宜昌地震臺VP 型寬頻帶傾斜儀和DSQ 型水管傾斜儀同震響應對比分析

曾智輝 張 輝 安一凡 王 慧 錢 山 宋瀟瀟

（1、中國地震局地震研究所（地震大地測量重點實驗室），湖北 武漢430071 2、湖北省地震局，湖北 武漢430000 3、湖北省地震局宜昌地震臺，湖北 宜昌443100）

由于地球是不均勻的球體，在內力和外力作用下，地殼不斷運動，在某一時刻這種運動必然導致局部地殼發生較大的形變，甚至產生破裂，從而引發地震[1]。地震前兆有多種監測方法，地傾斜監測為主要手段之一，隨著監測的發展，國內很多學者對其展開了深入的研究[2-4]。DSQ 型水管傾斜儀與VP 型寬頻帶傾斜儀是臺站常用的定點形變儀器。宜昌地震臺把這兩臺觀測儀器安裝在同一觀測山洞內，作為同時監測地傾斜的形變儀器，它們對同一地震的激發響應會有什么特征呢？本文選取2018-2019 年宜昌地震臺水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀記錄的地震資料進行同震響應對比分析。

1 臺站概況

宜昌地震臺位于湖北省宜昌市夷陵區森林公園，地處長江三峽、葛洲壩、清江隔河巖三大水利樞紐工程之間。大地構造位置處于上揚子褶皺帶黃陵斷塊東南緣，江南造山帶北部。臺站目前的形變儀器有VP 型寬頻帶傾斜儀和DSQ 型水管傾斜儀，均運行良好，放置在臺站形變山洞內。臺站山洞進深200 米,臺基為白堊系下統石門組礫巖，巖石堅硬，膠結完整。洞頂覆蓋厚度達29 米，洞內溫度18.02℃，年變化小于0.2℃，滿足多種形變儀器對觀測環境的要求。

2 觀測儀器性能

VP 型寬頻帶傾斜儀和DSQ 型水管傾斜儀主要測量地面傾斜的變化，是地震前兆監測的重要手段之一。宜昌臺VP 型寬頻帶傾斜儀和DSQ 型水管傾斜儀觀測資料連續穩定。宜昌臺VP型寬頻帶傾斜儀分辨力優于0.001ms，位移傳感器精度為0.0001μm，日漂移＜0.005ms。DSQ 型水管傾斜儀分辨率為0.0005ms，日漂移＜0.005ms，采樣率為1 次/min[5]。自安裝至今，儀器記錄的固體潮曲線清晰規則，年周期變化良好。臺站還安裝有WYY-1 型氣象三要素儀器，儀器運行良好，數據精度高。

3 同震響應特征分析

選取四川宜賓2019 年06 月24 日4.1 級、臺灣臺東2019年03 月08 日5.3 級、臺灣臺東2019 年06 月04 日5.8 級、四川宜賓2019 年06 月17 日6 級、菲律賓薩馬島2019 年04 月23日6.6 級、巴布亞新幾內亞2018 年10 月11 日7.1 級、新不列顛島地區2019 年05 月14 日7.6 級、斐濟群島地區2018 年08 月19 日8.1 級共8 個地震作為分析樣本，解析兩種儀器同震響應特征。

宜昌地震臺水管儀和VP 儀地震響應幅度參數統計

由表可以看出，不管是震級相同還是震級不同，寬頻帶傾斜儀和水管傾斜儀，在幅度和持續時間的響應上是不同的，響應延遲時間大部分也是不同的。為了更好的說明水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀這兩套觀測儀器的同震響應特征，對表1 中8 個地震的最大響應幅度、響應延遲時間和響應持續時間進行了詳細的對比分析，得到了一些規律性的認識。

3.1 最大響應幅度

從圖1 可以看出，除了新不列顛島地區7.6 級地震外，其余7 個地震都是寬頻帶傾斜儀大于水管傾斜儀的地震響應幅度，這是由于水管傾斜儀的阻尼大于寬頻帶傾斜儀。水管傾斜儀除了四川宜賓4.1 級地震以外，其它7 個地震隨著震級的增大，響應幅度也隨著增大，二者成正比關系。寬頻帶傾斜儀的響應幅度無規律性，與震級和震中距有關，例如四川宜賓6 級比巴布亞新幾內亞7.1 級響應幅度大，臺灣臺東5.8 級比菲律賓薩馬島6.6 級響應幅度大，巴布亞新幾內亞7.1 級比新不列顛島地區7.6 級響應幅度大。

3.2 響應延遲時間

由圖2-1、2-2 可以看出，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的震中距與響應延遲時間有很大的關聯性，它們成正比關系，震中距越大，延遲時間越長，最遠的斐濟群島地區8.1 級9302km，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的響應時間均為12min，最近的四川宜賓4.1 級670km，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的響應時間均為1min；對于同一地震，水管傾斜儀的響應延遲時間大部分比寬頻帶傾斜儀的響應延遲時間長（見表），如臺灣臺東5.3 級地震響應延遲時間分別為4min、3min，新不列顛島地區7.6 級地震響應延遲時間分別為9min、8min。

圖1 水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀最大響應幅度對比曲線

圖2-1 水管傾斜儀震中距與響應延遲時間關系曲線

圖2-2 寬頻帶傾斜儀震中距與響應延遲時間關系曲線

3.3 響應持續時間

從圖3 可以看出，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀在7.1 級處出現了拐點，震級大于7.1 級，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的響應持續時間急劇增大，總的來說，震級越大，響應持續時間越長，二者成正比關系。6 級以上強地震激發的響應持續時間要遠大于中等地震持續時間；除臺灣臺東5.8 級和新不列顛島地區7.6 級地震外，其它6 個地震寬頻帶傾斜儀的地震響應持續時間比水管傾斜儀的響應持續時間長。

圖3 水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀響應持續時間對比曲線

3.4 震級不同、震中距相近的地震響應

從表可以看出，對震級不同、震中距相近的地震，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的地震響應幅度、響應延遲時間與震級有很大的相關性，一般成正比關系。如：臺灣臺東5.3 級地震響應幅度、響應延遲時間比5.8 級的要小，四川宜賓4.1 級地震響應幅度、響應延遲時間比6.0 級要小。

4 結論

綜上所述，通過對宜昌地震臺水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀記錄的8 個地震進行了詳細的對比分析，得出如下結論：

（1）水管傾斜儀的響應幅度與震級成正比關系；寬頻帶傾斜儀的響應幅度無規律性，與震級和震中距有關。

（2）水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的地震響應延遲時間均與震中距成正比，水管傾斜儀的響應延遲時間大部分比寬頻帶傾斜儀的響應延遲時間長。

（3）震級的大小決定水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的地震響應持續時間，震級越大，持續時間越長，二者成正比關系，強地震激發的響應持續時間要遠大于中等地震持續時間。

（4）震級不同、震中距相近的地震，水管傾斜儀和寬頻帶傾斜儀的地震響應幅度、響應延遲時間與震級有很大的相關性，一般成正比關系。