宽频带数字地震计CTS-1E记录的地震波形分析★

梁 永 烨

(1.山西省地震局，山西 太原 030021； 2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

临汾中心地震台由郭家庄台站中心、龙祠地震台、侯马地震台三部分组成。1953年，中国科学院在临汾开展地震观测，地震观测位于龙祠村西北的姑射山下，是龙祠地震台最早的观测项目，最初使用64型短周期地震仪，1979年更换为DD-1短周期地震仪，并增设了DK-1中长周期地震仪及513中强地震仪，1982年增设SK中长周期光记录地震仪，1996年停测。2005年4月，经过“十五”数字化网络项目改造，地震观测由区域台升级为国家台。“九五”期间的FBS-3宽频带地震计升级为CTS-1E甚宽带地震计沿用至今[1]。

CTS-1E型地震计是早在20世纪90年代初期就已在国内使用，是一种观测频带为50 Hz-120 s的甚宽频带地震计，图1为CTS-1E型地震计的实物图。其采用24位AD转换器，动态范围大于140 dB，整体功耗小于2 W。具有可在-10 ℃～+45 ℃较宽的温度范围内工作，一次调零后可以数十年不需进行调零等性能优点，如表1所示为CTS-1E型地震计的参数表。杨文等曾利用云南地区的地震台网中布设的CTS-1宽频地震计采集数据，应用噪声成像的方法对云南地区进行了动态层析成像[2]。韩成成通过对CTS-1与CTS-1E地震计系统记录运行率、台基噪声功率谱密度计算、脉冲标定和正弦波标定数据处理等指标进行对比分析，探寻两种地震计在实际工作中的部分性能差异[3]。

表1 CTS-1E地震计参数表

仪器型号频带宽度采样率次/s三分向数字灵敏度/V·s·m-1NEZCTS-1E50 Hz-120 s1001 8902 0162 008

为进一步对其观测性能进行探索与研究，本文对临汾台使用CTS-1E型地震计记录的不同类型及不同震中距地震的波形进行分析，对其震相特征进行总结讨论。

1 震例的选取

本文特选取2017年—2018年临汾台CTS-1E记录的7典型天然和非天然地震波形进行波形震相特征分析与讨论。中国地震台网中心地震目录和山西测震台网编目报告中所提供的震级为标准震级,选取从所选地震目录见表2。

表2 所选地震目录

2 波形特征分析

2.1 近震波形

通常近震是指震中距小于1 000 km的地震，近震范围内的地震波有直达波、反射波和首波[4]。图2是临汾台记录的发生在2017年2月9日00时26分06秒山西运城市盐湖区M3.3地震(扫描时间120 s)，震中距约0.88°。通常震中距大于70 km时就会出现全反射现象，即入射角到达临界角，反射波理论上此时P波段就还有来自莫霍面的首波，但由于其能量极弱且比直达波传播时间长，所以淹没在直达波的续至区内，无法看到。因此该地震仅记录到直达波Pg和Sg，Pg波初动在垂直向较为清晰，Sg波在EW向到时更早，更清晰。

图3所示为2017年8月23日11时38分43秒山西太原市清徐县M3.1地震的地震波形(扫描时间120 s)。随着震中距增大到约1.67°，此段内波到达的顺序应为Pn，Pg，P11，Sn，Sg，S11，但当震中距达到一定距离时，传播路程的增加，反射波的能量开始减弱，因此在图中不易识别P11和S11。但首波Pn，Sn，直达波Pg，Sg都记录的较为清晰。

图4所示为临汾台记录的发生在2017年8月8日21时19分47秒的四川省阿坝州九寨沟县M7.1地震波形图(扫描时间600 s)。如图4所示由于此次地震震中距较远，震中距已达6.85°，大于600 km，此时可能P，S波进入“影区”，虽然本次地震震级较大，但此时记录到的地震初至极弱，几乎记录不到P，S波。而水平向出现高阶面波较为发育，振幅较大的短周期面波[5，6]，占据记录图的主体位置。

2.2 远震和极远震波形

远震(震中距10°～105°)和极远震(震中距大于105°)的地震波传播路程长、穿透深度深，地震波在传播过程中遇到各层界面形成各种反射波和折射波，震相相比近震要丰富的多[7]。

如图5所示为临汾台记录到的2017年4月9日4时23分19秒发生的菲律宾M7.0地震(扫描时间2 400 s)，震中距为32.94°，在30°～100°之间，P波和S波通过下地幔，在这个震中距范围内，介质速度变化比较均匀。临汾台CTS-1E宽频地震仪能较完整地记录下清晰的P，S，PP震相。

图6所示为临汾台记录到的发生在2017年11月13日02时18分19秒的伊拉克M7.8地震波形图(扫描时间2 400 s)，震中距为46.31°，在图6中可清晰辨认P，S，sS，SS等震相。

图7是2017年9月8日12时49分16秒墨西哥沿岸近海M8.2地震波形图(扫描时间1d)，震中距达123.81°，极远震地幔折射波消失，其初到波分别为衍射波、内核穿透波和外核穿透波等[5]。从图7中可以看出，海洋地震波形要比陆地地震波形清晰干净，由于该震仍然处在核幔分界面造成的“影区”内，可辨认的初至震相为PKP，PP初相难确定，只能看到其波列；且1 h以后出现面波。记录较为清晰的震相有PKP，PP，SS。

2.3 爆破波形

图8所示为临汾台记录到的2018年2月2日14时20分28秒山西省吕梁市中阳县M1.7爆破波形(震中距1.2°，扫描时间120 s)。从图8中看出其主要特征为P波初动向上且较强、波列衰减较快、频谱较为单调、面波发育较同等震中距的天然地震较大，周期却较小。

2.4 塌陷波形

图9为记录到的2017年11月30日03时09分41秒陕西省神木市M2.6塌陷波形图(震中距2.98°，扫描时间120 s)。由图9可看出，由于塌陷震源较浅，地震波传播过程中通过的介质较为松散，其高频成分被松散的介质所吸收，因而它的周期相较天然地震大[8]，频谱较单一，有面波且较发育。

3 结语

临汾台CTS-1E型甚宽频带数字地震仪记录不同类型地震的波形不一样，不同的震中距记录的地震也不一样。每个类型都有各自的显著特征，这与震源位置、深度、破裂方式等诸多因素有关，但主要是与传播路径上介质的吸收有关[9-11]。

该型地震计对于各类天然地震及非天然地震都有比较好的监测能力，相较于短周期地震计记录的波形，具有更宽的频带，能更好记录大周期面波，基本实现了全频带观测。进一步保证了台站数字化记录的观测质量，为获得更加广泛、准确和清晰的震相资料提供保障，有效提高了地震台的地震监测能力和大震速报质量。