余 思 唐婷婷

（江西省地震局，江西南昌 330039）

0 引言

連續(xù)形變觀測(cè)儀器是地震監(jiān)測(cè)的重要組成部分，可以反映豐富的地下介質(zhì)信息，包括巖石性質(zhì)變化、地殼應(yīng)力應(yīng)變引起的傾斜及其固體潮汐變化等[1]，常見的觀測(cè)儀器有洞體應(yīng)變、體應(yīng)變、水管傾斜儀、垂直擺傾斜儀、水平擺傾斜儀等，其中水管傾斜儀和垂直擺傾斜儀觀測(cè)的物理量均為地傾斜，但是兩套儀器的觀測(cè)原理不同[2]。形變觀測(cè)不僅能反映觀測(cè)區(qū)域強(qiáng)震發(fā)生前后的地下應(yīng)力場(chǎng)變化，而且能記錄到更大范圍的強(qiáng)震同震變化。同震響應(yīng)是一種典型的疊加在形變觀測(cè)數(shù)據(jù)上的高頻干擾，可以檢驗(yàn)觀測(cè)儀器的性能和映震能力[3-5]。

近年來對(duì)形變前兆觀測(cè)儀器同震響應(yīng)能力的研究越發(fā)引起研究人員的重視。很多專家學(xué)者對(duì)形變觀測(cè)儀器的映震能力進(jìn)行了較深人的研究。狄樑等[6]對(duì)常熟臺(tái)水管儀與垂直擺記錄到的同一次地震的地傾斜響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析，兩套儀器的地震延遲時(shí)間、響應(yīng)持續(xù)時(shí)間與震級(jí)及震中距均成正比；水管儀的變形幅度與震級(jí)成正比，與震中距成反比，同時(shí)垂直擺的變形幅度主要與震級(jí)有關(guān)，但與震中距也有一定關(guān)系。張肖等[7]利用河北易縣地震臺(tái)DSQ型水管傾斜儀與VS型垂直擺傾斜儀記錄的2005—2015年數(shù)據(jù)資料，分析兩種地傾斜觀測(cè)儀器同震響應(yīng)的特征及響應(yīng)幅度與震中距、震級(jí)的關(guān)系，表明DSQ型水管傾斜儀對(duì)遠(yuǎn)震響應(yīng)幅度大，同震響應(yīng)幅度與震級(jí)呈正比，與震中距呈反比；VS型垂直擺傾斜儀對(duì)近震響應(yīng)幅度大，與震級(jí)、震中距無明顯的線性關(guān)系。DSQ型水管傾斜儀的同震響應(yīng)延遲時(shí)間比VS型垂直擺傾斜儀短，與震中距呈正比，且兩種地傾斜觀測(cè)儀的地震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間與震級(jí)呈正比，VS型垂直擺傾斜儀對(duì)中小地震的響應(yīng)持續(xù)時(shí)間比DSQ型水管傾斜儀長。胡寶慧等[8]對(duì)鶴崗地震臺(tái)水管傾斜儀和垂直擺傾斜儀記錄到的同震響應(yīng)資料進(jìn)行分析，認(rèn)為水管儀和垂直擺對(duì)不同震中距的地震記錄存在較大差異；水管儀穩(wěn)定性較好，而垂直擺實(shí)際靈敏度更高；兩種儀器記錄的同震響應(yīng)與震級(jí)、震中距及震源深度具有相關(guān)性。周雯等[9]利用海南五指山形變臺(tái)DSQ型水管傾斜儀和VP型垂直擺傾斜儀記錄的20次地震的同震響應(yīng)資料，對(duì)比分析2套儀器的同震響應(yīng)特征，發(fā)現(xiàn)在震中距相近時(shí)，二者響應(yīng)幅度、同震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間與震級(jí)呈正相關(guān)；除少數(shù)地震外，在震級(jí)相近或相同時(shí)，二者地震響應(yīng)幅度與震中距呈負(fù)相關(guān)；地震響應(yīng)延遲時(shí)間與震中距有關(guān)，二者均呈正相關(guān)；對(duì)于同一次地震，一般VP型垂直擺傾斜儀的最大響應(yīng)幅度較大，且同震持續(xù)時(shí)間較長。其他研究人員也對(duì)不同地區(qū)的水管傾斜儀和垂直擺傾斜儀觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析[10-12]。

本文挑選了2016—2022年臺(tái)灣6級(jí)以上，2008—2022年全球8級(jí)以上、全國（除臺(tái)灣地區(qū)）7級(jí)以上的地震，從同震響應(yīng)的最大響應(yīng)幅值、延遲時(shí)間和持續(xù)響應(yīng)時(shí)間3個(gè)方面進(jìn)行了對(duì)比分析，總結(jié)贛州中心站DSQ型水管傾斜儀與VS型垂直擺的同震響應(yīng)特征。

1 臺(tái)站概況

江西贛州地震中心站（下文簡稱贛州站）位于江西省贛州市會(huì)昌縣文武壩鎮(zhèn)嵐山公園內(nèi)，海拔高度205.3 m，山體巖性為花崗巖。主要受石城—尋烏斷裂帶控制，是華南地區(qū)邵武—河源大斷裂帶在贛南地區(qū)的重要一段，呈北北東向，新華夏系構(gòu)造（圖1）。在這條斷裂及其附近，歷史上發(fā)生過1806年會(huì)昌6級(jí)、1926年石城4.7級(jí)、1941年尋烏龍崗5.7級(jí)地震，以及1987年8月尋烏MS5.5、MS4.9、MS4.8地震序列。贛州站現(xiàn)有DSQ型水管傾斜儀、VS型垂直擺傾斜儀、VP型垂直擺傾斜儀、SSY型洞體應(yīng)變觀測(cè)儀4套形變觀測(cè)儀器，而VP型垂直擺傾斜儀為2022年5月安裝，觀測(cè)時(shí)間較短。DSQ型水管傾斜儀、VS型垂直擺傾斜儀兩種地傾斜觀測(cè)儀均為武漢地震科學(xué)研究院生產(chǎn)安裝，DSQ型水管傾斜儀東西基線長12.07 m、方位角68°，南北基線長12.48 m、方位角338°，正交布設(shè)，分辨率為0.000 5〃，漂移量＞0.005〃，采樣率1次/min，2007年3月投入觀測(cè)。VS型垂直擺傾斜儀基墩為花崗巖石，東西方位角90°，南北方位角0°，分辨率為0.000 1〃，日漂移＞0.005〃，采樣率1次/min，2007年1月投入觀測(cè)。贛州中心站水管傾斜儀與垂直擺傾斜儀自安裝以來，運(yùn)行穩(wěn)定，2008—2022年運(yùn)行連續(xù)率均在99%以上。同時(shí)，每年按時(shí)進(jìn)行兩次標(biāo)定，格值穩(wěn)定，符合學(xué)科要求。表1為山洞觀測(cè)環(huán)境參數(shù)。

圖1 贛州地震中心站地理位置Fig.1 Location of the Ganzhou seismic center station

2 同震響應(yīng)對(duì)比分析

本文根據(jù)贛州中心站兩套儀器的連續(xù)觀測(cè)資料，挑選了距離臺(tái)站300 km附近的2016—2022年臺(tái)灣6級(jí)以上，2008—2022年全球8級(jí)以上、全國（除臺(tái)灣地區(qū)）7級(jí)以上的地震進(jìn)行同震分析（表2）。

從表2可以看出，兩種傾斜儀器對(duì)同一次地震的最大響應(yīng)幅度、延遲時(shí)間和持續(xù)響應(yīng)時(shí)間均不同。同一儀器對(duì)同一地區(qū)不同震級(jí)地震的響應(yīng)也不同，同時(shí)，同一儀器不同分量對(duì)同一次地震響應(yīng)也不完全相同。這與前人的研究結(jié)果較為一致[6,9,13]。

2.1 最大響應(yīng)幅值

圖2和圖3分析了水管儀和垂直擺EW分量對(duì)應(yīng)34次地震的最大響應(yīng)幅度，對(duì)比可以看出，臺(tái)灣地區(qū)12次地震中，垂直擺響應(yīng)幅度有7次都大于水管儀，4次地震造成靠擺，僅有兩次地震水管儀最大響應(yīng)幅度大于垂直擺。而遠(yuǎn)震的響應(yīng)情況相反，22次地震中，水管儀最大響應(yīng)幅值有20次大于垂直擺。

圖2 臺(tái)灣地區(qū)地震水管儀、垂直擺最大響應(yīng)幅值對(duì)比曲線Fig.2 Maximum response amplitude of the earthquakes in Taiwan

圖3 遠(yuǎn)震水管儀、垂直擺最大響應(yīng)幅值對(duì)比曲線Fig.3 Maximum response amplitude of the teleseism

2.2 地震響應(yīng)延遲時(shí)間

響應(yīng)延遲時(shí)間指在觀測(cè)儀器記錄到的響應(yīng)與地震發(fā)生時(shí)刻之間的時(shí)間差，該時(shí)間與地震面波的傳播速度及震中距有關(guān)[14]。由于臺(tái)灣地震響應(yīng)延遲時(shí)間較短，圖4僅繪制了水管儀、垂直擺對(duì)全國（除臺(tái)灣地區(qū)）MS7.0以上、全球MS8.0以上地震的響應(yīng)延遲時(shí)間，可以看出延遲時(shí)間與震中距呈一定的正相關(guān)性，震中距越大，延遲時(shí)間越長。

圖4 水管儀、垂直擺響應(yīng)延遲時(shí)間與震中距關(guān)系曲線Fig.4 Relation between the delay time and epicenter distance

2.3 地震持續(xù)響應(yīng)時(shí)間

從圖5關(guān)系曲線可以看出，水管儀、垂直擺持續(xù)響應(yīng)時(shí)間與震級(jí)有一定的正相關(guān)性，震級(jí)越大，地震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間越長。水管儀和垂直擺的地震持續(xù)響應(yīng)時(shí)間長短不僅受震級(jí)影響，同時(shí)還是斷層體受地震影響程度、地震自身能量、震中距等多重因素綜合影響[9]。

圖5 水管儀、垂直擺持續(xù)響應(yīng)時(shí)間與震級(jí)關(guān)系曲線Fig.5 Relation between the continuous response time and the magnitude

2.4 不同分量對(duì)比分析

兩套儀器NS分量和EW分量對(duì)地震響應(yīng)大體較為一致，但是少數(shù)地震也有區(qū)別，如2010年4月14日青海玉樹M7.1地震，水管EW與NS分量的最大響應(yīng)幅值有量級(jí)上的差別（圖6），這可能與地震破裂性質(zhì)，也就是震源區(qū)性質(zhì)有關(guān)[8]。

圖6 2010年4月14日青海玉樹M7.1地震水管儀兩個(gè)分量地震響應(yīng)Fig.6 Response of two components of the water-pipe instrument for the M7.1 earthquake in Yushu，Qinghai Province，on April 14，2010

3 結(jié)論

本文從地震響應(yīng)最大幅值、延遲時(shí)間、持續(xù)響應(yīng)時(shí)間3個(gè)方面，對(duì)贛州地震中心站DSQ型水管儀與VS型垂直擺記錄到的同一次地震的地傾斜響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析，得到贛州站DSQ型水管儀和VS型垂直擺兩種傾斜觀測(cè)儀器都能清晰地記錄到同震響應(yīng)，但是由于儀器設(shè)計(jì)和觀測(cè)原理不同，使得記錄到的同震響應(yīng)信號(hào)有所差異。

（1）贛州站DSQ型水管儀和VS型垂直擺兩種儀器同震響應(yīng)持續(xù)響應(yīng)時(shí)間與震級(jí)大小有一定的正相關(guān)性，震級(jí)越大，地震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間越長。

（2）兩套儀器地震響應(yīng)延遲時(shí)間與震中距呈一定的正相關(guān)性，震中距越大延遲時(shí)間越長。同時(shí)，水管儀、垂直擺隨著震中距增大，延遲時(shí)間差越大。

（3）DSQ型水管儀對(duì)遠(yuǎn)震的同震響應(yīng)幅度較大，VS型垂直擺對(duì)近震的同震響應(yīng)幅度較大，且容易出現(xiàn)靠擺現(xiàn)象。