長樂-詔安斷裂帶上臺站洞體應變觀測質量及同震響應對比分析

摘" 要：泉州、莆田及廈門臺同處于長樂-詔安斷裂帶上，選取3個臺站2017—2021年洞體應變觀測數據，分析資料的連續率、完整性及其內在質量。結果表明，泉州臺洞體應變觀測質量最好，其各項指標均可滿足我國Ⅰ類臺精度要求。各臺洞體應變記錄到的遠震大震同震波形為震蕩形，震級越大，振幅越大，持時越長，而近震大震同震波形則以脈沖型為主。

關鍵詞：洞體應變；年動態；相對噪聲水平指標；M2波潮汐因；同震波

中圖分類號：U456.3+1" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）11-0090-04

Abstract： Quanzhou， Putian and Xiamen seismic stations are all located in the Changle-Zhaoan fault zone. The cave strain observation data of three stations from 2017 to 2021 are selected to analyze the continuity， integrity and internal quality of the data. The results show that Quanzhou seismic station cave strain observation quality is the best， and all its indexes can meet the accuracy requirements of Class I stations in China. The coseismic waveforms of distant large earthquakes recorded by the body strain of each station are concussive， and the larger the magnitude is， the greater the amplitude is， and the longer the duration is， while the coseismic waveforms of near earthquakes are mainly pulse type.

Keywords： cave strain; annual dynamics; relative noise level index; M2 wave tide factor; coseismic wave

SS-Y型洞體應變儀是精密測量地殼巖體兩點間水平距離相對變化的儀器，適用于觀測地殼應變和固體潮水平分量的連續變化，為研究地震孕育過程中水平應變變化規律提供基礎數據，也為地球彈性研究提供重要數據。在孕震過程中可從洞體應變觀測數據直接獲得形變前兆異常的階段性特征，間接獲得形變固體潮潮汐因子波形變化特征[1-3]。目前福建地區長樂-詔安斷裂帶上，廈門地震臺于2001年，泉州地震臺、莆田地震臺于2015年，先后安裝了SS-Y型洞體應變儀，積累了大量的觀測數據。需要對處于同一斷裂帶上的洞體應變儀進行質量分析及同震波研究，為地震預報提供有價值的參考數據。

1" 臺站、儀器及運行概況

1.1" 臺站基本情況、地震地質背景

泉州地震臺清源山人防1號洞形變山洞地處長樂-詔安斷裂帶中段，洞體基巖為新鮮花崗巖，巖體完整致密。海拔高程約78 m，洞頂覆蓋厚52.5～95.5 m， 進深達190 m，洞內安裝有多道不銹鋼隔門，防止空氣對流，洞內溫度極為恒定。

廈門地震臺洞體應變位于臺站院內，洞內巖石為燕山中期花崗巖，質地堅硬。山洞原為民防工程，測點周邊地形為花崗巖風化山丘，洞頂為NNE-SSW向山脊，山坡坡度20°～30°，植被發育，洞口朝西，山洞自西向東南方向掘進。本區地質構造位于NE向長樂－詔安深大斷裂與EW向南靖－廈門斷裂交叉部位。基本構造格架是燕山期逐步形成的NE向和NW向2組斷裂切割而成的菱形斷塊。

莆田地震臺臺站位于莆田市東巖山上，莆田地震臺的地理位置位于莆田市區東北面，海拔高程為48.5 m，地處長樂-詔安斷裂帶中北部，區內地層出露部分有前奧陶系，上侏羅統的長井組，南園組、坂頭組及下白堊的石帽山群火山巖。

以上3個臺站洞體應變所處觀測環境較好（其洞內日變均溫度小于等于0.01 ℃）且同處于長樂-詔安斷裂帶上，地質構造環境相似，放在一起對比觀測有一定意義。

1.2" 儀器運行整體概況及年變動態

泉州、莆田及廈門地震臺洞體應均采用SS-Y型銦瓦棒伸縮儀，其記錄到的固體潮波形光滑，日變形態清晰、正常。

利用跟蹤分析軟件繪制出2017—2021年的變化（圖1），可得出：①泉州、莆田及廈門臺洞體應變均無規律的年變動態；②泉州臺的多年年變動態最為平穩；③洞體應變一定程度上受洞內氣溫的影響，其中泉州臺的年變氣溫小于0.2 ℃，明顯小于莆田與廈門臺，所以在其多年年變動曲線上受到的干擾最小，如圖1—圖3所示。

2" 觀測資料質量

2.1" 數據質量指標

對于服務于地震預測的前兆臺網而言，數據質量優秀的基本標準是觀測數據能真實反映觀測量，動態變化背景清晰，具有記錄到地震、構造活動或其他地球物理事件的能力。因此要求數據質量指標能滿足觀測數據的連續性或完整性、動態穩定與噪聲水平、觀測精度等方面的評價需求[4]。

根據2015年發布的學科評比辦法中關于洞體應變數字化測項數據質量指標主要有4個方面，分別為連續率、完整率、M2潮汐因子相對中誤差和相對噪聲水平。

2.2" 數據質量指標計算

觀測數據采用2017—2021年，利用前兆數據質量評價軟件計算。

2.2.1" 連續率、完整率指標

連續率、完整率指標是數據質量評價最為基礎的一項指標。除廈門臺洞體應變因2020年12月1日—12月31日儀器升級改造暫停觀測造成該年度連續率、完整率較低，其余時段無論連續率或完整率均大于等于99.5%，達到評比優秀標準，見表1和表2。

2.2.2" 相對噪聲水平指標

噪聲水平指標與觀測環境、觀測系統噪聲水平等直接關聯，主要反映數據動態變化的穩定性水平。

對洞體應變2017—2021年觀測數據的日均值作相對噪聲水平分析，結果見表3。泉州臺NS向、EW向相對噪聲水平在2017—2019年均小于等于0.000 1，而在2020年起有較大上升，說明其穩定性下降。莆田臺相對噪聲則在0.000 1～0.005 8，均符合優秀臺站所要求的0.02″的指標。總體來看，相對噪聲水平越小則穩定性越好可知，泉州臺的儀器穩定性最好，莆田臺次之，廈門臺最不理想。

2.2.3" M2波潮汐因子中誤差指標

M2波潮汐因子中誤差是用來評定地傾斜觀測資料內在質量精度的一項定量指標，該指標分別衡量儀器資料年度穩定性（表4）。首先利用每月整時值計算M2波的潮汐因子中誤差，再求得每月的中誤差平均值作為該臺站的年度M2波的潮汐因子中誤差。從表5可看出，泉州臺洞體應變2017—2021年M２波潮汐因子中誤差NS分量介于0.005 6～0.006 4，EW分量介于0.011 2～0.012 6，其結果滿足我國Ⅰ類臺精度Mγlt;0.02的要求，NS測向優于EW測向。

3" 同震響應及特征分析

本文收集2017—2021年泉州、廈門及莆田臺洞體應變數字化分鐘值數據和該時段內各臺站記錄到的地震資料進行分析。2017—2021年內，泉州臺洞體應變共記錄到48次同震波，廈門臺記錄到29次，莆田為24次，基本以大震近震及遠震大震為主。

3.1" 遠震大震的映震特征對比

以2017年09月08日墨西哥沿岸近海（北緯15.05°，西經93.9°）12：49發生的8.2級地震為例，震源深度20 km（表6）。

3.2" 近震大震的映震特征對比

以2019年4月18日臺灣花蓮縣海域（北緯15.05°，西經93.9°）13：01：05發生的6.7級地震為例，震源深度20 km（表7）。

通過墨西哥沿岸近海8.2級地震和臺灣花蓮及其附近海域6.7級地震的映震特征分析得到：震級越大，形變波衰減時間越長，振幅也越大，波形也更尖銳。

4" 結論

1）對同處于長樂-詔安斷裂帶上的3個臺站，通過對比，泉州臺洞體應變觀測環境最好，相對噪聲水平滿足《地殼形變學科觀測資料質量評比辦法》優秀標準M1小于0.02，其觀測資料連續率和完整率高，表明該儀器具有較高的穩定性，觀測資料質量指標均滿足形變規范要求，M2波潮汐因子誤差滿足我國Ⅰ類臺精度要求。

2）洞體應變記錄到的同震波基本以大震為主，通過墨西哥沿岸近海8.2級地震及臺灣花蓮及其附近海域6.7級地震的映震特征分析得到：震級越大，形變波衰減時間越長，振幅也越大，波形也更尖銳。遠震大震同震波形為震蕩，近震大震同震波形為脈沖。

參考文獻：

[1] 陳瑩，劉序儼，朱石軍，等.福建省井水位體應變儀與伸縮儀對汶川地震的響應分析[J].大地測量與地球動力學，2010，30（1）：33-37.

[2] 李艷，高振強，馮建琴，等.臨汾地震臺體應變觀測資料映震能力分析[J].地震地磁觀測與研究，2011，32（4）：99-104.

[3] 李希亮，盧雙苓，趙小賀，等.山東洞體應變觀測質量分析[J].地震地磁觀測與研究，2014，35（5）：196-201.

[4] 蘇愷之.地應變觀測資料的物理解釋（三）——應變固體潮、地震波和地震前兆異常//鉆孔地應變觀測新進展[M].北京：地震出版社，2003：132-153.