球物理研究所, 北京 100081 5 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，中國(guó)科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100029

0 引言

理論研究表明，固體連續(xù)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)可以分解為三個(gè)不同的部分(圖1a)，包括平動(dòng)矢量、應(yīng)變張量和旋轉(zhuǎn)矢量(Aki and Richards, 2002; 公式(2)).然而長(zhǎng)期以來(lái)地震學(xué)研究主要基于速度、加速度等平動(dòng)數(shù)據(jù)或者應(yīng)變數(shù)據(jù)開展，而旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分量的應(yīng)用較少.雖然地震引起的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)早在19世紀(jì)就已有報(bào)道，但是一直缺乏高精度儀器記錄(Lee et al., 2009).旋轉(zhuǎn)分量在地震學(xué)研究的多個(gè)方向都有潛在應(yīng)用前景(顧浩鼎和陳運(yùn)泰, 1988)，包括震源破裂過(guò)程研究(Bernauer et al., 2014)，速度結(jié)構(gòu)研究(Sollberger et al., 2016)，背景噪聲源研究(Hadziioannou et al., 2012)，震相識(shí)別和波場(chǎng)分離(Muyzert et al., 2012)等.因此地震波場(chǎng)旋轉(zhuǎn)分量的可靠觀測(cè)一直是學(xué)界的廣泛關(guān)注的問(wèn)題(e.g.劉庚等, 2020; 邱新明等, 2021).

地震波場(chǎng)旋轉(zhuǎn)分量的觀測(cè)技術(shù)可以分為臺(tái)陣和單點(diǎn)方法兩大類(圖1).臺(tái)陣類方法是使用一組傳感器形成臺(tái)陣，獲得平動(dòng)記錄后計(jì)算波場(chǎng)的空間梯度獲得，包括使用地震儀(圖1b，e.g.Suryanto et al., 2006; Li et al., 2012)和加速度計(jì)(e.g.Spudich et al., 1995).臺(tái)陣類技術(shù)面臨一系列難點(diǎn)，包括臺(tái)站耦合差異，臺(tái)站下方結(jié)構(gòu)差異，應(yīng)變耦合效應(yīng)等(Schmelzbach et al., 2018).基于單點(diǎn)方法是使用各類型儀器直接測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度，目前應(yīng)用包括組合式六分量地震儀(e.g.Teisseyre et al., 2003)，傾斜儀(e.g.周聰?shù)? 2019)，固態(tài)儀器(e.g.Horizon角速度計(jì))，電化學(xué)儀器(e.g.Eentec R1/R2)，磁流體動(dòng)力學(xué)儀器(e.g.ATA, Pierson et al., 2016)和光學(xué)儀器(e.g.Igel et al., 2005).光學(xué)儀器主要是大型激光陀螺和光纖陀螺，測(cè)量原理為光圍繞封閉路徑傳播的Sagnac效應(yīng)，在存在旋轉(zhuǎn)的情況下，順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较驅(qū)⒕哂胁煌穆窂介L(zhǎng)度，導(dǎo)致兩個(gè)方向的光波形成頻率分裂或相位差，而通過(guò)測(cè)量?jī)墒庵g的頻率差或相位差可以確定旋轉(zhuǎn)速率.大型激光陀螺是目前精度最高的一種方式，由一系列反射鏡引導(dǎo)的封閉路徑，主要是測(cè)量豎直軸旋轉(zhuǎn)分量(e.g.G-Ring, http:∥www.fs.wettzell.de/LKREISEL/G/LaserGyros.html).雖然也有四軸裝置(ROMY, http:∥www.romy-erc.eu/)，但是造價(jià)高昂，相比之下光纖陀螺則被認(rèn)為是精度較高且相對(duì)成本較低的解決方案(Kislov and Gravirov, 2021).與激光陀螺不同，其使用低損耗的光纖作為傳輸介質(zhì)，并且得益于光纖柔軟可纏繞的特點(diǎn)，在較小的體積下便可實(shí)現(xiàn)幾十千米的長(zhǎng)度纏繞，顯著增加了等效面積，提供了旋轉(zhuǎn)分量的測(cè)量精度.

本文介紹武漢大地測(cè)量國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站組織的光纖旋轉(zhuǎn)地震儀和寬頻帶地震儀共址觀測(cè)實(shí)驗(yàn)和初步分析，并以2021年5月21日云南漾濞MS6.4級(jí)地震信號(hào)為例討論平動(dòng)和旋轉(zhuǎn)分量記錄的對(duì)比及應(yīng)用.

1 觀測(cè)系統(tǒng)和臺(tái)站

光纖陀螺的原理是激光脈沖經(jīng)分光器分離后順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)入均勻纏繞的光纖，出射后通過(guò)干涉測(cè)量不同方向信號(hào)的相位差.光纖環(huán)長(zhǎng)為L(zhǎng)，環(huán)直徑為D，則Sagnac相移φs與旋轉(zhuǎn)角速度Ω之間的關(guān)系如下式所示:

(1)

其中，λ表示真空中的光波長(zhǎng)，c表示真空中光速.目前光纖陀螺在較小體積下已可實(shí)現(xiàn)較高精度，能夠滿足10nrad/s～1rad/s地震旋轉(zhuǎn)信號(hào)幅值范圍的測(cè)量要求，同時(shí)由于光纖陀螺中的噪聲主要為白噪聲，因此其在較大范圍內(nèi)具有平坦響應(yīng).目前較為成熟的商業(yè)設(shè)備包括ixBlue公司的Blueseis-3A，波蘭軍事技術(shù)學(xué)院的FOSREM-FOS5等(Kislov and Gravirov, 2021).北京大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制的RotSensor 3C通過(guò)了穩(wěn)定性和可行性驗(yàn)證(Cao et al., 2021)，本次實(shí)驗(yàn)使用的設(shè)備為在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái).

本次實(shí)驗(yàn)所使用的兩臺(tái)光纖陀螺(光纖旋轉(zhuǎn)地震儀)采用了基于單模光纖環(huán)的消偏結(jié)構(gòu).與保偏光纖相比，單模光纖的損耗更低，有利于提高輸出功率，減小散粒噪聲.本次旋轉(zhuǎn)地震儀A(豎直軸FOGud，圖2)采用的單模環(huán)環(huán)長(zhǎng)為30,630 m，平均半徑為0.19 m，傳感面積為2910 m2，插入損耗6.5 dB，考慮到光纖Rayleigh散射導(dǎo)致的本征損耗和繞環(huán)損耗，這是一個(gè)相當(dāng)?shù)偷闹?；旋轉(zhuǎn)地震儀B(東西軸FOGew, 圖2)采用的單模環(huán)環(huán)長(zhǎng)為10,550 m，平均半徑為0.18 m，傳感面積為949.5 m2，插入損耗2.5 dB，理論上光纖陀螺的靈敏度與傳感面積直接相關(guān)，傳感面積越大則對(duì)應(yīng)越高的靈敏度，因此兩臺(tái)儀器的理論性能差異為3倍左右.觀測(cè)期間采樣率為100 Hz，由網(wǎng)絡(luò)授時(shí).

觀測(cè)地點(diǎn)位于武漢大地測(cè)量國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，光纖旋轉(zhuǎn)地震儀布置于基巖上澆注的水泥基墩，兩臺(tái)儀器分別記錄垂向旋轉(zhuǎn)速度和東西向旋轉(zhuǎn)速率.共址觀測(cè)的地震儀為Guralp 3ESPCDE，靈敏度為6000 V·m-1·s-1, 頻段為120 s～100 Hz，采樣率設(shè)為100 Hz，通過(guò)GPS授時(shí).

寬頻帶地震儀的自噪聲水平在120 s～10 Hz頻段低于低噪聲模型(Peterson, 1993)，我們對(duì)24 h的連續(xù)記錄進(jìn)行了分析以獲得環(huán)境噪聲水平估計(jì)(圖3).由豎直分量記錄結(jié)果分析，觀測(cè)臺(tái)站的環(huán)境噪聲水平在第一類地脈動(dòng)頻段低于NHNM約2個(gè)數(shù)量級(jí)，第二類地脈動(dòng)頻段低于NHNM約3個(gè)數(shù)量級(jí)，主要原因是臺(tái)站遠(yuǎn)離海岸.高頻段環(huán)境噪聲水平顯著高于NLNM模型，1～10 Hz段約高20～40 dB，但仍然低于NHNM模型1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，主要原因是隨著城市發(fā)展，觀測(cè)臺(tái)站已經(jīng)靠近環(huán)線和建設(shè)中地鐵，受到人類活動(dòng)噪聲干擾較大.三分量記錄比較可見水平分量噪聲水平在低于10 s周期的頻段顯著高于豎直分量，高頻段三分量記錄差異較小，在2～10 Hz段水平分量仍占優(yōu)勢(shì).光纖旋轉(zhuǎn)地震儀的實(shí)測(cè)環(huán)境噪聲譜見圖4，垂向旋轉(zhuǎn)分量在100 s～1 Hz頻段低于東西向旋轉(zhuǎn)分量約10倍，這一差異包含了儀器自噪聲水平和地震波成分差異.光纖陀螺的儀器自噪聲水平與等效面積成反比關(guān)系，因此這部分噪聲水平差異可能主要由自噪聲水平貢獻(xiàn).這一頻段內(nèi)地脈動(dòng)信號(hào)頻段噪聲水平較高，表明可以記錄的海洋相關(guān)噪聲，與大型激光陀螺的噪聲研究結(jié)果相似(e.g.Igel et al., 2021).在1 Hz以上高頻段兩個(gè)分量的噪聲水平差異縮小，但是出現(xiàn)了不同的頻峰.東西向旋轉(zhuǎn)分量一個(gè)4.5 Hz頻峰，垂向旋轉(zhuǎn)分量的頻峰為2 Hz，頻峰差異可能與環(huán)境噪聲信號(hào)傳播形式有關(guān).

圖1 (a) 旋轉(zhuǎn)分量示意圖(根據(jù)Schmelzbach et al., 2018修改); (b) 基于臺(tái)陣記錄差分計(jì)算的波場(chǎng)梯度示意圖(根據(jù)Langston, 2007修改). 由(a)可見x-x+dx運(yùn)動(dòng)到x′-x′+dx′引起的旋轉(zhuǎn)ωFig.1 (a) Sketch of rotation induced by movement of a line segment (modified from Schmelzbach et al., 2018); (b) Array setting for two-dimensional finite difference computation to derive rotational record (modified from Langston, 2007). In the panel a, the rotation ω induced by the movement of the line segment (x-x+dx) to (x′-x′+dx′)

圖2 觀測(cè)臺(tái)站(a)和系統(tǒng)組成(b)Fig.2 The location of test site (a) and photo of co-located instruments (b)

圖3 寬頻帶地震儀的加速度記錄噪聲功率譜.圖中綠線為NHNM和NLNM模型Fig.3 The power spectral density of seismometer ambient noise record. Green lines represent NHNM and NLNM models

2 云南漾濞地震記錄

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定2021年5月21日云南漾濞縣(北緯25.67°，東經(jīng)99.87°)發(fā)生MS6.4地震，地震造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失.這次地震震源深度為8 km，為一次走滑型地震(龍鋒等，2021；段夢(mèng)喬等，2021； 楊九元等，2021；Yang et al., 2021)，面波較為發(fā)育，在武漢周邊臺(tái)站均記錄到清晰的Rayleigh波和Love波信號(hào)(圖5).我們檢查了光纖旋轉(zhuǎn)地震儀記錄，在低通濾波后的垂向旋轉(zhuǎn)記錄中觀察到清晰的面波信號(hào)，但在東西向旋轉(zhuǎn)記錄中未見較清晰信號(hào)(圖6).垂向旋轉(zhuǎn)記錄中信號(hào)峰-峰值約為5.6×10-8rad·s-1,原始記錄中信噪比約為0.63，信號(hào)頻率主要集中在0.25 Hz以下頻段.同一時(shí)間窗口內(nèi)東西向旋轉(zhuǎn)的背景噪聲的RMS幅值約為4.8×10-7rad·s-1，推測(cè)地震激發(fā)的東西向旋轉(zhuǎn)信號(hào)強(qiáng)度低于這一值.寬頻帶地震儀記錄的漾濞地震信號(hào)信噪比明顯高于光纖旋轉(zhuǎn)地震儀(圖6，7)，多個(gè)體波震相清晰，面波信號(hào)發(fā)育，豎直分量速度記錄峰-峰值為2.35×10-4m·s-1，切向分量速度記錄峰-峰值為4.55×10-4m·s-1，由速度記錄換算的加速度記錄峰-峰值為3.335×10-4m·s-1.經(jīng)過(guò)多個(gè)濾波頻段，可見旋轉(zhuǎn)和平動(dòng)記錄中均存在一定頻散效應(yīng)(圖8).

圖4 光纖旋轉(zhuǎn)地震儀的噪聲功率譜Fig.4 The power spectral density of FOG ambient noise record

圖5 (a) 武漢及周邊地區(qū)地震臺(tái)站的切向記錄; (b) 測(cè)量的Love波相速度(加號(hào))和理論相速度(黑線)Fig.5 (a) Tangential waveforms recorded by seismic stations around Wuhan；(b) Love wave phase velocities measured on records (plus) and theoretical values (black line)

圖6 光纖旋轉(zhuǎn)地震儀的原始記錄和時(shí)頻分析圖(a) 垂向旋轉(zhuǎn)記錄，其中黑色為原始記錄，紅色為0.3 Hz低通濾波記錄且放大10倍; (b)東西向旋轉(zhuǎn)記錄.Fig.6 Records of the FOGS and time-frequency analysis results(a) The raw (black) and 0.3 Hz lowpass filtered (red, amplified by 10) vertical rotational motion records; (b) The raw East-West rotational motion record.

圖7 寬頻帶地震儀三分量速度記錄IASP91模型下P波和S波的理論到時(shí)、視速度為3.4 km·s-1的面波到時(shí)由虛線標(biāo)出.Fig.7 Velocity records of the three-component seismometerThe dashed lines denote theoretical arrivals of P-, S- and surface waves (3.4 km·s-1).

圖8 不同頻段的垂向旋轉(zhuǎn)記錄(a)和切向加速度記錄(b)圖中紅色為低通1 Hz記錄，其中旋轉(zhuǎn)記錄藍(lán)色和黑色為窄帶濾波，其中藍(lán)色部分放大3倍.Fig.8 Vertical rotation rate and tangential acceleration records after narrow-band filteringThe red ones are waveforms filtered by a 1 Hz low-pass filter, whereas the blue ones have been amplified by three for better visibility.

3 平動(dòng)和旋轉(zhuǎn)分量記錄對(duì)比分析

正如Aki和Richard(2002)建議的地震波場(chǎng)可以分解為式(2)所示三部分:

u(x+δx)=u(x)+Gδx=u(x)+εδx+ω×δx,

(2)

其中ε和ω分別為應(yīng)變張量和旋轉(zhuǎn)矢量，G代表梯度張量，δx位置擾動(dòng)矢量.ω的三個(gè)分量可以用位移場(chǎng)的旋度表示為

(3)

在水平自由地表應(yīng)力張量的σiz為0，因此應(yīng)變張量的εiz中i=1,2時(shí)都為0，那么根據(jù)應(yīng)變-位移關(guān)系有：

(4)

因此式(3)可以簡(jiǎn)化為

(5)

以X方向?yàn)閺较?，Y方向?yàn)榍邢颍杂傻乇淼娜肷洳▓?chǎng)的旋轉(zhuǎn)角速度和平動(dòng)加速度的關(guān)系(e.g.Schmelzbach et al., 2018)可以表示為

(6a)

(6b)

(6c)

(7)

根據(jù)式(7)，我們對(duì)平動(dòng)記錄和旋轉(zhuǎn)記錄進(jìn)行了對(duì)比分析，兩個(gè)記錄的一致性較高.采用移動(dòng)窗方法計(jì)算了Love波信號(hào)窗口的一致性和比值(圖9).根據(jù)信號(hào)的主要頻段，選取的窗長(zhǎng)為10 s，且允許最大為1 s的時(shí)移.整個(gè)信號(hào)窗口內(nèi)，一致性最高的窗口波形互相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.98，但是速度范圍變化較大，最大值為2.56 km·s-1，速度隨著時(shí)間呈現(xiàn)降低趨勢(shì)類似頻散，這一現(xiàn)象在前人研究中也有報(bào)道(e.g.Igel et al., 2007).

作為對(duì)比，我們采用兩種不同的方式計(jì)算了武漢地區(qū)的Love波相速度.首先提取了Crust1.0模型(Laske et al., 2013)在武漢地區(qū)的速度模型，這一模型中沉積層厚度約300 m，S波速度為1.07 km·s-1，上地殼中S波速度為3.54 km·s-1.基于這一模型，計(jì)算得到了臺(tái)站區(qū)域的Love波理論相速度，5～10 s頻段的速度范圍為3.6～3.76 km·s-1(圖5b).另一個(gè)參考數(shù)據(jù)是由雙臺(tái)法測(cè)量得到的武漢地區(qū)Love波相速度.采用了武漢周邊200 km內(nèi)12個(gè)固定臺(tái)站記錄進(jìn)行了分析，測(cè)量得到的Love波相速度(圖5b).由于高頻成分受橫向結(jié)構(gòu)不均勻性影響大，損失了波形一致性，因此測(cè)量得到的相速度頻段介于14～50 s間，相速度約為4.13～4.66 km·s-1.顯然兩個(gè)參考值均大于由旋轉(zhuǎn)和平動(dòng)記錄得到的估計(jì)值.

另一個(gè)被廣泛應(yīng)用的信息是入射波的反方位角信息，由式(7)可知垂向旋轉(zhuǎn)速度記錄與切向加速度記錄一致，因此反方位角可以通過(guò)比較不同角度合成的切向加速度記錄與垂向旋轉(zhuǎn)速度記錄的一致性得到.采用上文的移動(dòng)窗方法給出了估計(jì)(圖10).

圖9 垂向旋轉(zhuǎn)速度記錄(a)、切向加速度記錄(b)、估算速度(c)圖, (c)中顏色表示互相關(guān)系數(shù)(cc)Fig.9 Comparison between the vertical rotational rate (a), tangential acceleration (b) records and the estimated velocity (c), Cross-correlation coefficient (cc) is shown in color in (c)

圖10 反方位角估計(jì)結(jié)果(a) 根據(jù)大圓路徑預(yù)測(cè)反方位角計(jì)算的切向加速度記錄和垂向旋轉(zhuǎn)速度記錄； (b) 兩個(gè)記錄波形互相關(guān)系數(shù)隨反方位角變化特征. 其中顏色代表互相關(guān)系數(shù)，紅色為正，藍(lán)色為負(fù)，理論反方位角用白線表示而估計(jì)的最佳反方位角用黑色圓圈表示.Fig.10 Back-azimuth estimated by rotation and acceeleration records(a) Rotation rate record and tangential acceleration record obtained with the theoretical back-azimuth of 253 degree; (b) Cross-correlation coefficient in a 10 s sliding time window between rotation rate and transverse acceleration. The white line represents the theoretical back-azimuth angle (253 degree) and the estimated back-azimuth angles are shown by black circles.

在Love波信號(hào)窗口內(nèi)反方位角主要集中在大圓路徑預(yù)測(cè)值附近，而尾波部分方位角散布較大.尾波一般認(rèn)為是由散射波組成的，因此其入射角度較為隨機(jī)是可能的(Aki, 1969).

4 討論

在早期工作中類似距離上的Love波記錄主要是在大型激光陀螺上觀測(cè)到，在電化學(xué)儀器數(shù)據(jù)中并沒有報(bào)道(Lin et al., 2011)，反而在水平向旋轉(zhuǎn)記錄中觀測(cè)到了Rayleigh波信號(hào).我們對(duì)Rayleigh波的旋轉(zhuǎn)信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行了估計(jì).由平面波假設(shè)下式(6b),(6c)可以簡(jiǎn)化為式(8)，Rayleigh波和Love波相速度差異較小的情況下切向和垂向旋轉(zhuǎn)分量的比值約為豎直向加速度記錄和切向加速度記錄比值的2倍.豎直向加速度記錄約為切向加速度記錄的1/1.6，由此估算東西向旋轉(zhuǎn)記錄峰-峰值約為豎直向記錄的1.25倍，但是仍然低于FOGew的噪聲水平，在未來(lái)工作中有必要采用性能更好的光纖陀螺進(jìn)行水平向記錄.

(8)

Igel等(2007)給出了垂向旋轉(zhuǎn)速度值與面波振幅的關(guān)系，由圖11b中根據(jù)周期5 s和相速度3400 m·s-1給出了的理論值和觀測(cè)值，可見MS6.4地震觀測(cè)值偏高，可能與震源機(jī)制解有關(guān).漾濞MS6.4級(jí)主震之前約27 min發(fā)生了一次5.6級(jí)前震，根據(jù)圖10測(cè)算M5.6級(jí)前震的最大振幅約為MS6.4主震的0.16倍，接近于背景噪聲水平.在低通濾波記錄上在3.4 km·s-1預(yù)測(cè)理論到時(shí)附近有一弱信號(hào)，表明已經(jīng)接近檢測(cè)下限(圖11a).根據(jù)同一關(guān)系式，可以估計(jì)類似震中距的青?，敹郙S7.4地震的振幅約為漾濞地震的10倍，在豎直向和東西向旋轉(zhuǎn)記錄上均可以更為清晰地觀測(cè)到.但是由于共址地震儀記錄限幅，暫未開展對(duì)比分析.

由上文可見基于旋轉(zhuǎn)速度和加速度記錄估計(jì)的Love波相速度值與其他方式估計(jì)值存在一定的差異.Lin等(2011)在類似頻段上估算的Rayleigh相速度約為555 m·s-1也顯著低于大區(qū)域地殼模型給出的值.類似的差異在其他類型儀器的觀測(cè)數(shù)據(jù)中也有所報(bào)道(e.g.Igel et al., 2005; Taylor et al.,2021).造成這一差異的可能原因有多種，包括儀器噪聲、場(chǎng)地差異，Rayleigh波信號(hào)干擾、高階面波等(Kurrle et al., 2010).需要綜合更多的數(shù)據(jù)，如對(duì)比Rayleigh波產(chǎn)生的水平向旋轉(zhuǎn)速度記錄和豎直向加速度記錄估算的Rayleigh波相速度，利用體波震相進(jìn)行估算等.通過(guò)布設(shè)兩個(gè)水平向陀螺將有望更好地估計(jì)Love波的入射角、Rayleigh波相速度和由體波估計(jì)SV和SH波速度.

圖11 漾濞地震MS5.6級(jí)前震的垂向旋轉(zhuǎn)速度記錄(a)和理論預(yù)測(cè)垂向旋轉(zhuǎn)速度最大振幅與觀測(cè)值對(duì)比(b)(a)中黑線為原始記錄，白線為0.3 Hz低通濾波記錄, 發(fā)震時(shí)刻和3.4 km·s-1對(duì)應(yīng)到時(shí)由虛線標(biāo)出. (b)圖中十字標(biāo)出漾濞MS6.4地震觀測(cè)值和圓形標(biāo)出理論值.Fig.11 (a) UD rotation rate records of the MS5.6 foreshock; (b) Theoretical maximum vertical rotation rateIn panel (a)The raw data is in black and the 0.3 Hz lowpass filtered records is in red. The origin time and arrivals predicted with a velocity of 3.4 km·s-1 are marked with green dashed lines. In panel (b), the observed Yangbi MS6.4 earthquake value is marked by red cross and the theoretical value is marked by black circle.

根據(jù)兩個(gè)記錄測(cè)算的反方位角與大圓路徑存在一定的偏離，這部分偏離可能原因包括儀器和結(jié)構(gòu).觀測(cè)儀器安裝過(guò)程也存在一定的角度偏差，較早的研究曾經(jīng)報(bào)道固定臺(tái)站的方位角偏差有可能達(dá)到10°(Niu and Li, 2011), 本文使用的地震儀為臨時(shí)臺(tái)站可能存在更大的偏差(Zeng et al., 2021)，但是這部分誤差有可能通過(guò)遠(yuǎn)震P波偏振分析進(jìn)行校正或者改進(jìn)布設(shè)流程提高精度.這部分偏離也有可能是由于較強(qiáng)結(jié)構(gòu)橫向變化造成的.Chen等(2018)基于密集臺(tái)陣觀測(cè)指出30s周期的Rayleigh波的反方位角偏離大圓路徑可達(dá)20°，對(duì)于更短周期頻段，偏離值有可能更大.

5 結(jié)論

本文介紹了武漢大地測(cè)量國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站組織的寬頻帶地震儀和光纖旋轉(zhuǎn)地震儀的共址觀測(cè)實(shí)驗(yàn)情況，該觀測(cè)系統(tǒng)清晰記錄到了2021年5月22日云南漾濞MS6.4級(jí)地震激發(fā)的Love波信號(hào).根據(jù)地震波場(chǎng)平動(dòng)和旋轉(zhuǎn)分量關(guān)系，估算了所在臺(tái)站下方的Love波視相速度和入射角度.相速度估算值與模型和臺(tái)陣分析結(jié)果具有可比性，揭示了較為明顯的頻散特性，反方位角估算表明Love波與大圓路徑偏離較小，尾波部分偏離較大.這一結(jié)果表明共址觀測(cè)的單點(diǎn)多分量地震旋轉(zhuǎn)和平動(dòng)波場(chǎng)記錄有望用于相關(guān)地震學(xué)研究中.本文所分析的數(shù)據(jù)量較小，更長(zhǎng)的觀測(cè)將會(huì)提供更豐富的數(shù)據(jù)以支持系統(tǒng)性分析.但是結(jié)果也表明光纖旋轉(zhuǎn)地震儀尚不能清晰記錄5級(jí)左右地震在區(qū)域距離上的信號(hào)，有待開展進(jìn)一步研究工作提升性能.

致謝本文所用固定臺(tái)站數(shù)據(jù)由國(guó)家測(cè)震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)備份中心((SEISDMC, DOI: 10.11998/SeisDmc/SN)提供，部分圖件采用GMT(Wessel et al., 2013)繪制.感謝大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主部署項(xiàng)目支持和武漢大地測(cè)量國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站提供觀測(cè)條件支持.感謝論文評(píng)審人提出的建設(shè)性意見.