嘉峪關測震臺勘選數據分析

肖淑娟 蘇宏偉

摘 要：臺基的噪聲測試是測震數字化臺站勘選的首要工作，完全達到“中國數字地震觀測網絡技術規程”技術要求的臺址將來必定產出高質量的觀測資料。依據甘肅嘉峪關臺野外記錄的波形數據，分析記錄到的天然與非天然地震事件。計算分析連續48h的地脈動速度均方根值（RMS）和噪聲功率譜密度，結果表明該臺基的背景地噪聲達到I類臺基噪聲水平。

關鍵詞：嘉峪關臺 地脈動背景噪聲 功率譜密度 RMS值

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0088-04

Abstract： Noise test of the base is the most important work for digital seismic stations to be selected， and high-quality observation data will be produced in the future at sites that fully meet the technical requirements of "China Digital Seismological Observation Network Technical Regulation". Based on the waveform data recorded at Jiayuguan station in Gansu Province， the natural and non-natural earthquake events are analyzed. The RMS of ground fluctuation velocity and the power spectral density of noise are calculated and analyzed for 48 hours. The results show that the background ground noise of the base reaches the level of class I base noise.

Key Words： Jiayuguan； Platform pulsation background noise； Power spectral density； RMS value

嘉峪關測震臺為國家數字測震臺，同時也是甘肅省區域數字測震臺，安裝港震公司生產的BBVS-120三分向寬頻帶地震計和BBAS-2加速度計，以及大動態范圍的24位數據采集器EDAS-24GN，通過實時方式將地震數據傳送到甘肅省測震臺網中心和中國地震局臺網中心。嘉峪關測震臺臺基為紅砂巖，屬于三類臺，噪聲大，記錄不理想，資料質量很難提高。因此重選臺址建設嘉峪關數字化測震臺迫在眉睫，此項目已被中國地震局列為2014年度臺站優化改造項目。

1 新臺址地理位置及水文地質概況

嘉峪關新測震臺勘選臺址經過反復勘踏最終確定在懸臂長城景區西800m的黑山山體，距離嘉峪關中心臺站北約7km，地理位置：北緯39.8457°，東經98.1696°，海拔高程1700m。勘選點基本在嘉峪關懸臂長城景區內，交通方便，車輛可直達，基巖大部分出露，臺基巖性為灰巖，幾乎無風化，山體前開闊，距離測點北50m有一河谷，常年幾乎無流水，勘選臺址附近無斷層。測點西南方向1.7km是水庫，東面約1km是鄉村公路。臺址周圍無大的干擾源。嘉峪關氣候屬溫帶大陸性荒漠型，年平均氣溫在6.7℃～7.7℃，夏天最高溫度達35℃，冬季氣溫可低到-25℃，年平均降水量85.3mm，無霜期平均130d。

2 背景噪聲測試情況

勘選中臺址背景噪聲測試所用地震數據采集器REFTEK-130B是美國REFTEK公司生產，具有性能穩定、低功耗、低噪聲等特點，適合在多種復雜惡劣環境下的野外流動地震觀測，拾震器采用英國GURALP公司生產的CMG-3ESPC-120寬頻帶地震計。同時配備了GPS天線、筆記本電腦、電池以及一些輔助設備。野外測試現場設備連接見圖1。根據“中國數字地震觀測網絡”區域數字測震臺站勘選技術要求，背景噪聲連續測試必須達到48h。野外測試現場關鍵問題是地震計架設在基巖出漏的地方，盡可能找到水平面，必要時在基巖出漏面用水泥混凝土做出水平面，并且干燥后架設地震計，外罩塑料桶，用細沙土將塑料桶掩埋，以防空氣流動造成干擾。地震計與數采的距離盡可能遠，因為測試期間還要檢查儀器運行狀況，避免人為干擾。正式測試前一定要等儀器穩定一段時間后試測半小時，然后現場計算背景噪聲能否達標，背景噪聲如果理想，才能進行連續觀測。從2014年5月28日10時至5月30日09時對嘉峪關測震臺勘選臺址進行48h連續地脈動測試，數據記錄完整。連續測試前對儀器做正弦脈沖標定，確定儀器工作狀態是否正常[1]。

3 事件記錄分析

試記2天中記錄到3次近震和1次遠震，波形記錄初動清晰，層次明顯。沒有記錄到非天然地震事件。野外近震原始記錄效果見圖2，遠震原始記錄效果見圖3。

人機交互統計非天然地震事件，統計時除去了測試人員現場工作所產生的干擾事件和偶然的過往車輛干擾事件，其中出現兩次不明干擾，非天然地震事件發生頻度N=0（次數/h），非天然地震事件持續時間占記錄時間的百分比R=0（%），評估結論為干擾少。

4 新臺基背景噪聲水平分析

根據中國地震局2004年發布的“地震測震臺站觀測環境技術要求”，規定臺基背景噪聲在1～20Hz頻帶范圍的速度RMS值作為臺基噪聲水平的評估標準[2]。共分為5類臺基（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），下面列出評估的標準，單位：m/s。

Ⅰ類臺基噪聲水平：RMS<3.16×10-8m/s；

Ⅱ類臺基噪聲水平：3.16×10-8m/s≤RMS <1.00×10-7m/s；

Ⅲ類臺基噪聲水平：1.00×10-7m/s≤RMS<3.16×10-7m/s

Ⅳ類臺基噪聲水平：3.16×10-7m/s≤RMS<1.00×10-6m/s；

Ⅴ類臺基噪聲水平：1.00×10-6m/s≤RMS<3.16×10-6m/s。

以此為依據，用2d的連續記錄數據計算了嘉峪關新臺臺基1～20Hz頻段48h噪聲RMS值，采用我國地震觀測儀器專家童汪練研究員研制的噪聲計算程序進行計算[3]，噪聲功率譜密度分析是評估臺基噪聲水平的另一有效方法。計算得出1～20Hz頻帶內1/3倍頻程各中心頻點處地噪聲RMS均值結果見表1，嘉峪關新測震臺噪聲功率譜密度曲線見圖4，嘉峪關測震臺實際觀測動態范圍見圖5，48h各均值地動速度噪聲RMS值隨時間分布見圖6。從計算結果看出：臺站背景噪聲功率譜密度曲線在地球高噪聲模型（NHNM）和低噪聲模型（NLNM）之間，白天噪聲高于夜間。嘉峪關測震臺勘選臺址48h記錄數據計算得到的1～20Hz范圍內U-D向靜態地脈動噪聲RMS有效值平均為2.08×10-8m/s，E-W向靜態地脈動噪聲RMS有效值平均為2.49×10-8m/s，N-S向靜態地脈動噪聲RMS有效值平均為3.17×10-8m/s，基本屬于Ⅰ類臺基噪聲水平，N-S向受風擾較大。

5 結果與討論

（1）臺址背景噪聲水平為1～20Hz頻段內速度RMS值分別為：UD向2.08×10-8m/s，EW向2.49×10-8m/s，NS向3.17×10-8m/s，基本達到Ⅰ類臺基噪聲水平（RMS<3.16×10-8m/s）。測震新臺址如果修建成山洞，氣壓、溫度、風速等[4]造成的干擾降低到或消除，噪聲水平完全能達到Ⅰ類臺基噪聲水平。

（2）測試現場天然地震事件記錄清晰，波形特征突出，震相清楚易識。

（3）嘉峪關測震臺勘選臺址交通便利，交流電距離臺址150m，2M SDH光纖線路接入點距離臺址900m，具有GPRS、CDMA無線數據傳輸條件，屬于嘉峪關懸壁長城景區內，未來發展規劃對該地沒有影響。基巖大面積初露，無風化。臺址附近無地表附著物，具備征地條件。車輛直達，具有施工運料條件。臺站建成后由景區人員看護，運行費用包含用電費、信道租用費、臺站看護費，無其他費用。基建、運行經費額度能夠控制在預算范圍內。嘉峪關測震臺勘選臺址符合建臺要求[5]，擬在勘選臺址建設嘉峪關國家測震臺，建筑類型為山洞擺房。

參考文獻

[1] 中國地震局.地震及前兆數字觀測技術規范[M].北京：地震出版社，2001.

[2] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 19531.1-2004，地震臺站觀測環境技術要求第1部分：測震[S].北京：中國標準出版社，2004.

[3] 童汪練.數字地震儀參數測定軟件使用手冊[M].北京：港震機電有限責任公司，2005.

[4] 任梟，劉瑞豐，梁建宏，等.國家數字地震臺網臺站地動噪聲功率譜分析[J].地震地磁觀測與研究，2004，25（1）：28.

[5] 吳書貴，蔣秀琴.數字遙測地震臺網建設與運行[M].北京：地震出版社，2003.