武都形變臺(tái)長短基線伸縮儀觀測資料對(duì)比＊

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

（1.隴南中心地震臺(tái)，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(diǎn)形變觀測臺(tái)站中廣泛使用，其主要用于測量地殼表面兩點(diǎn)間的應(yīng)變量，具有觀測資料精度高，長期穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)[1]。甘肅省武都形變臺(tái)是5·12 地震災(zāi)后重建項(xiàng)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(tái)（下文簡稱隴南臺(tái)）負(fù)責(zé)儀器維護(hù)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(fù)責(zé)。

筆者在地震監(jiān)測工作中發(fā)現(xiàn)，兩套儀器的維護(hù)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(píng)價(jià)、內(nèi)在質(zhì)量、同震效應(yīng)等方面進(jìn)行對(duì)比，分析觀測資料質(zhì)量差異。

1 武都形變臺(tái)概況

武都形變臺(tái)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(dòng)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(shè)圖如圖1 所示。

表1 儀器概況與基線長度對(duì)比

圖1 武都形變臺(tái)長短基線伸縮儀儀器布設(shè)圖

2 觀測資料質(zhì)量對(duì)比

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

表2 長短基線伸縮儀觀測資料一般性評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1 一般性評(píng)價(jià)

對(duì)觀測資料進(jìn)行完整率、年變幅度、年零漂等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和處理，計(jì)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(yàn)儀器運(yùn)行質(zhì)量的根本條件，計(jì)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(diǎn)值數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(jì)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(tái)運(yùn)維的伸縮儀運(yùn)行率較高，隴南市局伸縮儀器運(yùn)行率很低，小于95%，主要原因是隴南市地震局無專業(yè)運(yùn)維人員，儀器故障頻繁，且不能及時(shí)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(yīng)變趨勢具有一致性。

2.2 內(nèi)在質(zhì)量

（1）相對(duì)噪聲水平。相對(duì)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(xiàng)式于一個(gè)年度觀測資料的73 個(gè)五日均值做30 階擬合而得，計(jì)算公式為：

其中，Tn (x) 稱為契比雪夫多項(xiàng)式，x 為五日均值，C0為常數(shù)，Cn為擬合系數(shù)，n 為系列號(hào)，m 為提取的五日均值總個(gè)數(shù)[3-4]。計(jì)算結(jié)果見表2。可以看出短基線伸縮儀相對(duì)噪聲水平略低于長基線伸縮儀，兩套儀器NS 分量相對(duì)噪聲水平均大于EW 分量。

（2）潮汐因子相對(duì)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(duì)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(shí)繪制每月M2波潮汐因子相對(duì)中誤差對(duì)比曲線，如圖2 所示。其中1 月和12 月因供電、儀器故障導(dǎo)致長時(shí)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(duì)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(duì)中誤差對(duì)比

2.3 觀測數(shù)據(jù)曲線對(duì)比

選取無地震事件和其他干擾事件的時(shí)段，繪制NS 分量分鐘值曲線圖，如圖3 所示。并計(jì)算日相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)表示2 個(gè)變量之間的線性關(guān)系，其值越接近1,2 個(gè)變量的線性相關(guān)性越強(qiáng)。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(duì)比圖

3 同震效應(yīng)

選取2018 年度伸縮儀記錄到的5 個(gè)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(yīng)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(jí)地震同震波形

4 結(jié)論

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

（1）短基線伸縮儀，運(yùn)維質(zhì)量較差，缺記情況較多。要進(jìn)一步提高觀測資料的完整率，加強(qiáng)資料的研究應(yīng)用，還需繼續(xù)加強(qiáng)隴南臺(tái)運(yùn)維人員對(duì)隴南市局的指導(dǎo)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(yīng)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(yīng)變化幅度小。

武都形變臺(tái)在同一山洞，同時(shí)架設(shè)有2 套同型號(hào)基線長度不同的伸縮儀，觀測資料有較高的研究價(jià)值。目前還需加強(qiáng)短基線伸縮儀的運(yùn)維質(zhì)量，同時(shí)在臺(tái)站架設(shè)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。